Optimization of Multi-modal Relaxometry MR Acquisitions for Estimating Quantitative Brain Microstructure Parameters

This study addresses the optimization of MRI acquisition protocols to improve the estimation of brain microstructure descriptors, with a focus on the myelin fraction. The problem is formulated as a binary optimization task with constraints, where each decision variable encodes whether a specific repetition time is included in the protocol. Each candidate protocol is evaluated through an objective function that quantifies the relative error in the estimation of the myelin fraction. Different approximated optimization strategies were analyzed, including local search and memetic algorithms with and without explicit diversity control. Under realistic acquisition conditions, population-based strategies outperformed both local search and fixed reference protocols, reducing the relative estimation error by over 30%. These findings highlight the potential of systematic optimization in MRI acquisition protocol design. Spanish-language metadata / Metadatos en españolTítulo en español:Optimización de adquisiciones de relaxometría multimodal por RM para estimar parámetros cuantitativos de la microestructura cerebral Resumen:Este estudio aborda la optimización de protocolos de adquisición de resonancia magnética (RM) con el objetivo de mejorar la estimación de descriptores de la microestructura cerebral, con especial atención a la fracción de mielina. El problema se formula como una tarea de optimización binaria con restricciones, en la que cada variable de decisión codifica si un tiempo de repetición específico se incluye o no en el protocolo. Cada protocolo candidato se evalúa mediante una función objetivo que cuantifica el error relativo en la estimación de la fracción de mielina. Se analizaron distintas estrategias aproximadas de optimización, entre ellas la búsqueda local y algoritmos meméticos con y sin control explícito de la diversidad. Bajo condiciones realistas de adquisición, las estrategias basadas en poblaciones superaron tanto a la búsqueda local como a los protocolos de referencia fijos, reduciendo el error relativo de estimación en más de un 30 %. Estos resultados ponen de manifiesto el potencial de la optimización sistemática en el diseño de protocolos de adquisición de RM. Palabras Claves:imagen por resonancia magnética, optimización del protocolo de adquisición, estimación de la fracción de mielina, algoritmo memético, optimización combinatoria Smart citations: SciteAI. Dimensions.Open Alex.