Improving perfusion quantification in arterial spin labeling for delayed arrival times by using optimized acquisition schemes

The improvement in Arterial Spin Labeling (ASL) perfusion quantification, especially for delayed bolus arrival times (BAT), with an acquisition redistribution scheme mitigating the T1 decay of the label in multi-TI ASL measurements is investigated. A multi inflow time (TI) 3D-GRASE sequence is presented which adapts the distribution of acquisitions accordingly, by keeping the scan time constant. The MR sequence increases the number of averages at long TIs and decreases their number at short TIs and thus compensating the T1 decay of the label. The improvement of perfusion quantification is evaluated in simulations as well as in-vivo in healthy volunteers and patients with prolonged BATs due to age or steno-occlusive disease. The improvement in perfusion quantification depends on BAT. At healthy BATs the differences are small, but become larger for longer BATs typically found in certain diseases. The relative error of perfusion is improved up to 30% at BATs>1500ms in comparison to the standard acquisition scheme. This adapted acquisition scheme improves the perfusion measurement in comparison to standard multi-TI ASL implementations. It provides relevant benefit in clinical conditions that cause prolonged BATs and is therefore of high clinical relevance for neuroimaging of steno-occlusive diseases. Bei Arterial-Spin-Labeling (ASL)-Experimenten zerfällt die Markierung des Blutes mit T1. Durch Umverteilung der sonst gleich verteilten Mittelungen bei Experimenten mit verschiedenen Einströmzeiten (multi-TI) kann dem T1-induzierten Signalzerfall entgegengewirkt werden. Die Verbesserung der Perfusionsbestimmung gerade bei später Ankunft des markierten Blutes (bolus arrival time, BAT) wird untersucht. Die multi-TI-3D-GRASE-Sequenz ist so angepasst, dass kurze Einströmzeiten weniger oft gemittelt werden als lange. Die gesamte Anzahl der Akquisitionen bleibt unverändert und damit auch die Messzeit konstant. Die hierdurch verbesserte Perfusionsbestimmung wird anhand von Simulationen, Messung gesunder Probanden und Patienten mit altersbedingt verlängerter BAT oder stenosierenden Verschlusserkrankungen evaluiert. Mit unserem angepassten Akquisitionsschema zeigen sich für gesunde BATs keine Unterschiede in der Perfusionsbestimmung im Vergleich zum Standardverfahren mit gleich verteilten Mittelungen. Für BATs>1500ms hingegen kann der Fehler in der Perfusionsbestimmung um 30% verringert werden. Unser angepasstes Aufnahmeverfahren verbessert die Perfusionsbestimmung gerade