Vippeskannerens billedkvalitet i vertikalt og horisontalt plan og hvordan dette kan optimeres

Transkript

1 Vippeskannerens billedkvalitet i vertikalt og horisontalt plan og hvordan dette kan optimeres Bachelorprojekt Udarbejdet af: Frederik Hvid Mortensen, , hold 66 Jonas Sterup Bovin, , hold 66 Professionshøjskolen Metropol Afleveringsdato: 1. juni 2012 Vejleder: Lena Westphal Johansen Opgavens omfang: anslag Opgaven må gerne udlånes

2 Underskriftsblad Vi bekræfter hermed, at vi ikke udgiver andres arbejde for eget arbejde eller har skaffet os uretmæssig hjælp til besvarelse af opgaven jf. Bekendtgørelse nr af 24/08/2010 om prøver og eksamen i erhvervsrettede uddannelser 19. Dato Navn Dato Navn Kilde til forside illustration (Frederiksberghospital, 2011)

3 Abstract (Dansk) Vippeskannerens billedkvalitet i vertikalt og horisontalt plan og hvordan dette kan optimeres Problemstilling: Patienter med ryg problemer bliver oftere og oftere skannet i en MR skanner for at få stillet en diagnose. En af de nyere måder at skanne patienter på, er ved at skanne patienterne stående. Formål: Denne opgaves formål er at se forskel på billekvaliteten, ved skanninger vertikal og horisontalt, samt se på hvordan billedkvaliteten kan optimeres ved den horisontale skanning. Metode: Forsøget blev lavet ved at skanne to fantomer med måleindikator, for at se på den spatiale opløsning, og et homogenitets fantom for at måle signal-støjforhold(snr). Alle skanninger var sagitale T2-vægtede, med samme parametre for at resultaterne var sammenlignelige. Hvert fantom blev skannet tre gange i vertikal position, og i horisontal position, her målte vi SNR og sammenlignede den vertikale og den horisontale SNR vha. en parret T- test. Resultater: Resultatet viste, en signifikant forskel på SNR p<0,05, og vi kan derfor sige med 95 % sikkerhed at vores resultater ikke skyldes tilfældigheder. Forskellen på SNR fra den vertikal skanning viste sig at have en SNR der er 73,4 % bedre end den horisontale. Den spatiale opløsning var ved begge skanninger svære at vurdere og vi kan ikke med sikkerhed sige om der var forskel ved de to skanninger. Vi lavede to optimerings forsøg for at optimere SNR. Først ændrede vi FOV fra 310 til 350. Resultatet her viste at der var en signifikant forskel på SNR p<0,05, og at SNR blev forbedret med 52,7 % ved at øge FOV.

4 Her efter ændrede vi TR fra 3280 til 4290, dog med en øget skantid. Resultatet her viste at der var en signifikant forskel på den ikke optimerede og den optimerede skanning p<0,05, der var en 30,3 % forbedret SNR. For at optimere den spatiale opløsning, ændrede vi snittykkelsen fra 3 mm til 4 mm samt ændrede FOV fra 310 til 220. Resultatet her var subjektivt da det afhænger af øjnene der ser på billederne, men vi mener at den spatiale opløsning forbedres. Konklusion: Der er en signifikant forskel på SNR ved sammenligning af den vertikale og horisontale skanning, samt det ikke er muligt at konkludere om der er en forskel på den spatiale opløsning. Ved optimeringerne af SNR får vi i begge forsøg en signifikant forbedring af SNR, hvor ved optimeringen af den spatiale opløsning vurderer vi at den også bliver forbedret.

5 Abstract (English) Weight-bearing scanner image quality in vertical and horizontal position and how this can be optimized. Background: Patients with back problems are more and more often scanned in a MRI scanner. To get a diagnose, one of the newer methods to do so, is with a weightbearing-scanner. Purpose: The purpose of this study is, to find out if there is a difference in the image quality in scans vertical to horizontal, and how can we optimize the image quality in the horizontal scan. Methods: This trial was made by scanning two phantoms to measure the spatial resolution and one homogenates phantom to measure the signal-to-noise-ratio(snr). All scans were sagital T2-weighted with all the same parameters, so the results were comparable. Each phantom was scanned three times in vertical position and three times in horizontal position. After that we measured the SNR and compared the vertical with the horizontal with a paired T-test. Results: The results showed that there was a significant difference in SNR p<0,05, and therefore, we can be 95 % sure that the results aren t coincidental. The difference in the SNR was 74,3 % better in the vertical than the horizontal scan. The spatial resolution was in both the horizontal and the vertical scan difficult to see, and therefore we cannot be sure if there were any differences in the two scans. We made two trials to optimize the SNR: First we increased the FOV from 310 to 350. The result showed a significant difference in the SNR p<0,05, the SNR got 52,7 % better with a bigger FOV.

6 After that we changed the TR from 3280 to 4290, with an increased scan time. The result showed a significant difference p<0,05 and the SNR got 30,3 % better with a longer TR. To optimize the spatial resolution the slice thickness was changed from 4 mm to 3 mm, and the FOV were decreased from 310 to 220. Depending on the eyes looking at it, the results are subjective. We believe the spatial resolution is improved in the optimized scan. Conclusion: There is a significant difference in the SNR when we compare the vertical and the horizontal scan, but it s not possible to conclude on the spatial resolution. There is a significant difference in the SNR in both optimizing trials. We asses that the spatial resolution improves in the optimized trial.

7 1.0 Indledning Problemfelt Afgrænsning Problemformulering Nøglebegreber Hypoteser Metode Indledning Klinisk kontrolleret forsøg Videnskabsteori Hypotetisk deduktiv metode Videnskabelighedskriterier (JSB) Litteratur valg (FHM) Forsøgsbeskrivelse Analyse Metode Statistiskmetode Teori Resultater Inhomogenitetsforsøg Optimeringsforsøg Optimering af SNR Spatial opløsning Optimering af den spatiale opløsning Diskussion Litteratur Bias Fantomer ROI s Indtastning af data Spatial opløsning Metode Statistisk metode Forsøgsmetode og resultater Konklusion Perspektivering Litteraturliste... 64

8 1.0 Indledning Rygsygdomme er den tredje mest udbredte sygdom i befolkningen og en af de største grunde til at folk sygemelder sig på arbejdet, går langtidssygemeldt, er på førtidspension m.m. Personer med rygsygdomme og rygsmerter koster hvert år samfundet omkring 17 mia. kr., hvis man medregner udgifter til behandling, medicin, tabt produktion pga. fravær fra arbejdsmarked, udgifter til førtidspension, m.m. (Mauch, et al., 2010)(Koch, et al., 2011). De fleste patienter med rygproblemer bliver i dag undersøgt ved konventionel røntgen eller MR. Da rygsygdomme er et område der fylder så meget i dagens samfund, er nye muligheder for at kunne give en bedre og mere korrekt diagnostik vigtig. En af de nyere diagnostiske muligheder der findes inden for MR er en vippeskanner, hvor man både kan skanne patienten liggende som ved normal MR, og oprejst stilling med belastning. Da denne modalitet stadig er ny, er der ikke lavet så meget forskning i den endnu, hvorfor man måske ikke altid for det optimale ud af dens potentiale. Derfor vil vi i dette projekt undersøge hvordan billedkvaliteten påvirkes, når man roterer magnetfeltet fra det vertikale til det horisontale plan. Dette leder videre til at se på om og hvordan man kan optimere billedkvaliteten, ved at ændre på enkelte scanningsparametre.

9 2.0 Problemfelt Patienter med rygproblemer bliver i højere og højere grad skannet i en Magnetisk Resonans skanner (MR), da det er en god modalitet til at fremstille de anatomiske og patologiske strukturer i ryggen. Indenfor MR er der flere forskellige muligheder, der er højfelt skannere og lavfelt skannere. Derudover kan man blive skannet stående i en vippeskanner eller liggende i en stationær MR skanner. Vippescanneren er en forholdsvis ny modalitet, og der forelægger endnu ikke megen forskning på området. Nogle af de studier der er lavet, viser at man kan få fremstillet patologi, som ellers ikke kan ses ved konventionel liggende MR. Fordelen ved vippeskanneren er, at man kan skanne patienterne mens de har belastning på den pågældende anatomi der skal skannes. Herved kan man fremstille patologi, man ellers ikke kan se ved en konventionel liggende MR-scanning (Mauch, et al., 2010). En af grundene til at der findes så mange med rygproblemer, specielt i den lumbale del, menes at stamme fra spinal stenose. En grundig undersøgelse af forholdene i den lumbale del af spinal kanalen er obligatorisk før man behandler patienten. Det mest almindelige diagnostiske værktøj til dette er MR, som kan visualisere alle strukturer der kan forsage smerterne. Patienter med smerter stammende fra afklemning af nerverødderne, discusprolaps eller proserring af vertebrae, kan være umulige at se ved traditionelle MR billeder. Man har prøvet at fremstille disse patologier ved at lave en simuleret oprejst position, med begrænset succes. Et studie lavet om den lumbale del af ryggen viser signifikant forskel fra liggende til stående MR, hvis man vil fremstille spinal stenose, og forsnævring af canalis spinalis. Samtidig påstår det pågældende studie, at stående MR bringer helt nye perspektiver frem, ved fremstilling af columna lumbalis (Mauch, et al., 2010). Patienten har muligvis ikke smerte i forbindelse med liggende belastning, men først ved stående eller siddende belastning. Med vippeskanneren er det muligt at skanne liggende og derefter stående, så man kan sammenligne de to skanninger og få et mere naturtro forhold. Patienter med klaustrofobi vil have nemmere ved at gennemføre en 9

10 skanning i en vippeskanner, da den er åben, og giver patienten mulighed for at se ud til siderne, som billederne nedenunder viser (Nielsen, 2010). Figur 1 (MRtip, 2012) Figur 2 (Frederiksberghospital, 2011) Figur 3 (Jinkins, et al., 2005) På ovenstående billeder kan man se forskellen på en liggende og en stående 0,6 Tesla (T) MR skanning af columna lumbalis. På billede a ses et sagitalt snit liggende, hvorimod b viser det sagital snit stående, den lille pil viser hvordan man kan se på den stående skanning at diskus skubber sig ud i spinalkanalen, hvilket er svære at vurdere på billede a. Samtidig ses også at diskus bliver mere belastet ved den stående 10

11 skanning, da højden af diskus er mindre i billede b, som den lille hvide stjerne indikere(jinkins, et al., 2005). Vippeskanneren en svaghed i at det er begrænset hvor længe patienten kan blive stående oprejst i samme stilling uden at bevæge sig, da selv små vip på tæerne kan udløse bevægelses artefakter. Vippeskanneren er endnu ikke så udbredt i det danske sundhedsvæsen, den første kom til Danmark i oktober 2010 (Tortzen, 2011). Ved at bruge søgemaskinen og søge på upright, vertical, wieghtbearing MRI, kommer der flere artikler frem om skannere der kun kan skanne siddende/stående. Men kun få om MR skannere hvor det er muligt at skanne patienter først liggende, hvor efter man køre med lejet og magnetfeltet op i en stående position blandt andet (Mauch, et al., 2010) som bruges i denne opgave. Derfor har det heller ikke været muligt at finde artikler der beskriver, om det har nogen indflydelse på magnetfeltet, at man roterer scanneren 90. Atiklen af (Jinkins, et al., 2005) undersøger og beskriver fordelen ved at påvise anatomien i spinalkananelen ved en stående skanning. Men det er med en skanner som kun kan skanne stående patienter og den nævner ikke noget om billedkvaliteten af de valgte skanninger. Vi har i vores klinik fået indtryk af at homogeniteten bliver dårligere når man roterer scanneren, men det har vi ikke kunnet finde noget litteratur om. En måde at bestemme om inhomogeniteten i scanneren stiger, er ved at se på støjforholdet i skanningen. Ved en større inhomogenitet i scanneren, vil der også være mere støj i det endelige billede (Westbrook, et al., 2011). En udfordring ved at scanne rygge på vippescanneren, er den lille feltstyrke på 0,25T, som er noget lavere end de scannere man plejer at scanne rygge på, som har en feltstyrke på 1,5 eller 3 T. Problemet med en lav feltstyrke er, at man får et dårligere Signal to noise ratio (SNR), dårligere adskillelse af væv (Chemical shift) og dårligere 11

12 mulighed for fedtsuppression. Teoretisk set følges SNR og feltstyrken lineært, så man får en dobbelt så høj SNR, hvis man går fra en 0,5 T til en 1,0 T scanner, der er dog andre ting som også har indflydelse på dette. Det kan være en udfordring at få en ordentlig billedkvalitet ved brug af en lav feltstyrke. Derfor er det utrolig vigtigt at man bruger sekvenser der er optimeret, så man får så mange informationer som muligt ud af de redskaber der er til rådighed (McRobbie, et al., 2007). Når man bruger en lav feltstyrke er billedkvaliteten som sagt et område man skal være ekstra opmærksom på, så man kan få nogle billeder der er diagnostiske brugbare. Ved MR findes der rigtig mange parametre, som influere på billedkvaliteten. Den vigtigste begrænsning for MR er SNR, der hovedsageligt er afhængigt af feltstyrken, RFspolerne, vævets evne til at relaxere og korrekt valg af scan parametre. De væsentligste parametre man kan ændre på, for at optimere sin billedkvalitet er: time to repeat (TR), time to echo (TE), båndbredde, matrix, field of view (FOV), snittykkelse og number of excitations (NEX). Endnu en udfordring ved vippescanneren er at der er begrænset muligheder for at ændre parametrene. Det er ikke umiddelbart muligt at ændre på fx båndbredden, som ellers er en oplagt måde at forbedre billedkvaliteten (McRobbie, et al., 2007). Når man arbejder med billedkvalitetsoptimering ved MR sekvenser, skal man altid være opmærksom på skannings tiden. Ofte vil man få en længere skan tid i forbindelse med optimering af sekvenserne, da mange af de parametre der giver en bedre billedkvalitet medfører en længere skan tid. Fx vil en øgning af NEX fra en til to, medføre at man får en sekvens der tager dobbelt så lang tid (Westbrook, et al., 2011). Derfor syntes vi det kunne være spændene at finde ud af om man kan få en god billedkvalitet, på trods af en lille feltstyrke og en evt. større inhomogenitet på grund af tiltning af magneten. Sekvens valget er også meget afhængig af hvad der skal skannes og hvilken patologi der ledes efter, der findes blandt andet: T1 vægtet 12

13 T2 vægtet Diverse inverse recovery (Flair, Stir mm.) DWI 2.1 Afgrænsning Da vi ikke har været i stand til at finde andre opgaver og artikler, der beskriver hvordan homogeniteten og derved billedkvaliteten påvirkes når en 0.25 T permanent MR skanner roteres 90, er dette noget vi vil belyse i denne opgave. Det vil ske ved at lave et eksperimentelt studie hvor vi bruger ryg-spolen der bruges til lumbal columna, da skanneren langt det meste af tiden bliver brugt til columna skanninger. Derudover har vi fundet flere artikler der beviser fordelen ved at skanne columna patienter stående, og vil derfor bruge denne spole til vores undersøgelse. For at undersøge hvad der sker med magnetfeltets homogenitet når man roterer skanneren 90, vil vi lave målinger på fantomer. Vi vil undersøge om der sker en ændring af SNR, da der vil blive et dårligere SNR ved større inhomogenitet. Hvis vi oplever et dårligere SNR når skanneren står i det horisontale plan, vil vi undersøge hvordan man kan kompensere for denne inhomogenitet ved at billedoptimere. Vi vil afgrænse opgaven til en sekvens for at omfanget af opgaven ikke bliver for stort og uoverskueligt. Den sekvens vi har valgt er en sagital spin-ekko T2 vægtet, den T2 vægtet sekvens vi vælger at bruge, er en sekvens der er opsat af producenten til at skanne rygge. Vi vil også begrænse os til at bruge den store rygspole, da det er den der oftest bruges til columna lumbalis på hospital X. Til billedoptimering vil vi koncentrere os om parametrene TR, FOV og snittykkelse, til optimering af henholdsvis SNR og den spatiale opløsning. 13

14 2.2 Problemformulering Hvilke konsekvenser har det for billedkvaliteten, at magnetfeltet bliver roteret 90 fra det vertikale til det horisontale plan? - Og hvordan kan billedkvaliteten optimeres i det horisontale plan? Nøglebegreber Billedkvalitet: Med billedkvalitet menes der i opgaven SNR og spatiale opløsning Hypoteser Første del af problemformuleringen leder os hen til følgende hypoteser: En rotering af magnetfeltet 90 giver større inhomogenitet i skanneren, hvilket vil medføre et dårligere SNR. En rotering af magnetfeltet 90 giver en dårligere spatial opløsning. Anden del af problemformuleringen, leder via den første hypotese frem til følgende hypoteser: En øgning af FOV og TR vil give et bedre SNR. En formindskelse af FOV og snittykkelse vil give en bedre spatial opløsning. 14

15 3.0 Metode 3.1 Indledning Til at besvare vores problemformulering vil vi lave et klinisk kontrolleret forsøg, dette tager afsæt i den positivistiske filosofi som vil blive uddybet mere i dette kapitel, samt andre videnskabsteoretiske overvejelser vi har gjort os. I dette kapitel vil vi også komme ind på den litteratur vi har valgt til at hjælpe os med at besvare og underbygge vores opgave, samt validering af litteraturen. Det vil blive udførligt beskrevet hvordan vores forsøg er lavet og opstillet, samt hvilke overvejelser vi har gjort os i forbindelse med forsøgene. Vi vil også præsentere de statiske metoder vi har brugt til at bearbejde vores indsamlede data. 3.2 Klinisk kontrolleret forsøg Når man har besluttet sig for at lave et klinisk kontrolleret forsøg, er det metoden der er afgørende for hvordan og hvorvidt andre kan bruge resultaterne. Skal projektet for eksempel være et udspring af en større afhandling, et pilot forsøg, eller andet(glasdam, 2011). Vi ser vores projekt som et pilotforsøg, som der kan arbejdes videre med. Inden man går i gang med et klinisk kontrolleret forsøg er det vigtigt at undersøge om andre har lavet samme eller lignende forsøg før, og om der forelægger resultater der kan underbygge vores(glasdam, 2011). Vi har ikke været i stand til at finde nogle artikler eller undersøgelser, der er lavet som denne opgave Det klinisk kontrollerede forsøg tager afsæt i positivismen, hvor nøglebegreberne er målbarhed, analyse og syntese, årsag-virkning og verificerbarhed. Tankegangen med positivismen er, at kun det der kan måles og iagttages kan betragtes som videnskab. Ved det klinisk videnskabelige forsøg, søges problemet løst ved hjælp af en videnskabelig undersøgelse (Glasdam, 2011). 15

16 3.3 Videnskabsteori Vi vil i dette afsnit beskrive hvilken undersøgelsesmetode og videnskabsteoretiske udgangspunkt vi har valgt at arbejde med gennem opgaven og forsøgene, for at bevare vores undersøgelse som en videnskabelig undersøgelse. I vores opgave har vi valgt at arbejde med den kvantitative undersøgelsesmetode, da denne tager udgangspunkt i hårde data af en ens artet karakter, som er tællelige og kan bearbejdes og opgøres statistisk, hvilket også er et af kravene til at klinisk kontrolleret forsøg. Vi vil i vores forsøg arbejde med måling og optimering af magnetfelt og sekvenser, ved at lave forskellige målinger af ensartet opstillinger, med ændringer i parametervalg. Når man arbejder med kvantitative undersøgelsesmetoder er en præcis operationalisering af det undersøgte afgørende (Rønn, 2006). Når man arbejder med kvantitative undersøgelsesmetoder vil der hyppigst være tale om en deduktiv, hypoteseprøvende, nomotetisk forskningsstrategi (Rønn, 2006), dette stiller store krav til præcision og operationalisering. Derfor er vores forsøgsopstilling og udførelsen af forsøget, vigtig når man arbejder kvantitativt (Rønn, 2006). En måde at arbejde med kvantitative undersøgelser er ved brug af hypoteser, hvor undersøgelsen kan være med til at be- eller afkræfte en hypotese. Kvantitative undersøgelser er på den led gode til at teste kendt viden. I vores forsøg opstiller vi nogle hypoteser ud fra viden fra lærerbøger, artikler samt egne erfaringer, som vi så vil be- eller afkræfte gennem vores forsøg (Jacobsen, et al., 2007). Vi vil bruge hypoteserne til at svare på vores problemformulering. I vores opgave og forsøg arbejder vi med den logiske positivisme, der er en udvidelse og ny orientering i forhold til den klassiske positivisme. Den positivistiske tankegang er meget koncentreret om objektive oplysninger. Metodisk er den logiske positivisme tilhænger af en hypotetisk-deduktiv metode, hvor den videnskabelige viden forstås som hypoteser, hvis holdbarhed kan undersøges ved at teste dem (Jacobsen, et al., 2007). 16

17 Generelt arbejder man inden for positivismen ud fra kvantitative undersøgelsesmetoder, og ser mennesket som en fejlkilde i form af sin subjektivitet, som der skal arbejdes for at eliminere, så objektiviteten kan opretholdes (Rønn, 2006). 3.4 Hypotetisk deduktiv metode Som det fremgår tidligere i opgaven, har vi valgt at arbejde med hypoteser. Opstilling af hypoteser er en almindelig måde at arbejde på, når man arbejder videnskabeligt. Man starter med at have en overbevisning eller mening om et eller andet, der kan formuleres som en hypotese, men ikke med en sikker viden, som man gør det ved ren deduktiv begrundelsesform. Fordelen ved at arbejde med hypoteser i forhold til at arbejde med induktivismen, er at det kan være problematisk at undersøge noget rent ud fra observationer, uden at have et hypotetisk udgangspunkt. Det er nødvendigt med et udgangspunkt, en hypotese, som først derefter afprøves empirisk. (Birkler, 2005). Når man arbejder med den hypotetisk deduktive metode, vil man ende med enten at verificere eller falsificerer hypotesen, altså konkludere om hypotesen er sand eller falsk. Det at få bekræftet en hypotese er ikke det samme som sikker viden, det kunne tænkes at resultatet var en tilfældig sammenhæng, eller at der var andre sammenhænge der endnu ikke har været belyst. Derfor mente Karl Popper ( ) ikke at man skulle prøve at undersøge hypotesens sandhed, men i stedet prøve at undersøge hvordan hypotesen kan være falsk(birkler, 2005). Vi ser arbejdet med hypoteser som en måde at kunne svare på vores problemformulering, da det er en god måde at arbejde videnskabeligt, og vi kan via konklusionerne på vores hypoteser svare på vores problemformulering. Vores første hypotese: En rotering af magnetfeltet 90 giver større inhomogenitet i skanneren, hvilket ved medfører et dårligere SNR., bygger vi til dels fra erfaringer fra klinikken, samt fra erfaringer fra folk på afdelingen. Som tidligere nævnt findes der ikke nogle videnskabelige studier af dette område, og derfor er vi blevet nød til at basere vores hypotese ud fra vores egne og andres erfaringer og teorier. 17

18 Vores andre hypoteser som drejer sig om optimering af billedkvaliteten, baserer vi hovedsageligt ud fra faglitteraturen og artikler, da der på dette områder er masser af viden i forvejen, dog ikke specifikt på vippeskanneren som vi arbejder med. 3.5 Videnskabelighedskriterier (JSB) Når man arbejder med klinisk kontrolleret forsøg, er der en række positivistiske videnskabelighedskriterier, som man bør inddrage når man arbejder med kvantitative undersøgelser. Når man laver forsøg er det vigtigt at alting er objektivt, men mennesket udgør i kraft af sin subjektivitet en mulig fejlkilde i det videnskabelige arbejde og det er derfor vigtigt at man arbejder for, at der arbejdes systematisk og målrettet med at eliminere denne fejlkilde med henblik på at sikre objektiviteten (Rønn, 2006). Vi vil i det efterfølgende gennemgå hvilke videnskabelighedskriterierske overvejelser vi har gjort os, i forbindelse med opbygningen af vores projekt, både teoretisk og i praktisk. Systematik Systematik er vigtig og relevant for at få en ordnet fremgangsmåde, som ikke er præget af tilfældigheder. Det er vigtigt at arbejde systematisk i alle faser af et forsøg, fra planlægningen, litteratur gennemgang, valg af metode type, metodedesign, til dataindsamling og databehandling. Ved at arbejde systematisk, undgår vi at forsøget bliver præget af tilfældigheder, og der derved kommer for mange fejlkilder (Kruuse, 2007). Vi har gennem hele planlægningen af vores forsøg samt indsamling af litteratur arbejdet systematisk for at undgå tilfældigheder. Under vores litteratur søgning har vi søgt via systematisk søgning, og noteret alle forsøgsord for at holde styr på det. I forbindelse med vores forsøg, har vi sørget for at alt er foregået systematisk, og har planlagt hele forsøget inden selve udførelsen, for at minimere antallet af fejlkilder undervejs (Glasdam, 2011). 18

19 Kontrol Ved hele tiden at kontrollere det undersøgte, kan man sikre at der ikke kan rejses tvivl om at det udelukkende er de objektive parametre der er udslagsgivende for et givent resultat. Det er også vigtigt at skabe maksimal sikkerhed for, at resultatet ikke er et enkelstående tilfælde, men at det kan generaliseres, hvilket skal kunne kontrolleres (Kruuse, 2007). Under udførelsen af vores forsøg, sørger vi for at holde alle parametre konstante, undtagen det som vi ønsker at undersøge. Ved undersøgelse for homogenitet i skanneren, vil vi bruge samme protokol, samt foretage undersøgelserne lige efter hindanden, så vi undgår at andre faktorer spiller ind på resultatet. Det eneste vi ændrer er skanneren fra det vertikale til det horisontale plan. På samme måde med vores forsøg at billedoptimering, holder vi alle parametre konstante, undtagen de parametre som vi ønsker at undersøge. Vi benytter også en skumgummi fantomholder til at holde vores fantomer, så vi på den led kan sikre os at forsøgsopstillingen bliver ens hver gang. Præcision Det er vigtigt at man har nøjagtige beskrivelser af forsøgs opstillingen, metodetypen, designet, målingerne, databehandlingen og fortolkningen af resultaterne. Så vores forsøget fremstår præcist beskrevet, og let gennemskuelig(kruuse, 2007). Vi vil beskrive vores forsøg og metode grundigt i opgaven, samt dokumentere med billeder, så alt er let gennemskueligt. Vi vil opstille vores data i diagrammer, for derved at gøre resultaterne mere overskuelige, da en præsentation i diagrammer ofte vil være mere overskuelig end tabeller (Kjærgaard, et al., 2006). Objektivitet Når der er mennesker involveret i en proces, kan det diskuteres om man kan være helt objektiv. Men ved at arbejde med data som er uafhængige af subjektiv fortolkning, og hvor der indgår talopgørelser, kan man ifølge Kruuse godt betegne det som objektivt 19

20 (Rønn, 2006). Vi vil under hele forsøget og under bearbejdningen af resultaterne, prøve at holde vores egen forforståelse væk fra indsamlingen og fortolkningen af resultaterne, vi vil arbejde med taldata, som gør muligheden for at komme til at få ens egen subjektive mening til at præge resultaterne mindre (Birkler, 2005). Kvantificerbarhed Ved kvantificerbarhed menes at resultaterne skal kunne udtrykkes i tal, som forekommer ved de resultater som opnås i forsøget, og de statistiske analyser af disse resultater(kruuse, 2007). Vi vil som tidligere nævnt, arbejde med data som er kvantificerbare gennem hele opgaven. Repræsentativitetsundersøgelser For at en undersøgelse skal være repræsentativ, skal den repræsentere hele den gruppe der ønskes undersøgt. I vores forsøg bruger vi fantomer i stedet for mennesker, hvilket gør at man ikke behøver så mange undersøgelser. Man skal dog her være opmærksom på om undersøgelsen kan overføres til rigtige mennesker(kruuse, 2007). Vi mener godt man kan se vores undersøgelse som repræsentativ, da en forbedring af SNR i fantomer også burde kunne overføres til skanninger med mennesker (Westbrook, et al., 2011) Gentagelse Det er vigtigt at en undersøgelse kan gentages, så det kan kontrolleres om resultatet beror på tilfældigheder, om de er afhængige af tid og sted, eller om man har fundet frem til generelt gældende lovmæssigheder. For at undersøgelsen kan gentages kræver det at der er præcise beskrivelser af design og metode, så den også kan gentages af andre(kruuse, 2007). Vores forsøg vil vi som nævnt tidligere, dokumentere ved at tage billeder af forsøgsopstillingen, samt af vores måde at aflæse data fra vores forsøg. Dette gør vi så det er nemmere at gentage forsøget bagefter, så der er et supplement til vores beskrivelse. 20

21 Reliabilitet Ved at arbejde systematisk, præcist og sikre at alle skridt i undersøgelsen dokumenteres, sikre vi at undersøgelsen er pålidelig. En måde at styrke reliabiliteten er ved at underbygge egne undersøgelser med andres undersøgelse. I vores undersøgelse kan det dog være lidt svært at finde andre projekter der direkte underbygger vores, da vi som sagt tidligere ikke har kunnet finde nogle(thurén, 2008). Validitet Når man skal bedømme en empirisk undersøgelse indtager validiteten en central rolle, fordi formålet med validiteten er at undersøge om en hypotese er rigtig eller forkert. Validiteten handler om at sikre sig, at man konkret undersøger det, som man sætter sig for at undersøge (Thurén, 2008). Vi vil prøve hele tiden at holde os vores hypoteser for øje, så vi holder fokus på vores problemstillinger gennem hele forsøget. Generaliserbarhed Generaliserbarheden ligger sig tæt op af repræsentativiteten, og indebærer at man kan drage beslutninger ud fra et enkelt eller nogle få tilfælde til samtlige tilfælde. Hvis man kan forudse at andre tilfælde i lignende situationer, vil reagere på samme måde, kan man sige at resultatet kan generaliseres(kruuse, 2007). Ved at arbejde med fantomer, og samtidig arbejde systematisk, mener vi at vores forsøg kan generaliseres til lignende vippeskannere. 3.6 Litteratur valg (FHM) Vi har fundet bøger og artikler til at hjælpe med at besvare vores problemformulering. I dette afsnit vil vi beskrive de mest relevante og brugte kilder i vores opgave. Vi har valgt at den litteratur vi bruger, skal være af nyere dato, så vi har vurderet at den litteratur der bruges i denne opgave ikke skal være ældre ind ti år, med mindre der findes en god begrundelse for det. Til at finde de forskellige artikler har vi brugt forskellige søgemaskiner. det er en samling af flere millioner forskellige forsknings artikler, 21

22 fra ca tidsskrifter, inden for medicin, sundhed, teknologi mm. Pubmed drives af US library of medincine national institutes of health. Artiklerne i pubmed bliver peer rewieved hvilket er en procedure man bruger til at sikre videnskabeligheden og kvaliteten af artiklen. Vi har også brugt Google scholar der er Googles søgemaskine på videnskabelig litteratur. Vi har søgt på mange forskellige søgeord: Weigth-bearing Upright MRI Image quality SNR low field 0.25 T Esaote Horizontal Lumbar spine Og sammensat dem på forskellige måder for at finde nogle artikler. Videnskabelige forsknings artikler I forbindelse med vores besvarelse af problemformuleringen har vi fundet nogle forsknings artikler, som omhandler emnet delvist. Det har været lidt svært at finde nogle artikler som helt er inde for vores emne, da de artikler vi har fundet om weigth bearing MRI omhandler hvordan patologien bliver fremstillet ved belastning, men ikke noget om billedkvaliteten. Artiklen af Mauch, Frieder, et al Changes in the Lumbar Spine af Athletes From Supine to the True-Standing Position in Magnetic Resonace Imaging bruger vi til at understøtte vores problemfelt. Den beskriver fordelen ved at skanne patienter med ryg problemer stående, og hvordan patologien fremstår anderledes ind ved liggende 22

23 skanninger. Artiklen bruger også den samme skanner som der bruges i denne opgave, hvilket der ikke er lavet mange artikler om. Den er skrevet i 2010, af læger og PhD er ansatte på en sportsklinik i Stuttgart, så det er en artikel a nyere dato. Mauch et al. henviser til 33 andre bøger og artikler for at gøre artiklen valid. Dog har artiklen fået support fra Esaote hvilket kan resultere i nogle resultater som er i deres interesse, selvom er der står i artiklen at der ikke er modtaget nogen former for goder i forbindelse med denne artikel. Artiklen er fundet på internetsøgemaskinen med søge orderne: weight bearing mri lumbar spine. Ariklen af Jinkins, J Randy et al upright, weight-bearing, dynamic-kinetic MRI of the spine: initial results, bruger vi til at understøtte vores forestilling om at metoden med at skanne patienter stående, er en metode hvor at patologien bliver fremstillet mere naturtro end ved liggende skanninger. Artiklen er derfor også med til at understøtte vores opgave, da det er en skannings metode med fremtid i. Artiklen er udgivet i 2005 så den er af lidt ældre dato. Jinkins er ansat på department of radiology, Downstat medical center, State University New York. Men forfatterne af artiklen er samtidigt tilknyttet Fonar Corporation, og de vil selvfølgelig gerne have belyst alle fordelene ved en vægt bærende Fonar skanner. Dog henviser artiklen til 42 andre bøger og artikler, et par af disse er dog også skrevet af Jinkins. Artiklen er ligeledes fundet på med søgeordene: upright weight bearing imaging mri spine. Lære bøger Vi har også fundet en del bøger på nettet og biblioteket, som bruges til at besvare problemstillingen i opgaven. Vi har både brugt lærerbøger vi kender fra skolen, men også en del nye bøger som vi har anskaffet os på den ene eller anden måde. Bogen af Glasdam, Stinne Bachelorprojekter inden for det sundhedsfaglige område indblik i videnskabelige metoder, bruger vi til at hjælpe og understøtte vores metode valg. Som det fremgår at titlen af bogen, er det en bog der på flere måder 23

24 henvender sig til os, det er inden hvor vores område, samt den giver et indblik i forskellige metoder, det er også en bog af nyere dato hvilket gør bogen opdateret i forhold til videnskabelige metoder. Stinne Glasdam er lektor på sygeplejerske uddannelsen, og hun har udgivet flere publikationer inden for sundhedsfagene. Bogen er anskaffet da vi har brugt den på tidligere opgaver, og her fundet den meget brugbar og relevant til dette projekt. Rønn, Carsten Almen videnskabsteori for professions uddannelserne. Denne bog bruger vi til at hjælpe med beskrivelsen af den videnskabsteori som denne opgave er bygget op om og hvorfor den videnskabsteori er brugbar for vores metode valg. Carsten Rønn er lektor ved Århus Dag- og aftenseminarium han er mag.art. i filosofi med speciale i videnskabsteori, han har også tidligere været ekstern lektor i videnskabsteori ved Århus universitet. Bogen er fundet ved systematisk søgning på biblioteket, ved søgeord: videnskabsteori. Systematisk søgning, er hvor man ved hjælp af bibliotekets database indtaster et emne eller forfatter, som man søger efter og derved finder den nyeste litteratur inden for det (Glasdam, 2011). Bogen videnskabsteori. 1 e-udgave fra 2007 af Bo Jacobsen, den bruger vi sammen med den ovennævnte bog af Rønn for at understøtte det vi beskriver om videnskabs teori. Bo Jacobsen er Dr. phil. Vi sociologisk institut, og har udgivet flere bøger om videnskabs teori, samt hans interesser og forskning blandt andet ligger inden for dette område. I det han har udgivet flere bøger om videnskabs teori må gøre han har gjort sig en masse overvejelser og litteratur søgning inden for det område for at validere hans bøger. Bogen er hentet som E-udgave på nettet, fundet ved hjælp fra bibliotekets hjemmeside ved søgeord: videnskabsteori. 24

25 Til at beskrive afsnittet om videnskabskriterier har vi brugt flere bøger, men hovedsageligt: Kruuse, Emil kvantitative forskningsmetoder i psykologi og tilgrænsende fag. Bogen beskriver godt og overskueligt hvilke kriterier og tanker man skal gøre sig inden man går i gang med en kvantitativ forsknings metode. Selvom titlen siger det, nævner Kruuse selv at bogen ikke kun henvender sig til psykologistuderende, men alle faggrupper som vi arbejde med kvantitativ forskning. Den er udgivet i 2007 og er 6 udgave, så det er blevet redigeret og fornyet flere gange. Til samme afsnit bruger vi også: Thurén, Torsten videnskabsteori- for begynder. Denne bog bruger vi som supplement til Emil Kruuse til at beskrive hvilke tanker vi skal gøre os. Vi bruger også denne bog for at sikre os at Kruuse s beskrivelser af videnskabskriterierne står alene. Begge bøger er fundet ved hjælp af bibliotekets database ved systematisk søgning ved brug af søgeord: kvantitative metoder, og videnskabsteori. Til at beskrive hvordan man arbejder med hypotetisk deduktiv metode bruger vi Birkler, Jacob Videnskabs teori en grundbog. Birkler er cand. Mag. I filosofi og psykologi, han underviser blandt andet i fagene videnskabsteori og forskningsmetodologi, Birkler har samtidigt været formand for etisk råd siden Vi finder denne bog relevant da den godt beskriver hvordan man skal forholde sig når man arbejder med hypoteser, vi har haft Birkler tidligere på uddannelsen, da hans bøger ofte henvender sig sundhedsfagligt personale og studerende.. Bogen er fundet ved systematisk søgning på biblioteket, og søgeord: videnskabsteori. Til at hjælpe os med at finde ud af hvilken statistisk metode vi skal bruge for at beregne vores resultater bruger vi: Johansen, Klaus 2002, Basal sundhedsvidenskabelig 25

26 statistik begreber og metode. Denne bog gennemgår hvilke forskellige metoder man kan bruge i forskellige metoder, inden for sundhedsvidenskabelig statistik. Det er bøger der er blevet anbefalet i løbet af uddannelse og brugt i undervisningen. Klaus Johansen Dr. Med. Og har arbejdet på flere hospitaler og afdelinger rundt om i verden. Han har skrevet bøger og artikler om statistik i forbindelse med den forskning har lavet. Bogen er af ældre dato, men vi finder den stadig relevant da den beskriver den statistiske metode som vi bruger i denne opgave. Den er fundet på biblioteket ved at søge på bogens titel. Til den statistiske metode bruger vi også: Blom-Hanssen, Jesper 2002, Statistik - for praktikere. Det er en bog vi har fået anbefalet af tidligere bachelor studerende som værende relevant til hjælp af statistik, den godt bygget op, med en masse relevante eksempler, og hjælp til brug af Excel. Selvom den er fra 2002 vurdere vi, at bogen stadig er relevant for os, da den beskriver den statistik, som der også bliver brugt i denne opgave. Vi bruger også denne bog, så Klaus Johansens bog ikke står alene og på den måde for en mere valid statistisk metode. Jesper Blom-Hanssen er senior konsulent i et større firma, hvor hans arbejdsopgaver blandt andet er data analyse og statistisk problemløsning. Bogen er fundet på biblioteket ved at søge på forfatter navn. Til vores teori afsnit bruger vi to bøger: McRobbie, Donald W, et al MRI From picture to proton & Westbrook, Catherine, Carolyn, Kaut and Talbot, John MRI in practice Begge bøger bliver anbefalet på uddannelsen som gode lærebøger inden for MRteknik, samt er Westbrook s bog lige udkommet i en ny og opdateret udgave og det er 26

27 denne vi benytter. Vi bruger to bøger da vi mener at det giver mere validitet og opsamle viden fra to forskellige i stedet for en. Forfatterne til bogen MRI from picture to proton er: McRobbie er chef for radiologi og MR fysik på Hammersmith Hospitals i London. Graves er ansat samme sted. Prince er professor i radiologi og chef for MRI på New York hospital Moore er MR klinisk forsker for Philips UK. Forfatterne til MRI in practice er: Westbrook er senior lektor og leder for The Faculty of Health & Social Care på Anglia Ruskin University, Cambridge UK. Her er hun også ansvarlig for MR kurserne samme sted. Hun afholder også selv MR in Practice kurser rundt om i verdenen. Roth hun er administrerende direktør for imaging Educatin Assosicates Berwyn Pennsylvania, hvor hun underviser i MRI og andre modaliteter Talbot er ansat samme sted som Westbrook, hvor han står for modulerne i uddannelsen, han afholder ligesom Westbrook også MRI in Practice kurser rundt om i verdenen. Han fremstiller også MR animationer til lærring på nettet. MRI in practice er anskaffet ved køb på nettet, hvorimod MRI From picture to Proton er anskaffet på biblioteket ved at søge efter titlen på bogen. 3.7 Forsøgsbeskrivelse I dette afsnit vil vi beskrive forsøget så præcist som muligt, så det er muligt eventuelt at gentage forsøget, hvilket er vigtigt når man arbejder videnskabeligt. På den måde opretholder vi forsøgets reliabilitet samt præcision. 27

28 Gennem vores forsøg har vi hele tiden prøvet at arbejde ud fra videnskabelighedskriterierne, som vi har beskrevet tidligere i metodeafsnittet. Ved at arbejde ud fra disse sikrer vi at vores undersøgelse bliver så valid og objektiv som muligt, samtidig med at vi for holdt fejlkilderne nede på et minimum(kruuse, 2007). Da vores hypoteser er delt op i to, har vi også valgt at dele vores forsøg op i to. Først undersøger vi homogenitet i skanneren, både i det transverselle og det horisontelle plan, og derefter undersøger hvordan vi kan forbedre billedkvaliteten ved skanning i det horisontale plan. Vi vil i begge forsøg bruge mange af de samme teknikker og udstyr som vi vil gennemgå i det efterfølgende. De tekniker og udstyr vi her benytter er: Stor ryg spole G-scan 0,25 T åben MR skanner fra Esaote Italien MR homogenitetsfantom 2 MR vandfantomer med måleindikatorer OsiriX billedbehandlingsprogram TSE T2 Rel sekvens Skumgummi til at holde fantomerne ens. Stor ryg spole Til vores forsøg har vi valgt at arbejde med den store ryg spole som findes til skanneren. Vi har valgt at udføre vores forsøg på den store og ikke den lille spole, da det er den store spole der er den mest benyttet i skanneren, samt det er den spole som der vil fremkomme mest støj fra, og derfor vil være nemmere at måle en ændring af SNR (McRobbie, et al., 2007). Spolen er en fleksible spole med en kanal, da der ikke er muligt at få flere kanaler til rådighed i skanneren. 28

29 G-scan 0,25 T åben MR skanner fra Esaote Italien Som tidligere nævnt benytter vi en 0,25 T åben vippeskanner med permanent magnetfelt. Fantomer Vi har i vores forsøg valgt at bruge 3 fantomer. Vi har valgt at bruge to vandfantomer med mulighed for at aflæse linjepar per millimeter (lpm), samt et homogenitets fantom, der kun bruges til at måle SNR. Fantomerne er fyldt med en væske bestående af 5mM NiCl2 og 55mM NaCl, som er specielt beregnet til MR brug. På billedet kan man se hvordan fantomerne ser ud. Figur 4 Osirix billedbehandlings program Osirix har vi fået anbefalet af afdeling X, som et program vi kan bruge til at analysere vores billeder og måle SNR. Vi har fundet programmet på nettet på nedenstående side. 29

30 Skumgummi For at sørge for at vores resultater bliver ens for hver skanning, både stående og liggende, har vi lavet en skabelon af skumgummi, som billederne nedenunder viser. I forhold til videnskabelighedskriterierne gør dette forsøget nemmere at gentage, samt det øger reliabiliteten. Figur 5 Figur 6 På den måde er vores fantomer placeret ens hver gang og de har den samme afstand til hinanden ved hver skanning. Fremgangsmåde Inden vi startede forsøget, har vi sørget for at gå systematisk til værks, ved at aftale hvordan vores fremgangsmåde skulle være, samt vi sørgede for alle skanninger blev så ens som mulig. Til at starte med opstillede vi forsøget som billedet nedunder viser, med fantomholderen i Isocenteret ved rygleje skanning. 30

31 Figur 7 For at vores resultater skal være valide, lavede vi her tre sagitale skanninger af hvert af de tre fantomer. På den måde sikrede vi os at vores resultater ikke er enkeltstående tilfælde, men at vi havde nogle resultater at sammenligne med, og vi styrker på den led også reliabiliteten. For at sikre os at alle skanninger blev ens, og for at gøre det muligt at gentage forsøget, kopierede vi samme sekvens til hver skanning. Parametre ved skanningerne: TR: 3280 TE: 125 Snittykkelse: 4 mm Antal snit: 11 Image size: 512*512 FOV 310 Skan tid: 4 minutter 35 sekunder Vi spændte fantomholderen fast, ved hjælp skannerens bælter, som også bruges til at holde patienter fast. Herefter lavede vi ni sagitale skanninger med lejet i vertikal 31

32 position, som man kan se på figur 7. Efter disse ni skanninger, roterede vi skanneren 90 og ved hjælp af spænderne blev fantomholderen siddende uden at flytte på sig. Billederne nedenunder viser hvordan skanneren ser ud med lejet i horisontal position. Figur 8 Figur 9 Her lavede vi de samme ni skanninger, bare i horisontal position, for at sikre at resultaterne er sammenlignelige. Her efter importerede vi skanningerne ind i Osirix for at kunne måle på vores resultater. Da vi så ville optimere vores skanninger, var fremgangsmåden den samme. Ved de to første skanninger prøver vi at optimerer SNR. Ved den ene skanning ændrede vi FOV fra 310 til 350, da Westbrook skriver: ved at øge FOV vil SNR blive bedre, resten af skanningsparametrene holder vi uændret (Westbrook, et al., 2011). 32

33 Ved vores anden optimering ændrede vi vores TR fra 3280 ms til 4290 ms, dette gav dog samtidig en skanning på 6,00 minutter i stedet for de Grunden til vi ændrede på TR er, at Westbrook skriver at en stigning i TR vil forbedre SNR. For at optimere vores spatiale opløsning, lavede vi her også to optimeringer. Vi ændrede FOV fra 310 til 220, samt snittykkelsen fra 4 mm til 3 mm. Da både Westbrook og McRobbie skriver, ved en formindskelse af FOV får man en bedre spatial opløsning, og på samme måde ved at gøre snittykkelsen mindre. Vi ændrede på to parametre på samme skanning, da der ved den ikke optimerede skanning var så dårlig spatial opløsning at man ikke kunne se nogle linjepar, så vi vurderede at vi skulle ændre på flere parametre for at se en ændring. Ved alle optimeringsforsøgene lavede vi tre gentagelser af hvert forsøg, for at øge reliabiliteten. 3.8 Analyse Metode Vi vil til analysere den data som vi har opsamlet ved hjælp af billedbehandlings programmet Osirix, som vi har fået anbefalet af hospital X. Vi har derfor brændt skanninger ned på en CD-rom, hvorefter vi overfører skanningerne til Osirix. Vi måler SNR i homogenitets fantomet, det gør vi ved at plotte fem ROI s ind i selve fantomet, en ROI centralt og fire ROI s perifert i fantomet. Herefter placere vi fire fantomer uden for fantomet for at måle baggrundsstøjen, da denne skal bruges for at måle SNR som vi gør ved denne ligning (McRobbie, et al., 2007). Grunden til at man ganger med 0,66, skyldes at støjen ikke er normalt fordelt men Rayleigh fordelt, og man kompensere for dette ved at gange med 0,66 (McRobbie, et al., 2007). Billedet nedenunder illustrere hvordan vi har placeret vores ROI s. 33

34 Figur 10 Ved første fantom lavede vi hvert ROI s på 2,014 cm2 i fantomet, og 2,023 cm2 i de fire ROI s der måler baggrundsstøj Herefter kopiere vi hver ROI s og genbruger dem ved de efterfølgende midtersnit ved hver fantom. Vi finder det samme snit i hver skanning og indsætter de kopierede ROI s. For at de skal ligge ens tegner vi linjer diagonalt i fantomet, så vi kan bestemme midten der hvor linjerne mødes, se figur 10. Vi navngiver hver gruppe af ROI s ved hver fantom, så det første hedder: ROI fantom 1 Supine M1. M1 står for måling 1, så kommer M2 og M3. Dette gentager vi ved Weight bearing (WB). Samme metode bruger vi til at måle vores optimering, kopiere ROI sne fra første forsøg, og bruger samme fremgangsmåde for at kunne sammenligne resultaterne. Ud fra disse ROI s kan vi aflæse signalintensitet og SD, som vi skal bruge for at udregne SNR. Herefter bruger vi den statistiske metode som er beskrives i næste afsnit til at behandle resultaterne, og derfra laver vi grafer til at illustrere vores resultater. 34

35 For at måle den spatiale opløsning, der skanner vi to fantomer der har måleindikator indbygget, der er beregnet til at måle den spatiale opløsning. Her vil vi så måle Lpm og sammenligne resultaterne (McRobbie, et al., 2007). 3.9 Statistiskmetode Når man arbejder med statistik er det vigtigt at vælge den rigtige statistiske metode, så man ikke drager konklusioner på forkerte grundlag. Der findes to typer af fejlfortolkninger når man arbejder med statistik, type-i og type-ii fejl. En type-i fejl opstår, hvis man forkaster en nulhypotese, når denne i virkeligheden er sand. En type- II fejl forekommer, hvis en falsk nulhypotese accepteres, se tabellen nedenfor (Malchow-Møller, et al., 2003). Nulhypotesen sand Nulhypotesen falsk Nulhypotese accepteret Korrekt konklusion Type-II fejl Nulhypotese forkastet Type-I fejl Korrekt konklusion Figur 11 type-i og type-ii fejl Så længe undersøgelses materialet eller beslutningsgrundlaget ikke er komplet, vil der altid være en risiko for at komme til at begå en af disse fejl. Det er derfor vigtigt at undgå disse typer af fejl, når man arbejder med statistik(johansen, 2002). I vores forsøg kan målingerne henføres til en intervalskala, da vi har kvantitative data som kan indsættes på en skala med lige store skalatrin. Vores data er kontinuerte fordelt da alle reelle tal på en talakse kan fremkomme(johansen, 2002). Dette kan de, da vi i vores målinger måler på SNR der teoretisk kan indtage alle værdier fra 0 og op. Hvorvidt der er signifikant forskel mellem to middelværdier af normalfordelte observationer, kan ifølge Johansen vurderes ved anvendelse af en parret t-test og beregning af en p-værdi. For at vurdere om vi skal lave en parret t-test med ens varians, eller en parret t-test med forskellig varians, er vi først blevet nød til at lave en F-test. F-testen kan laves ved formlen, og aflæses i en f-tabel, hvor der så findes ud af om der er variationshomogenitet eller ej. Vi har lavet f-testen i Excel, ved at vælge funktionen FTEST, og indsætte data fra de tre gennemsnits SNR fra det ene forsøg i 35

36 kolonne 1, og data fra gennemsnits SNR af de tre skanninger fra det andet undersøgte forsøg i kolonne 2. Herved har vi fået et resultat af f-værdien fra funktionen i Excel. Får man et resultat af f-testen på over 0,05, skal man foretage en parret t-test med ens varians. For man et resultat på under 0,05 skal man foretage en parret t-test med forskellig varians. Ved hjælp af t-testen udregnes en p-værdi, og man får på den måde et ja/nej svar på om forskellen er statistisk signifikant eller non-signifikant? (Johansen, 2002) Vi opstiller også en nulhypotese ( at middelværdien er ens) for at se hvilket signifikansniveau nulhypotesen er forkastet eller accepteret ved(blom-hanssen, 2002). I vores opgave bruger vi et signifikant niveau på 5%, som er det niveau man oftest bruger ved statistiske test. At man oftest bruger p=0,05, som afgrænsning mellem statistisk signifikans og insignifikans, er der ikke nogen matematisk begrundelse for. Det har været en tradition siden begyndelsen af forrige århundrede efter forslag fra Sir Ronald Fisher. Når vi vælger en p-værdi på 0,05 vil det sige at hvis vi får en P-værdi på under 0.05, så kan vi forkaste vores nulhypotese, og derfor kan vi sige med 95% sikkerhed at vores resultater ikke skyldes tilfældigheder, får vi derimod en P-værdi på over 0,05 så kan man konkludere at man ikke fandt en signifikant forskel, og at resultatet kan skyldes tilfældigheder(johansen, 2002). Ved udførelsen af t-testen har vi brugt en funktion i Excel. Vi har valgt funktionen t-test, i tilføjelsesprogrammet dataanalyse. Her har vi valgt den form for t-test der passer, ud fra resultatet af f- testen. Efter at have valgt den rigtige test, har vi indtastet, som ved f-testen, de tre gennemsnits SNR der er for hver scanning fra de to forsøg der sammenlignes, i henholdsvis rubrik 1 og rubrik 2. Der indtastes 0 i hypotese, da vi her ønsker at undersøge forskellen mellem de to forsøg. Funktionen udregner derefter en p-værdi. Man kan også vælge at lave t-testen manuelt ved hjælp af formler og tabeller. 36

37 4.0 Teori Vi vil i dette afsnit beskrive den teori vi bruger i forbindelse med vores forsøg, og til at besvare vores problemformulering. T2 Til vores forsøg i denne opgave har vi valgt en T2 vægtet spin-ekko sekvens. Da det er en af de sekvenser hospital X bruger til at skanne liggende og derefter stående rygge. Vands T2 tid (defasning) er længere ind fedt, dette vil sige at vands transverselle magnetisering er større end fedt og vil derfor give et større signal og fremstå lyst på billedet. Da fedt giver et lavt signal vil det fremstå mørkt (Westbrook, et al., 2011). Figur 12 (Westbrook, 2011) På figuren oven over kan man se forskellen på vand og fedts evne til at defase. Den øverst blå streg er vand, og den neden under er fedt. Hvis man har en længere TE så vil kontrasten mellem vand og fedt blive større. Det der kendetegner T2 vægtede sekvenser er en lang TR, så forskellen i vævets T1 tid bliver minimal, og en lang TE så forskellen i vævets T2 tid kommer til udtryk i kontrasten (Westbrook, et al., 2011). Spin ekko Ved en spin ekko sekvens sender man først en 90 radio frekvens puls, hvorefter man tilfører en 180 refokuserings puls til at kompensere for den defasning grundet 37

38 skanneres inhomogenitet. Hvor efter man lytter på signalet efter den valgte TE. Man kan også lave flere ekkoer ved brug af ekko tog, dette sker ved at tilføre flere 180 RF pulse inden for den samme TR, dette kan man gøre for at spare tid. Dette kaldes turbo/fast spin ekko, og i denne opgave bruger vi en sekvens med turbo spin-ekko. (Westbrook, et al., 2011). SNR Da vi vil bruge SNR til at undersøge billedkvaliteten i skanneren finder vi det relevant at beskrive det i dette afsnit Signalets intensitet, er størrelsen på den amplitude som spolen modtager fra netto magnetiserings vektoren (NMV) i det transverselle plan. Støj er de frekvenser der findes overalt, i dette tilfælde skanneren. Man kan sammenligne det lidt med en radio der ikke er tunet helt ind på den rigtige frekvens, så kan man også høre noget baggrundsstøj. I skanneren er det hovedsageligt patientens tilstedeværelse der laver støjen. Støjens størrelse afhænger af patientens kropsbygning, hvad der skal skannes, og den iboende støj i systemet (McRobbie, et al., 2007). Når man ændre på parametre som ændre på signalet eller på støjen, så ændre man også på SNR. Øger man signalet så øger man SNR, forringer man signalet så forringer man SNR. Alle faktorer der influere på signalet, influere derfor også på SNR. Faktorer der har indflydelse på SNR: Magnetfelts styrke Proton dentitet af området der bliver skannet Voxel volume TR, TE og flip vinkel NEX 38

39 Modtager båndbrede Spole type Ved vores forsøg vil vi arbejde på en lavfelt 0.25 T skanner, hvilket som ses ovenover, har en indflydelse på vores SNR(Westbrook, et al., 2011). FOV FOV er det område som man vælger at der skal samles signal fra, hvis man gør FOV større vil der komme mere signal per Pixel, uden at man vil få mere eller mindre støj. Den spatial opløsning vil dog blive dårligere, og det område man er interesseret i vil være mindre og der vil være et større sort område uden om(mcrobbie, et al., 2007) Snittykkelse For et hvert snit der skal bruges, må man påføre en excitations puls, dette bliver gjort ved hjælp af slice selection gradienten. Denne gradient vil sørge for at præcisionsfrekvensen af protonerne i det skannende område, vil være lidt anderledes end resten af protonerne. Når dette sker kan man excitere med den valgt frekvens til det valgte snit da de skal være ens for at interagere med hinanden og give signal. Da de forskellige snit vil have forskellig præcision vil man kunne skelne mellem de forskellige snit. Dette sker helt automatisk af skanneren når man vælger snittykkelse (Westbrook, et al., 2011). Ved spin ekko sekvenser bliver slice selection gradienten slået til i det man påføre en 90 excitations puls og når man påføre 180 refasnings pulsen, for at refase snittene hver for sig. Billedet nedenunder viser hvornår slice select gradienten bliver tændt. 39

40 Figur 13 (Havard.edu) Permanent Magnet felt Da der er stor forskel på hvilken slags magnet man bruger, og magnetfeltets styrke, så er det vigtigt at få beskrevet hvilken man bruger til sit forsøg. Den største fordel ved at have et permanent magnetfelt er, at den ikke behøver en elektrisk tilslutning eller dyr Helium til at nedkøle, og derfor er relativ billig i drift. Permanente magneter er meget temperatur følsomme, så for at bevare homogeniteten og billedkvaliteten er det essentielt med en konstant temperatur. En temperatur stigning i rummet må ikke overstige 1 c for at opretholde en optimal brug af den permanente magnet(westbrook, et al., 2011). En typisk skanner med en permanent magnet, er designet sådan at der er en magnet over og under patienten, så man får en optimal signal selvom det er en åben skanner. En af de store forskelle mellem en elektromagnetisk og en permanent magnet er, at Bₒ feltet ligger sig fra syd til nord, fra bund til top, hvilket gør at magnet feltet stort set er begrænset mellem den øvre og nedre magnet plade. Dette gør at magnetfeltet ikke påvirker omgivelserne på samme måde som en elektromagnetisk skanner(mcrobbie, et al., 2007). 40

41 Inhomogenitet Homogeniteten er essentielt for billedkvaliteten og bliver påvirket blandt andet af magnetfeltstyrken. For at undersøge billedkvaliteten vil inhomogenitet blive beskrevet herunder, samt de forskellige former for inhomogenitet. En MR-scanner har aldrig et helt homogent magnetfelt, der vil altid være områder hvor magnetfeltet ikke matcher det eksterne magnetfeltstyrke. Nogle områder har en magnetfeltstyrke som er lidt svagere end den eksterne feltstyrke, hvorimod andre områder har en felt styrke som er lidt stærke end den eksterne felt styrke(westbrook, et al., 2011). Der er to former får inhomogenitet: Den mikroskopiske inhomogenitet Denne inhomogenitet sker fordi de enkelte væv defaser med en helt bestemt hastighed. Grunden til at der er så stor forskel i hvor hurtigt forskeligt væv defaser, hænger sammen med hvor tæt hydrogenmolekylerne i vævet ligger. Hvis molekylerne ligger tæt sammen, som det er tilfældet med vand, vil defasningen ske langsomt, hvorimod hvis der er stor afstand i mellem hydrogenmolekylerne, som fedt, vil defasningen ske hurtigere. Den mikroskopiske inhomogenitet er afgørende for at vi overhovedet kan skelne de forskellige væv fra hindanden, når MR billedet skal dannes(mcrobbie, et al., 2007). Makroskopisk inhomogenitet Den makroskopiske inhomogenitet skyldes både patientens tilstedeværelse, skannerens kvalitet ( i forhold til skannerens homogenitet og effekten af skanneren shimming), samt støj fra skannerens komponenter. Den makroskopiske inhomogenitet medfører at antallet af feltlinjer og dermed feltstyrken ændres over både tid og sted, og den vil være tilfældig. Dette vil medfører at de enkeltes vævs relaksationstider ikke længere følger den kendte eksponentielle formel for ægte defasning. Jo lavere feltstyrke skanneren har, jo større indflydelse vil inhomogeniteten have, og dette vil 41

42 som nævnt tidligere fører til et forringet SNR, på grund af øget støj(mcrobbie, et al., 2007). Spatial opløsning Den spatiale opløsning bruger vi til at måle på billedkvaliteten, derfor vil det blive beskrevet herunder Spatial opløsning er i bund og grund systemets evne til at fremvise to strukturer af samme art liggende tæt op af hinanden. Man måler den spatiale opløsning ved at måle lpm. Hvis man vil øge sin spatiale opløsning kan man gå ned i snittykkelse eller man kan mindske FOV, men i begge tilfælde vil SNR forringes, da man vil få mindre voxels hvilket vil give et mindre signal, men samme støjniveau(westbrook, et al., 2011). Spoler Da billedkvaliteten er meget afhængig af valget af spoler, og at man derfor skal vælge den rigtige spole for at få den optimale billedkvalitet, vil der her kort blive beskrevet hvad spolen gør. Formålet med modtagerspoler er at maximere opfangelsen af signal, mens der sker en minimal opfangelse af støj. For at minimere støjen og maximere SNR er det vigtigt at bruge en så lille spole som muligt, i forhold til den anatomi der ønskes fremstillet(mcrobbie, et al., 2007). Den spole som der bruges i forbindelse med denne opgave, er en spole med en kanal. Desto flere kanaler der er til rådighed, desto bedre SNR vil man få, da der vil være flere kanaler til at modtage signal, fra det bestemte område som der bliver skannet. Hver kanal vil videregive sit signal, hvorefter det bliver sammensat til et signal (Westbrook, et al., 2011). 42

43 5.0 Resultater I dette afsnit vil vi præsentere resultaterne fra vores forsøg. Vi vil starte med at præsentere forsøgene vi har lavet for at belyse vores første hypotese: En rotering af magnetfeltet 90 giver større inhomogenitet i skanneren, hvilket ved medfører et dårligere SNR. Derefter vil vi præsentere de forsøg vi har lavet for at belyse den anden del af vores hypotese angående optimering af billedkvaliteten med magnetfeltet i horisontale position. 5.1 Inhomogenitetsforsøg Data fra forsøg 1 og 2, præsenteres i tabel 1 og 2. Måling Magnet TR FOV Scantid i minutter 4,35 4,35 4,35 SNR 96,5 97,5 99,3 Gennemsnitlig SNR 97,8 Tabel 1, forsøg 1 med skanneren i vertikal position Måling Magnet TR FOV Scantid i minutter 4,35 4,35 4,35 SNR 58,9 55,8 54,4 Gennemsnitlig SNR 56,4 Tabel 2, forsøg 2 med skanneren i horisontal position For at give et bedre visuelt overblik over resultaterne, opstiller vi den gennemsnittelige SNR, for magneten i horisontal og vertikal, i et søljediagram. 43

44 SNR 120 Inhomogenitetsforsøg Gennemsnitteligt SNR Figur 14, forsøg 1 Figur 14 giver et umiddelbart indtryk af at der er stor forskel på SNR i de første forsøg. Men for at kunne udtale sig om der er statistisk signifikant forskel mellem de to forsøg, bliver, man som beskrevet i afsnit 3.9, først nød til at lave en f-test for at undersøge om man skal lave en parret t-test med ens eller forskellig varians. Ved udregning af variansen mellem forsøg 1 og 2, som vi har foretaget i Excel, får vi en f-værdi på 0,6, og der skal derfor laves en t-test med ens varians. T-testen laver vi også i Excel og vi får fra denne en p-værdi på 0,000012, som er under 0,05. Dermed kan vi forkaste nulhypotesen der siger at de to middelværdier er ens, og vi kan sige med 95% sikkerhed at forskellen mellem de to middelværdier ikke skyldes tilfældigheder. Vi kan altså konkludere at der er en signifikant forskel på de to forsøg. For at give et mere en mere konkret forskel at kunne forholde sig til, har vi udregnet den %-vise forbedring der er fra forsøg 1 til 2, hvor vi får en forbedring af SNR på 73,4 %. 44

45 5.2 Optimeringsforsøg Optimering af SNR I anden del af vores hypoteser, påstår vi at en øgning af FOV og TR vil give et bedre SNR, vil vi her belyse dette ved at femlægge data fra vores forsøg. Vi har som beskrevet i metode afsnittet, først lavet et forsøg der undersøger om et større FOV giver et bedre SNR, og derefter et der undersøge om en længere TR giver et bedre SNR. Derfor præsenterer vi først data fra det første forsøg (forsøg 3), og derefter data fra det næste forsøg (forsøg 4). Vi vil holde begge resultater op imod forsøg 2, for at have grundlag for at kunne verificere eller falsificere vores hypoteser Forsøg 3 Måling Magnet TR FOV Scantid i minutter 4,35 4,35 4,35 SNR 84,4 93,4 82,1 Gennemsnitlig SNR 86,1 Tabel 3, forsøg 3, skanneren i horisontal plan og øget FOV. På samme måde som ved forsøg 1 og 2, udfører vi først en beregning af f-værdien, for at se om der variationshomogenitet og derved hvilken t-test der skal benyttes. Beregningen af f-værdien i Excel, giver en f-værdi på 0,3 og vi laver derfor en t-test med ens varians. Resultatet af t-testen giver en p-værdi på 0,002. Dermed kan vi forkaste 0-hypotesen, og konkludere med 95 % sikkerhed at der er en signifikant forskel af SNR mellem forsøg 1 og 3. Hvis man udregner dette i procent, er SNR i forsøg 2, 52,7 % bedre end ved forsøg 3. 45

46 Forsøg 4 Måling Magnet TR FOV Scantid i minutter 6,00 6,00 6,00 SNR 74,7 70,6 75,3 Gennemsnitlig SNR 73,5 Tabel 4, forsøg 4, skanneren i horisontalt plan og øget TR. Vi får ved forsøg fire en f-værdi af forsøg 2 og 4 på 0,9, hvorfor vi igen må konkludere at der er homogenitet mellem variansen. Derfor udfører vi igen en parret t-test med ens varians, hvor vi får en p-værdi på 0,0009, hvormed vi igen kan forkaste 0- hypotesen. Vi kan sige at der er signifikant forskel i SNR mellem forsøg 2 og 4, og med 95 % sikkerhed konkludere at vores resultater ikke skyldes tilfældigheder. Ligesom med det første forsøg, har vi også samlet resultaterne i et søjlediagram (figur 15), for at give et bedre visuelt indtryk af forskellen af den gennemsnittelige SNR. Vi har i diagrammet samlet resultaterne fra vores fire forsøg, for at give et bedre sammenlignings grundlag. Ligesom ved forsøg 3 har vi også lavet den %-vise forbedring vi har mellem forsøg 2 til 4. Her får vi en forbedring på 30,3 %. 46

47 SNR 120 Optimeringsforsøg Forsøg 1 Forsøg 2 Forsøg 3 Forsøg 4 0 Figur 2, gennemsnittelig SNR Figur Spatial opløsning For at kunne besvare den ene hypotese, omhandlende spatial opløsning, hvor vi påstår at den spatiale opløsning vil blive forringet ved en rotering af magnetfeltet, vil vi her præsentere billederne fra skanningerne uden optimering, henholdsvis i det vertikale og horisontale plan. 47