市販のヘッドコイルのイメージング領域を拡張する誘電性パッドを使用して、7Tの小脳でのfMRI活性化の検出の改善

背景：脳全体に適切な血液酸素化レベルに依存するコントラストとシグナルと雑音比（SNR）が必要な小脳小脳回路の検出に関心が高まっています。7TスキャナーはSNRの増加を提供しますが、市販のヘッドコイルのカバレッジは現在大脳に限定されています。 目的：7Tで小脳機能MRI（fMRI）を改善するには、市販のコイルの感度を拡張する高誘電率材料（HPM）パッドを使用します。 調査タイプ：シミュレーションを使用して、HPMパッドの構成を決定し、無線周波数（RF）の安全性を評価しました。RFフィールド分布とSNRを評価し、小脳FMRIの改善を評価するために、in vivo実験を実施しました。 被験者：HPMの有無にかかわらず、将来のモーターFMRI研究に登録した8人の健康なボランティア。 フィールド強度/シーケンス：勾配エコー（GRE）fMRIのエコー平面イメージング、フリップ角マッピング用のターボフラッシュ、SNRマップのGREシーケンス、およびT1重量のMPRAGEは、7TでHPMパッドの有無にかかわらず獲得されました。 評価：フィールドマップ、SNRマップ、および解剖学的画像のカバレッジについて評価されました。シミュレーション結果を使用して、実験のSARレベルを評価しました。fMRI実験からの活性化データを、HPMパッドと比較した場合となしで比較しました。統計テスト：fMRIデータは、各被験者のfeat FSLを使用して分析され、その後、HPMの有無にかかわらず、取得のペアのt検定を使用してグループレベル分析を行いました。 結果：シミュレーションでは、HPMとSARレベルが推奨制限をはるかに下回るセレベラムの送信効率が52％改善されました。実験では、小脳のSNRが27％改善され、T1加重画像のカバレッジが改善されました。fMRIは、特に小脳の劣ったスライスでHPMパッドが存在する個々の被験者でより大きな小脳活性化を示し、小脳の活性化ボクセルの数が59％増加しました。グループレベルの分析では、他の場所で測定された活性化を失うことなく、HPMパッドを備えた小脳領域で機能的な活性化の改善（z> = 2.3）が示されました。 データの結論：HPMパッドは、RFの安全性を損なうことなく、一般的に使用されているヘッドコイルで7Tの小脳FMRIを改善できます。 証拠のレベル：2技術的有効性：ステージ1 J.マグニュ。共鳴。イメージング2018; 48：431-440。

BACKGROUND: There is growing interest in detecting cerebro-cerebellar circuits, which requires adequate blood oxygenation level dependent contrast and signal-to-noise ratio (SNR) throughout the brain. Although 7T scanners offer increased SNR, coverage of commercial head coils is currently limited to the cerebrum. PURPOSE: To improve cerebellar functional MRI (fMRI) at 7T with high permittivity material (HPM) pads extending the sensitivity of a commercial coil. STUDY TYPE: Simulations were used to determine HPM pad configuration and assess radiofrequency (RF) safety. In vivo experiments were performed to evaluate RF field distributions and SNR and assess improvements of cerebellar fMRI. SUBJECTS: Eight healthy volunteers enrolled in a prospective motor fMRI study with and without HPM. FIELD STRENGTH/SEQUENCE: Gradient echo (GRE) echo planar imaging for fMRI, turbo FLASH for flip angle mapping, GRE sequence for SNR maps, and T1 -weighted MPRAGE were acquired with and without HPM pads at 7T. ASSESSMENT: Field maps, SNR maps, and anatomical images were evaluated for coverage. Simulation results were used to assess SAR levels of the experiment. Activation data from fMRI experiments were compared with and without HPM pads. STATISTICAL TESTS: fMRI data were analyzed using FEAT FSL for each subject followed by group level analysis using paired t-test of acquisitions with and without HPM. RESULTS: Simulations showed 52% improvement in transmit efficiency in cerebellum with HPM and SAR levels well below recommended limits. Experiments showed 27% improvement in SNR in cerebellum and improvement in coverage on T1 -weighted images. fMRI showed greater cerebellar activation in individual subjects with the HPM pad present (Z > = 4), especially in inferior slices of cerebellum, with 59% average increase in number of activated voxels in the cerebellum. Group-level analysis showed improved functional activation (Z > = 2.3) in cerebellar regions with HPM pads without loss of measured activation elsewhere. DATA CONCLUSION: HPM pads can improve cerebellar fMRI at 7T with a commonly-used head coil without compromising RF safety. LEVEL OF EVIDENCE: 2 Technical Efficacy: Stage 1 J. MAGN. RESON. IMAGING 2018;48:431-440.