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かずまさえいさか
5 years ago
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1 核スピンの医学への応用 Magnetic Resonance Imaging についてシーメンスジャパン株式会社植松秀章

2 Introduction / Contents 自己紹介 1 Siemens 8 MRIについて 15 臨床への応用 20 これからのMRI 25

3 自己紹介 2009 年山形大学卒業後シーメンス入社仕事 : 東京千葉を中心に MRI の設置点検修理をカスタマーサービスエンジニアとして 24 時間 365 日精力的に活動中

4 自己紹介趣味 : スキー温泉ドライブ車いじり

5 Introduction / Contents 自己紹介 1 Siemens 8 MRIについて 15 臨床への応用 20 これからのMRI 25

6 Siemens とはシーメンス ( 本社 : ドイツベルリンおよびミュンヘン ) は電気エレクトロニクスにおけるグローバル企業インダストリー製造交通 ( ドレミファインバーター ) ビル照明システムエナジー高効率な発電送電そして配電ヘルスケア診断装置や治療装置といった機器の開発 3 つのセクターで事業を行っています

7 ヘルスケア事業で扱う製品 A) 画像診断装置 a. 血管撮影装置 b. X 線 CT 撮影装置 c. 磁気共鳴撮影装置 d. 乳房 X 線撮影装置 e. 分子イメージング装置 f. 一般 X 線撮影装置 g. 超音波診断装置 B) 治療装置 a. 放射線治療装置 b. 結石破砕装置 C) 補聴器

8 ヘルスケア事業で扱う製品 A) 画像診断装置 a. 血管撮影装置 b. X 線 CT 撮影装置 c. 磁気共鳴撮影装置 d. 乳房 X 線撮影装置 e. 分子イメージング装置 f. 一般 X 線撮影装置 g. 超音波診断装置 B) 治療装置 a. 放射線治療装置 b. 結石破砕装置 C) 補聴器

9 ヘルスケア事業で扱う製品 A) 画像診断装置 a. 血管撮影装置 b. X 線 CT 撮影装置 c. 磁気共鳴撮影装置 d. 乳房 X 線撮影装置 e. 分子イメージング装置 f. 一般 X 線撮影装置 g. 超音波診断装置 B) 治療装置 a. 放射線治療装置 b. 結石破砕装置 C) 補聴器

10 ヘルスケア事業で扱う製品 A) 画像診断装置 a. 血管撮影装置 b. X 線 CT 撮影装置 c. 磁気共鳴撮影装置 d. 乳房 X 線撮影装置 e. 分子イメージング装置 f. 一般 X 線撮影装置 g. 超音波診断装置 B) 治療装置 a. 放射線治療装置 b. 結石破砕装置 C) 補聴器

11 ヘルスケア事業で扱う製品 A) 画像診断装置 a. 血管撮影装置 b. X 線 CT 撮影装置 c. 磁気共鳴撮影装置 d. 乳房 X 線撮影装置 e. 分子イメージング装置 f. 一般 X 線撮影装置 g. 超音波診断装置 B) 治療装置 a. 放射線治療装置 b. 結石破砕装置 C) 補聴器

12 ヘルスケア事業で扱う製品 A) 画像診断装置 a. 血管撮影装置 b. X 線 CT 撮影装置 c. 磁気共鳴撮影装置 d. 乳房 X 線撮影装置 e. 分子イメージング装置 f. 一般 X 線撮影装置 g. 超音波診断装置 B) 治療装置 a. 放射線治療装置 b. 結石破砕装置 C) 補聴器

13 ヘルスケア事業で扱う製品 A) 画像診断装置 a. 血管撮影装置 b. X 線 CT 撮影装置 c. 磁気共鳴撮影装置 d. 乳房 X 線撮影装置 e. 分子イメージング装置 f. 一般 X 線撮影装置 g. 超音波診断装置 B) 治療装置 a. 放射線治療装置 b. 結石破砕装置 C) 補聴器

14 Introduction / Contents 自己紹介 1 Siemens 8 MRIについて 15 臨床への応用 20 これからのMRI 25

15 MRI について MRI とは撮像原理マグネットの種類

16 MRI とは MRI:Magnetic Resonance Imaging NMR の核磁気共鳴現象を 3 次元に対して応用し体内の映像を作る技術重要な式ラーモア周波数 f = /2p B 0 for the 1 H nucleus:f = 42,577 MHz for 1T RF pulses Gradient pulses

17 撮像原理超伝導コイルによって作られた主磁場 B 0 を持つ空間に対して gradient coil という常電導コイルを用いて 3 軸方向に B 0 とは少しズレた ( 傾斜した ) 磁場空間を作りそれぞれの磁束密度に対応する NMR 信号を受信することで画像を作る f Y D f G S B 0 Z X Z DZ

18 一つの MR 信号の取り方 RF Slice Selection Spoiler Spoiler Readout Phase Encoding MR Signal

19 RF C Sequence Parameters SS RO A dephasing B D E F rephasing Spoiler seq. file: TR TE Flip Angle MA FoV Slice TH se_15b130 ms ms 90 / x mm 5 mm B F D E F PE A C D E A C MR Signal K-space B MR 信号を集めた情報 K y K x

20 MR 信号受信画像化撮影対象 Image Reconstruction Computer Raw data 1D FT (Line) 1D FT TX Antenna 1D FT 1D FT 1D FT RX Antenna 1D FT (Column) Final Image

21 受信コイルたち = + + = + + = + + =

22 Magnet Types Permanent Super Conductive 4K 4K ESSENZA Verio 4K C! Avanto Trio Tim 4K Concerto Rhapsody Espree Trio Harmony Symphony Allegra 0.2T 0.35T 1T For internal use only 1.5T / Siemens Japan K.K T All rights reserved.

23 Magnet Construction This is a naked magnet. Looking, you will see some of the internal magnet parts.

24 90 cm 220 cm Magnet Construction 10K Magnets Coil former (stainless steel) Cold Head Unisock Primary winding AS winding 20K cryo shield 50cm Imaging Volume Vacuum vessel bore tube OVC - outer vacuum vessel 80K cryo shield Fiberglass Supports Some mechanical features: 6 main coil windings 2 active-shield coils 2 cryo shields Magnet suspended via fiberglass supports Vacuum chamber (10-4 mbar) Magnet and shields are wrapped with alu or alu-coated foil Refrigerator maintains cryo shields at their respective temps Helium vessel (Cryostat) 160 cm

25 Active Shielding 9m 2.5 m Active No Shielding: Schielding: 0.5 mt stray field 1.5 T Magnet 4 m 11m Active shielding による漏れ磁場の打ち消し効果

26 Introduction / Contents 自己紹介 1 Siemens 8 MRIについて 15 臨床への応用 20 これからのMRI 25

27 MRI のメリットデメリットメリット放射線被爆が無い非侵襲性である任意の断面図が取れる軟部組織のコントラストがいい骨による影響がないデメリット撮像時間が長いうるさい動きに弱いペースメーカー装着者は撮影できない水が無いところは信号が出ない MR 画像 CT 画像

28 撮像技法 MR 画像の信号強度を決定する組織パラメータ (1) 縦緩和時間 (T1) (2) 横緩和時間 (T2) (3) 水素密度 (4) 流れの速さ MR 画像の信号強度を変える撮像パラメータ (1) 繰り返し時間 (TR): 励起パルスを送る間隔 (2) エコー時間 (TE): 励起パルスを送り信号を受信する間隔 (3) フリップ角 (α) (4) スライス厚 (5) 画素の大きさ

29 Typical T2 T1 Relaxation Values T2 Values for Some Tissue Types T1 Values for Some Tissue Types Tissue T2 [ms] Tissue T1 [ms] (for 0.2T) T1 [ms] (for 1T) T1 [ms] (for 1.5T) Liver 43 ±6 Skeletal Muscle 47 ±6 Heart Muscle 57 ±9 Kidneys 58 ±8 Spleen 62 ±17 Fat 80 ±36 White Brain Matter 92 ±20 Gray Brain Matter 101 ±13 CSF (estimated) 1400 ±250 Fat 200±60 250±70 260±70 Liver 228±50 420±92 490±110 Kidneys 393± ± ±180 Spleen 398±75 680± ±150 White Brain Matter 388±66 680± ±130 Skeletal Muscle 370±66 730± ±160 Heart Muscle 416±66 745± ±140 Gray Brain Matter 492±84 809± ±160 CSF (estimated) 1500± ± ±600 CSF = 脳脊髄液

30 Short TR Long Short Long mixed contrast noisy images NOT USED TE T2 CSF Fat T1 PD

31 MRI の臨床例頭頚部脳梗塞脳出血脳腫瘍動脈瘤胸部肺動静脈奇形乳がん循環器心筋梗塞解離性大動脈瘤腹部肝硬変胆管結石腎出血脊椎ヘルニア脊椎脊髄腫瘍四肢軟部腫瘍下肢静脈瘤

32 MRI の臨床例頭頚部脳梗塞脳出血脳腫瘍動脈瘤胸部肺動静脈奇形乳がん循環器心筋梗塞解離性大動脈瘤腹部肝硬変胆管結石腎出血脊椎ヘルニア脊椎脊髄腫瘍四肢軟部腫瘍下肢静脈瘤

33 MRI の臨床例頭頚部脳梗塞脳出血脳腫瘍動脈瘤胸部肺動静脈奇形乳がん循環器心筋梗塞解離性大動脈瘤腹部肝硬変胆管結石腎出血脊椎ヘルニア脊椎脊髄腫瘍四肢軟部腫瘍下肢静脈瘤

34 MRI の臨床例頭頚部脳梗塞脳出血脳腫瘍動脈瘤胸部肺動静脈奇形乳がん循環器心筋梗塞解離性大動脈瘤腹部肝硬変胆管結石腎出血脊椎ヘルニア脊椎脊髄腫瘍四肢軟部腫瘍下肢静脈瘤

35 MRI の臨床例頭頚部脳梗塞脳出血脳腫瘍動脈瘤胸部肺動静脈奇形乳がん循環器心筋梗塞解離性大動脈瘤腹部肝硬変胆管結石腎出血脊椎ヘルニア脊椎脊髄腫瘍四肢軟部腫瘍下肢静脈瘤

36 Introduction / Contents 自己紹介 1 Siemens 8 MRIについて 15 臨床への応用 20 これからのMRI 25

37 MRI の研究への応用 fmri: functional MRI 脳血流量脳酸素代謝率の変化が周りのMR 信号と異なりそれを抽出し画像化外部刺激と脳の活動部位の測定

38 MRI の研究への応用 MRS: MR spectroscopy ケミカルシフトを利用し生態内のたんぱく質の種類や成分を分析可能

39 MRI の研究への応用 DTI: diffusion Tensor Imaging 神経線維に沿う方向は水の拡散が制限されるためこれを強調し神経の走行を画像化神経走行の研究

40 PET - MR MRIの組織コントラストの良さと PETの癌に対する応答性の融合

41 おまけ

42 変わった受信コイルたち普通の 6ch coil

43 変わった受信コイルたち 32ch coil, 白いダースベーダー?

44 変わった受信コイルたち対象に近ければ近い程信号は受信できますが

45 変わった受信コイルたち 3 He 用コイルまだ研究開発中

46 変わった受信コイルたち

47 マグネット爆弾

48 マグネット爆弾

49 マグネット爆弾

50 マグネット爆弾

51 B 1 Field Generation This is how a CP field is created t1 t3 t5 t7 t2 t4 t6 t8 B 1 B 1 of the 90 resonator system 90 0 B 1 of the 0 resonator system 90 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 etc., etc.

52 I rod (t 0 ) B 1 Field Generation Birdcage Coil Named after its configuration, the coil design has an improved B 1 field distribution than the A/G design and is the one used on all newer systems. CP RF feed points 0 90 resonator end ring

53 T2 Relaxation

54 T2 Relaxation Time The transverse relaxation time T2 is the decay of the M XY magnetization vector as a result of the interaction between nuclei (Spin-Spin-Relaxation). Definition: T2 is the time after which the transverse magnetization is decayed M to XY 37% of its starting amplitude. 37% T2 t

55 T2 Relaxation Time The transverse relaxation time T2 is the decay of the M XY magnetization vector as a result of the interaction between nuclei (Spin-Spin-Relaxation). Short T2: tissue with a tight molecular structure Definition: T2 is the time Long after T2: which tissue the with transverse a loose magnetization molecular structure is decayed M to XY 37% of its starting amplitude. t

56 T2 Relaxation Curves Each tissue loses transverse coherence (magnetization) via an exponential decay process T2 decay is signal dephasing, not energy loss or energy transfer The T2 value for each tissue is unique. T2 contrast in spin echo imaging: the longer the T2, the higher the signal. 100% M XY CSF White matter Gray matter CSF (1400 ms) > 37% Fat ms

57 Typical T2 Relaxation Values T2 Values for Some Tissue Types Tissue T2 [ms] Liver 43 ±6 Skeletal Muscle 47 ±6 Heart Muscle 57 ±9 Kidneys 58 ±8 Spleen 62 ±17 Fat 80 ±36 White Brain Matter 92 ±20 Gray Brain Matter 101 ±13 CSF (estimated) 1400 ±250 CSF = cerebrospinal fluid

58 T1 Relaxation

59 T1 Relaxation There is another relaxation to look at: the longitudinal relaxation, or T1. The T2 relaxation was caused by spin-spin interactions which only brought about dephasing of the proton vectors; the excitation energy has not yet been lost. The return of the protons to their original energy state, i.e. giving up the energy and reaching thermal equilibrium, is the T1 relaxation. M Longitudinal Magnetization T For internal ms use only / Siemens Japan K.K All rights reserved.

60 Relaxation T2-Relaxation Where T2 relaxation only a de-phasing is of the individual proton magnetic moments due to spin-spin coupling, no energy is lost within the system. T2 relaxation is very fast, in the order of 10 s of milliseconds. T1-Relaxation T1 relaxation is energy given off to other molecules (spin-lattice) and is lost from the system. Protons are returning to the lower energy level. T1 relaxation is relatively slow, in the order of 100 s of milliseconds.

61 Longitudinal Relaxation Time T1 The longitudinal relaxation time T1 is the energy transfer between excited spins and tissue (Spin-Lattice-Relaxation). Definition: T1 is the time required for the longitudinal component of M0 to return to 63% of its initial value. 90 Pulse M 0 M Z 63% t T1 For 2 T1 internal use 3 T1 only / Siemens 4 T1 Japan 5 T1 K.K ms All rights reserved.

62 T1 Relaxation Curves The curves depict the relaxation speeds for any given tissue and is exponential. The T1 value is also unique for each tissue. The difference in relaxation times gives contrast. 100% M Z Fat White matter 63% Gray matter CSF ms 809 For internal use only / Siemens Japan K.K All rights 2500 reserved.

63 Typical T1 Relaxation Values T1 Values for Some Tissue Types Tissue T1 [ms] (for 0.2T) T1 [ms] (for 1T) T1 [ms] (for 1.5T) Fat 200±60 250±70 260±70 Liver 228±50 420±92 490±110 Kidneys 393± ± ±180 Spleen 398±75 680± ±150 White Brain Matter 388±66 680± ±130 Skeletal Muscle 370±66 730± ±160 Heart Muscle 416±66 745± ±140 Gray Brain Matter 492±84 809± ±160 CSF (estimated) 1500± ± ±600 T1 times are field-strength dependant CSF = cerebrospinal fluid

64 (i) T1 強調画像繰り返し時間 (TR) を短くしエコー時間 (TE) を最小に設定したシーケンスでは画像のコントラストは T1 に依存するので T1 強調画像である (ii) T2 強調画像 TR および TE を長く設定したシーケンスでは画像のコントラストは T2 に依存するので T2 強調画像である (iii) プロトン密度強調画像 TR を長く TE を短く設定したシーケンスではプロトン密度強調画像である

SE法の基礎

SE法の基礎 SE 法の基礎近畿大学医学部奈良病院阪本貴博本日の内容 Principle of MRI SE 法の基礎 MRI とは SE 法とは縦緩和と横緩和 TR と TE コントラスト MRI とは Magnetic Resonance Imaging: 核磁気共鳴画像法 MRI に必要な 3 つの要素 N S + + + 静磁場 ( 磁石 ) 水素原子電波 (RF) 静磁場と電波 (RF) を使って水素原子の様子を画像化している