Developing a fully scanner-integrated reconstruction pipeline for magnetic resonance spectroscopic Imaging (MRSI) at 7 T

Abstract

Zur Unterstützung der Forschungsgruppe im Hochfeld-MR-Zentrum in Wien am AKH und der Medizinischen Universität wurde eine vollständig Scannerintegrierte Rekonstruktionspipeline für eine schnelle Ganzhirnmagnetresonanzspektroskopische Bildgebung (MRSI)-Sequenz entwickelt.Der Entwicklungsprozess wurde durch bereitgestellte Offline-Rekonstruktionspipelines geleitet, die als Vorlage dienten. Die Vorteile einer Online-Implementierung umfassen einen flüssigen Ablauf des Bildgebungsprozesses, eine höhere Zeiteffizienz und wären auch für die Übertragung in klinische Umgebungen relevant.Drei unterschiedliche Aspekte der Datenverarbeitungsschritte wurden in separaten Abschnitten dieser Arbeit behandelt. Erstens, die konzeptionellen Aspekte wurden im Abschnitt Datenverarbeitungskonzepte in MRSI (Data-processing concepts in MRSI) beschrieben. Zweitens wurden die mathematischen Überlegungen zur durchgeführten Rekonstruktion im Abschnitt über Datenrekonstruktionsverfahren (Datareconstruction procedures) dargelegt. Drittens wurden die Details zur Programmierung in den Abschnitten Implementierung der kartesischen Rekonstruktion (Implementation of the Cartesian reconstruction) und Implementierung der konzentrischen Ringtrajektorie (CRT)-Rekonstruktion (Implementation of the CRT reconstruction) beschrieben. Die resultierenden online, i.e., am Scanner, berechneten Bilder wurden dann im Abschnitt Vergleich von Online- und Offline-Rekonstruktion (Comparison of online and offline reconstruction)mit den Offline-Ergebnissen verglichen. Das Ergebnis dieser Diplomarbeit war eine vollautomatische Online-Rekonstruktionspipeline. Bilder, FIDs und Spektren der einzelnen Datenverarbeitungsschritte zeigten eine insgesamt gute Qualität mit einigem Verbesserungspotenzial. Die Qualität der Ergebnisse der vollständigen Rekonstruktion (complete reconstruction), i.e., aller Datenverarbeitungsschritte zusammengenommen, muss unbedingt weiter gesteigert werden, da durch die Kombination der Datenoperationen auch deren Abweichungen vom Standard kombiniert wurden und eine akzeptable Schwelle überschritten haben.

To support the research group in the High-Field MR Centre in Vienna at the AKH and the Medical University, a fully scanner-integrated reconstruction pipeline for a fast whole-brain Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging (MRSI) sequence was developed. The development process was guided by provided offline reconstruction pipelines, which served as a standard. The advantagesof an online implementation comprise a smoother workflow of the imaging process, higher time efficiency, and would be also relevant for translation into clinical settings.Three different aspects of the data-processing steps were discussed in separate Sections of this thesis. First, the conceptual aspects were described in the Section on Data-processing concepts in MRSI. Second, the mathematical considerations of the implemented reconstruction were stated in the Section on Data-reconstruction procedures. Third, the details about the programming werereviewed in the Sections on Implementation of the Cartesian reconstruction and Implementation of the concentric ring trajectory (CRT) reconstruction.The resulting online, i.e., on the scanner, calculated images were then compared to the offline results in the Section on Comparison of online and offline reconstruction. The result of this thesis was a fully automatic online reconstruction pipeline. Images, FIDs, and spectra from the individualdata-processing steps showed an overall good quality with some room for improvement. The quality of the outputs of the complete reconstruction, i.e., all the data-processing steps combined, definitely needs to be further increased, as by combination of the data operations, also their deviations from the standard combined, and exceeded an acceptable threshold.