Brain tumors pose a big challenge in the field of neuro-oncology. Gliomas are the largest subgroup. Magnetic resonance imaging is a non-invasive tool for detecting and characterizing these tumors. Mathematical models, such as the reaction-diffusion equation, can be used for understanding the intricate behavior of gliomas. This thesis aims to improve the understanding and prediction of tumor growth by modifying and evaluating a reaction-diffusion mathematical model and incorporating magnetic resonance (MR) images, namely intensity from T1-weighted and T2-weighted images, and apparent diffusion coefficient values. Image data from five patients was used. The finite difference method was used to approximate the solution, and brain segmentation is performed using the software package FSL. The Jaccard index is used to compare the simulation results with the ground truth, being the segmented tumor area. A spatially varying proliferation rate is introduced and histology images are used to construct an initial condition for the reaction-diffusion mathematical model. The results show improvement in performance based on the Jaccard index, with the highest values achieved when using a diffusion matrix given as an affine function of intensity in T1-weighted images. Incorporating a spatially varying proliferation rate reduces the number of iterations required to reach the maximum Jaccard index compared to a constant proliferation rate, but this does not influence the simulation time. The introduction of the p-Laplace operator, particularly with a value of p = 1.8 instead of the usual Laplace operator (where p = 2), leads to a higher Jaccard index, indicating an improvement in the model’s performance. The best Jaccard index achieved was 0.4909 with p = 1.8 compared to the basic model (JI = 0.4382 with p = 2). An initial tumor cell density is constructed using histology images. In conclusion, insights are provided into improving tumor growth modeling by incorporating MR images, the p-Laplace operator, a spatially varying proliferation rate and possibility of constructing the initial conditions for tumor cell density based on histology images.

Introduktion: Ischemisk stroke är en av de vanligaste folksjukdomar och kan leda till funktionsnedsättning och mortalitet. Diagnostisering och tid är faktorer som spelar en avgörande roll inför behandling och prognos av ischemisk stroke. Trots att DT idag anses vara förstahandsval vid diagnostisering, har den lägre sensitivitet än MR att upptäcka ischemi. Även om MR med DWI anses ge ökade möjligheter vid diagnostisering av ischemisk stroke, varierar idag användningen mycket i Sverige. Syfte: Att sammanställa kunskap om diffusionsviktade sekvensers användbarhet inom magnetresonanstomografi för att diagnostisera och behandling av ischemisk stroke. Metod: En allmän litteraturstudie genomfördes i enlighet med Friberg (2017), där tolv artiklar från PubMed och Cinahl with fulltext analyserades och granskades. Resultat: Resultatet visar att DWI har hög sensitivitet att diagnostisera lesioner, men vid vissa fall detekteras inga lesioner trots att patienten har typiska symtom. DWI är även bra på att utvärdera om trombolys är säkert att administrera upp till tolv timmar efter symtomdebut, samt kan användas för att beräkna trombektomins förväntade resultat utifrån lesionens storlek. Slutsats och kliniska implikationer: MR med DWI kan komma att ha en betydande roll i framtiden för att förbättra diagnostisering och behandling av patienter med akut ischemisk stroke. Fler patientgrupper kommer att få möjligheten till behandling som tidigare exkluderades, vilket minskar både dödlighet och funktionsnedsättning. Effektivare protokoll behövs för att införa MR med DWI i en större skala för att diagnostisera patienter med ischemisk stroke, vilket kommer att vara en stor utmaning som kräver fler MR apparater, röntgensjuksköterskor med specialistkompetens, multiprofessionellt arbete och mer forskning.

Heart failure is a term for a group of complex symtoms characterized by reduced heart function. One of these syndromes, referred to as heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF), has increased in prevalence compared to other types of heart failures during the recent years. A concern is the difficulty in diagnosing patients with HFpEF, since current tools are considered insufficient. The aim of this thesis was to examine Peak Oxygen Uptake (VO2peak) in relation to Total Heart Volume (THV) among heart failure patients with preserved ejection fraction (HFpEF, EF >40 %) compared to healthy controls. THV was acquired by delineating images acquired using cardiovascular magnetic resonance imaging, while VO2peak was measured in oxygen curves acquired from cardiopulmonary exercise tests. Ratios were calculated by dividing VO2peak with THV. In order to determine if blood hemoglobin concentration (b-Hb) could affect the ratio, ratios were adjusted to b-Hb using an adjusting factor. Mean THV was nearly 250 ml larger in HFpEF patients compared to the controls. Patients’ mean VO2peak was more than 1000 ml lower compared to the controls. Mean VO2peak/THV ratio calculated for the patients were less than half of that calculated for the controls. Adjusting the ratio to b-Hb did not affect the ratios significantly. The study was limited by the size of the test group, but the findings suggest that a VO2peak/THV ratio can be used to separate HFpEF patients from healthy controls. / Hjärtsvikt är ett begrepp för en grupp med komplexa symtom och kännetecknas av försämrad hjärtfunktion. Ett av dessa syndrom, hjärtsvikt med bevarad ejektionsfraktion (HFpEF), har ökat i prevalens jämfört med andra varianter av hjärtsvikt under de senaste åren. Ett problem är de svårigheter som finns med att diagnosticera patienter med HFpEF, då nuvarande verktyg inte är tillräckliga. Syftet med detta examensarbete var att undersöka maximalt syreupptag (VO2peak) i förhållande till total hjärtvolym (THV) bland hjärtsviktspatienter med bevarad ejektionsfraktion (HFpEF, EF >40 %) jämfört med friska kontroller. THV erhölls genom att utlinjera bilder tagna med hjälp av magnetisk resonanstomografi, medan VO2peak mättes i syrevolymkurvor som registrerats under ergospirometri-undersökningar. Index beräknades genom att dividera VO2peak med THV. För att undersöka huruvida halten hemoglobin i blodet (b-Hb) kunde påverka index justerades index mot b-Hb med hjälp av en justeringsfaktor. Medel-THV var nästan 250 ml större hos HFpEF-patienter jämfört med kontroller. Medel-VO2peak var mer än 1000 ml lägre hos patienterna jämfört med kontroller. Medel VO2peak/THV-index som beräknats för patienter var mindre än hälften så högt som index beräknat för kontroller. Att justera index mot b-Hb påverkade inte index signifikant. Studien begränsades av mängden deltagare, men fynden indikerar att VO2peak/THV-index kan användas för att skilja HFpEF-patienter från friska kontroller.

Introduktion: Uppskattningsvis 40% av alla magnetresonanstomografiska (MRT) undersökningar som görs i Europa och USA utförs med gadoliniumbaserade kontrastmedel. Under det senaste decenniet har det i flera studier uppmärksammats att ansamling av gadolinium sker i olika strukturer i hjärnan. Patienter med multipel skleros följs regelbundet upp med MRT undersökningar och MRT med kontrastförstärkning är den vanligaste metoden för att urskilja nytillkomna patologiska förändringar. Utveckling inom teknologi och metoder inom artificiell intelligens har visat att det finns anledning att kartlägga om röntgensjuksköterskans arbete med undersökningar och läkemedel som administreras till patienter kan förändras så att det förebygger ansamling av gadolinium. Syfte: Syftet med denna litteraturöversikt var att kartlägga ansamlingen av gadoliniumkontrastmedel hos patienter med multipel skleros och hur artificiell intelligens kan tillämpas vid MRT för att minska användning av gadoliniumkontrast. Metod: Allmän litteraturöversikt där vetenskapliga artiklar av kvantitativ studiedesign har sökts fram genom databaserna CINAHL och PubMed. Resultat: Både makrocykliska och linjära gadoliniumbaserade kontrastmedel ansamlas i de basala ganglierna. Genom tillämpning av AI och CAD går det att framställa bilder med fullgod bildkvalitet och samtidigt reducera mängden kontrastmedel som administreras till patienten. Slutsats: Det behövs mer forskning om gadoliniumansamling för att nya rutiner och metoder ska kunna implementeras. Ansamling av gadolinium visar att det finns skäl att fortsätta utveckla nya metoder för uppföljning av sjukdomsförloppet hos MS-patienter. När det gäller AI inom medicinsk bilddiagnostik och magnetresonanstomografi finns många utvecklingsmöjligheter som kan bidra till minskning av gadoliniumbaserad kontrast i framtiden. Fortsatt forskning inom deep learning och CAD kan i framtiden utvecklas så att röntgensjuksköterskan får en mer självbestämmande funktion i bildframställning vid MRT, men även ett mer självständigt arbete i hanteringen av farmaka. Dessutom kan denna utveckling bidra till att röntgensjuksköterskans multidiciplinära samverkan med radiologer stärks och bidrar till en positiv utveckling med kortare granskningstider, bättre hantering av patienter, optimerade undersökningar, minskning av undersökningstider och kortare vårdköer. / Introduction: Approximately 40% of all magnetic resonance imaging (MRI) scans performed in Europe and the United States are performed with gadolinium based contrast agents. Over the past decade, several studies have shown a gadolinium deposition in various structures in the brain. Patients with multiple sclerosis are regularly followed up with MRI with contrast enhancement is the most common method for distinguishing new pathological changes. Developments in technology and methods in artificial intelligence have shown that there is reason to map out whether the radiographers work with examinations and drugs administered to patients can be changed so that the accumulation of gadolinium is prevented. Aim: The purpose of this literature review was to examine the accumulation of gadolinium contrast agents in patients with multiple sclerosis of gadolinium contrast agents in patients with multiple sclerosis and how artificial intelligence can be applied in MRI to reduce the use of gadolinium based contrast agents. Methods: General literature review where scientific articles of a quantitative nature have been searched through the databases CINAHL and PubMed. Results: Both macrocyclic and linear gadolinium based contrast agents are retained in the basal ganglia. With artificial intelligence and CAD, it is possible to obtain data with good quality and at the same time reduce the amount of gadolinium based contrasts to patients. Conclusions: More research on gadolinium accumulation is needed for new routines and methods to be implemented. Accumulation of gadolinium shows that there is reason to continue to develop new methods for monitoring the course of the disease in MS patients. Concerning AI in medical imaging and magnetic resonance imaging, there are many development opportunities that can contribute to the reduction of gadolinium contrast in the future. Continued research in deep learning and CAD can be developed in the future so that the X-ray nurse has a more self-determining function in image production in MRI, but also a more independent work in the management of pharmacies. In addition, this development can contribute to the X - ray nurse's multidisciplinary collaboration with radiologists is strengthened and contributes to a positive development in shorter examination times, better management of patients, optimized examinations, reduction of examination times and shorter care queues.

There are several reasons for using non-Cartesian k-space sampling methods in Magnetic Resonance Imaging (MRI). Such a method is radial sampling, which includes the advantage of continuous coverage of the k-space center which results in higher robustness to motion. On the other hand, radial imaging does have some limitations that must be considered. The method is more sensitive to gradient imperfections, such as eddy currents and gradient delays, resulting in inconsistencies between the nominal and actual gradient waveforms. This leads to distortions in the sampling trajectory, also called trajectory errors, yielding reconstructed images with artifacts caused by the gradient imperfections. The aim of this project was therefore to implement a method that takes these errors into account and perform a correction of the trajectory errors to yield images with reduced artifacts. Various methods have been proposed for correction of the gradient errors, some more effective than others. The method implemented in this project was based on the gradient impulse response function (GIRF) which characterizes the gradient system responses. When GIRF was acquired, the actual gradient waveforms played-out during the imaging measurement could be predicted by first modeling the nominal gradient waveforms and then performing a convolution with the corresponding GIRF for each gradient axis. The imaging experiments involved measurements on two different resolution phantoms and in-vivo measurements to note possible differences in correction performance. The used pulse sequences for imaging were FLASH and bSSFP. The results showed that the applied method using GIRF did reduce the artifacts caused by gradient imperfections in the reconstructed images taken with the FLASH sequence. On the other hand, the results for the bSSFP sequence were not as successful due to incomplete modeling of the gradient waveforms. The conclusion to be drawn is that the GIRF-correction does adequately compensate for the trajectory errors when using a radial sampling trajectory for the FLASH sequence and hence yield images with almost eliminated artifacts. A suggestion for future work would be to further investigate the bSSFP sequence modeling to obtain better bSSFP-images. / Det finns flera anledningar till att använda icke-Kartesiska k-space samplingsmetoder i magnetisk resonanstomografi. En sådan metod är radiell sampling, som har fördelen att kontinuerligt samla in mätdata från mittpunkten av k-space, vilket resulterar i lägre rörelsekänslighet under bildtagningstillfället. Radiell sampling har dock begränsningar som måste tas i beaktande, som gradient imperfektioner och gradientfördröjningar. Dessa leder till förvrängningar i samplingspositioneringen i k-space, även känt som trajektoriefel, vilket ger upphov till artefakter vid bildrekonstruktion. Syftet med projektet är att korrigera för dessa trajektoriefel så att den rekonstruerade bilden innehåller färre artefakter. Olika metoder har föreslagits för korrektion av gradientfel. Metoden som användes i detta projekt baseras på gradient impulsresponsfunktionen (GIRF), som karaktäriserar gradient systemet. För att estimera de verkliga samplingspositionerna i k-space beräknades de förvrängda gradientvågformerna efter varje mätning. Detta gjordes genom att först modellera de nominella gradientvågformerna och därefter utföra en faltning med GIRF. De utförda experimenten under projektets gång bestod av bildtagning av två fantomer och ett antal in-vivo mätningar för att identifiera eventuella skillnader i de rekonstruerade bilderna. Pulssekvenserna som användes under projektet var FLASH och bSSFP. Resultaten visade att GIRF-korrektionen reducerade artefakter orsakade av gradient imperfektioner i de rekonstruerade bilderna tagna med FLASH-sekvensen. Erhållna resultat med bSSFP-sekvensen var å andra sidan inte lika lyckade på grund av inkomplett modellering av gradientvågformerna. Slutsatsen som kan dras är att GIRF-korrektionen kompenserar för trajektoriefel i radiell sampling för FLASH-sekvensen och ger rekonstruerade bilder där artefakterna nästan eliminerats. Ett förslag för framtida arbeten är att vidare undersöka modelleringen av bSSFP-sekvensen för att erhålla bättre bilder.