3DASL (Arterial Spin Labeling) 技術解説 June 18, 2011 MR 技術部宇野万里恵 Copy 2011 GE Healthcare Japan 無断転載禁止

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ときなとべ
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1 3DASL (Arterial Spin Labeling) 技術解説 June 18, 2011 MR 技術部宇野万里恵

2 GE 3DASL Overview * 非造影の MR 灌流画像撮像法 -> 繰り返し検査可能 * 3D ボリュームイメージング * 全脳をカバー可能 * CBF マップの生成 -> カラーマップ表示 (Functool) * Continuous Type -> Pulsed Type よりも SNR が高い * FSE(-SPIRAL) base -> EPI のような歪みなし 2 Presenter and Event 6/23/2011

3 発表内容 1. Perfusion Imaging の分類 2. Arterial Spin Labeling (ASL) とは 3. PASL と CASL の比較 4. GE 3DASL 技術解説 3 Presenter and Event 6/23/2011

4 発表内容 1. Perfusion Imaging の分類 2. Arterial Spin Labeling (ASL) とは 3. PASL と CASL の比較 4. GE 3DASL 技術解説 4 Presenter and Event 6/23/2011

5 Perfusion Imaging Perfusion Imaging 核医学 (PET/SPECT) CT Perfusion Imaging MR Perfusion Imaging 定量的でゴールドスタンダードだが定量の為に採血が必要など侵襲的被爆があり撮像時間も長い高速だが造影剤が必要被曝もある DSC (Dynamic Susceptibility Contrast) ( 造影 MR Perfusion Imaging) DSC の短所造影の際の手間ガドリニウム造影剤の副作用 NSF (Nephrogenic Systemic Fibrosis) -> ASL への期待は益々高まってきている ASL (Arterial Spin Labeling) ( 非造影 MR Perfusion Imaging) Arterial Spin Labeling (ASL) は被曝もなく造影剤も使わない現在最も非侵襲な Perfusion Imaging 方法!!

6 Arterial Spin Labeling (ASL) Arterial Spin Labeling (ASL) ではどうして造影剤注射が不要なのか?? -> 外から人工的な造影剤を注射する代わりに患者さんの血液自体をラベリングし造影剤の代わりとして用いる ( ラベリングとは具体的には流れてきた動脈血に含まれるプロトンのスピンを RF で反転させる ) イメージング領域ラベリング ~ 撮像の待ち時間 : PLD (Post Label Delay) ラベリング面 (User Interface で可変な量 )

7 Arterial Spin Labeling (ASL) 一般的な ASL で Perfusion 信号のみを見る為にされている工夫 -> Label 画像 (Labeling あり ) と Control 画像 (Labeling なし ) の差分をとる Label 画像 Control 画像ー -> ラベリングを受けた Perfusion 信号のみが残る -> この差分画像から CBF マップが生成される

8 Arterial Spin Labeling (ASL) の派生技術 * 多くの派生技術がある (496, 13, J. Mag. Res. Im, 2001) PASL(Pulsed-ASL) 系 *PASL/CASL の 2 種類に分類可能 CASL(Continuous-ASL) 系 8 Presenter and Event 6/23/2011

9 Arterial Spin Labeling (ASL) の分類 Arterial Spin Labeling (ASL) ASL はラベリングの方法により大きく二種類に分けることができる Pulsed-ASL (PASL) 単発の RF パルスで大きな領域をラベリングする Continuous-ASL (CASL) 連続的 RF である面においてラベリングする RF RF Acquisition Module Acquisition Module CASL のほうが PASL よりも原理的に高 SNR -> 次のシートで説明 CASL タイプの製品は現時点では GE 3DASL だけ他社の製品は全て PASL タイプ

10 CASL のほうが PASL よりも高 SNR ポイント 1: CASL はイメージング領域の近くで連続ラベリング -> CASL の方が高信号 PASL(input) PASL 大きなボーラスを単発のパルスでラベリング Imaging c(t) [a.u.] PASL(input) -> ボーラスの下の方でラベリングされた血液信号は関心領域に到達する頃には減衰 Labeling ( 単発 ) t [msec] CASL(input) CASL 近くの面において連続パルスでラベリング -> 近くでラベリングされたばかりの血液が次から次へと供給される Imaging Labeling ( 連続 ) c(t) [a.u.] CASL(input) t [msec]

11 CASL のほうが PASL よりも高 SNR ポイント 2: 高信号の CASL はラベリング後に十分長い待ち時間を設けることができる MRI 信号 = 血管内信号 + 組織内信号真の perfusion 信号 = 組織内信号の割合が大きくなる ( 十分に灌流する ) タイミングまで待つべき CASL は信号が高いので長く待てる PASL 信号合計血管内信号組織内信号 CASL 信号合計血管内信号組織内信号待ち時間時間待ち時間時間ラベリングイメージングラベリングイメージング

12 CASL のほうが PASL よりも高 SNR まとめ : CASL のほうが PASL よりも高 SNR それなのに CASL タイプの製品は現時点では GE 3DASL だけ -> なぜ? 連続的なラベリングが技術的に難しいため -> 具体的に何が難しいのか? RF 180 Acquisition Module 1. RF を連続的に打ち続けると RF アンプが発熱してしまう 2. SAR の制限を超えてしまう可能性があるこれらの問題を解決するため GE 3DASL では pulsed-continuous Labeling を採用 RF Acquisition Module RF Acquisition Module

13 pulsed-continuous ASL (pcasl) RF Acquisition Module RF Acquisition Module * 連続的な RF 照射 ( ラベリング ) をたくさんの細かい RF 照射に分割 -> こうすれば RF アンプも従来のものを使える上 SAR も少なくてすむ ( 勾配も合わせて適切に設計すればラベリング効率はほぼ変わらない!) -> CASL 特有の SNR の良さを保ちながら (pcasl) 技術的な困難も克服した手法が GE 3DASL -> 昨年の学会でのトレンドは?? Weiying Dai et al., Mag. Res. in Med., 60 (2008)

14 PASL / CASL : ISMRM 2010 trend Products GE: Siemens: Phillips: 3D ASL (pcasl) Q2TIPS, GRASE ASL? (PASL) QUASAR (PASL) Product としての (p) CASL は GE のみ ASL-related ISMRM (clearly specified ones) PASL: 50 CASL: 46 PASL : CASL は約 1:1 CASL の増加傾向 ASL-related oral ISMRM p-casl: 4 PASL: 5 p-casl/pasl Comparison: 1 Oral でも拮抗 pcasl が健闘国内での ASL 関連発表はまだまだ少ない -> 臨床例の蓄積はこれからといったところ 14 Presenter and Event 6/23/2011

15 発表内容 1. Perfusion Imaging の分類 2. Arterial Spin Labeling (ASL) とは 3. PASL と CASL の比較 4. GE 3DASL 技術解説 15 Presenter and Event 6/23/2011

16 GE 3DASL 取得画像 3DASL では 3 種類の画像を取得するそれらを合わせて一枚の CBF マップをつくる Imaging Slab Imaging Slab Imaging Slab Labeling Loc (No Labeling) 1. Label 画像 2. Control 画像 ( 二つの差分をとると ) Perfusion Weighted (PW) 画像 3. Proton Density (PD) 画像同 series に保存される *PW map, PD map から CBF map が計算される ( この計算のために PD map が必要 ) ( 係数の中には動脈血の T1 値等が含まれる ) (CBF の単位は [ml/100g/min]) CBF PW PD

17 GE 3DASL データ取得フロー (GE protocol) 4~5 min ~30 sec Label Control Label Control Label Control PD PD PD Arm# * Nex 繰り返される Arm# 繰り返されるカタン高音 ( ピーーーー ) 低音 ( ガーーーー ) カタタン Back. Sup. Labeling Back. Sup. 3D FSE-SPIRAL 背景抑制ラベリング PLD ( 待ち時間の間に背景抑制 ) データ収集

18 What s good in GE 3DASL? 18 Presenter and Event 6/23/2011

19 Acquitsition: 3D SPIRAL-FSE!! SPIRAL: EPI と同じ高速撮像法の一種 k 空間をらせん状に埋める Susceptibility の変位による歪みは起こらないので頭蓋底部も撮像可能に Single shot (Arm#=1) Multi-shot (Arm#=4) Pulse Sequence (SE-SPIRAL) -Arm# (Interleave#) : SPIRALの本数 : 8, 16 etc. -Point#: 1 本のSPIRALのdata 点数 : 512, 1024 etc.

20 Labeling: Flow-Induced Adiabatic RF!! 下から流れてきた血液がラベリング面に近づいて遠ざかっていく過程で180 倒す方法 -> 流れている血液のみ選択的にスピン反転できる -> 大きなボーラスでなくある位置で連続的にラベリングできる -> 断熱的パルスなので正確に180 反転できる勾配血管スピンの動きラベリング面血流

21 *Flow-Induced Adiabatic Inversion Labeling: Flow-induced Adiabatic Inversion * RF 中に constant な Gz をかけることで z 方向の off-resonance 勾配をつくる * Labeling plane: Isocenter (On resonance) * Beff: 回転座標系に乗ったときスピンの感じる実効磁場 z 成分 :off-resonance 成分 * 流れてくるスピンはラベリング面付近で通常の断熱パルスの場合と似たような周波数オフセット変調を経験する In-Flow Adiabatic Condition 1 Gv Beff T B 2 2b eff HANDBOOK OF MRI Pulse Sequences, Adiabatic Selective Inversion Pulse, 鈴木さん, MRPS 勉強会資料 (1996) 21 Presenter and Event 6/23/2011

22 MT Effect Compensation!! 3DASL では MT 効果を相殺するためにラベリングに工夫がされている水信号脳組織信号水から見てずれた周波数で RF を打つ -> 組織の信号を抑制することができる周波数ずれ Imaging Slab (isocenter) Labeling Loc ラベリング位置にパルスを打つ -> Imaging Slab から見ると周波数ずれと認識 -> Imaging Slab 内の組織信号が影響受けるラベリングの際 MT 効果によりイメージ領域が影響されてしまう

23 MT Effect Compensation!! Control 画像でラベリングRFを打たないと Label 画像でのみMT 効果が現れてしまう -> 両者の差分にPerfusionの寄与だけでなく MT 効果分が入ってきてしまう MT 効果を両者でバランスさせるために Control 画像でもRFを打つ (MT 効果はRFのパワーに比例 ) そのとき実質的なラベリングはしたくないので Control 画像でのみRFをと交互に打つ正味の RF パワーは Label と等しいが平均はゼロ

24 Background Suppression!! Imaging Slab 背景抑制 : Perfusion 情報のみを見るために背景の脳実質信号を予め抑えること Labeling Loc Inferior-SAT Slab 3DASL では背景抑制のためにラベリングの前後に多くのパルスを打つ min 3D FSE-SPIRAL Label Pre label 1.5s PLD

25 GE 3DASL Overview * 非造影の MR 灌流画像撮像法 -> 繰り返し検査可能 * 3D ボリュームイメージング * 全脳をカバー可能 * CBF マップの生成 -> カラーマップ表示 (Functool) * Continuous Type -> Pulsed Type よりも SNR が高い * FSE(-SPIRAL) base -> EPI のような歪みなし 25 Presenter and Event 6/23/2011

26 ご清聴ありがとうございました 26 Presenter and Event 6/23/2011

Agenda Arterial Spin Labeling(3D ASL) 3T Non Contrast MR Angiography Discovery MR750w 3.0T のご紹介

第 29 回長野 MR 技術研究会 Ⅱ 3T 装置の最新動向と非造影アプリケーション GE Healthcare JAPAN MR Sales & Marketing Dept. KAZUHIRO,Umehara Agenda Arterial Spin Labeling(3D ASL) 3T Non Contrast MR Angiography Discovery MR750w 3.0T のご紹介