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1 第 21 回関西 GyroMeeting 金属アーチファクトへの対策 Tomohiro Mochizuki Philips Electronics Japan MR Application Specialist

2 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

3 磁化率変化による局所磁場の乱れが原因

4 反磁性体 外部磁場に対して反対方向に磁化される 磁化率 <0 常磁性体 外部磁場中で弱く磁化する 外部磁場がない時には磁化を持たない 磁化率 >0 強磁性体 外部磁場により強く磁化される 外部磁場が除かれても磁化が残る 磁化率 >1 磁化率 : 外部磁場中における物質の磁化されやすさを示す物性値

5 反磁性体 外部磁場に対して反対方向に磁化される 磁化率 <0 常磁性体 外部磁場中で弱く磁化する 外部磁場がない時には磁化を持たない 磁化率 >0 強磁性体 外部磁場により強く磁化される 外部磁場が除かれても磁化が残る 磁化率 >1 H 2 O, Au,Cu, Ag 等 Pt, Al,Ti,O 2,Gd 造影剤等 Fe, Co, Ni 等 非磁性体

6 反磁性体 外部磁場に対して反対方向に磁化される 磁化率 <0 H 2 O, Au,Cu, Ag 等 常磁性体 外部磁場中で弱く磁化する 外部磁場がない時には磁化を持たない 磁化率 >0 Pt, Al,Ti,O 2,Gd 造影剤等 強磁性体 外部磁場により強く磁化される 外部磁場が除かれても磁化が残る 磁化率 >1 Fe, Co, Ni 等 生体 磁化率アーチファクト

7 常磁性体 強磁性体 金属部に渦電流が発生し 信号欠損となる 磁場がゆがめられる

8 周波数 磁性体の影響 傾斜磁場を印加し 周波数を位置情報の一つとして利用している 位置 周波数方向へ位置ズレ ( 歪み ) が起きる

9 周波数 磁性体の影響 傾斜磁場を印加し 周波数を位置情報の一つとして利用している 位置 周波数方向へ位置ズレ ( 歪み ) が起きる

10 FID FID α Gradient の反転で Refocus 遅 速 速 遅 磁場不均一の影響により Rephase 出来ない

11 FID FID α Gradient の反転で Refocus 遅 速 速 遅 磁場不均一の影響により Rephase 出来ない

12 傾斜磁場を印加し 周波数によりスライス選択を行っている 127MHz 128MHz 129MHz 12

13 傾斜磁場を印加し 周波数によりスライス選択を行っている 127MHz MHz Susceptibility 129MHz 129MHz 129MHz Chemical shift 磁化率によりスライス方向に位置ズレを起こす

14 127MHz MHz Susceptibility 129MHz 129MHz 129MHz Chemical shift 磁化率によりスライス方向に位置ズレを起こす

15 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

16 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 SE 法 FFE 法 SE 法と比較し FFE 法ではアーチファクトが顕著

17 SE 法 FFE 法 SE 法と比較し FFE 法ではアーチファクトが顕著

18 SE Refocusing Pulseにより外部磁場の不均一の影響をなくす RF Gz Gy Gx Signal 18

19 FFE RF Gz α α Refocusing Pulseを使わず 傾斜磁場の反転で位相をそろえる 外部磁場の不均一の影響を受けやすい! Gy Gx Signal 19

20 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

21 ~SE, TSE における対策 ~ T1W T2W PDW Matrix scan, slice thickness etc Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode

22 ~SE, TSE における対策 ~ T1W T2W PDW Matrix scan, slice thickness etc Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode

23 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 Matrix scan の増加に伴いアーチファクトが減少

24 Matrix scan の増加に伴いアーチファクトが減少 引用 :Mi-Fung Lee, MD et. al. RadioGraphics 2007; 27:

25 例 ) 磁性体により周波数が40Hzズレていた場合 Band width:20hz/pixel Band width:20hz/pixel 2pixel 分の歪み 2pixel 分の歪み 周波数方向 Matrix scan 2 倍に変更 同じ 2pixel 分の歪みでも距離としては半分

26 Φ = γ Gi r TE Φ= 磁化率による位相変化 γ= 核磁気回転比 Gi= 生体内にできる局所的な磁場の変化 r = 画素の大きさ (voxel or pixel size) TE=Echo Time

27 7mm 4mm 1mm スライス厚の低下に伴いアーチファクトが減少 引用 :Mi-Fung Lee, MD et. al. RadioGraphics 2007; 27:

28 ~SE, TSE における対策 ~ T1W T2W PDW Matrix scan, slice thickness etc Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode

29 Water-fat shift 水信号に対する脂肪信号のずれをピクセル数で調整 WFS(pixels)= 脂肪 水と脂肪の周波数の差 (3.4ppm) 無信号 BW(Hz/pixel) 水 217.3Hz(1.5T) 脂肪が低い周波数方向にズレる 周波数方向

30 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 water-fat shift の低下に伴いアーチファクトは減少

31 water-fat shift の低下に伴いアーチファクトは減少

32 例 ) 磁性体により周波数が40Hzズレていた場合 Band width:20hz/pixel Band width:40hz/pixel (WFSを1/2に変更) 周波数方向 2pixel 分の歪み 1pixel 分の歪み

33 アナログ信号 時間 Ts : サンプリング間隔 サンプリング時間 = Ts 周波数マトリクス (Ny)

34 アナログ信号 時間 Ts : サンプリング間隔 Band Width = 1 Ts = Ny Ny Ts (Ny : 周波数マトリクス ) = 周波数マトリクスサンプリング時間

35 WFS が小さい BW が広い WFS が大きい BW が狭い BW = 周波数マトリクス サンプリング時間 短い時間で信号を収集 長い時間で信号を収集 位相変化が 出にくい 位相変化が 出やすい

36 ~SE, TSE における対策 ~ T1W T2W PDW Matrix scan, slice thickness etc Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode

37 Refocusing pulse angle Refocusing pulseのangleを任意に設定可能 Refocusing pulse SAR を低減 撮像時間の短縮 (TR の短縮 ) MT 効果の低減

38 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 (default) 180 Refocusing angle の増加に伴いアーチファクトが減少

39 Refocusing angle の増加に伴いアーチファクトが減少 3.0T は SAR 抑制のため low angle とするケースが多いので特に注意!

40 ~SE, TSE における対策 ~ T1W T2W PDW Matrix scan, slice thickness etc Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode

41 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 RL FH 位相方向の選択によりアーチファクトの方向が変化

42 RL FH 位相方向の選択によりアーチファクトの方向が変化

43 ~SE, TSE における対策 ~ T1W T2W PDW Matrix scan, slice thickness etc Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode

44 fat shift direction 読み取り傾斜磁場の極性によりchemical shiftの方向を決定する fat shift direction=p fat shift direction=a 前方にShift 後方にShift 磁化率アーチファクトが出る方向変更可能!

45 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 H(Head) F(Feet) fat shift direction によりアーチファクトの方向が変化

46 H(Head) F(Feet) fat shift direction によりアーチファクトの方向が変化

47 ~SE, TSE における対策 ~ T1W T2W PDW Matrix scan, slice thickness etc Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode

48 B1 mode 最大許容 B1 送信磁場を決定 RF pulse RF pulse 高い B1 低い B1 高いB1 低いB1 最短 TE 短い 長い TR 長い 短い 送信バンド幅 広い 狭い SAR 高い 低い

49 user defined(8) default(13.5) 3.0T B1 mode を高くした方が遊走アーチファクトが減少 画像提供 : 北野病院様

50 ~SE, TSE における対策 ~ Matrix scan, slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle T1W T2W PDW voxel size を小さくする 小さくする 高くする etc Phase direction Fat shift direction B1 mode 目的部位の位置を考慮 目的部位の位置を考慮 高くする (default)

51 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

52 ~FFE, TFE における対策 ~ Matrix scan, slice thickness T2*W MRA etc Water-fat shift Phase direction Fat shift direction B1 mode TE Partial echo

53 ~FFE, TFEにおける対策 ~ T2*W MRA Matrix scan, slice thickness etc voxel size を小さくする Water-fat shift Phase direction Fat shift direction B1 mode 小さくする 目的部位の位置を考慮 目的部位の位置を考慮 高くする (default) TE Partial echo

54 ~FFE, TFEにおける対策 ~ T2*W MRA Matrix scan, slice thickness etc voxel size を小さくする Water-fat shift Phase direction Fat shift direction B1 mode 小さくする 目的部位の位置を考慮 目的部位の位置を考慮 高くする (default) TE Partial echo

55 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 18.4ms 13.8ms 9.2ms 4.6ms TE の短縮によりアーチファクトが減少

56 mffe (R2.5~) Multi echo で収集した信号を Cumulate し SNR とコントラストの向上を図る Axial Cervical Spine imaging Multi-echo FFE + + =

57 mffe (R2.5~) ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 9.2ms 13.8ms 18.4ms cumulated image 短い TE の元画像も観察可能 Cumulate 後のアーチファクトは平均化

58 9.2ms 13.8ms 18.4ms cumulated image 短い TE の元画像も観察可能 Cumulate 後のアーチファクトは平均化

59 FFE 13.8ms mffe cumulated image ( ) 通常の T2*W と比較し mffe ではアーチファクトが減少

60 ~FFE, TFEにおける対策 ~ T2*W MRA Matrix scan, slice thickness etc voxel size を小さくする Water-fat shift Phase direction Fat shift direction B1 mode 小さくする 目的部位の位置を考慮 目的部位の位置を考慮 高くする (default) TE Partial echo

61 partial echo リードアウト方向のデータの約半分を収集する方法 k-space 内の対称性を利用し 測定されたデータから matrix のもう半分が複製される 用途 FFE 法における TE の短縮 固定 TE における matrix の増加 TSE 法における Full flow comp の適用 位相方向 k-space 周波数方向

62 ファントム : ゼリー内にホッチキスの芯を留置 no yes Partial echoの有無によりアーチファクトが変化オランダ推奨のt2ffeにはpartial echoが設定されているケースがあるので注意!

63 ~FFE, TFEにおける対策 ~ T2*W MRA Matrix scan, slice thickness etc voxel size を小さくする Water-fat shift Phase direction Fat shift direction B1 mode TE Partial echo 小さくする 目的部位の位置を考慮 目的部位の位置を考慮 高くする (default) 可能であれば短くする T2*WはmFFEを使用 不要であれば外す

64 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

65 Frequency Selectivity Pulse Type Characteristics STIR Non-selective 180 IR 磁化率の影響受けにくい造影後は不適,SNR は低い SPIR Fat-selective 100~110 IR SNR が低下しない一般的な周波数選択的脂肪抑制 SPAIR Fat-selective 180 IR B1 の影響受けにくい撮像時間の延長 WATS Water-selective binominal RF 11, 121, 1331 TR の延長少ない,TE の延長有り Thickness に制限有り (5mm 以上 ) 3DFFE や腹部息止めに有用

66 SPIR SPAIR STIR STIR の使用により均一な脂肪抑制が可能

67 SPIR Fat-selective 100 IR RF SPAIR Fat-selective 180 IR RF STIR non selective 180 IR RF

68 SPAIR STIR T2W 脂肪抑制としては STIR が有用

69 R5 よりオプション機能 mdixon TSE Achieva 3.0T TX T2 Coronal 400 mm FOV 0.8 x 1.0 x 3.0 mm 3:12 min Out-of-Phase In-Phase Water Courtesy: St Jan Hospital, Brugges, Belgium Fat

70 脂肪 水 脂肪 水 In-phase S IP = W + F S OP = W - F 1 2 Out of phase 1+2 より S IP +S OP =2W S IP :In-phaseの信号値 S OP :out-phaseの信号値 W: 水の信号値 F: 脂肪の信号値 1-2 より S IP -S OP =2F

71 R5 よりオプション機能 SPAIR mdixon TSE mdixon TSE の方が良好な脂肪抑制が可能 mdixon TSE は T1W でも使用可能

72 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

73 R5.1.7 より使用可能 EPI DWI Single-shot TSE DWI 磁化率変化による artifact の少ない DWI を取得!

74 90 Refocusing pulse R5.1.7 より使用可能 RF/Echo Gdiff Tips phase error を防ぐため single-shot シーケンス blurring 低減を目的に より sharp な RF pulse 波形を使用 blurring 低減を目的に SENSE 併用による TSE factor の低下

75 Glioma post ope 画像提供 : 静岡県立がんセンター様? DWI-EPI DWI-TSE T2W T1W + Gd

76 体内インプラントに有効な GRASE 法を用いた DWI 寿量会熊本機能病院画像診断センター 放射線部小林健一郎 江口紀子 林泰宏森木俊秀 高石朋毅 放射線科中山善晴 Gyro Cup2014 九州ブロック予選エントリー演題 ( 熊本機能病院小林様 )

77 GRASE DWI の提案 GRASE(gradient ad spin echo) TSE と EPI を組み合わせたシーケンス 各 TSE スピンエコー信号を中心として 複数の傾斜磁場エコーが作成される これは EPI で行うように リードアウト傾斜磁場の極性を切り替えることで行われる 特徴 :TSE より高速 TSE よりエコー間隔が長いため SAR が小さく 脂肪抑制効果が高い 位相エラーと関連アーチファクトが EPI の場合よりも低減する RF GSS GPE GFE 信号 GRASE 法で DWI 撮影を行うことで一般的な EPI DWI より歪みや関連アーチファクトを抑えることが可能と考えた Gyro Cup2014 九州ブロック予選エントリー演題 ( 熊本機能病院小林様 )

78 症例画像 1:TKA 後の皮下血腫 GARSE IR 撮影条件 FOV:180 RFOV:70% Matrix Scan:96 slices:25 slicethickness:4mm scan mode/technique : MS/IR profile order: linear EPI factor : 17 TE/TR : shortest gradient overplus : yes b-factors : 700 average high b: yes NSA: 4 SCAN TIME : SAR/whole body<22% T2W EPI EPI ADC GRASE GRASE ADC T2W EPI EPI ADC GRASE GRASE ADC T2W EPI EPI ADC GRASE GRASE ADC Gyro Cup2014 九州ブロック予選エントリー演題 ( 熊本機能病院小林様 )

79 症例画像 3: マグネット式入歯有の頭部 MRI 症例画像 4: 左 TKA 後の MRI T2W EPI GRASE STIR EPI IR GRASE T2W EPI GRASE STIR EPI IR GRASE T2W EPI GRASE STIR EPI IR GRASE EPI では著明にアーチファクトが影響しているが GRASE では側頭 頭頂部の診断が可能 膝関節内側の嚢胞性病変と思われるものが STIR と同様の場所に GRASE で確認できる Gyro Cup2014 九州ブロック予選エントリー演題 ( 熊本機能病院小林様 )

80 GRASE DWI の設定パラメータ Sequence(Achieva 3.0T) FOV/RFOV 250/70 Matrix scan/recon 96/192 Scan percentage(%) 80 Slice thickness(mm)/ Slices Slice orientation Fold-over direction Scan mode/technique Fast imaging mode Shot mode/profile order 6/30 TRA AP MS/IR GRASE Single-shot/linear EPI factor 15 脂肪抑制は STIR を使用 TR TE は shortest EPI factor は 15 前後で実効 TE が最小値となるところを設定 SNR を上げるため Matrix Scan は小さく スライス厚は厚く gradient over plus と average high b ともに YES とする TR/TE shortest/shortest0 IR delay(ms) 160 b-factors 1000 NSA 4 Scan time 4 分 ~5 分 Gyro Cup2014 九州ブロック予選エントリー演題 ( 熊本機能病院小林様 )

81 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

82 Distortion-free imaging Imaging near metal: clinical needs and challenges Clinical Needs Post-surgery follow up (Inflammation, tumor, ) High soft tissue contrast Knee High BW STIR Ingenia 1.5T MR Challenges Signal loss Distortions Fat-suppression Pelvis High BW T1W Ingenia 3.0T O-MAR* 2 * Pending 510(k), not available for sale in the U.S.A. 2 Only for use with MR Safe or MR Conditional Implants.

83 Distortion-free imaging 2 O-MAR* : Designed for improved visualization of soft tissue near metal implants Features In-plane & through plane correction using SEMAC and VAT technology Knee O-MAR* 2 STIR 0.6 x 0.8 x 2.5mm 6:24 min Ingenia 1.5T Compatible with ds SENSE Pelvis O-MAR* 2 T1W 1.0 x 1.4 x 3.0 mm 6:51 min Ingenia 3.0T Spine O-MAR* 2 T1W Ingenia 3.0T O-MAR* 2 * Pending 510(k), not available for sale in the U.S.A. 2 Only for use with MR Safe or MR Conditional Implants.

84 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 事例紹介 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

85 腹部撮像をしたら T1W で信号がおかしい

86 腹部撮像をしたら T1W で信号がおかしい 鉄剤によるアーチファクト

87 T1W-FFE COR T2W-TSE COR 鉄剤飲用後 3 時間

88 TE:2.3, WFS:0.35 TE:2.3, WFS:1.35 TE:6.9, WFS:1.35 T1W-FFE 鉄剤飲用後 3 時間

89 スキャン途中で磁性体に気づき 外したのに

90 頸椎の撮像で C-Spine Survey Ref STIR SAG T2W SAG T1W SAG T2W TRA T1W TRA SAG SAG SAG TRA TRA

91 STIR を撮像した時点で磁性体に気付いた ( ピップエレキバン ) C-Spine Survey Ref STIR SAG T2W SAG T1W SAG T2W TRA T1W TRA SAG SAG SAG TRA TRA

92 ピップエレキバンを外してもらい再度 Survey を撮像 C-Spine Survey Ref STIR SAG Survey T2W SAG T1W STIR SAG T2W SAG TRA T1W SAG TRA T2W TRA T1W TRA SAG SAG SAG SAG TRA SAG TRA TRA TRA

93 ピップエレキバンを外してもらい再度 Survey を撮像 C-Spine Survey Ref STIR SAG Survey T2W SAG T1W STIR SAG T2W SAG TRA T1W SAG TRA T2W TRA T1W TRA SAG SAG SAG SAG TRA SAG TRA TRA TRA

94 アーチファクトがないことを確認し STIR を撮像 C-Spine Survey Ref STIR SAG Survey T2W SAG T1W STIR SAG T2W SAG TRA T1W SAG TRA T2W TRA T1W TRA SAG SAG SAG SAG TRA SAG TRA TRA TRA ピップエレキバンを外したにもかかわらず

95 C-Spine Survey Ref STIR SAG Survey T2W SAG T1W STIR SAG T2W SAG TRA T1W SAG TRA T2W TRA T1W TRA SAG SAG SAG SAG TRA SAG TRA TRA TRA ピップエレキバンを外したにもかかわらず

96 C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG Survey T2W SAG SAG STIR SAG SAG Reference scan も再撮像が必要 T1W SAG SAG T2W SAG TRA SAG TRA T1W SAG TRA T2W TRA T1W TRA SAG TRA TRA TRA

97 CLEAR(Constant LEvel AppeaRance) コイルの感度補正技術 Reference scan より作成した感度マップを基に 感度補正を行う Reference scan は内蔵型の Quadrature コイルにて 実際に撮像対象がどこまでの範囲にあるのかを確認し サーフェイスコイルによってそれぞれのエレメントにおける感度領域を把握 この 2 つの情報を元に感度マップを作成 (a) Q-Body coil (b) SENSE-Body coil (c) CLEAR 1element 2element 3element 4element

98 歯のアーチファクトにより信号が欠損した

99 歯のアーチファクトにより信号が欠損した 顎を上げるだけで撮像可能なケースがある!

100 - 金属アーチファクトへの対策 - 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 シーケンスの選択 SE, TSE における対策 FFE, TFE における対策脂肪抑制法の選択 DWI におけるアイデア最新情報 実際にあった事例 MRI 検査の安全が確保されていることを前提としています

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