Retrieving accurate relaxometric information from low signal-to-noise ratio 23Na MRI performed in vivo

Sodium is the second best nucleus in living systems MRI after proton, but it is the first one concerning its sensitivity to the electrical configuration of the environment, due to its quadrupolar relaxation properties. Retrieving accurate relaxation data from low signal-to-noise ratio (SNR) experiments implies using post-processing procedures in order to fit correctly the decaying relaxation curves. The conventional image reconstruction method is introducing a positive bias due to the rician noise contribution. Phasing the images restores its initial Gaussian characteristic. Linear prediction (LP) forward of the decays improves the SNR of the last points and calculates missing points. An objective fitting method, based on singular value decomposition (SVD) allows us to determine the number of exponentials existing in the decay and its accurate fitting parameters. Sodium ions' spin–spin relaxation holds great potential to become an endogeneous marker for tumor diagnosis and for therapy response, since different regions of a mouse tumoral liver bear distinguishable relaxation parameters as compared to control.

RésuméAprès le proton, le sodium est le second noyau abondant observable par RMN dans les systèmes vivants. Il est aussi le plus sensible à l'environnement grâce à ses propriétés de relaxation quadrupolaire. Une relaxométrie précise requiert cependant, pour un noyau peu sensible comme le sodium, de préparer au mieux les données acquises avant toute tentative d'exploitation. Les images sont d'abord reconstruites en mode phasé, évitant ainsi le biais induit par le redressement du bruit caractéristique de la reconstruction en mode valeur absolue. Une prédiction linéaire progressive permet ensuite de propager le meilleur rapport signal/bruit des premiers points vers les plus tardifs et de prolonger le déclin, si nécessaire. Cela permet d'utiliser une méthode objective et quantitative de décomposition des déclins en multiexponentielles, basée sur la SVD. Un exemple est donné, montrant la sélectivité de la relaxation spin–spin du sodium pour deux régions, saine et tumorale, du foie de la souris. La relaxation spin–spin des ions sodium constituerait ainsi une sonde endogène pour le diagnostic et le suivi thérapeutique de tissus tumoraux.