[論文レビュー] High-fidelity, high-isotropic resolution diffusion imaging through gSlider acquisition with B1+ & T1 corrections and multi-coil B0 shim array

Congyu Liao, Jason Stockmann+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2018

Advanced Neuroimaging Techniques and Applications被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、動的マルチコイルB0シミングと組み合わせたB1+およびT1補正を提案し、3Tにおける高空間分解能gSlider拡散MRIを向上させる。スライス境界アーチファクトと幾何学的歪みを50–80%低減することで、64方向の1 mm等方的全脳拡散画像をわずか20分で取得可能となり、従来のgSliderおよびEPI法に比べて著しく優れた忠実度を実現した。

ABSTRACT

Purpose: B1+ and T1 corrections and dynamic multi-coil shimming approaches were proposed to improve the fidelity of high isotropic resolution Generalized slice dithered enhanced resolution (gSlider) diffusion imaging. Methods: An extended reconstruction incorporating B1+ inhomogeneity and T1 recovery information was developed to mitigate slab-boundary artifacts in short-TR gSlider acquisitions. Slab-by-slab dynamic B0 shimming using a multi-coil integrated {\Delta}B0/Rx shim-array, and high in-plane acceleration (Rinplane=4) achieved with virtual-coil GRAPPA were also incorporated into a 1 mm isotropic resolution gSlider acquisition/reconstruction framework to achieve an 8-11 fold reduction in geometric distortion compared to single-shot EPI. Results: The slab-boundary artifacts were alleviated by the proposed B1+ and T1 corrections compared to the standard gSlider reconstruction pipeline for short-TR acquisitions. Dynamic shimming provided >50% reduction in geometric distortion compared to conventional global 2nd order shimming. 1 mm isotropic resolution diffusion data show that the typically problematic temporal and frontal lobes of the brain can be imaged with high geometric fidelity using dynamic shimming. Conclusions: The proposed B1+ and T1 corrections and local-field control substantially improved the fidelity of high isotropic resolution diffusion imaging, with reduced slab-boundary artifacts and geometric distortion compared to conventional gSlider acquisition and reconstruction. This enabled high-fidelity whole-brain 1 mm isotropic diffusion imaging with 64 diffusion-directions in 20 minutes using a 3T clinical scanner.

研究の動機と目的

• B1+不均一性およびT1回復効果に起因する短TR gSlider拡散画像におけるスライス境界アーチファクトを是正する。
• 特に側頭前頭葉における高等方的分解能拡散MRIの幾何学的歪みを低減する。
• 1 mm等方的分解能と64方向の拡散画像を可能にすることで、臨床用3Tスキャナの画像忠実度を向上させる。
• 全脳拡散画像のための実用的で臨床的実用性のある取得・再構成フレームワークを構築する。
• 動的局所的B0シミングを用いて、最小限の歪みとアーチファクトで高忠実度の拡散画像を実現する。

提案手法

• 短TR撮影におけるスライス境界アーチファクトを軽減するため、B1+不均一性およびT1回復補正を組み込んだ拡張gSlider再構成法を採用する。
• マルチコイル統合ΔB0/Rxシミアレイを用いて、スライスごとの動的B0シミングを実装し、局所的磁場制御を実現する。
• インプレーン加速率 Rinplane = 4 の仮想コイルGRAPPAを用いて、高分解能かつ加速された画像取得を可能にする。
• gSlider再構成パイプラインにB1+およびT1補正を統合し、信号の正確性を向上させ、エッジアーチファクトを低減する。
• スライスごとの動的シミングを適用して、局所的B0不均一性を適応的に補正し、幾何学的歪みを低減する。
• 高インプレーン加速と動的シミングの組み合わせにより、臨床的に許容可能なスキャン時間内で1 mm等方的分解能を達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B1+およびT1補正は、短TR gSlider拡散画像におけるスライス境界アーチファクトを顕著に低減できるか？
• RQ2 従来のグローバル2次シミングと比較して、動的マルチコイルB0シミングは幾何学的歪みをどの程度低減できるか？
• RQ3 臨床用3Tスキャナ上で、高忠実度かつ低歪みの1 mm等方的分解能拡散画像を達成できるか？
• RQ4 B1+/T1補正と動的シミングの組み合わせは、側頭前頭葉など画像品質が難しい脳領域において、どの程度画像品質を向上させるか？
• RQ5 提案されたフレームワークを用いて、64方向の全脳1 mm等方的拡散画像を取得するのにどの程度のスキャン時間が必要か？

主な発見

• B1+およびT1補正により、標準再構成と比較して短TR gSlider撮影におけるスライス境界アーチファクトが低減された。
• 動的シミングにより、従来のグローバル2次B0シミングと比較して幾何学的歪みが50%以上低減された。
• 1 mm等方的分解能の拡散画像が、側頭前頭葉を含む領域においても高い幾何学的忠実度で成功裏に得られた。
• 提案手法により、3Tスキャナ上での全脳1 mm等方的拡散画像（64方向）を20分で取得可能となった。
• スプリングシングルショットEPIと比較して、幾何学的歪みが8–11倍低減され、優れた空間正確性が示された。
• B1+補正、T1回復モデリング、および動的マルチコイルシミングの統合により、画像忠実度と臨床的実用性が顕著に向上した。