[论文解读] 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 7

一句话总结

该论文提出一种带有频率调制的投影-重建（PR）轨迹，并结合BMART实现的B0场图谱，以在单次屏息内实现无条带伪影、血流伪影减少的平衡SSFP心脏电影成像。通过利用场图对相位循环图像加权并排除阻带和近阻带血流伪影，该方法获得的血池信号比传统的平方根和组合更为均匀。

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.

研究动机与目标

• 为解决平衡SSFP（bSSFP）心脏电影中的条带伪影，实现相位循环采集且扫描时间增加最少。
• 减少即使在标准相位循环组合方法下仍持续存在的阻带区域附近的血流诱导伪影。
• 开发一种利用场图选择性地仅在相位循环组合中包含通带信号的方法，排除阻带和近阻带血流伪影。
• 通过利用PR轨迹中梯度重置期间采集的数据，实现在不增加额外扫描的情况下估计场图。
• 实现临床可行的短屏息心脏电影成像，提升图像均匀性并减少血池中的高信号区域。

提出的方法

• 采用非笛卡尔投影-重建（PR）轨迹，在13个心动周期的单次屏息内，采集三幅相位循环bSSFP图像和一幅场图。
• 对序列应用频率调制，以实现在不增加稳定化心跳数的前提下，交错采集相位循环。
• 在正常读出和梯度重置期间均采集数据，从而获得第二个回波（TE更晚），用于通过BMART（利用重置轨迹的B0场图谱）估计B0场图。
• BMART技术将重置数据用作第二个回波，以计算B0场图，进而确定每个体素的局部失谐频率。
• 基于场图的相位循环组合方法根据图像分量与通带的接近程度进行加权，排除阻带和近阻带区域的信号。
• 最终的心动电影图像通过使用场图导出的权重组合相位循环图像重建而成，仅优先保留通带信号，最大限度减少来自切片外血流和条带伪影的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 带有频率调制的PR轨迹是否能实现在单次扫描中高效、兼容屏息地采集多个相位循环和B0场图？
• RQ2 BMART生成的场图是否可用于在心脏电影成像的相位循环组合过程中选择性排除阻带和近阻带血流伪影？
• RQ3 与传统的平方根和（SOS）组合相比，基于场图的相位循环组合是否能减少血池中的高信号区域？
• RQ4 该方法是否能在不将扫描时间增加至单次屏息以上的前提下，实现无条带伪影、血流伪影减少的bSSFP电影成像？
• RQ5 该场图组合方法对残余血流伪影的鲁棒性如何，特别是在具有复杂或斜向血流的区域？

主要发现

• 所提出的方法成功在13个心动周期的屏息内采集了三幅相位循环图像和一幅B0场图，实现了快速、临床可行的扫描。
• 通过BMART生成的场图准确识别了失谐频率，能够精确区分通带与阻带信号分量。
• 基于场图的组合方法有效抑制了条带伪影和近阻带血流伪影，与传统的平方根和（SOS）组合相比，血池信号显著更均匀。
• 与血流伪影相关的高信号区域显著减少，尤其在右心室和左心室流出道附近，这些区域通常为伪影高发区。
• 该方法在19例受试者的全部心动周期和所有切片中均表现出稳健性能，所有情况下均观察到一致的伪影减少。
• 在某些情况下观察到残余高信号，可能源于场图不准确或斜向血流导致的非局部化血流贡献，提示场图分辨率或加权函数仍有改进空间。