Parallel Imaging

Die klassische MRT-Bildgebung erfordert eine vollständige Abtastung des k-Raums, insbesondere entlang der Phasenkodierrichtung. Beim Parallel Imaging wird der k-Raum gezielt unterabgetastet, d.h. es werden weniger Phasenkodierschritte aufgenommen. Die fehlenden Informationen werden nicht durch zusätzliche Messungen, sondern durch die räumlich unterschiedlichen Sensitivitätsprofile der einzelnen Spulenelemente rekonstruiert. Jede Spule "sieht" das Objekt mit einer leicht anderen Gewichtung, wodurch zusätzliche Ortsinformation entsteht. Formal ergibt sich eine Reduktion der Messzeit proportional zum Beschleunigungsfaktor:

$${\displaystyle t_{Scan}\propto {\frac {1}{R}}}$$

• ${\displaystyle R}$ = Beschleunigungsfaktor (reduction factor)

Beim Parallel Imaging werden mehrere Empfangsspulen parallel verwendet, deren Sensitivitätsprofile bekannt oder vorab gemessen sind. Durch Unterabtastung des k-Raums entsteht zunächst ein Aliasing-Artefakt (Faltungsartefakt). Dieses wird anschließend durch Ausnutzung der Spulensensitivitäten rechnerisch entfaltet ("Unfolding"), sodass ein korrektes Bild rekonstruiert werden kann.

SENSE

Beim SENSE-Verfahren (Sensitivity Encoding) erfolgt die Rekonstruktion im Bildraum. Durch die Unterabtastung des k-Raums entstehen zunächst überlagerte Bildinformationen. Diese werden mithilfe der bekannten räumlichen Sensitivitätsprofile der einzelnen Empfangsspulen mathematisch getrennt, sodass die korrekte Ortszuordnung wiederhergestellt wird. Voraussetzung für dieses Verfahren ist eine möglichst genaue Kenntnis der Spulensensitivitäten, die entweder vorab gemessen oder aus den Daten geschätzt werden. Aufgrund der direkten Entfaltung im Ortsraum ist SENSE rechnerisch effizient, jedoch empfindlich gegenüber Rauschen und Fehlern in der Sensitivitätskalibrierung.

GRAPPA

Beim GRAPPA-Verfahren (Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions) erfolgt die Rekonstruktion im k-Raum. Fehlende k-Raum-Daten werden aus den gemessenen Daten durch lineare Kombination benachbarter Datenpunkte interpoliert. Grundlage hierfür sind zusätzliche vollständig gemessene Kalibrierlinien im Zentrum des k-Raums (Autokalibration). Im Gegensatz zu SENSE ist keine explizite Kenntnis der Spulensensitivitäten erforderlich, da die notwendigen Rekonstruktionsgewichte direkt aus den Kalibrierdaten bestimmt werden. Dadurch ist GRAPPA robuster gegenüber Sensitivitätsfehlern, jedoch rechnerisch aufwendiger und mit zusätzlichem Messaufwand verbunden.

Parallel Imaging führt zu charakteristischen Veränderungen der Bildqualität, die sich aus der gezielten Unterabtastung des k-Raums und der nachfolgenden Rekonstruktion ergeben. Ein wesentlicher Vorteil ist die Reduktion der Messzeit, da weniger Phasenkodierungsschritte erforderlich sind. Dadurch können Bewegungsartefakte vermindert werden, insbesondere bei unruhigen Patienten oder dynamischen Untersuchungen. Zusätzlich führt die verkürzte Auslesezeit zu einer Reduktion von Verzerrungen, wie sie beispielsweise bei Echo-Planar-Imaging auftreten.

Demgegenüber stehen spezifische Nachteile. Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) nimmt mit steigendem Beschleunigungsfaktor ab und ist näherungsweise proportional zu ${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {R}}}}$. Darüber hinaus kommt es zu einem zusätzlichen SNR-Verlust durch den sogenannten g-Faktor, der von der Geometrie der Spulenanordnung und der Objektform abhängt. Bei hohen Beschleunigungsfaktoren steigt zudem die Anfälligkeit für Rekonstruktionsfehler und Artefakte, insbesondere bei unzureichender Spulensensitivitätsinformation oder ungünstiger Signalgeometrie.

Der g-Faktor beschreibt die zusätzliche Rauschverstärkung durch die Parallelrekonstruktion:

$${\displaystyle SNR\propto {\frac {1}{{\sqrt {R}}\cdot g}}}$$

• ${\displaystyle SNR}$ = Signal-Rausch-Verhältnis
• ${\displaystyle R}$ = Beschleunigungsfaktor
• ${\displaystyle g}$ = Geometriefaktor (abhängig von Spulenanordnung und Objektgeometrie)

Ein hoher g-Faktor führt zu lokal verstärktem Rauschen.