Self-Navigated Multishot Echo-Planar Pulse Sequence for High-Resolution Diffusion-Weighted Imaging Diffusion-Weighted Imaging Ana Sabino Nº64416 Paula Antunes Nº64407 Rita G. Nunes, Peter Jezzard, Timothy E. J. Behrens, and Stuart Clare
May 27, 2015
Self-Navigated Multishot Echo-Planar
Pulse Sequence for High-Resolution
Diffusion-Weighted ImagingDiffusion-Weighted Imaging
Ana Sabino Nº64416
Paula Antunes Nº64407
Rita G. Nunes, Peter Jezzard, Timothy E. J. Behrens, and Stuart Clare
Introduzida a sequência EPIK na RMI de difusão e aplicado o refocusing
reconstruction method (para corrigir os artefactos de movimento) adpatado a esta
sequência
Encontrar um método com maior habilidade para detectar tractos cerebrais.
Calculo da anisotropia (distribuição não homogenea) nas áreas da imagem onde há
fibras ramificadas (tractos de matéria branca do cérebro).
Espera-se que:
< volume parcial médio (na imagem) -> > anisotropia
Comparação com o desempenho da abordagem linear padrão na correcção de
artefactos de movimento em dados de difusão.
Produz imagens in vivo de tecidos biológicos
ponderadas com as características locais
microestruturais de difusão da água.
Cada voxel da imagem (pixel tridimensional)
tem uma intensidade na imagem que reflectetem uma intensidade na imagem que reflecte
a melhor medição da taxa de difusão da água
no local.
Mais sensivel às alterações precoces após um
acidente vascular cerebral do que T1 ou T2.
DWI é mais aplicável quando o tecido de interesse é dominado pelo movimento
isotrópico da água - a taxa de difusão parece ser o mesmo quando medido ao longo de
qualquer eixo.
Técnica de obtenção de imagem em
RM num curto tempo.
Aplica-se um pulso de RF e são
adquiridas todas as linhas do espaço
dos k de uma só vez.
EPI multishot Keyhole image
Optimização da amostragem do k-space
Altas frequências espaciais
são amostradas a um ritmo
mais lento.
Muito rápido
Muito sensível ao movimento do
objecto; Muito susceptível a ter
artefactos.
Aquisição combinada:
Sparce – linhas das regiões de topo do k-
space
Keyhole - linhas do centro amostrado
extensivamente
Imagem
livre de
artefactos
Maxim ZAITSEV
Minimização das correntes de Eddy:
Sequência spin-echo de dupla refocagem
Transmissão do pulso e recepção do sinal:
Coil em gaiola. Gradientes de difusão maximos = 23.5 mT/m
Cada conjunto de imagens:Parâmetros de aquisição
Cada conjunto de imagens:
9 fatias contiguas - 2.5 mm de
espessura.
k-Space:
adquirido com 4 disparos
Cada keyhole adquire 1/16 do
k-space.
Parâmetros de aquisição
TE 106 ms
Largura de banda 200 kHz
FOV 240 x240 mm2
Tamanho da matriz 128 x128
Resolução1.875 x1.875 mm2 (no
plano)
Conjunto de dados1 (non-DW) + 19 (DWI b-
value 650 s/mm2)
Efeito de volume parcial
(pior resolução)
valores de anisotropia nos voxeis onde estão
presentes várias fibras
Resolução espacial realmente
aumenta no EPIK
Estimado o tensor de difusão efectiva para
cada voxel e calculada a anisotropia média das
regiões de interesse – Fibras.
Mapas de FA (fractional anisotropy) e coordenadas de Tailarach:
Localização dos ROI
ROI 1
X [-2.5;-3.2]
Y [-4.8;-5.8]
Z 16
ROI 2
X [-3;-2]
Y [-1.2;-2.8]
Z 16
ROI 3 Z 16
fibras de projecção
Mapas de FA (fractional anisotropy) e coordenadas de Tailarach:
Não se espera que haja um
aumento da FA nestas regiões
(isotropica)
corona
radiata
posterior
corona
radiata
anterior
cápsula interna posterior
� Ligam o córtex ao restante sistema nervoso e aos receptores e efectores corporais;
� Funcionam verticalmente, ao contrário das fibras comissurais e de associação (que funcionam
horizontalmente);
� No cimo do tronco cerebral, formam uma banda compacta que passa entre o tálamo e alguns dos
núcleos da base – a cápsula interna;
� Depois da cápsula interna, as fibras difundem radialmente (como um leque) através da substância
branca até ao córtex – corona radiata.
Métodos para correcção de erros de fase induzidos por movimento:
•Método linear proposto por Atkinson et al;
•Método de refocagem introduzido por Miller and Pauly (5), aqui adaptado ao EPIK
Para representar as correcções lineares é necessário:
•Estimar os desfasamentos decorrentes da translação
•Estimar deslocamento do k-space decorrentes do movimento rotacional
Implementação simples quando a sequência EPIK é utilizada. Como utiliza a própria rede
cartesiana, não é necessária uma etapa de redimensionamento quando se reconstruírem as
imagens.
Na presença de movimento, as imagens exibem artefactos de aliasing. Para minimizá-los
adiciona-se um passo extra à reconstrução.
Resolução:
• Maior com EPIK.
• Os limites entre diferentes estruturas do
cérebro estão mais bem definidas (topo das
imagens indicado pelas setas).imagens indicado pelas setas).
• A redução à susceptibilidade aos artefactos
oferecida pelo EPIK , resultante da sua
pequena janela de leitura, é também visível
particularmente no lobo frontal (setas)
• A perda de sinal causada pelas diferenças de
susceptibilidade entre os tecidos e o ar
presente nos seios é também muito menos
severa no Epik imagens
Valores significativamente maiores nas sequências EPIK do que nas EPI para os ROI 1 e
ROI 2 – determinados a partir do teste one-tailed paired t (P 0.037).
Por outro lado, os valore médios de FA obtidos para a ROI 3 não são muito diferentes
nas duas sequências.
Apesar de não ter sido possível determinar quantitativamente se tal melhoria na
discriminação ocorreu, uma vez que não há meios independentes para estabelecer a
verdadeira via da fibra, as imagens de Epik foram capazes de identificar tractos
ramificados não visíveis nos dados de resolução mais baixa.
Quer-se obter uma melhor discriminação dos tractos nas regiões das fibras ramificadas.
Na figura podemos observar as distribuiçõesNa figura podemos observar as distribuições
obtidas para um dos temas sobrepostos na
imagem EPIK non-DW .
EPI (amarelo)
Epik (azul)
A região a verde corresponde aos voxeis
comuns às duas distribuições.
As imagens não corrigidas exibem graves artefactos que são corrigidos em grande medida,
com o método linear.
As áreas médias tendem, no entanto, a apresentar alguma atenuação residual, em
consonância com o movimento pulsatil do cérebro relacionado com o ciclo cardíaco. Ao
utilizar o refocusing reconstruction method, esta atenuação residual também é
removida, produzindo imagens de alta resolução, as quais mostram artefatos visíveis
mínimos.
O refocusing reconstruction method parece também conduzir a uma melhor definição das
estruturas anatómicas detalhadas.
No mapa correspondente ao método linear, é possível constatar que uma ampla parcela
da matéria branca em áreas mediais monstra uma orientação inferior / superior
preferencial que é conhecido por ser artifactual.
Estudos anteriores têm mostrado que o cérebro é mais significativamente deformado ao
longo desta direcção durante o ciclo cardíaco. Ou seja, o artefacto é real, representa algo
que realmente acontece, mas não é nosso objectivo identificá-lo , mas sim eliminá-lo.
Este efeito não é visível nas imagens reconstruídas com o refocusing reconstruction method
(direita).
Em suma, um esquema alternativo para percorrer o k-space
DWI foi proposto para a aquisição de imagens com alta resolução espacial.
Foi demonstrado que o recofusing reconstruction method pode ser utilizado com
sucesso nesta sequência.
A utilização do Epik resultou num aumento estatisticamente significativo da
anisotropia em duas regiões de ramificação de fibras do cérebro quando
comparado com EPI singleshoot, considerando que nenhuma mudança foi
observada no ROI de controlo.
Estes resultados demonstram claramente a maior especificidade espacial obtida
com esta técnica em comparação com o obtenível utilizando o EPI snapshot padrão
no nosso sistema.
A eliminação efectiva de todos os erros de fase relacionados com o movimento é
essencial se os dados estão a ser utilizados para extrair informação fiável sobre a
orientação das fibras de matéria branca.