S2-SSFP fMRIの空間特異性の調査：モンテカルロシミュレーションアプローチ

スピンエコー（SE）fMRIの望ましい空間特異性は、特定の吸収速度（SAR）およびB1の不均一性の問題により、高磁場で効率的に利用することはできません。その結果、S2-SSFP FMRIは、これらの問題を軽減する代替として示唆されています。それにもかかわらず、この手法の空間的特異性を評価するために、これまでに正確な分析は実行されていません。空間的特異性を研究するために、関連するイメージングパラメーターの範囲で容器サイズの感度推定とともに、機能コントラストの微小血管貢献を評価するためのモンテカルロシミュレーションを実行しました。結果は、Se fMRIのレベルで空間的特異性を示しました。シミュレーションにより、Se fMRIと同様に、組織T2に近い効果的なエコー時間（TE）が得られたコントラストにおける微小血管系の寄与を最大化することが明らかになりました。しかし、この貢献の量は、Se fMRIと比較して超高磁場でわずかに減少したことを示しました。容器サイズの感度に関しては、シミュレーションは、Se fMRIと同様のS2-SSFPのパターンを提示しましたが、大きな容器に向かってわずかなシフトがありました。これらの結果は、報告された実験研究と一般的に一致しています。また、私たちの発見は、原発性SE経路ではなく、古い経路の効果が、S2とSEの間の観察された矛盾の原因である可能性があることを示唆しています。この研究に基づいて、最適な実験パラメーターが使用され、その望ましい微小血管系の寄与と小血管に対する高い感度を備えたS2が使用され、高磁場でSe fMRIを置き換えるための有望な低SARアプローチです。

The desirable spatial specificity of spin echo (SE) fMRI cannot be efficiently utilized in high fields due to specific absorption rate (SAR) and B1 inhomogeneity problems. Consequently, S2-SSFP fMRI has been suggested as an alternative to mitigate these problems. Nevertheless, no accurate analysis has been performed thus far to evaluate spatial specificity of this technique. To study spatial specificity, we performed Monte Carlo simulations for evaluating the micro-vasculature contribution in functional contrast along with vessel size sensitivity estimations for a range of relevant imaging parameters. Results showed a spatial specificity at the level of SE fMRI. Simulations further revealed that similar to SE fMRI, an effective echo time (TE) close to the tissue T2 maximizes the micro-vasculature contribution in the obtained contrast. The amount of this contribution, however, showed a slight decrease at ultra-high fields compared to SE fMRI. As for vessel size sensitivity, simulations presented a pattern for S2-SSFP similar to SE fMRI but with a minor shift toward larger vessels. These results are in general agreement with reported experimental studies. Our findings also suggest that the effect of older pathways, rather than primary SE pathway, might be responsible for the observed discrepancies between S2 and SE. Based on this study, provided that optimum experimental parameters are used, S2, with its desirable micro-vasculature contribution and high sensitivity to small vessels, is a promising low SAR approach to replace SE fMRI in high field.