ABSTRACT The goal of this magnetic resonance (MR) imaging study was to quantify vertebral bone marrow fat content and composition in diabetic and nondiabetic postmenopausal women with fragility fractures and to compare them with nonfracture controls with and without type 2 diabetes mellitus. Sixty-nine postmenopausal women (mean age 63 ± 5 years) were recruited. Thirty-six patients (47.8%) had spinal and/or peripheral fragility fractures. Seventeen fracture patients were diabetic. Thirty-three women (52.2%) were nonfracture controls. Sixteen women were diabetic nonfracture controls. To quantify vertebral bone marrow fat content and composition, patients underwent MR spectroscopy (MRS) of the lumbar spine at 3 Tesla. Bone mineral density (BMD) was determined by dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) of the hip and lumbar spine (LS) and quantitative computed tomography (QCT) of the LS. To evaluate associations of vertebral marrow fat content and composition with spinal and/or peripheral fragility fractures and diabetes, we used linear regression models adjusted for age, race, and spine volumetric bone mineral density (vBMD) by QCT. At the LS, nondiabetic and diabetic fracture patients had lower vBMD than controls and diabetics without fractures (p = 0.018; p = 0.005). However, areal bone mineral density (aBMD) by DXA did not differ between fracture and nonfracture patients. After adjustment for age, race, and spinal vBMD, the prevalence of fragility fractures was associated with −1.7% lower unsaturation levels (confidence interval [CI] −2.8% to −0.5%, p = 0.005) and +2.9% higher saturation levels (CI 0.5% to 5.3%, p = 0.017). Diabetes was associated with −1.3% (CI –2.3% to −0.2%, p = 0.018) lower unsaturation and +3.3% (CI 1.1% to 5.4%, p = 0.004) higher saturation levels. Diabetics with fractures had the lowest marrow unsaturation and highest saturation. There were no associations of marrow fat content with diabetes or fracture. Our results suggest that altered bone marrow fat composition is linked with fragility fractures and diabetes. MRS of spinal bone marrow fat may therefore serve as a novel tool for BMD-independent fracture risk assessment.

With the rapid development of renewable energy, photovoltaic energy storage systems (PV-ESS) play an important role in improving energy efficiency, ensuring grid stability and promoting energy transition. As an important part of the micro-grid system, the energy storage system can realize the stable operation of the micro-grid system through the design optimization and scheduling optimization of the photovoltaic energy storage system. The structure and characteristics of photovoltaic energy storage system are summarized. From the perspective of photovoltaic energy storage system, the optimization objectives and constraints are discussed, and the current main optimization algorithms for energy storage systems are compared and evaluated. The challenges and future development of energy storage systems are briefly described, and the research results of energy storage system optimization methods are summarized. This paper summarizes the application of swarm intelligence optimization algorithm in photovoltaic energy storage systems, including algorithm principles, optimization goals, practical application cases, challenges and future development directions, providing new ideas for better promotion and application of new energy photovoltaic energy storage systems and valuable reference.

Motivation: PTOA progression is poorly understood and there is a relative dearth of data available on the impact of the patellofemoral joint on PTOA. Goal(s): The goal of this study was to elucidate the relationship between PTOA, knee function, and patella shape and to investigate possible indicators for PTOA progression. Approach: A shape model of the patella was used to explore longitudinal shape changes and associations with injury, sex, KOOS, and cartilage T1rho in 67 patients following ALR and 11 controls. Results: Ipsilateral patella shape was found to be associated with ACL injury, sex, and the degenerative changes accompanying PTOA. Impact: This study suggests patella shape may play a role in ACL injury and PTOA. These results should inform future biomechanical studies of the knee joint which could lead to the development of preventative orthoses and novel interventions.

Motivation: High-resolution T1ρ mapping is desired to improve the early diagnosis of diseases such as osteoarthritis; however, it suffers from long acquisition times. Goal(s): To accelerate high-resolution T1ρ mapping using compressed-sensing reconstruction in a multi-site multi-vendor setting. Approach: We standardized the T1ρ imaging protocol between three sites using three MR platforms (GE/Philips/Siemens). Accelerated high-resolution T1ρ mapping with accelerator factors (AF) ranging 8-12 were performed using both retrospective and prospective downsamplings with compressed-sensing reconstruction. Results: The coefficients-of-variation between reference and accelerated maps were <5% for all sites. Reliable high-resolution T1ρ mapping of the whole knee can be acquired within 7 mins. Impact: Standardization of the acquisition and reconstruction of accelerated high-resolution T1ρ mapping across sites and MR platforms will greatly facilitate its future use in clinical trials and clinical practice, significantly improving diagnosis and evaluation of responses to interventions/treatments for OA.

Motivation: Deep learning methods have achieved superior reconstruction in MR quantitative T1ρ imaging due to their ability to learn the non-linearity relationship between the undersampled k-space data and corresponding quantitative maps. Goal(s): In this study, we investigate the use of DDPM for highly accelerated T1ρ imaging. Approach: The DDPM learns the image properties from fully acquired images during training without the knowledge of the subsampling patterns used for the accelerated scans. This is advantageous to most existing models that need to be retrained every time for a new sampling scheme. Results: Our results demonstrate that DDPM can achieve superior T1ρ-weighted images and T1ρ map. Impact: The proposed DDPM can achieve superior T1ρ map then compressed sensing and other learning methods.

Motivation: High-resolution T1ρ mapping is desired for improved sensitivity to small lesions and less partial volume averaging effects. However, the low image SNR can induce bias in T1ρ quantification. Goal(s): To develop and evaluate advanced fitting methods of high-resolution T1ρ mapping in a multi-site multi-vendor setting. Approach: High-resolution T1ρ mapping in volunteers were collected with a harmonized protocol from three sites and three MR platforms. Data were fitted with nonlinear least-squares (NLS) fitting, noise-corrected NLS fitting (NCNLS), and maximum-likelihood estimation (MLE). Results: :NLS overestimated T1ρ while NCNLS and MLE reduced the overestimation. The results were consistent across all sitesImpact: Advanced fitting methods can reduce fitting errors induced by low SNR for high-resolution T1ρ mapping, which may provide improved diagnosis of osteoarthritis.

Motivation: MR T2 and T1ρ mapping showed great promise for reliable detection and follow-up of knee osteoarthritis, however, B1+ inhomogeneities in knee 7T MRI often lead to signal loss and biased quantification. Goal(s): Present study therefore evaluates the effect of high-permittivity dielectric padding on the B1+ field distribution and the reproducibility of T2 and T1ρ quantification in knee cartilage and meniscus. Approach: Twelve subjects received scan-rescan at 7T to quantify B0, B1+, T2, T1ρ, and reproducibility changes associated with dielectric padding. Results: Dielectric pads positioned over tibia showed improved B1+ homogeneity and reproducibility of T2 and T1ρ quantification in cartilage and meniscus at 7T. Impact: Improved reproducibility of T2 and T1ρ MRI in cartilage and meniscus with dielectric padding at 7T could facilitate its clinical translation at ultra-high field and improve patient’s follow-up for the noninvasive evaluation of new prevention and treatment strategies for osteoarthritis.

Motivation: Skeletal muscle degeneration (sarcopenia) is more prevalent in patients with heart failure (HF) than the general population and is associated with worsened outcomes. However, HF-associated muscle degeneration remains incompletely understood. Goal(s): To evaluate quantitative MRI in calf muscle compartments of HF patients and to investigate associations with function and overall condition. Approach: Relaxometric (T1/T2/T1ρ) and proton density fat fraction (PDFF) measures were obtained in calf muscle compartments of patients with HF. Functional and survey measures were obtained. Correlation analyses between all measures were performed. Results: Relaxometry and PDFF correlated with muscle function but differed by muscle compartment, suggesting heterogeneous changes as function declines. Impact: Quantitative MRI, including relaxometry and fat fraction as complementary measures, may detect muscle compartmental changes in heart failure associated sarcopenia. Characterization of degradation in patients’ specific muscle compartments may provide insight to the degenerative process and targets for intervention.

Dixon-based magnetic resonance imaging (MRI) intramuscular proton density fat fraction (PDFF) is a potentially useful imaging biomarker of muscle quality. However, multi-vendor, multi-site reproducibility of intramuscular PDFF quantification, required for large clinical studies, can be strongly dependent on acquisition and processing. The purpose of this study was (I) to develop a 6-point Dixon MRI-based acquisition and processing technique for reproducible multi-vendor, multi-site quantification of thigh intramuscular PDFF; and (II) to evaluate the ability of the technique to detect differences in thigh muscle status between operated