Parallel MRI: Acquisición y reconstrucción de RM Santiago Aja-Fernández, Laboratorio de Procesado de Imagen. Universidad de Valladolid (Spain) ENERO 2015 U NIVERSIDAD DE V ALLADOLID E.T.S. I NGENIEROS DE T ELECOMUNICACIÓN

Parallel Imaging 2

3 Adquisiciones en RM Una sola bobina (single coil) Varias bobinas/antenas (multiple-coil) En caso de varias bobinas: posibilidad de aceleración: pMRI

Parallel Imaging 4 Proceso de adquisición Imagen de magnitud + Procesado Adquisición Paciente

Parallel Imaging 5 ScannerK-space X-space (complex) Magnitude F -1 |. | Signal acquisition (Single coil)

Parallel Imaging Signal acquisition (Multiple coil) 6

Parallel Imaging 7 Signal acquisition (Multiple coil) F -1 7

Parallel Imaging 8 Modelo de Imagen en cada coil Se adopta el siguiente modelo para la imagen en cada bobina (espacio x) I l (x)=C l (x)·I(x) =x 8

Parallel Imaging 9 9

10 Reconstrucción de Imagen de Magnitud Con las sensibilidades: I l (x)=C l (x)·I(x)  I=C I(x) I R (x)=(C H C) -1 C H I  M(x)=|I R (x)| Sin las sensibilidades (Sum of squares) M(x)= (  l |I l (x)| 2 ) 1/2 10

Parallel Imaging 11 Reconstrucción de Imagen en varios coils Esto no es Parallel Imaging Ventaja principal de varios coils: Mayor SNR En algunos casos aceleración Mejor adaptación a geometría Gran redundancia de datos: ¿podemos adquirir menos datos? 11

Parallel Imaging 12 Parallel Imaging Idea: como hay redundancia, escaneamos menos datos y reconstruimos lo que falta. Reducimos en el número de líneas Escaneo de línea (rápido) Salto de línea (lento) 12

X-space (complex) K-spaceK-space (subsampled) 13

Parallel Imaging 14 Parallel Imaging Muchas técnicas de reconstrucción pMRI, distintas filosofías. Aparecen variantes cada día. Más conocidas: SENSE y GRAPPA SENSE: Sensitivity encoding. GRAPPA: Generalized auto calibrating partially parallel acquisition. 14

Parallel Imaging 15 Parallel Imaging: SENSE Parallel Imaging: SENSE [Pruessmann, et al, MRM 2001; 46(4): ] Submuestreo homogéneo del espacio k 15 Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4 Reconstrucción en espacio x

Parallel Imaging 16 Parallel Imaging: SENSE 16 S m (x,y)= C m (x,y) I(x,y)+C m (x,y+FOV/2) I(x,y+FOV/2) Trabajamos en el espacio x complejo Coil m

Parallel Imaging 17 Parallel Imaging: SENSE 17 S m (x,y)= C m (x,y) I(x,y)+C m (x,y+FOV/2) I(x,y+FOV/2) S R =W · S S, con W(x,y)= ( C * (x,y) C(x,y) ) -1 C * (x,y) Obtenemos una (sola) imagen compleja. Es necesario tomar el módulo. Necesitamos estimar mapas de sensibilidad

Parallel Imaging 18 Parallel Imaging: GRAPPA Parallel Imaging: GRAPPA [Griswold et al, MRM 2002; 47(6): ] Autocalibrado: no necesita sensibilidades 18 Coil 1 Coil 2 Coil 3 Coil 4 Reconstrucción de espacio k

Parallel Imaging 19 Parallel Imaging: GRAPPA 19 Reconstruction from linear combination of subsampled data OriginalSubsampledReconstructed

20 k-space Lines to be reconstructed Sampled Lines Coil 1 Coil 3 Coil 2 Coil 4

Parallel Imaging 21 Parallel Imaging: GRAPPA 21 Necesito unos coeficientes para reconstruir cada punto. Los coeficientes son los mismos para toda la imagen (diferentes para cada coil). Ventana 3x2 y 8 coils: 3x2x8 para cada coil, (3x2x8)x8 coeficientes. Se estiman a partir de las líneas ACS (autocalibrado). Centro del espacio k sin muestrear

Parallel Imaging 22 Parallel Imaging: GRAPPA 22

Parallel Imaging 23 Parallel Imaging: GRAPPA 23 Reconstrucción a partir de operación local y combinación de coils: s R m (k) =  l s l (k)  w l,k (k) Señal reconstruida : s R m (k) en espacio k para cada coil. Pasamos a espacio x, S m (x)=F -1 {s R m (k)} Magnitud: Mediante suma de cuadrados: M(x)=SoS{S m (x); m=1,…L}

Parallel Imaging 24 Resumiendo Posibilidad de single coil – multiple coil Multiple coil: requiere de estrategia de combinación de imágenes Además, multiple coil puede acelerarse mediante pMRI Si se usa pMRI: necesaria estrategia de reconstrucción

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Parallel MRI: Acquisición y reconstrucción de RM Santiago Aja-Fernández, Laboratorio de Procesado de Imagen. Universidad de Valladolid (Spain) ENERO 2015 U NIVERSIDAD DE V ALLADOLID E.T.S. I NGENIEROS DE T ELECOMUNICACIÓN