To assess the feasibility of sodium-23 MRI for performing quantitative and non-invasive measurements of total sodium concentration (TSC) and relaxation in a variety of abdominal organs.

Clinical imaging tools to probe aggressiveness of renal masses are lacking, and T2-weighted imaging as an integral part of magnetic resonance imaging protocol only provides qualitative information. We developed high-resolution and accelerated T2 mapping methods based on echo merging and using k-t undersampling and reduced flip angles (TEMPURA) and tested their potential to quantify differences between renal tumour subtypes and grades.

Abstract Objective. A model-based alternating reconstruction coupling fitting, termed Model-based Alternating Reconstruction COupling fitting (MARCO), is proposed for accurate and fast magnetic resonance parameter mapping. Approach. MARCO utilizes the signal model as a regularization by minimizing the bias between the image series and the signal produced by the suitable signal model based on iteratively updated parameter maps when reconstructing. The technique can incorporate prior knowledge of both image series and parameters by adding sparsity constraints. The optimization problem is decomposed into three subproblems and solved through three alternating steps involving reconstruction and nonlinear least-square fitting, which can produce both contrast-weighted images and parameter maps simultaneously. Main results. The algorithm is applied to T 2 mapping with extended phase graph algorithm integrated and validated on undersampled multi-echo spin-echo data from both phantom and in vivo sources. Compared with traditional compressed sensing and model-based methods, the proposed approach yields more accurate T 2 maps with more details at high acceleration factors. Significance. The proposed method provides a basic framework for quantitative MR relaxometry, theoretically applicable to all quantitative MR relaxometry. It has the potential to improve the diagnostic utility of quantitative imaging techniques.

Motivation: Sodium homeostasis is altered in abdominal pathologies such as cancer and cardiovascular disease, but established quantification techniques require an invasive biopsy. Goal(s): Quantification of abdominal sodium content and T2* relaxation in abdominal organs and fluid-filled structures using 23Na-MRI. Approach: Proton and sodium imaging of the abdomen was performed in 18 healthy volunteers using a 3D cones sequence and a sodium-tuned body coil on a clinical 3 T system. Results: Mean total sodium concentration and long T2* relaxation times were measured in 8 organs and fluid-filled structures; results agreed with previously published work in human and animal models. Impact: Quantitative 23Na-MRI measurements in healthy volunteers will serve as a baseline to evaluate pathological changes in hypertension and kidney tumour characterisation. This may assist in the assessment of treatment efficacy, thereby reducing the need for invasive biopsy techniques.

Motivation: Abdominal imaging of orally-administered deuterium-labelled tracers can be hindered by artifacts arising from excessive stomach signal. Goal(s): To establish and optimize methods for acquisition of abdominal deuterium metabolic imaging in conjunction with orally-administered tracers. Approach: A flexible transmit-receive surface coil was used to image naturally abundant deuterium in healthy volunteers and orally-administered D2O in a patient with renal cancer. Results: Water and lipid peaks were repeatably fit with high confidence both in unlocalised spectra and voxels extracted from MRSI in the liver, kidney, and spleen. Artifacts were minimal even 12 minutes after tracer ingestion. Impact: Feasibility of abdominal deuterium imaging at 3T was demonstrated using a flexible surface coil. We obtained consistent water measurements in healthy volunteers and good images in a patient with a left-sided renal tumour even just 12 min after drinking D2O.