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Optimizing full-brain coverage in human brain MRI through population distributions of brain size

机译：通过脑大小的人口分布来优化人脑MRI的全脑覆盖范围

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When defining an MRI protocol, brain researchers need to set multiple interdependent parameters that define repetition time (TR), voxel size, field-of-view (FOV), etc. Typically, researchers aim to image the full brain, making the expected FOV an important parameter to consider. Especially in 2D-EPI sequences, non-wasteful FOV settings are important to achieve the best temporal and spatial resolution. In practice, however, imperfect FOV size estimation often results in partial brain coverage for a significant number of participants per study, or, alternatively, an unnecessarily large voxel-size or number of slices to guarantee full brain coverage. To provide normative FOV guidelines we estimated population distributions of brain size in the x-, y-, and z-direction using data from 14,781 individuals. Our results indicated that 11 mm in the z-direction differentiate between obtaining full brain coverage for 90% vs. 99.9% of participants. Importantly, we observed that rotating the FOV to optimally cover the brain, and thus minimize the number of slices needed, effectively reduces the required inferior-superior FOV size by -5%. For a typical adult imaging study, 99.9% of the population can be imaged with full brain coverage when using an inferior-superior FOV of 142 mm, assuming optimal slice orientation and minimal within-scan head motion. By providing population distributions for brain size in the x-, y-, and z-direction we improve the potential for obtaining full brain coverage, especially in 2D-EPI sequences used in most functional and diffusion MRI studies. We further enable optimization of related imaging parameters including the number of slices, TR and total acquisition time.
机译：定义MRI协议时，大脑研究人员需要设置多个相互依存的参数，这些参数定义重复时间（TR），体素大小，视野（FOV）等。通常，研究人员的目标是对整个大脑成像，从而获得预期的FOV要考虑的重要参数。特别是在2D-EPI序列中，非浪费的FOV设置对于实现最佳的时间和空间分辨率很重要。然而，实际上，不完善的FOV大小估计通常会导致每个研究中大量参与者的部分大脑覆盖，或者，不必要的是，体素大小或切片数量过大，无法保证完全覆盖大脑。为了提供规范的FOV准则，我们使用来自14,781个人的数据估算了x，y和z方向的大脑大小的总体分布。我们的结果表明，z方向的11毫米区分了90％的参与者和99.9％的参与者获得全脑覆盖。重要的是，我们观察到旋转FOV以最佳地覆盖大脑，从而最大程度地减少了所需的切片数量，有效地将所需的上下FOV尺寸减小了-5％。对于典型的成人成像研究，假设最佳切片方向和最小的扫描内头部运动，使用142 mm的上下FOV时，可以对99.9％的人口进行全脑成像。通过提供沿x，y和z方向的大脑大小的人口分布，我们提高了获得完整的大脑覆盖率的潜力，尤其是在大多数功能和扩散MRI研究中使用的2D-EPI序列中。我们还可以优化相关成像参数，包括切片数，TR和总采集时间。

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