High resolution T2*-weighted Magnetic Resonance Imaging at 3 Tesla using PROPELLER-EPI

We report the application of PROPELLER-EPI for high resolution T2*-weighted imaging with sub-millimeter in-plane resolution on a clinical 3 Tesla scanner. Periodically rotated blades of a long-axis PROPELLER-EPI sequence were acquired with fast gradient echo readout and acquisition matrix of 320 × 50 per blade. Images were reconstructed by using 2D-gridding, phase and geometric distortion correction and compensation of resonance frequency drifts that occurred during extended measurements. To characterize these resonance frequency offsets, short FID calibration measurements were added to the PROPELLER-EPI sequence. Functional PROPELLER-EPI was performed with volunteers using a simple block design of right handed finger tapping. Results indicate that PROPELLER-EPI can be employed for fast, high resolution T2*-weighted imaging provided geometric distortions and possible resonance frequency drifts are properly corrected. Even small resonance frequency drifts below 10 Hz as well as non-corrected geometric distortions degraded image quality substantially. In the initial fMRI experiment image quality and signal-to-noise ratio was sufficient for obtaining high resolution functional activation maps.

ZusammenfassungEs wird die Anwendung der PROPELLER-EPI-Technik zur Aufnahme hochaufgelöster T2*-gewichteter Daten mit einer räumlichen Auflösung von unter einem Millimeter auf einem klinischen 3-Tesla-Tomographen beschrieben. Periodisch rotierte Blades einer entlang der langen Achse orientierten PROPELLER-EPI-Sequenz wurden bei einer Matrixgröße pro Blade von 320 × 50 mittels einer schnellen Gradienten-Echo-Akquisition aufgenommen. Die Rekonstruktion der Bilder erfolgte nach Phasen- und Verzerrungskorrektur durch 2D-Gridding, wobei auch zusätzliche, während der Messung auftretende Verschiebungen der Resonanzfrequenz kompensiert wurden. Zur Charakterisierung der Resonanzfrequenzverschiebung wurden kurze FID-Kalibrierungsmessungen zur PROPELLER-EPI-Sequenz hinzugefügt. Anhand eines einfachen, rechtshändisch durchgeführten Finger-Tapping-Paradigmas im Blockdesign wurde die Anwendbarkeit der Technik für hochaufgelöste funktionelle Experimente überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass PROPELLER-EPI für die hochaufgelöste T2*-gewichtete Bildgebung an einem klinischen Scanner genutzt werden kann. Voraussetzung dafür ist neben einer möglichst genauen Korrektur von geometrischen Verzerrungen auch die Korrektur von Resonanzfrequenzverschiebungen bei zeitlich länger ausgedehnten Messungen. Bereits geringe Resonanzfrequenzänderungen von unter 10 Hz sowie nicht-korrigierte Verzerrungen sorgten für eine signifikante Verschlechterung der Bildqualität. Bildqualität und Signal-zu-Rausch-Verhältnis der initialen fMRT-Experimente erwiesen sich als ausreichend, um funktionelle Aktivierungskarten mit hoher räumlicher Auflösung zu erhalten.