放射状k空間サンプリングによるT1緩和強調定常撮影：病変の明瞭性を向上させた動きロバストなボリュームT1強調MRIのための新しいパルスシーケンス群

T1 Relaxation-Enhanced Steady-State Acquisition With Radial k-Space Sampling: A Novel Family of Pulse Sequences for Motion-Robust Volumetric T1-Weighted MRI With Improved Lesion Conspicuity.

抄録

目的:

磁化前置高速勾配エコー（MP-RAGE）シーケンスは脳検査で日常的に撮影され、増強病変の高い描出性を提供する。しかし、血管も明るく映るため、小さな病変の検出を複雑にすることがある。T1RESS（T1緩和強調定常）シーケンスがMP-RAGEに代わるものとして提案されており、病変の描出が改善され、血管の描出が抑制されている。本研究の目的は、運動ロバスト造影脳MRIにおける放射状T1RESS変法の性能を評価することである。

OBJECTIVES: Magnetization-prepared rapid gradient-echo (MP-RAGE) sequences are routinely acquired for brain exams, providing high conspicuity for enhancing lesions. Vessels, however, also appear bright, which can complicate the detection of small lesions. T1RESS (T1 relaxation-enhanced steady-state) sequences have been proposed as an alternative to MP-RAGE, offering improved lesion conspicuity and suppression of blood vessels. This work aims to evaluate the performance of radial T1RESS variants for motion-robust contrast-enhanced brain MRI.

材料と方法:

ラジアルスタックオブスターサンプリングは、飽和回復準備による定常状態フリー歳差法ベースの高速T1RESS撮影のために実装された。バランス型定常フリー歳差法（bT1RESS）、アンバランス型高速撮像定常歳差法（FISP）法（uT1RESS-FISP）、アンバランス型逆FISP法（uT1RESS-PSIF）の3つの方法を開発した。画像コントラストは数値シミュレーションとファントム実験で評価した。ラジアルT1RESSの運動ロバスト性は運動ファントムを用いて実証された。ダイナミックイメージングのためのGRASP、加速スキャンのためのGRAPPA、脂肪/水分離のためのDixonとT1RESSを組み合わせた拡張が開発された。

MATERIALS AND METHODS: Radial stack-of-stars sampling was implemented for steady-state free-precession-based rapid T1RESS acquisition with saturation recovery preparation. Three variants were developed using a balanced steady-state free-precession readout (bT1RESS), an unbalanced fast imaging steady precession (FISP) readout (uT1RESS-FISP), and an unbalanced reversed FISP readout (uT1RESS-PSIF). Image contrast was evaluated in numerical simulations and phantom experiments. The motion robustness of radial T1RESS was demonstrated with a motion phantom. Four patients and six healthy volunteers were scanned at 3 T and 0.55 T. Extensions were developed combining T1RESS with GRASP for dynamic imaging, with GRAPPA for accelerated scans, and with Dixon for fat/water separation.

結果:

シミュレーションおよびファントムスキャンにおいて、uT1RESS-FISPはMP-RAGEと比較して、T1値が低い領域（<500ms）において高い信号強度を示した。運動実験では、半径方向のuT1RESS-FISPはMP-RAGEや直交方向のuT1RESS-FISPよりもアーチファクトが少なかった。患者においては、アンバランス型uT1RESSはいずれもMP-RAGEよりも病変が明瞭であった。血管はMP-RAGEでは明るく、uT1RESS-FISPでは灰色に、uT1RESS-PSIFでは暗く見えた。0.55Tでは、bT1RESSはバンディングアーチファクトのない高S/N比のT1強調画像を提供した。最後に、GRASPアルゴリズムを用いて10.14秒/フレームの時間分解能を持つダイナミックT1RESS画像を作成した。

RESULTS: In simulations and phantom scans, uT1RESS-FISP provided higher signal intensity for regions with lower T1 values (<500 ms) compared with MP-RAGE. In motion experiments, radial uT1RESS-FISP showed fewer artifacts than MP-RAGE and Cartesian uT1RESS-FISP. In patients, both unbalanced uT1RESS variants provided higher lesion conspicuity than MP-RAGE. Blood vessels appeared bright with MP-RAGE, gray with uT1RESS-FISP, and dark with uT1RESS-PSIF. At 0.55 T, bT1RESS provided high signal-to-noise ratio T1-weighted images without banding artifacts. Lastly, dynamic T1RESS images with a temporal resolution of 10.14 seconds/frame were generated using the GRASP algorithm.

結論:

放射状T1RESSシーケンスは、病変の明瞭性と運動ロバスト性を改善し、造影脳MRIのダイナミックイメージングを可能にする。uT1RESSはいずれもMP-RAGEよりも高い腫瘍間コントラストを示し、小さな脳病変を有する非協力的な患者の撮像のための代替技術として応用できる可能性がある。

CONCLUSIONS: Radial T1RESS sequences offer improved lesion conspicuity and motion robustness and enable dynamic imaging for contrast-enhanced brain MRI. Both uT1RESS variants showed higher tumor-to-brain contrast than MP-RAGE and may find application as alternative techniques for imaging uncooperative patients with small brain lesions.