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.