Balanced steady-state free precession (bSSFP) is one of the fast magnetic resonance imaging techniques which is commonly used in clinics due to its excellent signal-to-noise ratio (SNR) and short scan time. For data acquisition, a centric phase-encoding (PE) order is preferred to a linear order in order to maximize prepared magnetization contrast for physiological imaging. However, the centric PE scheme in bSSFP makes abrupt changes in the amplitude and polarity of the PE gradients, which causes irregular eddy-current dephasing, resulting in significant image artifacts. Several compensation strategies have been devised such as pairing and double averaging (dAVE), but pairing can achieve an incomplete compensation and dAVE is not suitable for physiological imaging due to its doubled scan time. In this study, we propose (i) a pseudo-centric PE-grouping (PE-grouping) which is a hybrid of the conventional centric and linear orders for optimal contrast and minimal signal fluctuations. Also, we propose (ii) four averaging strategies which further reduce the residual eddy-current and transient oscillation artifacts by averaging two full images so that oppositely-oscillating signals of two images can be canceled out. The proposed strategies markedly removed eddy-current and transient oscillation artifacts for both phantom and in vivo while maintaining the SNR and temporal resolution of the conventional centric scheme, providing results better than those of the pairing and comparable to those of dAVE. In conclusion, proposed schemes are expected to improve the image quality of physiological bSSFP imaging with less artifact and same temporal resolution of the conventional centric scheme.
Balanced steady-state free precession (bSSFP)은 대표적인 고속 자기공명영상 기법으로 짧은 촬영시간 대비 높은 신호대잡음비로 최근 임상에서도 많이 활용되고 있는 기법이다. 한편, 생리적 이미징 시 준비된 자화의 대조도를 높이기 위해 영상 획득 기법 중 k-공간의 중앙에서부터 데이터를 얻기 시작하는 센트릭 (centric) 위상 부호화 기법을 선호한다. 하지만 bSSFP를 기존의 센트릭 위상부호화 기법을 이용하여 영상을 얻게 되면 매 반복시간 마다 위상부호화 경사자장의 크기와 극이 일정하지 않게 변하며 이로 인해 시변하는 와전류가 발생한다. 이러한 와전류는 영상의 위상 정보에 오차를 일으켜 심각한 인공물을 만든다. 이전 연구에서 와전류 인공물을 보완할 수 있는 기법들이 제안되었지만 불완전한 인공물 제거와 생리적 이미징에 적합하지 않다는 단점이 있었다.
본 연구에서는 생리적 bSSFP 이미징에 적용 가능한 새로운 영상 획득기법을 제안한다. 제안하는 위상부호화 그룹화(PE-grouping)는 기존의 센트릭 위상 부호화 기법과 리니어 (linear) 기법을 혼합하여 k-공간의 중심에서부터 데이터 획득을 시작하되, N개씩 위상부호화 경사자장을 그룹으로 묶어서 그룹 안에서는 선형적으로 진행하며 k-공간 안에서의 큰 도약을 줄여 와전류로 인한 인공물을 눈에 띄게 줄였다. 또한, 인공물의 양상이 반대로 나타나는 두 개의 영상을 후처리로 평균하여 위상부호화 그룹화를 적용한 후에도 남아있는 와전류 인공물과 더불어 촬영 초기 신호의 진동으로 인한 인공물까지 제거할 수 있는 네 가지의 서로 다른 영상 평균법을 제안하였다. Bloch equation 시뮬레이션을 통해 와전류로 인한 신호의 진동이 제안하는 기법으로 확연히 줄어드는 것을 확인했으며, phantom과 in-vivo 실험을 통해 인공물이 기존의 방법들과 비교하여 더 개선하거나 비슷한 정도로 인공물을 제거함을 영상과 정량적 분석을 통해 확인하였다.
