高解像度マルチショット拡散加重MRIを組み合わせて、マーカーのない前向き運動補正と局所的に低いランク制約の再構築を組み合わせて

目的：被験者の頭の動きはDWIの主要な課題であり、推定拡散パラメーターの画像のぼやけ、信号損失、バイアスにつながります。ここでは、前向き運動補正と空間的角の局所的に低いランク制約の再構築の結合された応用を調査して、実質的な動きの下で堅牢でマルチショット、高解像度の拡散加重MRIを取得します。 方法：遡及的な動き補正を備えたシングルショットEPIは、モーションアーティファクトを緩和し、勾配エンコード方向の不一致を解決することができます。ただし、低空間解像度と画像の歪みによって制限されます。マルチショットの獲得戦略は、より高い解像度と画像の忠実度を達成する可能性がありますが、ショットからショットへの心臓の脈動に関連するモーションアーティファクトと位相の変動に対する脆弱性を高めます。光学マーカーレスモーショントラッキングを使用して将来のモーション補正を使用して、アーティファクトを除去し、バルクモーションによる画像のぼやけを削減し、局所的に低ランクの正則化と組み合わせて、ショットからショットへの位相変化のために残りのアーティファクトを修正します。 結果：アプローチは、異なるモーションパターンの下で3テスラの健康な成人ボランティアで評価されました。マルチショットDWIでは、20 mmの翻訳と30°の回転による動きにより画像がぼやけ、将来の動き補正により正常に除去され、ショットからショットへの位相変動によって引き起こされるアーティファクトのエイリアスは、局所的に低ランクの正規化によって対処されました。Bマトリックスの方向転換を必要とせずに、DTIの方向情報を保存する前向き運動補正の能力が強調されています。 結論：記載されている手法は、新生児、小児科、および神経障害のある患者を含む運動が一般的な被験者/コホートの研究のために、高解像度で脳の拡散性と接続性をマッピングするための貴重な可能性を保持することが証明されています。

PURPOSE: Subject head motion is a major challenge in DWI, leading to image blurring, signal losses, and biases in the estimated diffusion parameters. Here, we investigate a combined application of prospective motion correction and spatial-angular locally low-rank constrained reconstruction to obtain robust, multi-shot, high-resolution diffusion-weighted MRI under substantial motion. METHODS: Single-shot EPI with retrospective motion correction can mitigate motion artifacts and resolve any mismatching of gradient encoding orientations; however, it is limited by low spatial resolution and image distortions. Multi-shot acquisition strategies could achieve higher resolution and image fidelity but increase the vulnerability to motion artifacts and phase variations related to cardiac pulsations from shot to shot. We use prospective motion correction with optical markerless motion tracking to remove artifacts and reduce image blurring due to bulk motion, combined with locally low-rank regularization to correct for remaining artifacts due to shot-to-shot phase variations. RESULTS: The approach was evaluated on healthy adult volunteers at 3 Tesla under different motion patterns. In multi-shot DWI, image blurring due to motion with 20 mm translations and 30° rotations was successfully removed by prospective motion correction, and aliasing artifacts caused by shot-to-shot phase variations were addressed by locally low-rank regularization. The ability of prospective motion correction to preserve the orientational information in DTI without requiring a reorientation of the b-matrix is highlighted. CONCLUSION: The described technique is proved to hold valuable potential for mapping brain diffusivity and connectivity at high resolution for studies in subjects/cohorts where motion is common, including neonates, pediatrics, and patients with neurological disorders.