シングルスポークビニング：腹部radial stack-of-stars撮影におけるモーションアーチファクトの軽減

Single-spoke binning: Reducing motion artifacts in abdominal radial stack-of-stars imaging.

抄録

目的:

Radial stack-of-stars MRIにおける呼吸ゲーティングの有効性を、特に高空間分解能またはマルチエコーで撮像する場合に高めること。

PURPOSE: To increase the effectiveness of respiratory gating in radial stack-of-stars MRI, particularly when imaging at high spatial resolutions or with multiple echoes.

方法:

自由誘導減衰（FID）ナビゲータを3次元グラジエントエコーラジアルスタックオブスターズパルスシーケンスに組み込んだ。これらのナビゲータは高い時間分解能で運動信号を提供し、シングルスポークビニング（SSB）を可能にした：各位相エンコードステップの各スポークは呼吸信号の対応する運動状態に個別にソートされた。SSBは、スポーク角ビニング（SAB）と比較され、1つの投影角のすべての位相エンコードステップが、追加のナビゲータデータを使用することなくソートされた。SABに対するSSBの利点を説明するために、モーション・ファントムと6人の自由呼吸ボランティアの画像を、いずれかの方法でモーションゲーティング後に再構成した。画像の鮮明度は画像勾配エントロピーを用いて定量的に比較した。

METHODS: Free induction decay (FID) navigators were integrated into a three-dimensional gradient echo radial stack-of-stars pulse sequence. These navigators provided a motion signal with a high temporal resolution, which allowed single-spoke binning (SSB): each spoke at each phase encode step was sorted individually to the corresponding motion state of the respiratory signal. SSB was compared with spoke-angle binning (SAB), in which all phase encode steps of one projection angle were sorted without the use of additional navigator data. To illustrate the benefit of SSB over SAB, images of a motion phantom and of six free-breathing volunteers were reconstructed after motion-gating using either method. Image sharpness was quantitatively compared using image gradient entropies.

結果:

提案手法により、運動ファントムおよび自由呼吸ボランティアの画像がより鮮明になった。勾配エントロピーの差は統計的に有意であり（p = 0.03）、SSBに有利であった。モーションゲーティングの精度が向上したことにより、モーションゲーティングによる4次元再構成においてストリーキングアーチファクトが減少した。FID-navigatorデータから呼吸信号を一貫して推定するためには、特定のタイプの勾配スポイラー波形が必要であった。

RESULTS: The proposed method resulted in sharper images of the motion phantom and free-breathing volunteers. Differences in gradient entropy were statistically significant (p = 0.03) in favor of SSB. The increased accuracy of motion-gating led to a decrease of streaking artifacts in motion-gated four-dimensional reconstructions. To consistently estimate respiratory signals from the FID-navigator data, specific types of gradient spoiler waveforms were required.

結論:

SSBは、複数の勾配エコー信号や大きな撮影マトリックスを取得する場合でも、モーションゲーティングの精度を犠牲にすることなく、高分解能のモーション補正MRイメージングを可能にした。したがって、SSBはパルスシーケンスパラメータの選択における制約を解消し、より幅広い臨床応用においてモーションゲーティングを用いたradial stack-of-stars MRIの使用を可能にした。

CONCLUSION: SSB allowed high-resolution motion-corrected MR imaging, even when acquiring multiple gradient echo signals or large acquisition matrices, without sacrificing accuracy of motion-gating. SSB thus relieves restrictions on the choice of pulse sequence parameters, enabling the use of motion-gated radial stack-of-stars MRI in a broader domain of clinical applications.