Human brain proton spectroscopy at 3T: Volumetric spiral spectroscopic imaging at short TE
Spectroscopie proton du cerveau humain à 3T : Imagerie spectroscopique volumétrique spirale à TE court
Abstract
Proton MR chemical shift imaging (CSI) can identify biomarkers relevant to healthy or metabolic cerebral metabolism. At short TE, strongly J-coupled and short T2 metabolites can be detected. High field increases SNR and spectral resolution with the disadvantage of increased B1 and B0 heterogeneities as well as chemical shift displacement error (CSDE). Semi-LASER sequence reduces CSDE and B1 heterogeneity effects with improved slice selection profiles. Phase encoding CSI has long acquisition time. Spiral Spectroscopic Imaging (SSI) reduces minimum acquisition time. It becomes possible to acquire additional data such as a spatial dimension and/or a second spectral dimension. We developed a volumetric SSI of the human brain with a 17ms TE using PRESS with conventional RF pulses and with 32ms TE using semi-LASER combined with adapted water suppression and OVS modules. We implemented the trajectory measurement and 2D spatial - 1D spectral reconstruction programs. We observed good saturation of subcutaneous lipids. We obtained sharper selection profiles and reduced CSDE with adiabatic than conventional RF pulses. Using the measured trajectory for data reconstruction suppressed gradient hardware imperfections artefacts. With PRESS and semi-LASER selection modules, NAA, Cr, Cho, and myo-Inositol were significantly quantified. We have demonstrated in vivo short TE volumetric SSI acquisition at 3T using conventional and adiabatic refocusing pulses in a total acquisition time compatible with clinical examination. Further works need to be realised to optimise semi-LASER sequence for the detection of strongly coupled metabolite like glutamate and glutamine.
L'imagerie spectroscopique (IS) par résonance magnétique nucléaire du cerveau permet d'identifier les biomarqueurs du métabolisme cérébral sain ou pathologique. A court TE, les métabolites ayant des couplages J forts et des temps de relaxation T2 courts peuvent être détectées. Le rapport signal sur bruit et la résolution spectrale croît avec l'intensité du champ B0. Cependant, l'hétérogénéité des champs B0 et B1 ainsi que les erreurs associées au déplacement chimique augmentent avec B0. De bons profils de sélection sont obtenus avec le module de sélection du volume d'intérêt de type semi-LASER comparés à ceux obtenus avec des impulsions conventionnelles. De plus, cette séquence est mois sensible aux hétérogénéités du champ B1 et les erreurs liées au déplacement chimique sont moins importantes. La limitation la plus contraignante de la technique d'imagerie spectroscopique conventionnelle est probablement sa longue durée d'acquisition qui dépend de la résolution spatiale. L'imagerie spectroscopique spirale (ISS) en encodant simultanément l'information spatiale et spectrale réduit considérablement le temps d'acquisition minimum. Il devient ainsi possible d'acquérir des données supplémentaires telles qu'une dimension spatiale et/ou une deuxième dimension spectrale. Nous avons mis en place une technique d'imagerie spectroscopique spirale pour l'étude du cerveau humain. Le TE est de 17 ms dans le cas de sélection du volume d'intérêt avec le module PRESS utilisant des impulsions RF conventionnelles et de 32 ms dans le cas de semi-LASER. Ces modules de sélection ont été combinés avec des modules de saturation des signaux de l'eau et du volume externe adaptés. Nous avons développé les programmes de calcul de la trajectoire mesurée et de la reconstruction des données à deux dimensions spatiales et une dimension spectrale. Nous avons obtenu une bonne saturation des lipides extracrâniens. Nous avons obtenu de meilleurs profils et une nette réduction des erreurs associées au déplacement chimique avec le module semi-LASER comparé avec ceux obtenus avec le module PRESS. L'application de la trajectoire mesurée à la reconstruction des données réduit les artefacts associés aux imperfections du système de gradients. Sur les spectres acquis à un TE de 17 ms (PRESS) et de 32 ms (semi-LASER) nous avons quantifié significativement le NAA, la choline, la créatine et le myo-inositol. Nous avons démontré la faisabilité de l'acquisition de données d'imagerie spectroscopique spirale volumétrique à TE court chez l'homme à 3T en une durée compatible avec celle des examens cliniques. D'autres travaux doivent être réalisés afin d'optimiser la séquence semi-LASER pour la détection de métabolites fortement couplés, comme le glutamate et la glutamine.
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