Robust 3D MR spectroscopic imaging through multi-coil magnetic field shaping

通过多线圈磁场整形实现稳健的 3D MR 光谱成像

基本信息

  • 批准号:
    9552164
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-04-01 至 2021-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY MR spectroscopic imaging (MRSI) is a powerful, non-invasive method to map the metabolic profile of human brain. The intrinsic chemical specificity of MRSI can reveal altered metabolism in regions that would appear non-pathologic on standard MRI. MRSI has successfully been used for brain tumor classification and infiltration, planning of radiation therapy and surgery and has helped to characterize a range of neurodegenerative diseases such as multiple sclerosis, Alzheimer's disease and epilepsy. Despite its merits and successes, MRSI is not a widespread imaging modality because the method is hampered by the long- standing problem of magnetic field inhomogeneity, which leads to lower-quality and thus less-reproducible data. Incomplete water and lipid suppression can compromise data quality even further. Over the last decade we have developed multi-coil (MC) shimming as an alternative to conventional spherical harmonics based shimming. By controlling the current in a matrix of generic, circular DC coils the magnetic field homogeneity can be improved to less than 0.1 ppm across the entire human brain. In this renewal application we propose to apply our extensive experience with MC field manipulation and the superior performance of MC shimming to achieve consistent and reliable MRSI performance across the human brain. Aim 1 is focused on the implementation of MC shimming and its integration with ultra-fast, EPI-based MRSI. The MC technology will be modified and extended to generate local crusher gradients for effective lipid suppression. Aim 2 is concerned with the validation of MC-augmented MRSI on the human brain. Besides comparisons between MC and conventional shimmed MRSI, Aim 2 will also establish intra- and inter-subject, as well as test-retest reproducibility. In addition, the MC setup optimized at 4 T will be transferred to 3 T and 7 T, without modifications, to demonstrate compatibility of MC-based shimming with clinical MR systems. The implementation and validation of MC-augmented MRSI is considered complete when >90% of MRSI voxels on all slices, all subjects and all scanners adhere to stringent data quality requirements. While all neurological disorders and pathologies can benefit from high-fidelity MRSI, Aim 3 focuses on obtaining high-quality, reliable MRSI on tumor patients. The presence of metallic implants in many post-surgery tumor patients, in addition to tumor-related pathology, compromises the magnetic field homogeneity. MC shimming will be used to demonstrate that high-fidelity MRSI can be achieved on a challenging, clinical subject population.
项目概要 MR 光谱成像 (MRSI) 是一种强大的非侵入性方法,可绘制人体代谢图谱 脑。 MRSI 的内在化学特异性可以揭示可能出现的区域代谢的改变 标准 MRI 上显示非病理性。 MRSI已成功用于脑肿瘤分类和 渗透、放射治疗和手术的规划,并有助于表征一系列 神经退行性疾病,例如多发性硬化症、阿尔茨海默病和癫痫症。尽管有其优点 MRSI 并不是一种广泛使用的成像方式,因为该方法受到长期的阻碍。 磁场不均匀性的长期问题,导致质量较低,因此可重复性较差 数据。不完全的水和脂质抑制可能会进一步损害数据质量。过去十年 我们开发了多线圈 (MC) 匀场作为传统球谐函数的替代方案 匀场。通过控制通用圆形直流线圈矩阵中的电流,磁场均匀性 整个人脑的浓度可改善至 0.1 ppm 以下。在此续签申请中,我们建议 应用我们在 MC 场操纵方面的丰富经验和 MC 匀场的卓越性能 在整个人脑中实现一致且可靠的 MRSI 性能。目标 1 的重点是 MC 匀场的实施及其与超快、基于 EPI 的 MRSI 的集成。 MC技术将 修改和扩展以产生局部压碎梯度以有效抑制脂质。关注目标2 MC 增强 MRSI 对人脑的验证。除了MC和MC之间的比较 传统的匀场 MRSI,Aim 2 还将建立受试者内和受试者间以及重测 再现性。此外,在 4 T 优化的 MC 设置将转移到 3 T 和 7 T,无需 修改,以证明基于 MC 匀场与临床 MR 系统的兼容性。这 当 >90% 的 MRSI 体素在上时,MC 增强 MRSI 的实施和验证被认为完成 所有切片、所有受试者和所有扫描仪均遵守严格的数据质量要求。虽然都是神经病 疾病和病理可以从高保真 MRSI 中受益,目标 3 侧重于获得高质量、可靠的 肿瘤患者的 MRSI。许多术后肿瘤患者体内存在金属植入物,此外 肿瘤相关的病理学,损害了磁场的均匀性。 MC 匀场将用于 证明可以在具有挑战性的临床受试者群体中实现高保真 MRSI。

项目成果

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