Parallel MRI:Acquisición y reconstrucción de RM

Santiago Aja-Fernández,

Laboratorio de Procesado de Imagen. Universidad de Valladolid (Spain)

sanaja@tel.uva.esENERO 2015

UNIVERSIDAD DE VALLADOLIDE.T.S. INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN

Parallel Imaging

2

Parallel Imaging

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 adquisiciónImagen de magnitud

+ Procesado

Adquisición

Paciente

Parallel Imaging

5

Scanner K-spaceX-space

(complex) Magnitude

F-1 | . |

Signal acquisition (Single coil)

Parallel Imaging

Signal acquisition (Multiple coil)

6

Parallel Imaging

Signal acquisition (Multiple coil)

F-1

7

Parallel Imaging

Modelo de Imagen en cada coil

Se adopta el siguiente modelo para la imagen en cada bobina (espacio x)

Il(x)=Cl (x)·I(x)

= x

8

Parallel Imaging

9

Parallel Imaging

Reconstrucción de Imagen de Magnitud

• Con las sensibilidades:

Il(x)=Cl (x)·I(x) I=C I(x)

IR(x)=(CHC) -1 CH I M(x)=|IR(x)|

• Sin las sensibilidades (Sum of squares)

M(x)=(l |Il(x)|2 )1/2

10

Parallel Imaging

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

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-space K-space (subsampled)

13

Parallel Imaging

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

Parallel Imaging: SENSE [Pruessmann, et al, MRM 2001; 46(4):638-651 ]

• Submuestreo homogéneo del espacio k

15

Coil 1

Coil 2

Coil 3

Coil 4Reconstrucción en espacio x

Parallel Imaging

Parallel Imaging: SENSE

16

Sm(x,y)= Cm (x,y) I(x,y)+Cm (x,y+FOV/2) I(x,y+FOV/2)

Trabajamos en el espacio x complejo

Coil m

Parallel Imaging

Parallel Imaging: SENSE

17

Sm(x,y)= Cm (x,y) I(x,y)+Cm (x,y+FOV/2) I(x,y+FOV/2)

SR=W · SS,

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

Parallel Imaging: GRAPPA [Griswold et al, MRM 2002; 47(6):1202-1210 ]

• Autocalibrado: no necesita sensibilidades

18

Coil 1

Coil 2

Coil 3

Coil 4

Reconstrucción de espacio k

Parallel Imaging

Parallel Imaging: GRAPPA

19

• Reconstruction from linear combination of subsampled data

Original Subsampled Reconstructed

20

k-space

Lines to be reconstructed

Sampled Lines

Coil 1

Coil 3

Coil 2

Coil 4

Parallel Imaging

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

Parallel Imaging: GRAPPA

22

Parallel Imaging

Parallel Imaging: GRAPPA

23

Reconstrucción a partir de operación local y combinación de coils:

s R m(k) = l sl(k) wl,k(k)

Señal reconstruida: s R m(k) en espacio k para cada coil.

Pasamos a espacio x, Sm(x)=F -1{s R m(k)}

Magnitud: Mediante suma de cuadrados:

M(x)=SoS{Sm(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

Questions?

Parallel MRI:Acquisición y reconstrucción de RM

Santiago Aja-Fernández,

Laboratorio de Procesado de Imagen. Universidad de Valladolid (Spain)

sanaja@tel.uva.esENERO 2015

UNIVERSIDAD DE VALLADOLIDE.T.S. INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN