Ventilation measurements using signal differences between expiratory and inspiratory respiration states gained popularity as a biomarker for ventilation abnormalities. One method, which incorpartes such measurements is Phase-resolved functional lung imaging (PREFUL). A further classification of abnormalities such as emphysema and air-trapping beyond the current gas-exchange measurement is desirable. Therefore a MR adaption of CT’s parametric-response mapping (CTPRM) method is proposed as an additional post-processing method for PREFUL. The analysis of 34 patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD), shows that there is a high regional (Overlap normal 91%) and total lung concordance (r>0.86) for the proposed method PREFULPRM and CTPRM.

Background Pulmonary perfusion defects have been observed in patients with coronavirus disease 2019 (COVID‐19). Currently, there is a need for further data on non‐contrast‐enhanced MRI in COVID patients. The early identification of heterogeneity in pulmonary perfusion defects among COVID‐19 patients is beneficial for their timely clinical intervention and management. Purpose To investigate the utility of phase‐resolved functional lung (PREFUL) MRI in detecting pulmonary perfusion disturbances in individuals with postacute COVID‐19 syndrome (PACS). Study Type Prospective. Subjects Forty‐four participants (19 females, mean age 64.1 years) with PACS and 44 healthy subjects (19 females, mean age 59.5 years). Moreover, among the 44 patients, there were 19 inpatients and 25 outpatients; 19 were female and 25 were male; 18 with non‐dyspnea and 26 with dyspnea. Field Strength/Sequence 3‐T, two‐dimensional (2D) spoiled gradient‐echo sequence. Assessment Ventilation and perfusion‐weighted maps were extracted from five coronal slices using PREFUL analysis. Subsequently, perfusion defect percentage (QDP), ventilation defect percentage (VDP), and ventilation‐perfusion match healthy (VQM) were calculated based on segmented lung parenchyma ventilation and perfusion‐weighted maps. Additionally, clinical features, including demographic data (such as sex and age) and serum biomarkers (such as D‐dimer levels), were evaluated. Statistical Tests Spearman correlation coefficients to explore relationships between clinical features and QDP, VDP, and VQM. Propensity score matching analysis to reduce the confounding bias between patients with PACS and healthy controls. The Mann–Whitney U tests and Chi‐squared tests to detect differences between groups. Multivariable linear regression analyses to identify factors related to QDP, VDP, and VQM. A P ‐value <0.05 was considered statistically significant. Results QDP significantly exceeded that of healthy controls in individuals with PACS (39.8% ± 15.0% vs. 11.0% ± 4.9%) and was significantly higher in inpatients than in outpatients (46.8% ± 17.0% vs. 34.5% ± 10.8%). Moreover, males exhibited pulmonary perfusion defects significantly more frequently than females (43.9% ± 16.8% vs. 34.4% ± 10.2%), and dyspneic participants displayed significantly higher perfusion defects than non‐dyspneic patients (44.8% ± 15.8% vs. 32.6% ± 10.3%). QDP showed a significant positive relationship with age ( β = 0.50) and D‐dimer level ( β = 0.72). Data Conclusion PREFUL MRI may show pulmonary perfusion defects in patients with PACS. Furthermore, perfusion impairments may be more pronounced in males, inpatients, and dyspneic patients. Evidence Level 2 Technical Efficacy Stage 2

Abstract Objectives 3D phase-resolved functional lung (PREFUL) MRI offers evaluation of pulmonary ventilation without inhalation of contrast agent. This study seeks to compare ventilation maps obtained from 3D PREFUL MRI with a direct ventilation measurement derived from 129 Xe MRI in both patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and healthy volunteers. Methods Thirty-one patients with COPD and 12 healthy controls underwent free-breathing 3D PREFUL MRI and breath-hold 129 Xe MRI at 1.5 T. For both MRI techniques, ventilation defect (VD) maps were determined and respective ventilation defect percentage (VDP) values were computed. All parameters of both techniques were compared by Spearman correlation coefficient ( r ) and the differences between VDP values were quantified by Bland–Altman analysis and tested for significance using Wilcoxon signed-rank test. In a regional comparison of VD maps, spatial overlap and Sørensen–Dice coefficients of healthy and defect areas were computed. Results On a global level, all 3D PREFUL VDP values correlated significantly to VDP measure derived by 129 Xe ventilation imaging (all r > 0.65; all p < 0.0001). 129 Xe VDP was significantly greater than 3D PREFUL derived VDP RVent (mean bias = 10.5%, p < 0.001) and VDP FVL-CM (mean bias = 11.3%, p < 0.0001) but not for VDP Combined (mean bias = 1.7%, p = 0.70). The total regional agreement of 129 Xe and 3D PREFUL VD maps ranged between 60% and 63%. Conclusions Free-breathing 3D PREFUL MRI showed a strong correlation with breath-hold hyperpolarized 129 Xe MRI regarding the VDP values and modest differences in the detection of VDs on a regional level. Clinical relevance statement 3D PREFUL MRI correlated with 129 Xe MRI, unveiling regional differences in COPD defect identification. This proposes 3D PREFUL MRI as a ventilation mapping surrogate, eliminating the need for extra hardware or inhaled gases. Key Points Current non-invasive evaluation techniques for lung diseases have drawbacks; 129 Xe MRI is limited by cost and availability . 3D PREFUL MRI correlated with 129 Xe MRI, with regional differences in identifying COPD defects . 3D PREFUL MRI can provide ventilation mapping without the need for additional hardware or inhaled gases .

Erkrankungen der kleinen Atemwege umfassen verschiedene entzündliche und fibrotische Lungenpathologien, die gemeinsam als "small airways diseases" bekannt sind. Die Diagnose von Erkrankungen der kleinen Atemwege umfasst mehrere bildgebende Verfahren, darunter die hochauflösende Computertomographie (HRCT) und konventionelle Röntgen-Thorax-Aufnahmen. Alternativ bietet die Magnetresonanztomographie (MRT) der Lunge eine einzigartige Kombination aus morphologischen und funktionellen Informationen. Zusätzlich spielen klinische Befunde und histologische Analysen eine entscheidende Rolle für eine genaue Diagnose. Diese Arbeit gibt einen Überblick über die bildgebenden Modalitäten, die für die Diagnose von Erkrankungen der kleinen Atemwege relevant sind. Es erfolgte die Auswertung der Literatur zu Erkrankungen der kleinen Atemwege. Die Anwendung von bildgebenden Verfahren wie HRCT und MRT ermöglicht eine präzise anatomische Beurteilung. Spezielle CT(Computertomographie)-Techniken wie minimale Intensitätsprojektion (MinIP) und maximale Intensitätsprojektion (MIP) ermöglichen die Visualisierung spezifischer Pathologien. Allerdings wird eine wiederholte und häufige Anwendung von CT durch die Strahlenbelastung eingeschränkt. MRT hingegen ist in der Lage, morphologische und funktionelle Informationen ohne Strahlenbelastung zu generieren, jedoch auf Kosten von Zeit und reduzierter räumlicher Auflösung. Neue Methoden wie die MRT mit hyperpolarisiertem 129Xe-Gas zusammen mit nicht kontrastmittelverstärkter Belüftungs- und perfusionsgewichteter MRT aus zeitlich aufgelösten Aufnahmen befinden sich derzeit in der Entwicklungsphase und könnten bald für die klinische Anwendung verfügbar sein. Bei Verdacht auf Erkrankungen der kleinen Atemwege ist die geeignete Diagnostik mittels HRCT unerlässlich. Zukünftige Entwicklungen, neue Technologien und integrative Ansätze sind erforderlich, um die Genauigkeit und Effizienz der Diagnose weiter zu verbessern.

Fourier decomposition is a contrast agent-free 1H MRI method for lung perfusion (Q) and ventilation (V) assessment. After image registration, the time series of each voxel is analyzed with regard to the cardiac and breathing frequency components. Using a standard 2D spoiled gradient-echo sequence with a temporal resolution of ~300 ms, an image-sorting algorithm was developed to produce phase-resolved functional lung imaging (PREFUL) with an increased temporal resolution. Thus, it is feasible to evaluate regional flow volume loops (FVL) during tidal volume breathing and depict the propagation of the pulse wave during the cardiac cycle. This method can be applied at 1.5T or 3T with standard MR hardware without the necessity for sequence programming, as the described protocol can be implemented with the default SPGRE sequence on most systems. PREFUL ventilation MRI has been validated using

Pulmonary magnetic resonance imaging (MRI) offers a variety of radiation-free techniques tailored to assess regional lung ventilation or its surrogates. These techniques encompass direct measurements, exemplified by hyperpolarized gas MRI and fluorinated gas MRI, as well as indirect measurements facilitated by oxygen-enhanced MRI and proton-based Fourier decomposition (FD) MRI. In recent times, there has been substantial progress in the field of FD MRI, which involved improving spatial/temporal resolution, refining sequence design and postprocessing, and developing a comprehensive whole-lung approach. The two-dimensional (2D) phase-resolved functional lung (PREFUL) MRI stands out as an FD-based approach developed for the comprehensive assessment of regional ventilation and perfusion dynamics, all within a single MR acquisition. Recently, a new advancement has been made with the development of 3D PREFUL to assess dynamic ventilation of the entire lung using 8 min exam with a self-gated sequence. The 3D PREFUL acquisition involves employing a stack-of-stars spoiled-gradient-echo sequence with a golden angle increment. Following the compressed sensing image reconstruction of approximately 40 breathing phases, all the reconstructed respiratory-resolved images undergo registration onto a fixed breathing phase. Subsequently, the ventilation parameters are extracted from the registered images. In a study cohort comprising healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease, the 3D PREFUL ventilation parameters demonstrated strong correlations with measurements obtained from pulmonary function tests. Additionally, the interscan repeatability of the 3D PREFUL technique was deemed to be acceptable, indicating its reliability for repeated assessments of the same individuals. In summary, 3D PREFUL ventilation MRI provides a whole lung coverage and captures ventilation dynamics with enhanced spatial resolution compared to 2D PREFUL. 3D PREFUL technique offers a cost-effective alternative to hyperpolarized

Motivation: 3D phase-resolved functional lung (PREFUL) MRI provides evaluation of ventilation during free-breathing without contrast agents. The repeatability of 3D PREFUL at 3T is unknown. Goal(s): To assess the performance of 3D PREFUL in dual-center setting and to compare 3T measurement to 1.5T. Approach: Dual-center 3D PREFUL MRI in healthy volunteersResults: 3D PREFUL was feasible at 3T scanners at both centers. The repeatability assessments showed a bias only for one parameter, where it was negligibly small. Significant differences of 3D PREFUL ventilation parameters were observed between 1.5T and 3T, suggesting for pronounced susceptibility effects at 3T. Impact: Despite the pronounced differences in ventilation parameters across the field strengths, consistently reproducible surrogates of ventilation markers were derived from 3D PREFUL MRI using a patient-friendly acquisition without the need for contrast agents and during free tidal breathing.

Motivation: Flow-related enhancement (FREE)-MRI could be used to generate phase-resolved perfusion-weighted brain maps. Goal(s): To test cerebral blood flow (CBF) estimation using the pulse wave amplitude in FREE-MRI. Secondly, the potential for acceleration was evaluated retrospectively. Approach: Twenty-four healthy subjects had cerebral MRI with balanced steady-state free precession imaging (FREE-MRI) and with pCASL-MRI for comparison. Results: The value distribution of the estimated CBF showed disparity of the values between both techniques in the histogram. A Kolmogorov-Smirnov test confirmed differing probability distributions. The approximated CBF from FREE-MRI remained stable until 50% of the data was reconstructed and reveals large potential acceleration. Impact: The proposed technique allows a rough approximation of the cerebral blood flow. Further sequence optimization must be achieved to improve the measurement of lowly perfused tissues. Nevertheless, the technique offers large potential for imaging speed optimization.