[논문 리뷰] Optimized multi-axis spiral projection MR fingerprinting with subspace reconstruction for rapid whole-brain high-isotropic-resolution quantitative imaging

Xiaozhi Cao, Congyu Liao외 11명|PubMed|2021. 08. 12.

Advanced MRI Techniques and Applications참고 문헌 61인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 하위공간 재구성과 새로운 미니골든앵글셔플링(TGAS) 궤적을 도입한 최적화된 다축 나선 투영 MR 프로파일링(SPI-MRF) 프레임워크를 제안하여, 빠르고 고등방향 해상도의 전체 뇌 정량 영상 측정을 가능하게 한다. 이는 T1 및 T2 측정에서 편향 없이 고정확도를 유지하면서도 단 1분 55초 만에 1-mm 등방향 해상도를 달성한다 — 이는 이전 방법보다 빠른 속도이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 전체 뇌 정량 영상에 대한 3D MR 프로파일링의 속도를 높이면서도 고공간 해상도를 유지하고자 한다.
• 가속화된 MRF 촬영에서 오프레온잔스 효과와 부족한 샘플링으로 인한 영상 품질 저하 문제를 해결하고자 한다.
• 임상적으로 실현 가능한 촬영 시간 내에 등방향 1-mm 해상도의 전체 뇌 영상 측정을 가능하게 하고자 한다.
• 빠른 촬영에도 불구하고 정량 정확도를 유지하는 강력한 재구성 방법을 개발하고자 한다.
• 제안된 방법이 전통적 방법과 비교해 T1 및 T2 측정에 체계적 편향을 유발하지 않는지를 검증하고자 한다.

제안 방법

• k-space 커버리지와 샘플링 효율을 향상시키기 위해 다축 나선-투영 MRF 궤적을 채택하였다.
• 샘플링 균일도를 향상시키고 스트레이플링 아티팩트를 감소시키기 위해 샘플링 균일도를 향상시키는 수정된 시공간 인코딩 체계인 미니골든앵글셔플링(TGAS)을 도입하였다.
• 동적 MRF 신호 변화의 冗잔시를 활용하기 위해 하위공간 재구성에 국소적 저랭크(LLR) 정규화를 적용하였다.
• 오프레온잔스 효과로 인한 블러링을 줄이기 위해 B0 비균일성 보정을 위한 다주파수 보간법을 통합하였다.
• 모의 연구를 통해 하위공간 기저 수와 LLR 정규화 파라미터를 후행적 생체 내 데이터를 기반으로 최적화하였다.
• TGAS 궤적과 하위공간 재구성의 조합을 통해 감소된 촬영 시간으로도 고등방향 해상도를 달성하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수정된 나선-투영 궤적(TGAS)이 3D MRF에서 샘플링 효율을 향상시키고 아티팩트를 감소시킬 수 있는가?
• RQ2 국소적 저랭크(LLR) 제약 조건을 가진 하위공간 재구성은 재구성 속도를 가속화하면서도 정량 정확도를 유지하는가?
• RQ3 다주파수 보간법을 통한 B0 비균일성 보정이 고해상도 MRF에서 발생하는 블러링을 효과적으로 완화할 수 있는가?
• RQ4 의료적 영상 품질 기준을 충족시키기 위해 1-mm 등방향 전체 뇌 T1 및 T2 측정을 수행하기 위한 최소 촬영 시간은 얼마인가?
• RQ5 제안된 프레임워크가 기존 MRF와 비교해 T1 또는 T2 정량 측정에 체계적 편향을 유발하는가?

주요 결과

• 제안된 TGAS-SPI-MRF 프레임워크는 1분 55초 만에 1-mm 등방향 전체 뇌 정량 영상 측정을 달성하였으며, 이는 이전 방법이 6분이 소요된 것과 비교해 상당히 빠른 속도이다.
• 0.66-mm 등방향 해상도에서 이 기술은 4분 내에 고품질의 전체 뇌 MRF 데이터를 생성하여 미세한 뇌 구조의 시각화를 향상시켰다.
• LLR 정규화를 적용한 하위공간 재구성은 기준 방법과의 정량적 비교를 통해 T1 또는 T2 측정에 편향을 유발하지 않았다.
• TGAS 궤적은 스트레이플링을 효과적으로 감소시키고 샘플링 균일도를 향상시켜 영상 품질 향상에 기여하였다.
• 다주파수 보간법을 통한 B0 비균일성 보정은 오프레온잔스 효과로 인한 블러링을 상당히 감소시켰다.
• 최적화된 프레임워크는 다양한 생체 내 및 모의 평가에서 정량 영상 측정의 고정확도를 유지하였다.