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1 第 29 回関西 Gyro Meeting Motion artifact への対策 Tomohiro Mochizuki Philips Japan MR Application Specialist

2 Contens Motion artifact への対策

3 Contents Motion artifact への対策 位相エンコードと Motion Artifact の原理 Motion Artifactへの対策方向のコントロール 平均化アーチファクト元の信号抑制高速化補正

4 位置エンコード MRI の原理 RF pulse 信号発生位置の特定が必要!

5 波 の持つ物理要素 MR 信号

6 波 の持つ物理要素 MR 信号 周波数 位相 振幅 信号強度 周波数と位相を利用して位置情報を付加

7 波 の持つ物理要素 MR 信号 周波数 (Frequency) Amplitude sin(ωt) 1 cycle Amplitude 位相 (Phase) sin(ωt) Θ = 0 time time Amplitude sin(2ωt) 2 cycles Amplitude sin(ωt-π/2) Θ = 90 time time -π/2 Amplitude sin(3ωt) 3 cycles Amplitude sin(ωt-π) Θ = 180 time time -π

8 周波数 位相のコントロール 波 の持つ物理要素 ω 0 = B 0 ω 0 : ラーモア歳差運動の角速度 ( rad / s) γ : 磁気回転比 B 0 : 静磁場強度

9 Phase direction Phase direction 周波数 位相のコントロール 波 の持つ物理要素 MRI image Frequency direction Frequency direction

10 Phase direction Phase direction 周波数 位相のコントロール 波 の持つ物理要素 MRI image Gy Frequency direction Frequency direction

11 Phase direction Phase direction 周波数 位相のコントロール 波 の持つ物理要素 MRI image Frequency direction Frequency direction

12 Phase direction Phase direction 周波数 位相のコントロール 波 の持つ物理要素 MRI image Frequency direction Frequency direction Gx

13 Phase direction Phase direction 周波数 位相のコントロール 波 の持つ物理要素 MRI image Frequency direction Frequency direction

14 周波数 位相のコントロールシーケンスチャート RF Gz Gy Gx Signal

15 Motion artifact 原因 位置情報のズレがアーチファクトの原因

16 Motion artifact の出現方向位置エンコードに要する時間 RF Gz Gy Gx Signal

17 Motion artifact の出現方向位置エンコードに要する時間 RF Gz 周波数エンコード : 数 msec で完結 Gy Gx motion の影響を受けづらい 数 msec Signal

18 Motion artifact の出現方向 位置エンコードに要する時間 RF 180 位相エンコード : 90 完結には長い時間が必要 Gz Gy motion の影響を強く受ける Gx Signal TR

19 Motion artifact の現れ方周期性の有無 周期性のある motion 呼吸 心拍動 流れ ( 血流 CSF) 明瞭なゴースト 腸管蠕動 体動 ランダムな motion ボケ 縞状のアーチファクト

20 Contents Motion artifact への対策 位相エンコードと Motion Artifact の原理 Motion Artifactへの対策方向のコントロール 平均化アーチファクト元の信号抑制高速化補正

21 Motion artifact への対策 Scan technique 方向のコントロール 平均化 アーチファクト元の信号抑制 高速化 補正 周期性のある motion に対しては同期が有効

22 Foldover direction( 位相方向 ) Motion artifact の方向のコントロール Foldover dir: FH AP

23 Foldover direction( 位相方向 ) Motion artifact の方向のコントロール Foldover direction Foldover direction

24 NSA Motion artifact の平均化 NSA:1 NSA: 複数 複数の NSA 設定によりアーチファクトを平均化

25 SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique) Motion artifact の平均化 NSA:2 の場合 SMART:no ( 並列アベレージング ) k0 k0 k-space k-space SMART:yes ( シングルアベレージング ) k0 k0 k-space k-space

26 SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique) Motion artifact の平均化 例 ) あるタイミングで動きや息止め不良があった場合 (NSA=5) SMART:no SMART:yes SMART 使用により高い平均化効果を得る

27 SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique) Motion artifact の平均化 NSA:1 NSA:3 NSA:5 NSA:7

28 SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique) Motion artifact の平均化 Gyro Cup 2012

29 SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique) Motion artifact の平均化 Dynamic Pre 30s 60s 180s 20min FOV350mm,RFOV80%,matrix 256,scan%=75% Dyn.scan time=21.6sec NSA 4

30 Motion artifact への対策 Scan technique 方向のコントロール 平均化 アーチファクト元の信号抑制 高速化 補正 周期性のある motion に対しては同期が有効

31 REST Slab(REgional Saturation Technique) Motion artifact の原因となる信号の抑制 位相方向 :FH 位相方向 :FH 位相方向 :AP アーチファクト元の領域に印加して信号抑制

32 Fat suppression Motion artifact の原因となる信号の抑制 T2W T2W+FS 脂肪抑制により呼吸性アーチファクトに対処

33 SPIR strength Motion artifactの原因となる信号の抑制 SPIR R2.5~ 設定可能 strong : 100 medium : 75 weak : 50 SPIR の flip angle により脂肪抑制効果を調整

34 SPAIR suppr.level Motion artifact の原因となる信号の抑制 SPAIR R5~ 設定可能 strong medium weak SPAIR の inversion delay により脂肪抑制効果を調整

35 Fat suppression Motion artifact の原因となる信号の抑制 T2W T2W with SPIR(weak) 脂肪抑制により呼吸性アーチファクトに対処

36 Variable Refocusing Flip Angle Motion artifact の原因となる信号の抑制 Refocusing flip angle を段階的に設定 2D TSE/R5.3~ min.angle mid.angle max.angle T1 optimized (Low-high order) 90 T2 optimized (Linear order) 90 min.angle mid.angle K=0 max.angle 使用時は equivalent TE に注意

37 Variable Refocusing Flip Angle Motion artifact の原因となる信号の抑制 2D TSE/R5.3~ Constant VRFA Constant(120) VRFA( )

38 Motion artifact への対策 Scan technique 方向のコントロール 平均化 アーチファクト元の信号抑制 高速化 補正 周期性のある motion に対しては同期が有効

39 Turbo Spin Echo シーケンスチャート TR RF Gy Echo space Echo space 短縮により echo 間における motion の影響を軽減

40 Echo space による比較 ghost artifact / flow void Echo space : 22ms Echo space : 8.5ms

41 Profile order echo space のコントロール Low-high Linear Asymmetric 実効 TE=shot の先頭実効 TE=shot の中心実効 TE= 任意

42 Low-high echo space のコントロール echo space 短縮には TE 短縮 Startup echo 活用 TE : 15ms TE k0 TE : 8ms TE k0 TE : 15ms, startup echo : 1 TE k0

43 Linear echo space のコントロール echo space 短縮には TSE factor 増加 Startup echo 活用 TSE factor : 3 TE k0 TSE factor : 5 k0 TSE factor : 3, startup echo : 1 k0

44 Asymmetric echo space のコントロール echo space 短縮には TE spacing(=echo space) にて直接短縮 TE spacing : 12ms TE 例 )TE : 36ms で固定 k0 TE spacing : 9ms k0

45 Shot Scan の高速化 TR 例 )TSE のシーケンスチャート RF Gy shot shot

46 Shot Scan の高速化 例 )TSE のシーケンスチャート RF Gy Single-shot 設定により Shot 間における motion の影響を軽減

47 Single-shot Scan の高速化 呼吸同期不良のケース Multi-shots Single-shot Single-shot 設定により Shot 間における motion の影響を軽減

48 Single-shot Scan の高速化 Philips >Head >Brain >Fast sssh_tse Scan time:30.0s sssh_flair Scan time:44s SSh_T1W_TFE Scan time:33.1s Single-shot 設定により Shot 間における motion の影響を軽減

49 Single-shot Scan の高速化 Gyro Cup 2018 Excitation slice IR pulse package 数を増加して IR を広く印加

50 Motion artifact への対策 Scan technique 方向のコントロール 平均化 アーチファクト元の信号抑制 高速化 補正 周期性のある motion に対しては同期が有効

51 MultiVane Motion 補正 T2W Cartesian T2W MultiVane

52 k-space 充填方法 Radial と MultiVane Y Cartesian (rectilinear) Radial MultiVane 12 profiles X Y 12 radial lines Y 12 profiles 4 blades 3 lines per blade k0 の加算効果と Motion correction により Motion artifact を改善

53 Motion correction MultiVane の原理 reference blade ky kx 相関 (= 位置のフィッティング ) - 各ブレードに対して - reference blade との比較 Δx, Δy, Δφ

54 MultiVane percentage MultiVane の Tips Blade 数のコントロール 100% 160% MV% 100 MV% 160

55 MultiVane percentage MultiVane の Tips Blade 数のコントロール 100% 160% MV% 50 MV% 100 MV% 160

56 Shots per blade MultiVane の Tips Blade 幅 =shots per blade TSE factor Shots per blade:2 TSE factor:5 Shot/blade : 1 Shots/blade : 2

57 Shots per blade MultiVane の Tips Blade 幅 =shots per blade TSE factor Shots per blade:2 TSE factor:5 Shot/blade : 1 Shots/blade : 2

58 Shots per blade MultiVane の Tips Shot/blade : 1 Shots/blade : 3 高い Shots per blade により motion artifact 改善効果が低下

59 Reconstruction matrix MultiVane の Tips Matrix scan : 256 Recon matrix : 256 Recon matrix : 512 高い Reconstruction matrix により streak artifact が増加

60 Gross motion correction MultiVane の Tips R4.1.3 SP2~ MC : yes MC : no Slice 方向のモーションが大きい場合 Motion correction による streak artifact が増加

61 臨床例 MultiVane Cartesian MultiVane Cartesian MultiVane Cartesian MultiVane Cartesian MultiVane

62 MultiVane XD 特徴 R5.1.7~(option) Read data Combine coils + SENSE 撮像時間短縮 Correct for rotation (k-space) and translation (image space) 補正効果向上 Gridding Generate image (FFT) 適用の拡大 (2D TSE/FFE)

63 Motion correction MultiVane 各 blade Average 各 blade と相関を求める Motion correction Reference

64 Motion correction の Pitfall MultiVane はずれ値 ( 大きなモーション ) 各 blade Average 各 blade と相関を求める Motion correction Reference 不適切な Reference blade を用いた補正

65 Motion correction の改良 MultiVane XD はずれ値 はずれ値 各 blade CC Weighted Motion Correction 全 blade 間の相関を求め はずれ値を除去信頼性の高い blade のみを用いて補正

66 Motion correction の改良 MultiVane XD の特徴 3 volunteers were studied 3 times; rated by two neuroradiologists: 1. No motion 2. Small motion 3. Moderate motion MultiVane (M) MultiVane XD (XD) M>>XD M>XD M=XD M<XD M<<XD 特に大きな動きにおいて MultiVane XD の有用性を確認

67 SENSE MultiVane XD の特徴 SENSE : no SENSE : yes(p reduction:2) SENSE 使用により blade 幅が増加

68 SENSE MultiVane XD の特徴 SENSE : no SENSE : yes(p reduction:2) SENSE 使用により blade 幅が増加

69 適用の拡大 MultiVane XD の特徴 Cartesian MVXD T2*W FFE T1W FFE FB MVXD

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215 11 13 1 2 1.1....................... 2 1.2.................... 2 1.3..................... 2 1.4...................... 3 1.5............... 3 1.6........................... 4 1.7.................. 4

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1 7 ω ω ω 7.1 0, ( ) Q, 7.2 ( Q ) 7.1 ω Z = R +jx Z 1/ Z 7.2 ω 7.2 Abs. admittance (x10-3 S) RLC Series Circuit Y R = 20 Ω L = 100

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