Szimultán multi-slice EPI szekvenciák: funkcionális MRI kompromisszumok nélkül? Kiss Máté, Kettinger Ádám, Hermann Petra, Gál Viktor MTA-TTK Agyi Képalkotó Központ
Természettudományi Kutatóközpont, Magyar Tudományos Akadémia (MTA-TTK) Agyi Képalkotó Központ (AKK)
Konvencionális EPI szekvencia:előnyök Alapvető szekvencia fmri (task-based és resting state) ~ 6-10 perces mérési idő ASL arterial spin labelling: nem invazív perfúziós mérés (kontrasztanyag) Diffúzió súlyozott mérések Előny: Trace, DTI Gyors adatgyűjtés a dinamikus méréshez
Konvencionális EPI szekvencia: kihívások Szuszceptibilitási műtermékek: vér oxigenizációs szinttől függő jelintenzitás változás (BOLD!) Korlátozott időbeli felbontás (2 sec/teljes agy, azaz 0.5Hz mintavételi frekvencia) Fiziológiai zajok (légzés/szívverés/mozgás): ~0.25Hz illetve ~1-1.5Hz > Nyquist frekvencia, nem lehet szűrni, azonosítani, resting state fmri fő problémája! Drift, jel instabilitás: alacsony frekvenciás fluktuáció (<0.25 Hz)
Simultaneous Multislice (SMS) EPI David A. Feinberg et al.: Multiplexed EPI Imaging for Sub-second Whole Brain fmri and Fast Diffusion Imaging. PLoS One. 201001 5(12): e15710
Szimultán többszeletes akvizíció Egy kiolvasás alatt több (4-8) szelet egyidejű gerjesztése: szub-szekundumos mintavétel (TR=300-400 ms, 2.5-3 Hz!) Standard EPI szekvencia: ~2 sec, 0.5Hz A SENSE/GRAPPA parallel gyorsításhoz képest sokkal kisebb a jel/zaj arány csökkenése: SNR / SNR Gyorsítás/párhuzamosítás fokától (R) közvetlenül nem, csak a faktortól (g) függ geometriai
Módszer Siemens Magnetom Prisma 3T 64 csatornás koponya tekercs Multiband EPI szekvencia CMRR (University of Minnesota) Feladathoz kötött (Task-Based) fmri 6 egészséges önkéntes 3 különböző mintavételi frekvencia: MB1 (klasszikus): 0.5Hz, TR= 2 sec MB4: 1Hz, TR= 1 sec MB6:: 2.43Hz, TR=0.41 sec
Kísérlet és eredmények: csoportszint 6 4 ~ 2 min Aktivitás detektálhatóság 20 16 12 a 8 4 0 Multiband imaging Mintavételi frekvencia 0.5Hz 2.43Hz 2.43Hz 2.43Hz 2.43Hz Mérési időtartam 10perc 2.5perc 5perc 7.5perc 10perc reba
Kísérlet és eredmények: egyéni szint reba alany1 alany2 alany3 alany4 alany5 alany6
Különböző repetíciós időkkel készült t-térképek TR = 2 sec TR = 1 sec TR = 0.41 sec t max = 3.4 t max = 9.2 t max = 12.9
Kiváltott válasz
Kiváltott válasz
ASL perfúzió ~ szubsztrakciós angiográfia Label slab Scan slab
ASL perfúzió: mintavételi gyorsaság Jelölt (kontrasztos) és jelöletlen (kontraszt nélküli) felvételek közötti hosszú idő (>4sec, 0.25Hz) alatti BOLD és fiziológiai jelváltozások-> zaj Jelölés után a kontrasztanyag eloszlásának homogenitása függ a felvétel gyorsaságától
Összefoglalás Elsősorban fmri, DWI, ASL mérések esetében tapasztalható előnyök A vizsgálati idő jelentősen csökkenthető, sokkal rövidebb méréssel azonos/jobb aktivitás-detektálhatóság: rosszul kooperáló betegek, gyerekek kevesebb mozgási artefakt Kognitív kifáradás csökken->adatok validitása Azonos mérési idő erősebb statisztikai erő finomabb hatások következetesebben mérhetők, egyéni variancia is csökken A szubszekundumos időbeli és ultrafinom térbeli felbontással jobban karakterizálhatóak az agyi válaszok Nagyteljesítményű, nagypontosságú grádiens-rendszert igényel: a jövőben standard vizsgálati módszer lehet