Table Of ContentMRI Techniques
MRI Techniques
Vincent Perrin
Series Editor
Henri Maître
Firstpublished2013inGreatBritainandtheUnitedStatesbyISTELtdandJohnWiley&Sons,Inc.
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LibraryofCongressControlNumber: 2013946298
BritishLibraryCataloguing-in-PublicationData
ACIPrecordforthisbookisavailablefromtheBritishLibrary
ISBN:978-1-84821-503-0
PrintedandboundinGreatBritainbyCPIGroup(UK)Ltd.,Croydon,SurreyCR04YY
Table of Contents
Chapter1.Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.Blood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1.Characteristicsofbloodflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2.Laminarflowandturbulentflow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.Basicphenomenainangiography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1.TimeofFlight(TOF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2.Phenomenonofdephasingofcircularspins . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.Artifactsrelatingtotheflow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1.Artifactofpulsatileflowofbloodorcerebrospinal
fluid(CSF). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.2.Fluidlocationerror. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.3.Otherartifacts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.MRAsequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.1.TimeofFlight(TOF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.2.Phase-contrastangiography(PCA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4.3.The“match”betweenTOFandPCAimaging. . . . . . . . . . . . . 36
1.4.4.Contrast-enhancedMRA(CE-MRA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.5.Studyoftwoclinicalproblems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
1.5.1.Differentiationbetweenathrombusandaslowflow. . . . . . . . . 45
1.5.2.“Correct”evaluationofastenosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Chapter2.Diffusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.1.Generalpoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.1.1.Whatisdiffusion? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.1.2.Whatisthemedicalinterestheldbydiffusion? . . . . . . . . . . . . 50
2.1.3.Thethreemaintypesofdiffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.Principlebehinddiffusionimagingandtheassociatedsequence . . . . 51
vi MRITechniques
2.3.Studyoftheobtainedsignal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.1.Expressionofthesignal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.3.2.Diffusioncoefficient. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3.3.Thebfactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4.Diffusionsequenceanddiffusionimages . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.4.1.Completesequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.4.2.Diffusionimage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.4.3.ApparentDiffusionCoefficient(ADC)maps . . . . . . . . . . . . . 65
2.4.4.Pitfallimages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.5.Thedifferentclinicalapplicationsfordiffusion . . . . . . . . . . . . . . 70
2.5.1.Studyofanischemicaccident . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.5.2.Cerebralabscessornecrotictumor?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.5.3.Limitationsofdiffusionimaging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.6.Artifactsfrequentlyencounteredindiffusion. . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.6.1.ArtifactspecifictoEPI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.6.2.Artifactpeculiartothediffusionsequence. . . . . . . . . . . . . . . 80
2.7.Diffusion-tensorimaging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.7.1.Advantage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.7.2.Generalprinciplesofdiffusiontensorimaging(DTI) . . . . . . . . 84
2.7.3.Diffusiontensorimaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.7.4.Clinicalapplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.8.Tractography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.8.1.FACTmethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.8.2.Twoimportantparametersinthismethod . . . . . . . . . . . . . . . 99
2.8.3.Theproblemofcrossedfibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.8.4.Clinicalapplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Chapter3.Perfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.1.Generalpoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.1.1.Whatisperfusion? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.1.2.Whatisthemedicaladvantagetoperfusion?. . . . . . . . . . . . . . 104
3.2.Exogenoustracers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.2.1.Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.2.2.Informationobtainedwithaperfusionsequence . . . . . . . . . . . 106
3.2.3.Alterationoftheparametersasafunctionof
thetypeofdisease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.2.4.Optimization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.3.Endogenoustracers:ASLtechnique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.3.1.Whyuseendogenoustracers? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.3.2.Principleandsensitivityoftheendogenoustracermethod. . . . . . 111
3.3.3.ContinuousArterialSpinLabeling(CASL) . . . . . . . . . . . . . . 114
3.3.4.PASL(PulsedArterialSpinLabeling)technique . . . . . . . . . . . 125
TableofContents vii
3.3.5.CASLorPASL? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3.6.Conclusion:advantagesandlimitationsofASL. . . . . . . . . . . . 131
3.4.Medicalapplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3.4.1.IschemicCVA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3.4.2.Tumors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
3.4.3.Otherapplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Chapter4.FunctionalMRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.1.Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.2.Principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.2.1.OriginoffMRIsignal(BOLDeffect). . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.2.2.Typeofparadigm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.2.3.TypeofsequenceusedinfMRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.3.Introductiontostatisticalanalysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
4.3.1.Whythisstudy?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
4.3.2.Howshouldthisanalysisbedone?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3.3.Simplelinearregressiontechnique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.3.4.Multiplelinearregressiontechnique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
4.4.StatisticalanalysisandfMRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.4.1.ModelingofthefMRIsignal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.4.2.Statisticaltest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
4.5.Pre-processingandlimitationsoffMRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
4.5.1.Motioncorrection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
4.5.2.Correctionofdelayinacquisitionbetweenslices. . . . . . . . . . . 209
4.5.3.Correctionofgeometricaldistortions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
4.5.4.OverallviewoftreatmentinfMRI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
4.6.ApplicationoffMRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
4.6.1.Groupanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
4.6.2.Disease. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
