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マルチエコーを用いた拡散強調MRIにおける感度と信号対雑音比の向上
Increased Sensitivity and Signal-to-Noise Ratio in Diffusion-Weighted MRI using Multi-Echo Acquisitions.
PMID: 32682095 DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117172.
抄録
死後の拡散MRI（dMRI）は、スキャン時間を長くすることを犠牲にして、他の方法では到達できない解像度の構造画像データを取得することができます。これらのデータは、通常、高度に分割された画像取得戦略を用いて取得されるため、ＭＲＩ符号化が継続される前に不完全な信号減衰が生じる。特にdMRIでは，信号強度が低く，コントラストエンコーディングに時間がかかるため，このような時間的非効率性は画像品質の低下とスキャン時間の延長をもたらします．本研究では、マルチエコー(ME)を人間のMRIシステム上のdMRIに導入し、時間効率の良いアプローチであるSNR(Signal-to-Noise Ratio)を向上させ、dMRI画像のノイズバイアスを低減する。導入したME-dMRI法の有効性を数値モンテカルロシミュレーションを用いて検証し、野生チンパンジーの死後脳を用いて実証した。提案された最尤推定エコー法は、信号の偏りを検出することなく、最適なSNRを得ることができた。この組み合わせは、スキャン時間を30%増やすという小さな代償を伴い、SNRの大幅な増加(白質：約1.6倍、平均値2.6倍、灰質：約1.9倍、平均値3.6倍)とノイズバイアスの一般的な低減をもたらします。
Post-mortem diffusion MRI (dMRI) enables acquisitions of structural imaging data with otherwise unreachable resolutions - at the expense of longer scanning times. These data are typically acquired using highly segmented image acquisition strategies, thereby resulting in an incomplete signal decay before the MRI encoding continues. Especially in dMRI, with low signal intensities and lengthy contrast encoding, such temporal inefficiency translates into reduced image quality and longer scanning times. This study introduces Multi Echo (ME) acquisitions to dMRI on a human MRI system - a time-efficient approach, which increases SNR (Signal-to-Noise Ratio) and reduces noise bias for dMRI images. The benefit of the introduced ME-dMRI method was validated using numerical Monte Carlo simulations and showcased on a post-mortem brain of a wild chimpanzee. The proposed Maximum Likelihood Estimation echo combination results in an optimal SNR without detectable signal bias. The combined strategy comes at a small price in scanning time (here 30% additional) and leads to a substantial SNR increase (here white matter: ∼ 1.6x, equivalent to 2.6 averages, grey matter: ∼ 1.9x, equivalent to 3.6 averages) and a general reduction of the noise bias.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.