Samenvatting Imaging the Brain colleges

10 januari introductie college
Echo is obv geluids golven / ultra sound(US)

MRI is niet dynamisch, met meerdere scans kan je als nog
meten in de tijd. Heeft wel gevolgen voor het detail niveau

,Basisfysica
Signaal = gedrag van een variabele als
functie van de tijd, ontstaat door het herhaalde uitvoeringen
- Kwantitieve meting waarbij grootheid vergeleken wordt met een objectieve
standaard(eenheid) die gepaard met een meetwaarde en de nauwkeurigheid
= absolute meting. Anders moet er worden gekeken naar een kwalitatieve
meting.
- Absolute meting  er wordt gebruik gemaakt van de eenheden uit het SI-stelsel
Relatieve meting  vergelijkingsstandaard is obv eerdere meting(uitgangspunt)
= schaaldelen of arbitraire eenheden
- Analoge signaal = als het signaal continu is
Digitale signaal = als het signaal discreet is.

De overdrachtskarakteristiek van het meetsysteem geeft het gedrag van een verband
tussen 2 grootheden weer.
- Statistische gevoeligheid  verhouding u/s met vaste waarde van s
Differentiële/dynamische gevoeligheid  de helling van de karakteristiek in
een punt, du/ds
- u = ks  evenredig, lineair verband. Gevoeligheden zijn
onafhankelijk van s, k kan dimensie loos zijn als u en s dezelfde dementie hebben,
het is dan de versterkingsfactor
- U = ks + L  Helling k = constante dg, niet lineair
- Zo kan er een bij MRI met een gradiënt worden gewerkt, waarbij in het midden 1
Tesla is en aan de zijkanten de T verschillen in een bepaalde gradiënt. Dus T
geeft aan waar je bent in MRI

Daarom wordt de signaal-ruisverhouding(SNR) gemeten.
- Beschrijft de opvallendheid van een object, achtergrond het liefst
homogeen
- Ruis(n(t)) = grillige/stochatische verstoringen die in statische zin beschreven
kunnen worden.
o Additieve ruis = meetwaarde is gelijk aan de som van signaal en ruis.
- Als een signaal wordt versterkt waarvan de grootte vergelijkbaar is met de
grootte van de ruis dan heeft het geen zin om de gevoeligheid op te voeren
- Bij het versterken van het ingangssignaal van een lage naar hoge
spanning wordt ruis toegevoegd. Voor het berekenen van SNR wordt
interne en externe ruis samen beschouwd
- RMS(Root-mean-square) kan grootte van ruis meten
- Rose Criterion : als SNR > 5 kan je het object altijd zien

Digitaliseren (omzetten naar getallen) vindt plaats met een AD-converter.
- Precisie wordt bepaald door aantal bits. Binair getal bestaat uit k bits, 2 k is
mogelijke waardes
- Bereik van AD-converter = interval waarbinnen de aangeboden spanning moet
liggen
Resolutie van AD-converter = afstand tussen spanningswaarde die
gepresenteerd worden
Bemonsteringsfrequentie = aantal monsters dat per seconde. Moet niet te laag
of hoog zijn.

, o Als de frequentie niet minstens 2x zo groot is als de hoogste f in het signaal
vindt er onder bemonstering(aliasing) plaats. Dat is een onderschatting van
de frequentie van het signaal doordat het aantal meet punten te klein is en
er info verloren gaat
- Een grotere gevoeligheid gaat ten koste van het meetbereik/dynamische bereik

Fourier representatie van het signaal
- Frequenties zijn een veelvoud van de basisfrequenties, representatie in het
frequentiedomein
- Met fourieranalyse kan bepaald worden
o welke eisen er aan het instrument gesteld worden wat betreft de amplitude
en fase
o frequentie maximaal is voor het signaal
o welke signaal componenten via frequentiefilters bewerkt kunnen worden
- Transformatie kan worden gebruikt om convolutie uit te voeren

Signaal bewerkingsmethoden:
- Signaalmiddeling : verschillende metingen op vaste tijden worden met elkaar
gemiddeld
o Voor eenduidige interpretatie geldt : het achtergrond signaal dient als
onafhankelijke ruis te worden beschouwd + responsies dienen identiek te
blijven + timing responsie moet gekoppeld worden aan stimulus moment +
ruis moet ‘constant’ zijn
- Filteren : Werkt vooral op frequentiedomeinen. Dmv van hoogdoorlaat-,
laagdoorlaat- en bandfilters. Een hoog pass filter zorgt voor het detecteren van
hoeken
- Differentiatie en integratie

Image kwaliteit
Spatiele resolutie beschrijft het level van detail dat op een afbeelding kan worden gezien
Spatiele resolutie kan afnemen door verminderde focus, dikker scherm, breedte van
RECT vergroot
Test phanthomen kunnen het limiet van spatiele resolutie bepalen
Spatiele frequentie domein  om de resolutie van een imaging systeem uit te
drukken
- Kleinere objecten  hogere frequentie, grotere objecten  lagere frequenties
- Object size = ½ * spatiele frequentie

Point spread function(PSF) = impuls response functie.
- Geeft door middel van x en y coördinaten aan hoe een puntbron wordt
waargenomen door een optisch systeem. In het midden van PSF is de respons het
hoogst.
- Gespreide PSF = onscherper beeld, kleine spreiding PSF = scherp en helder
beeld
- Stationary imaging system = met zelfde PSF op alle locaties
Non stationary imaging system = als de PSF afhankelijk is van de plaats in het
veld

Convolutie
In 1d 
⊗ staat voor convolutie
- Pixels worden vermenigvuldigd met een kernel om nieuwe waardes van de
pixels te verkrijgen, waardoor er minder ruis in het signaal zit
- Kan toe worden gepast op analoog en digitale signalen
- Vermenigvuldiging wordt uitgesmeerd waardoor je data smoother(outliers
eruit)
- Deconvolutie is het verbeteren van de spatiele resolutie waardoor ook ruis hoger
wordt