Isthmic spondylolysis is characterized by a stress injury to the pars interarticularis bones of the lumbar spines and is often missed by conventional magnetic resonance imaging (MRI), necessitating a computed tomography (CT) for accurate diagnosis. We compare MRI techniques suitable for producing CT-like images. Lumbar spines of asymptomatic and low back pain (LBP) subjects were imaged at 3-Tesla with multi-echo ultrashort echo time (UTE) and field echo (FE) sequences followed by simple post-processing of averaging and inverting to depict spinal bones with a CT-like appearance. The contrast-to-noise ratio (CNR) for bone was determined to compare UTE vs. FE and single-echo vs. multi-echo data. Visually, both sequences depicted cortical bone with good contrast; UTE-processed sequences provided a flatter contrast for soft tissues that made them easy to distinguish from bone, while FE-processed images had better resolution and bone–muscle contrast, which are important for fracture detection. Additionally, multi-echo images provided significantly (p = 0.03) greater CNR compared with single-echo images. Using these techniques, progressive spondylolysis was detected in an LBP subject. This study demonstrates the feasibility of using spine bone MRI to yield CT-like contrast. Through the employment of multi-echo UTE and FE sequences combined with simple processing, we observe sufficient enhancements in image quality and contrast to detect pars fractures.

Purpose: Fractal analysis is a mathematical tool which allows the evaluation of complex microstructural features within materials that cannot be expressed in traditional geometric terms. The purpose of this study is to quantify the differences in polymethylmethacrylate intravertebral cement spatial distribution patterns following vertebroplasty using fractal analysis through the examination of osteoporotic and malignant compression fractures. Methods: Frontal and lateral post-vertebroplasty radiographs were evaluated from 29 patients with osteoporotic and malignant compression fractures who underwent vertebroplasty. The individually treated vertebra were divided into osteoporotic (n = 35) and malignant groups (n = 41). Images underwent segmentation, thresholding, and binarization prior to fractal analysis. Fractal dimension and lacunarity values were derived from the region of interest in treated vertebrae using the “box-counting” and “gliding-box” techniques respectively using ImageJ. The mean values of both parameters were compared between the 2 groups. Results: The mean fractal dimension was significantly higher in the malignant vertebral compression fracture group (1.53 ± 0.08) compared to the osteoporotic group (1.34 ± 0.17; P < .001). Similarly, mean lacunarity values were significantly higher in the malignant fracture group (0.50 ± 0.09) compared to the osteoporotic group (0.37 ± 0.10; P < .001). Conclusions: Fractal dimension and lacunarity values of cement spatial distribution patterns obtained from the post-vertebroplasty radiographs can differentiate between benign osteoporotic and malignant vertebral compression fractures. This novel technique may be useful for evaluating cement spatial distribution patterns in spine augmentation procedures, although further research is warranted in this area.

Motivation: Avascular necrosis of the hip is due to disturbed blood supply related to various causes. Early evaluation currently requires contrast enhanced MR perfusion imaging. Goal(s): Evaluate human hip perfusion using non-contrast MR perfusion technique. Approach: Bilateral hips of healthy volunteers were imaged coronally at 3-T using a 2D spin labeling MR perfusion technique using tag-on tag-off acquisition at varying TI and processing to determine tagged blood signal into the acetabulum, femoral head, and femoral neck. Results: We found distinct perfusion signal in the acetabulum but the signal in the femoral head and neck were more subdued. Impact: This study demonstrates the feasibility of non-contrast MR perfusion imaging of the human hip, with future application in evaluation of avascular necrosis.

Motivation: Coronary Arterial Disease (CAD) evaluations often require myocardium perfusion exams. Many CAD patients also have stents which makes difficult to evaluate images due to susceptibility artifacts. A reliable non-contrast MR perfusion technique in CAD patients with stents is needed. Goal(s): To introduce Time-SLIP technique with Stack-of-Stars (SoS) sequence for more inclusive myocardial assessments without the need for contrast mediums. Approach: Implemented diaphragm navigator echoes and T2-prep with the SoS sequence, refined through phantom trials, for tagging the proximal aortic root blood flow to visualize myocardial perfusion. Results: Preliminary in-vivo scans indicate reduced stent-related artifacts and the feasibility of non-contrast perfusion quantification. Impact: Our non-contrast myocardial perfusion approach offers a safer CAD evaluation, reducing risks from contrast agents. This method opens doors for inclusive patient assessments and encourages further refinement in non-invasive cardiac diagnostics.

Motivation: The purpose of this study is to develop a fast, motion-robust fresh blood imaging (FBI) technique using a centric ky&ndash;kz k-space trajectory (cFBI) and an exponential refocusing flip angle (eFA) scheme. Goal(s): Investigate scan time reduction and image quality of cFBI and compare it with the standard FBI technique. Approach: Advancement of the cFBI sequences with eFA and optimized cardiac trigger delays on a 3-T MR imager, aiming to reduce the scan time and maintaining the image quality. Results: cFBI outperforms standard FBI in scan time reduction with good image quality with less motion-related artifacts and Nyquist N/2 artifacts. Impact: A two-fold reduction in scan time is achieved with the non-contrast FBI technique, while still maintaining image quality and reducing motion and N/2 artifacts.

Motivation: Fracture of pars interarticularis is a common injury in adolescent athletes, currently requiring CT scan for accurate diagnosis. Goal(s): Advance MR imaging to depict spinal bone with high fidelity. Approach: Two techniques utilizing multiecho ultrashort echo time (UTE) and field echo (FE) with simple post-processing were developed to image lumbar spinal bone. SNR and CNR were determined, and clinical utility was assessed in patients. Results: Improvements in visual quality and bone contrast were achieved using multiecho processing as opposed to a single echo inversion. Both UTE and FE techniques provided good bone contrast, although FE provide significantly better resolution and bone-muscle contrast. Impact: This study advances MR imaging of the pars interarticularis for evaluation of spondylolysis. We demonstrated clinical feasibility in a patient with a pars defect, depicted with clarity with the techniques described here.

Motivation: Bony structures of the human knee play import roles in the stability and normal function and show alterations in morphology with diseases such as osteoarthritis. Goal(s): Advance MR imaging of the bone. Approach: Three techniques utilizing delta ultrashort echo time (UTE), field echo (FE), and FE with deep learning reconstruction (DLR) with simple post-processing was developed to image knees of volunteers. SNR and CNR were determined. Results: We demonstrate that FE DLR, compared to UTE, was advantageous for greater signal to noise ratio for the cortical bone, as well as higher resolution that depicted trabecular structures. Impact: This study advances MR imaging of the bone, for specific use cases such as morphologic evaluation. The FE technique in particular is immediately translatable using existing sequences to help evaluate knee bone in the clinical settings.

Fresh blood imaging (FBI) utilizes physiological blood signal differences between diastole and systole, causing a long acquisition time. The purpose of this study is to develop a fast FBI technique using a centric k