3D Whole‐Heart Joint T ₁ /T _1ρ Mapping and Water‐Fat Imaging on a Clinical 0.55‐T Low‐Field Scanner

Myocardial maps are conventionally acquired in 2D breath-hold single-parameter scans that are slow and have limited heart coverage. To overcome limitations associated with 2D breath-hold mapping sequences, we develop a novel free-breathing 3D joint <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_1 $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> / <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho } $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> mapping sequence with Dixon encoding to provide co-registered 3D <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_1 $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho } $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> maps and water-fat volumes with isotropic spatial resolution in a single scan for comprehensive contrast-agent free myocardial tissue characterization and visualisation of the whole-heart anatomy on a clinical 0.55-T MR scanner. The proposed sequence acquires four interleaved 3D volumes with preparation modules to provide <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_1 $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho } $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> encoding, with data acquired with a two-echo Dixon readout and 2D image navigators to enable <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics><mml:mrow><mml:mn>100</mml:mn> <mml:mo>%</mml:mo></mml:mrow> <mml:annotation>$$ 100\% $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> respiratory scan efficiency. Images were reconstructed with nonrigid respiratory motion-corrected iterative SENSE with multi-dimensional low-rank patch-based denoising, and maps generated by matching with simulated dictionaries. The proposed sequence was tested in phantoms, 11 healthy subjects and 1 patient, and compared with conventional techniques. For phantoms, the proposed 3D <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_1 $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho } $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> measurements showed good correlation with 2D spin-echo reference measurements. For healthy subjects, septal myocardial tissue mapping values were <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>743</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>19</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>ms</mml:mtext></mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_1=743\pm 19\kern0.3em \mathrm{ms} $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>46</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>9</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>7</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>ms</mml:mtext></mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho }=46.9\pm 2.7\kern0.3em \mathrm{ms} $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> for the proposed sequence, against <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>681</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>23</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>ms</mml:mtext></mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_1=681\pm 23\kern0.3em \mathrm{ms} $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>57</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>9</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>ms</mml:mtext></mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho }=57.9\pm 3.6\kern0.3em \mathrm{ms} $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> for 2D modified Look-Locker inversion recovery and 2D <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho } $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> respectively. Promising results were obtained when the proposed mapping was compared to 2D late-gadolinium enhancement imaging in a patient. The proposed approach enables simultaneous 3D whole-heart joint <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_1 $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> / <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics> <mml:mrow> <mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:annotation>$$ {T}_{1\rho } $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> mapping and water-fat imaging at 0.55 T in a single scan of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:semantics><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo> <mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow> <mml:annotation>$$ \approx 11 $$</mml:annotation></mml:semantics> </mml:math> min, demonstrating good agreement with conventional techniques in phantoms and healthy subjects, and promising results in a patient.