@article { author = {Rezaeian, Mohamad Reza}, title = {Detecting the CEST Effect through the Noisy Z-Spectrum based on Solving the Bloch-McConnell Equations}, journal = {Iranian Journal of Biomedical Engineering}, volume = {15}, number = {1}, pages = {47-58}, year = {2021}, publisher = {Iranian Society for Biomedical Engineering}, issn = {5869-2008}, eissn = {9685-8006}, doi = {10.22041/ijbme.2021.138955.1636}, abstract = {Molecular magnetic resonance imaging by tracking contrast agents based on magnetic resonance of the nucleus is considered a novel anatomical and functional diagnostic method in various medical applications due to its good spatial resolution and safe technology. In a magnetic resonance scanner, a spectroscopic spectrum known as the Z-spectrum is obtained by applying a predominantly rectangular electromagnetic saturation pulse. At frequencies corresponding to the Larmor frequency, some amplitudes due to water saturation contrast factors are formed, representing saturation transfer’s effect due to chemical exchange (CEST). Chemical shifts, magnetic field heterogeneity and imaging process’s noise, while shifting the Larmore frequencies position, distorts the CEST effect. This noise is mainly modeled by the raisin distribution, which is an extent of Gaussian distribution. In this paper, an efficient method for reducing noise from the Z-spectrum and detecting the CEST effect is presented. Deionization is performed using the analytical model’s output resulting from solving the Bloch-McCannell equations and detecting the CEST effect by calculating the Bayesian likelihood function. The proposed method’s effectiveness for noise cancellation and detection the CEST effect was performed on real Z-spectra which is obtained from magnetic resonance scanners and data obtained from human tissue. The average performance of the proposed method is measured by relative mean square error between the real Z-spectrum and the noise in the signal to noise 10dB and the number of observations 5 was about four percent. The value of the first type of error (p-value) based on parametric data was less than 5% when the noise variance was more than 0.008 and the number of observations was more than 5. In this paper, a criterion for detecting the effect of CEST based on the mediation operator is proposed to evaluate the efficiency of the proposed method in proportion to the noise power and the number of observations.}, keywords = {CEST effect,Bayesian,Raisin Distribution,Signal to Noise,Saturation Transfer,Z-Spectrum}, title_fa = {آشکارسازی اثر CEST از طیف Z تشدید مغناطیسی آغشته به نویز بر اساس مدل تحلیلی برگرفته از حل معادلات بلاخ-مک‌کانل}, abstract_fa = {تصویربرداری مولکولی به روش تشدید مغناطیسی با ردیابی عامل­های کنتراست که اساس آن بر پایه‌ی تشدید مغناطیسی هسته­ای بنا نهاده شده، به دلیل رزولوشن مکانی مناسب و فناوری بی­ضرر به عنوان یک روش نوین تشخیصی آناتومی و عمل‌کردی در کاربردهای مختلف پزشکی مورد توجه قرار گرفته است. در اسکنر تشدید مغناطیسی با اعمال پالس اشباع الکترومغناطیسی عمدتا مستطیلی، طیف اسپکتروسکوپی معروف به طیف Z حاصل می­شود. در فرکانس­های متناظر با فرکانس لارمور در طیف Z دامنه­هایی ناشی از اشباع مستقیم آب و عامل­های کنتراست که معرف اثر انتقال اشباع به واسطه‌ی تبادل شیمیایی (CEST) است ایجاد می­شود. پدیده‌ی شیفت شیمیایی، ناهمگنی میدان مغناطیسی و نویز موجود در فرایند تصویربرداری ضمن تغییر موقعیت فرکانس­های لارمور در طیف Z، منجر به مخدوش شدن اثر CEST می­شود. عمدتا اثر این نویز با توزیع رایسین که در حالت حدی مطابق با توزیع گوسی است مدل می­شود. در این مقاله روش کارامدی جهت کاهش نویز از طیف Z و آشکارسازی پوش اثر CEST ارائه شده است. نویز­زدایی، با استفاده از خروجی مدل تحلیلی ناشی از حل معادلات بلاخ-مک­کانل و آشکارسازی اثر CEST از طریق محاسبه‌ی تابع درست‌نمایی بیزین صورت گرفته است. بررسی کارایی روش­ پیشنهادی برای حذف نویز و آشکارسازی اثر CEST روی طیف­های واقعی Z برگرفته از اسکنر تشدید مغناطیسی و داده‌های پارامتری حاصل از بافت انسان انجام شده است. عمل‌کرد روش پیشنهادی به طور متوسط با اندازه­گیری مجذور مربعات خطای نسبی بین طیف Z واقعی و نویزی در سیگنال به نویز 10 dB و تعداد مشاهدات 5 حدودا برابر با 4% به دست آمده است. مقدار خطای نوع اول (p-value) بر مبنای داده­های پارامتری زمانی که واریانس نویز از 008/0 و تعداد مشاهدات از 4 بیش‌تر باشد، کم‌تر از 05/0 به دست آمده است. هم‌چنین در این مقاله معیاری برای آشکارسازی اثر CEST بر مبنای عمل‌گر میانه­گیری جهت بررسی کارایی روش پیشنهادی متناسب با قدرت نویز و تعداد مشاهدات پیشنهاد شده است.}, keywords_fa = {اثر CEST,تابع درست‌نمایی بیزین,توزیع رایسین,سیگنال به نویز,انتقال اشباع,طیف اسپکتروسکوپی تشدید مغناطیسی Z}, url = {https://www.ijbme.org/article_243242.html}, eprint = {https://www.ijbme.org/article_243242_3a77b9e5e8331f46f9f453abf381af61.pdf} }