[論文レビュー] Spread spectrum compressed sensing MRI using chirp radio frequency pulses

Xiaobo Qu, Ying Chen+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2013

Advanced MRI Techniques and Applications参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、chirpラジオ周波数パルスを用いてMR信号を変調する、新しいスペクトラム拡散圧縮センシングMRT技術を提案する。この手法により、従来のシムコイルベースの手法に比べ、より強力で柔軟性に富んだ変調が可能となる。2次位相符号化の複素直交性を活用することで、変動密度サンプリングを用いた従来の圧縮センシングMRTと比較して、画像再構成品質が向上し、より多くの画像特徴が保持される。

ABSTRACT

Compressed sensing has shown great potential in reducing data acquisition time in magnetic resonance imaging (MRI). Recently, a spread spectrum compressed sensing MRI method modulates an image with a quadratic phase. It performs better than the conventional compressed sensing MRI with variable density sampling, since the coherence between the sensing and sparsity bases are reduced. However, spread spectrum in that method is implemented via a shim coil which limits its modulation intensity and is not convenient to operate. In this letter, we propose to apply chirp (linear frequency-swept) radio frequency pulses to easily control the spread spectrum. To accelerate the image reconstruction, an alternating direction algorithm is modified by exploiting the complex orthogonality of the quadratic phase encoding. Reconstruction on the acquired data demonstrates that more image features are preserved using the proposed approach than those of conventional CS-MRI.

研究の動機と目的

• シムコイルベースのスペクトラム拡散変調における制限を克服すること。これは、変調強度が限定的で、運用の利便性に欠ける。
• chirp RFパルスを用いて、MRIにおけるスペクトラム拡散変調のより柔軟で制御可能な手法を開発すること。
• 感度基底とスパarsity基底の間のコherencyを低減することで、画像再構成品質を向上させること。
• 2次位相符号化の複素直交性を活用して、再構成を高速化すること。
• 変動密度サンプリングを用いた従来の圧縮センシングMRTと比較して、より優れた画像特徴の保持を実証すること。

提案手法

• 本手法は、線形周波数掃引（chirp）ラジオ周波数パルスを用いてMR信号を変調し、効果的なスペクトラム拡散変調を実現する。
• chirpパルスを用いて2次位相変調を実装し、圧縮センシングMRTにおける感度基底とスパarsity基底の間のコherencyを低減する。
• 交替方向アルゴリズムを適応し、2次位相符号化の複素直交性を活用して画像再構成を高速化する。
• 従来のスペクトラム拡散CS-MRIで用いられるシムコイルベースの変調を、より堅牢で調整可能なRFパルスベースの手法に置き換える。
• chirp変調の数学的構造を再構成プロセスで活用し、信号対雑音比と特徴忠実度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 chirp RFパルスは、スペクトラム拡散圧縮センシングMRTにおけるシムコイルベースの変調を効果的に代替できるか？
• RQ2 chirpパルスの使用は、従来の変動密度サンプリングと比較して、感度基底とスパarsity基底の間のコherencyを低減するか？
• RQ3 chirpベースの2次位相符号化の複素直交性を活用して、画像再構成を高速化できるか？
• RQ4 提案手法は、従来の圧縮センシングMRTと比較して、より多くの画像特徴を保持するか？
• RQ5 提案手法は、従来のスペクトラム拡散手法と比較して、より実用的で制御可能か？

主な発見

• 提案されたchirpベースのスペクトラム拡散手法は、変動密度サンプリングを用いた従来の圧縮センシングMRTと比較して、より優れた画像再構成品質を達成する。
• 感度基底とスパarsity基底の間のコherencyが低減されたため、再構成画像により多くの画像特徴が保持される。
• chirp RFパルスの使用により、シムコイルベースの手法と比較して、より強力で柔軟性に富んだ変調が可能になる。
• 2次位相符号化の複素直交性を活用することで、再構成アルゴリズムが高速化される。
• 微細な画像ディテールおよび構造的情報をより効果的に保持するという点で、性能が向上している。