Scan time reduction in 23Na-Magnetic Resonance Imaging using the chemical shift imaging sequence: Evaluation of an iterative reconstruction method

AimTo evaluate potential scan time reduction in 23Na-Magnetic Resonance Imaging with the chemical shift imaging sequence (CSI) using undersampled data of high-quality datasets, reconstructed with an iterative constrained reconstruction, compared to reduced resolution or reduced signal-to-noise ratio.Materials and MethodsCSI 23Na-images were retrospectively undersampled and reconstructed with a constrained reconstruction scheme. The results were compared to conventional methods of scan time reduction. The constrained reconstruction scheme used a phase constraint and a finite object support, which was extracted from a spatially registered 1H-image acquired with a double-tuned coil. The methods were evaluated using numerical simulations, phantom images and in-vivo images of a healthy volunteer and a patient who suffered from cerebral ischemic stroke.ResultsThe constrained reconstruction scheme showed improved image quality compared to a decreased number of averages, images with decreased resolution or circular undersampling with weighted averaging for any undersampling factor. Brain images of a stroke patient, which were reconstructed from three-fold undersampled k-space data, resulted in only minor differences from the original image (normalized root means square error < 12%) and an almost identical delineation of the stroke region (mismatch < 6%).ConclusionThe acquisition of undersampled 23Na-CSI images enables up to three-fold scan time reduction with improved image quality compared to conventional methods of scan time saving.

ZusammenfassungZielDas Ziel dieser Arbeit ist, verschiedene Arten der Messzeitbeschleunigung in der 23Na-Magnetresonanzbildgebung mittels Chemical-Shift-Bildgebungssequenzen (CSI) zu untersuchen. Insbesondere sollen iterative Rekonstruktionsverfahren gegen die Verringerung von Auflösung oder des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses evaluiert werden.Material und MethodenCSI-23Na-Bilder wurden retrospektiv unterabgetastet und mit einem iterativen Rekonstruktionsverfahren sowie konventionellen Methoden zur Messzeitbeschleunigung rekonstruiert. Das iterative Rekonstruktionsverfahren basiert auf a priori Wissen in Form von eingeschränktem Phasenwinkel und einem beschränkten Signalbereich, welcher aus räumlich registrierten 1H-Bildern gewonnen wurde. Die 1H-Bilder wurden mit einer doppelresonanten Empfangsspule aufgenommen. Die verschiedenen Rekonstruktionen wurden mit numerischen Simulationen, Phantomdaten und In-vivo-Daten eines gesunden Probanden und eines Patienten mit ischämischem Schlaganfall untersucht.ErgebnisseDas iterative Rekonstruktionsverfahren erzielte bessere Bildqualität als konventionell aufgezeichnete Bilder mit verringerter Auflösung, verringertem SNR oder zirkulärer Unterabtastung mit gewichteten Mittelungen für jeden untersuchten Beschleunigungsfaktor. Die dreifach unterabgetasten Bilder des Schlaganfallpatienten, welche mit dem iterativen Verfahren rekonstruiert wurden, wiesen nur geringe Abweichungen vom Originalbild auf (normalisierte Quadratwurzel der mittleren quadratischen Abweichung < 12%) und erlaubten eine beinahe identische Abgrenzung der Schlaganfallregion (Abweichung < 6%).SchlussfolgerungDas Unterabtasten von 23Na-CSI-Bildern erlaubt bis zu zwei Dritteln Messzeitgewinn mit verbesserter Bildqualität im Vergleich zu konventionellen Methoden der Messzeitverkürzung.