The Estimated Value of 7-Tesla Functional MRI

Abstract

Background:

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is one of the most likely applications to benefit from high field MRI. It profits from the higher signal-to-noise ratio (SNR) and increased blood oxygenation level-dependent (BOLD) contrast itself.

Material and Methods:

Nine volunteers were measured at both 1.5 and 7 T using finger tapping with fMRI in a block design fashion. An echoplanar imaging (EPI) sequence with short TE (28 ms at 7 T) was chosen for covering the whole brain. A CP (circular polarization) transmit/receive head coil was used for image acquisition.

Results:

All cerebral areas involved in finger tapping could be revealed using 7 T: SI, MI, SII, SMA, thalamus, and cerebellar areas. At 1.5 T the activation in the thalamus was only detectable in one subject using the same corrected p-value for all analyses. Furthermore, the BOLD signal change was significantly higher at 7 T than at 1.5 T (factor 2–3). A well-fitted response curve could be detected in all sensory-motor areas at 7 T in whole-brain coverage, even in areas suffering from susceptibility like the cerebellum.

Conclusion:

Supra- and infratentorial sensory-motor areas are consistently and reliably detectable using whole-brain fMRI at 7 T with good-quality response functions and, as expected, higher signal compared to 1.5 T.

Zusammenfassung

Hintergrund:

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) sollte prinzipiell bei 7T gut möglich sein und von dem hohen Feld profitieren, da es sich hierbei um Gradientenechosequenzen handelt. Es sollte zu einem höheren Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR) und zu einer Erhöhung des „Blood Oxygenation Level Dependent Contrast“ (BOLD) kommen.

Methoden:

9 Normalprobanden wurden bei 1,5 T und 7T während eines motorischen Paradigmas (Finger-Tapping) im Blockdesign (alternierende Ruhe- und Aktivitätsphasen) mit einer EPI-Sequenz mit kurzer TE (28 ms bei 7T) untersucht, mit der das gesamte Gehirn abgedeckt werden konnte. Es wurde eine zirkulär polarisierte (CP) Kopfspule verwendet.

Ergebnisse:

Die Darstellung aller zerebralen Schaltzentren für die Fingerbewegung konnten bei 7T dargestellt werden: SI, SII, SMA, Thalamus sowie kontralaterale zerebelläre Motorikareale. Bei 1,5 T konnte die Thalamus-Aktivierung bei diesem Schwellenwert nur bei einem Probanden gefunden werden. Die Signalveränderungen waren bei 7T durchschnittlich um den Faktor 2–3 höher als bei 1,5T. Die hämodynamischen Antwortfunktionen zeigten für alle untersuchten Areale die erwarteten Verläufe bei 7T auch in den zerebellären Arealen, die Problematiken durch Suszeptibilität aufweisen können.

Schlussfolgerung:

Sowohl supra- als auch infratentoriell ist ein motorisches Paradigma im fMRT bei 7T mit reliablen Ergebnissen möglich, zeigt gute Antwortfunktionen und, wie erwartet, eine höhere Signalstärke als bei 1,5 T.