[論文レビュー] Optimized multi-axis spiral projection MR fingerprinting with subspace reconstruction for rapid whole-brain high-isotropic-resolution quantitative imaging

Xiaozhi Cao, Congyu Liao+11 more|PubMed|Aug 12, 2021

Advanced MRI Techniques and Applications参考文献 61被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、部分空間再構成と新規の小さなゴールデンアングルシャッフル（TGAS）トレジャクトリを備えた最適化された多軸スパイラルプロジェクションMRファンクショナルプロファイリング（SPI-MRF）フレームワークを提示し、迅速かつ高等方分解能の全脳定量マッピングを実現する。T1およびT2マッピングにおいてバイアスを生じさせることなく、わずか1分55秒で1-mmの等方的分解能を達成した。これは、先行手法よりも高速であり、かつ高い正確性を維持している。

ABSTRACT

The proposed tiny golden-angle shuffling, MRF with optimized spiral-projection trajectory and subspace reconstruction enables high-resolution quantitative mapping in ultrafast acquisition time.

研究の動機と目的

• 全脳定量イメージングのための3次元MRファンクショナルプロファイリングを高速化しつつ、高い空間分解能を維持すること。
• 加速されたMRF撮影におけるオフレゾネンス効果およびアンダーサンプリングアーティファクトによる画像品質の低下を是正すること。
• 臨床的に実用可能なスキャン時間で等方的1-mm分解能の全脳マッピングを可能にすること。
• 急速な撮影にもかかわらず定量的正確性を保持する強固な再構成手法を開発すること。
• 提案手法が、従来の手法と比較してT1およびT2マッピングに系統的バイアスを導入しないことを検証すること。

提案手法

• k-spaceカバレッジとサンプリング効率を向上させるために、多軸スパイラルプロジェクションMRFトレジャクトリを採用した。
• サンプリング均一性を向上させ、ストリークアーティファクトを低減するため、スパティオトロピカル符号化を変更した新規の「小さなゴールデンアングルシャッフル（TGAS）」を導入した。
• 動的MRF信号の変動における再冗長性を活用するため、部分空間再構成に局所的低ランク（LLR）正則化を適用した。
• オフレゾネンス効果によるぼやけを低減するため、多周波数補間を組み込み、B0不均一性補正を実施した。
• シミュレーテッドスタディを用いて、LLR正則化パラメータと部分空間基底数を、後向きに得た生体内データを用いて最適化した。
• TGASトレジャクトリと部分空間再構成を統合し、スキャン時間を短縮しつつ高等方分解能を実現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 変更されたスパイラルプロジェクショントレジャクトリ（TGAS）は、3次元MRFにおけるサンプリング効率の向上とアーティファクト低減に寄与するか？
• RQ2 局所的低ランク（LLR）制約を課した部分空間再構成は、再構成の高速化を図りつつ定量的正確性を維持できるか？
• RQ3 多周波数補間を用いたB0不均一性補正は、高分解能MRFにおけるぼやけを効果的に低減できるか？
• RQ4 診断品質の画像を得るための1-mm等方的全脳T1およびT2マッピングに必要な最小スキャン時間は何か？
• RQ5 提案されたフレームワークは、従来のMRFと比較してT1またはT2定量評価に系統的バイアスを導入するか？

主な発見

• 提案されたTGAS-SPI-MRFフレームワークは、1分55秒で1-mm等方的全脳定量マッピングを達成した。これは、前例の手法が6分を要したのと比べて顕著に高速であった。
• 0.66-mm等方的分解能では、4分で高品質な全脳MRFデータが得られ、微細な脳構造の可視化が向上した。
• LLR正則化を用いた部分空間再構成は、基準手法との定量的比較により、T1またはT2マッピングにバイアスを生じさせなかった。
• TGASトレジャクトリはストリークアーティファクトを効果的に低減し、サンプリング均一性を向上させ、画像品質の向上に寄与した。
• 多周波数補間を用いたB0不均一性補正は、オフレゾネンス効果に起因するぼやけを顕著に低減した。
• 最適化されたフレームワークは、複数の生体内およびシミュレーテッド評価において、定量的マッピングの高精度を維持した。