[論文レビュー] BMART-Enabled Field-Map Combination of Projection-Reconstruction Phase-Cycled SSFP Cardiac Cine for Banding and Flow-Artifact Reduction

Anjali Datta, Dwight G. Nishimura+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2021

Advanced MRI Techniques and Applications被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、周波数変調を施した投影再構成（PR）スケジュールとBMARTを用いたB0磁場マッピングを組み合わせることで、1回のブレスホールド内でバンドングフリーで、フローアーチファクトが低減されたバランスドSSFP心臓シネ画像を実現する手法を提案している。磁場マップを用いて位相サイクル画像を重み付けし、ストップバンドおよびニアバンドフローアーチファクトを除外することで、従来のルート和二乗（SOS）結合と比較して、より均一な血流領域信号が得られる。

ABSTRACT

Purpose: To develop a method for banding-free bSSFP cardiac cine with substantially reduced flow artifacts. Methods: A projection-reconstruction (PR) trajectory is proposed for a frequency-modulated cine sequence, facilitating reconstruction of three phase cycles and a field-map time series from a short, breath-held scan. Data is also acquired during the gradient rewinders to enable generation of field maps using BMART, B$_0$ mapping using rewinding trajectories, where the rewind data forms the second TE image for calculating the field map. A field-map-based combination method is developed which weights the phase-cycle component images to include only passband signal in the final cine images, and exclude stopband and near-band flow artifacts. Results: The weights derived from the BMART-generated field maps mask out banding and near-band flow artifacts in and around the heart. Therefore, the field-map-based phase-cycle combination, which is facilitated by the PR acquisition with BMART, results in more homogeneous blood pools and reduced hyperintense regions than root-sum-of-squares. Conclusion: With the proposed techniques, using a non-Cartesian trajectory for a frequency-modulated cine sequence enables flow-artifact-reduced banding-free cardiac imaging within a short breath-hold.

研究の動機と目的

• バランスドSSFP（bSSFP）心臓シネ画像におけるバンドングアーチファクトを解消し、最小限のスキャン時間増加で位相サイクル撮影を可能とすること。
• 標準的な位相サイクル結合手法でも残存する、バンドング領域付近のフロー誘発アーチファクトを低減すること。
• 磁場マップを用いて位相サイクル結合時に、ストップバンドおよびニアバンド領域のフローアーチファクトを除外し、パスバンド信号のみを意図的に組み込む手法を開発すること。
• PRスケジュールの勾配リワインダー期間中に得られたデータを活用することで、追加スキャンなしに磁場マップ推定を可能とすること。
• 画像の均一性が向上し、血流領域の過強信号が低減された、臨床的に実用的な短時間ブレスホールドによる心臓シネ画像撮影を実現すること。

提案手法

• 13心拍分の1回のブレスホールド内で、3つの位相サイクルbSSFP画像と磁場マップを取得するために、非カルテジアンな投影再構成（PR）スケジュールを用いる。
• 位相サイクルのインタリーブ取得を可能とするために、周波数変調をシーケンスに適用し、追加の安定化ビートを必要としない。
• 通常のリードアウト期間と勾配リワインダー期間の両方でデータを取得することで、2番目のエコー（より遅いTE）を確保し、BMART（リワインディングトレジェクトリを用いたB0マッピング）によるB0磁場マップ推定を実現する。
• BMART技術では、リワインダーのデータを2番目のエコーとして用い、各ボクセルにおける局所的オフレゾンランス周波数を計算するB0磁場マップを算出する。
• 磁場マップに基づく位相サイクル結合法では、各成分画像のパスバンドに近さに応じて重み付けを行い、ストップバンドおよびニアバンド領域の信号を除外する。
• 最終的なシネ画像は、磁場マップから導出された重みを用いて位相サイクル画像を結合することで再構成され、スライス外のフロー寄与およびバンドングアーチファクトの寄与が最小限に抑えられる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周波数変調を施したPRスケジュールは、1回のスキャンで複数の位相サイクルとB0磁場マップを効率的に取得可能であり、ブレスホールドに適合するか？
• RQ2 BMARTで得られる磁場マップを用いて、心臓シネ画像の位相サイクル結合時にストップバンドおよびニアバンドフローアーチファクトを的確に除外できるか？
• RQ3 磁場マップに基づく位相サイクル結合は、従来のルート和二乗（SOS）結合と比較して、血流領域の過強信号を低減できるか？
• RQ4 この手法は、1回のブレスホールドを超えるスキャン時間増加なしに、バンドングフリーでフローアーチファクトが低減されたbSSFPシネ画像を実現できるか？
• RQ5 複雑または斜めの血流が存在する領域において、磁場マップに基づく結合手法は、残存するフローアーチファクトに対してどれほど頑健か？

主な発見

• 提案手法は13心拍分のブレスホールド内で3つの位相サイクル画像とB0磁場マップを正常に取得し、迅速で臨床的実用性のあるスキャンを実現した。
• BMARTによる生成された磁場マップは、オフレゾンランス周波数を正確に特定でき、パスバンドとストップバンドの信号成分を明確に区別できた。
• 磁場マップに基づく結合法は、バンドングおよびニアバンドフローアーチファクトを効果的にマスクし、従来のルート和二乗（SOS）結合と比較して、はるかに均一な血流領域信号を実現した。
• フローアーチファクトに起因する過強信号領域は著しく減少し、特に右心室および左室出力路近傍で顕著に見られるアーチファクトが顕著に低減された。
• 19例の被検者データセットにおいて、全心拍および全スライスで一貫したアーチファクト低減効果が観察され、本手法は優れた性能を示した。
• 一部の症例では残存する過強信号が観察されたが、これは磁場マップの不正確さや、斜めの血流に起因する非局所的寄与による可能性が高く、磁場マップの解像度向上や重み関数の最適化によりさらなる改善が期待される。