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一种具有低图像失真的多反转多回波自旋和梯度回波回波平面成像序列,用于快速定量参数映射和合成图像对比。

A multi-inversion multi-echo spin and gradient echo echo planar imaging sequence with low image distortion for rapid quantitative parameter mapping and synthetic image contrasts.

作者信息

Manhard Mary Kate, Stockmann Jason, Liao Congyu, Park Daniel, Han Sohyun, Fair Merlin, van den Boomen Maaike, Polimeni Jon, Bilgic Berkin, Setsompop Kawin

机构信息

Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital, Charlestown, Massachusetts, USA.

Department of Radiology, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, USA.

出版信息

Magn Reson Med. 2021 Aug;86(2):866-880. doi: 10.1002/mrm.28761. Epub 2021 Mar 25.

Abstract

PURPOSE

Brain imaging exams typically take 10-20 min and involve multiple sequential acquisitions. A low-distortion whole-brain echo planar imaging (EPI)-based approach was developed to efficiently encode multiple contrasts in one acquisition, allowing for calculation of quantitative parameter maps and synthetic contrast-weighted images.

METHODS

Inversion prepared spin- and gradient-echo EPI was developed with slice-order shuffling across measurements for efficient acquisition with T , T , and weighting. A dictionary-matching approach was used to fit the images to quantitative parameter maps, which in turn were used to create synthetic weighted images with typical clinical contrasts. Dynamic slice-optimized multi-coil shimming with a B shim array was used to reduce B inhomogeneity and, therefore, image distortion by >50%. Multi-shot EPI was also implemented to minimize distortion and blurring while enabling high in-plane resolution. A low-rank reconstruction approach was used to mitigate errors from shot-to-shot phase variation.

RESULTS

The slice-optimized shimming approach was combined with in-plane parallel-imaging acceleration of 4× to enable single-shot EPI with more than eight-fold distortion reduction. The proposed sequence efficiently obtained 40 contrasts across the whole-brain in just over 1 min at 1.2 × 1.2 × 3 mm resolution. The multi-shot variant of the sequence achieved higher in-plane resolution of 1 × 1 × 4 mm with good image quality in 4 min. Derived quantitative maps showed comparable values to conventional mapping methods.

CONCLUSION

The approach allows fast whole-brain imaging with quantitative parameter maps and synthetic weighted contrasts. The slice-optimized multi-coil shimming and multi-shot reconstruction approaches result in minimal EPI distortion, giving the sequence the potential to be used in rapid screening applications.

摘要

目的

脑部成像检查通常需要10 - 20分钟,且涉及多次连续采集。开发了一种基于低失真全脑回波平面成像(EPI)的方法,以在一次采集中有效编码多种对比度,从而能够计算定量参数图和合成对比度加权图像。

方法

开发了反转准备的自旋和梯度回波EPI,并在测量过程中进行切片顺序重排,以实现对T1、T2和质子密度加权的高效采集。采用字典匹配方法将图像拟合到定量参数图,进而用于创建具有典型临床对比度的合成加权图像。使用带有B0匀场阵列的动态切片优化多线圈匀场来减少B0不均匀性,从而将图像失真降低50%以上。还实施了多次激发EPI,以在实现高平面分辨率的同时最小化失真和模糊。采用低秩重建方法来减轻逐次激发相位变化带来的误差。

结果

切片优化匀场方法与4倍的平面并行成像加速相结合,实现了单次激发EPI,失真降低了8倍以上。所提出的序列在1.2×1.2×3毫米分辨率下,仅用1分钟多一点的时间就能在全脑有效获得40种对比度。该序列的多次激发变体在4分钟内实现了1×1×4毫米的更高平面分辨率,且图像质量良好。导出的定量图显示的值与传统映射方法相当。

结论

该方法允许进行具有定量参数图和合成加权对比度的快速全脑成像。切片优化的多线圈匀场和多次激发重建方法使EPI失真最小化,使该序列有潜力用于快速筛查应用。

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