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れんかいそみ
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1 454 臨床技術論文受付 2018 年 8 月 28 日論文受理 2019 年 2 月 27 日 Code No. 261 心臓 MRI における拡張期 trigger angiography non-contrast enhanced 法を用いた肺静脈および左心房の描出に関する検討三阪知史阪本貴博山田千晴竹中智士中塚隆之南部秀和上村正信近畿大学奈良病院放射線部緒言心臓カテーテルによる肺静脈隔離術 (pulmonary vein isolation: PVI) は, 心房細動に対する根治的治療法として発展してきた 1~3).PVI の術前評価法として代表的なものには心臓 computed tomography(ct) があり, 左心房や肺静脈の複雑な構造を三次元的に評価することができる 4~6). しかし放射線被ばくを伴う検査であり, またヨード系造影剤を使用することによる副作用のリスクが常に存在する 7, 8). 心臓 CT と同様に造影 magnetic resonance angiography(mra) も術前評価として優れているが, やはりガドリニウム系造影剤を使用するため副作用のリスクがある 9~11). そのため, 造影剤を用いない単純 MRA によって肺静脈を描出することができれば非常に有用である. 単純 MRA による肺静脈の描出に関してはいくつか報告があり,three-dimensional balanced steady-state Acquisition of Pulmonary Vein and Left Atrium with Trigger Angiography Non-contrast Enhanced MRI in Diastolic Phase Tomofumi Misaka, * Takahiro Sakamoto, Chiharu Yamada, Satoshi Takenaka, Takayuki Nakatsuka, Hidekazu Nambu, and Masanobu Uemura Department of Radiology, Kindai University Nara Hospital Received August 28, 2018; Revision accepted February 27, 2019 Code No. 261 Summary Objective: The aim of this study was to compare the image quality and the visibility of trigger angiography non-contrast enhanced (TRANCE) in diastolic phase and 3D balanced steady-state free precession (3D SSFP) sequences for the evaluation of pulmonary vein (PV) and left atrium (LA). Methods: About 10 volunteers underwent TRANCE and 3D SSFP imaging on 1.5 T MRI. Axial images were reconstructed and regions of interest were positioned on the right superior pulmonary vein (RSPV), right inferior pulmonary vein (RIPV), left superior pulmonary vein (LSPV), left inferior pulmonary vein (LIPV), LA, and left atrial appendage (LAA). Contrast-tonoise ratio (CNR) between each part and muscle were calculated and compared between two sequences. The two observers independently scored the image quality of each image on the basis of PV, LA, and LAA anatomy and contour using a five-point scale, which scores were averaged and compared. Results: CNRs on RSPV, RIPV, LSPV, LIPV, LA, and LAA were significantly higher in TRANCE sequence compared with 3D SSFP sequence. On visual assessment, TRANCE showed significantly higher scores in RSPV, RIPV, LSPV, LIPV compared with 3D SSFP sequence. Conclusions: TRANCE provides higher image quality in PVs and LA compared with 3D SSFP on 1.5 T MRI. On visual assessment, TRANCE provides better visibility of PVs anatomy and contour compared with 3D SSFP. Key words: trigger angiography non-contrast enhanced(trance), pulmonary vein, steady-state free precession (SSFP) *Proceeding author 日本放射線技術学会雑誌

2 455 free precession(3d SSFP) 法の有用性に関する報告がある 12, 13).3D SSFP 法は非造影により血管を高信号に描出することができ, さまざまな血管の描出に関する有用性が示されている 14~18). しかし一方で, 磁化率の変化に鋭敏であり 19), 心臓の撮像においては肺静脈信号の欠損がしばしば起こることも報告されている 20). 2D SSFP 法は,in flow 効果を利用して肺静脈を高信号に描出することができるが 21, 22),3D 撮像に比べてスライス方向の分解能が劣るため,multi planar reconstruction 画像や volume rendering 画像への影響が懸念される. 心電図同期による fast spin echo(fse) 法である trigger angiography non-contrast enhanced (TRANCE) 法は, 血液成分を高信号に描出することができる撮像法である 23~25). 撮像原理として, 拡張期の撮像においては動脈, 静脈両方とも流速が遅いため, どちらも高信号に描出することができ, 収縮期の撮像においては動脈の流速が速く flow void となり, 静脈の流速は遅く高信号に描出することができる. このことから, 拡張期に撮像した画像は肺静脈や心臓を高信号に描出することができ,PVI の術前評価に利用できる可能性がある. しかし撮像画像における肺静脈や左心房の描出能および画質を評価した報告は過去にない. 本研究では, 拡張期 TRANCE 法を用いた MRI 撮像画像における肺静脈と左心房の画質および描出能を,3D SSFP 法と比較評価した. 1. 方法 1-1 使用機器および撮像対象 MR 装置は Achieva 1.5 T(Philips Medical Systems, Best,Netherlands), 受信用コイルは 5-channel cardiac コイルを使用した. 撮像対象は, 本研究に関して同意を得られた健常ボランティア 10 名 ( 男性 8 名, 女性 2 名, 平均年齢 :32.5±10.4 歳 ) とした. なお, 本研究は施設内の倫理委員会において承認を得た. 1-2 撮像条件呼吸による動きの影響を軽減させるため, 撮像対象者が息苦しさを感じない程度の強さで腹帯を巻き, また両腕を下ろした仰臥位で撮像を行った. 撮像法は拡張期 TRANCE 法および 3D SSFP 法を用いた. 主な撮像条件を Table 1 に示す. 拡張期 TRANCE 法において, 背景の脂肪信号を抑制することを目的として, short tau inversion recovery を併用し,trigger delay を 140 ms に設定した 26). また呼吸同期は使用せず, 自然呼吸下で撮像を行った.3D SSFP 法において, 血管と周囲組織のコントラストを高めることを目的として,T 2 prep pulse(echo time: 50 ms,refocusing pulses: 4) 27) および spectral presaturation inversion recovery パルスを併用した. 呼吸同期は gate and track を使用し,navigator (gating window: 3,scale factor: 0.6, length: 60) を右横隔膜のドーム上に設置した. 1-3 Contrast-to-noise ratio(cnr) の算出得られた原画像を用いて, 撮像装置内の画像処理機能によりスライス厚 2 mm, スライスギャップ 0 mm の axial 画像をそれぞれ再構成した. 再構成した axial 画像を用いて, 右上肺静脈, 右下肺静脈, 左上肺静脈, 左下肺静脈, 左心房, 左心耳, および筋肉に, 各領域を十分含む大きさの楕円形の関心領域 (region of interest: ROI) を設定し, 平均信号強度 (SI) と標準偏差 (SD) を測定した (Fig. 1,2). そして各領域と筋肉の contrast-to-noise ratio(cnr each area ) を以下の式により算出した 28). 1-4 描出能の評価右上肺静脈, 右下肺静脈, 左上肺静脈, 左下肺静脈, 左心房, 左心耳の描出能を評価するため, 再構成した axial 画像において,2 名の観察者 (MRI 撮像経験 7 年および 10 年 ) によって, お互いの評価結果を知らない状態で視覚評価を行った. 評価は, 画像の各領域の視認性を以下の 5 段階にスコア化する方法を取った. Score1: 幾何学的構造や輪郭が全く認識できない Score2: 幾何学的構造や輪郭が一部認識できるのみ Score3: 幾何学的構造や輪郭が中等度認識できる Score4: 幾何学的構造や輪郭のほとんどが明瞭に描写 Score5: 幾何学的構造や輪郭が全体的に明瞭に描写 1-5 統計解析測定値は平均値 ±SD で示した. 拡張期 TRANCE 法,3D SSFP 法それぞれで算出した CNR は,paired t- test によって比較を行った. 視覚評価において, 観察者 2 名のスコア結果の平均値を wilcoxon signed rank test により比較した. 統計的有意差は,p<0.05 を基準とした. すべての統計解析は, 統計解析ソフトウェア (R Package version 3.3.2; R Foundation for Statistical Computing,Vienna,Austria) を使用して行った. Vol. 75 No. 5 May 2019

3 456 Table 1 MRI scan parameters on TRANCE and 3D SSFP sequences TRANCE 3D SSFP FOV [mm] Matrix Voxel size [mm] RFOV [%] Scan percentage [%] Parallel imaging SENSE SENSE SENSE factor Overcontiguous slices yes yes Slices Slice thickness [mm] Slice gap [mm] 0 0 Slice orientation Coronal Transverse Fold-over direction RL AP Contrast enhanced - Balanced Fast imaging mode TSE TFE TSE or TFE factor Profile order Linear Low-high TR [ms] 1 beat 4.9 TE [ms] Fat suppresion IR SPIR IR delay [ms] Bandwidth [Hz/pixel] Shot duration [s] Trigger delay Longest User-defined Respiratory compensation No Gate and track NSA 4 1 RFOV: rectangular field-of-view, SENSE: sensitivity encoding, TSE: turbo spin echo, TFE: turbo field-echo, SPIR: spectral presaturation with inversion recovery 2. 結果 2-1 CNR の算出結果各領域と筋肉の CNR の結果を Table 2 に示す. 全部位において,CNR は拡張期 TRANCE 法と 3D SSFP 法の間に有意差があった. 拡張期 TRANCE 法における CNR は 3D SSFP 法よりも統計的に有意に高く, 平均 2.1 倍の高さであった. 2-2 描出能の評価結果視覚評価の結果を Table 3 に示す. 肺静脈 4 枝において, 拡張期 TRANCE 法の方が 3D SSFP 法よりも有意にスコアが高かった.3D SSFP 法を用いて撮像した画像においては, 肺静脈信号の低下が認められた. 左心房, 左心耳においては, 有意差がみられなかった.TRANCE 法および 3D SSFP 法による撮像画像の一例を Fig. 2 に示す. 3. 考察 3D SSFP 法は冠動脈 MRA にも利用され, 高い SNR が得られることから高分解能撮像が可能なシーケンスである. しかし, 肺野領域など磁化率変化が大きい部位では, 共鳴周波数のシフトによる影響が起因してアーチファクトや信号の低下が起こる 29). 過去に Hu らは,3D SSFP 法ではオフレゾナンスの影響によって肺静脈の信号が消失することを報告している 20. 今回の検討において, 肺静脈, 左心房, 左心耳全ての部位で 3D SSFP 法の方が拡張期 TRANCE 法よりも CNR が低い結果となったのは, これらの影響が大きいと考えられる. 更に肺静脈の信号低下の原因として考えられるのは, 血流による位相シフトの影響である. 肺静脈から左心房への血流速度は, 拡張中期や収縮期で速く, 拡張末期で遅くなるという特殊な分布を示し, 拡張末期日本放射線技術学会雑誌

atrial appendage, muscle, right superior pulmonary vein (RSPV), right inferior

pulmonary vein (LIPV) in TRANCE axial images.

atrial appendage (LAA: 186±85 mm 2 ), muscle (Muscle: 197±91 mm 2 ), right superior

mm 2 ), left superior pulmonary vein (LSPV: 145±30 mm 2 ), and left inferior

において撮像した 3D SSFP 法は拡張中期に比べて肺静脈や左心房の信号消失が抑えられたことが報告されている 20).

今回のわれわれの検討では,3D SSFP 法を用いて撮像した画像において肺静脈信号の低下が認められたが, 過去の検討において 3D SSFP 法は造影 MRA

本研究とこれらの結果が異なる原因として,RF パルスによる励起方法の違いが考えられる.

4 457 Fig. 1 Representative example of region of interest (ROI) setting on left atrium, left atrial appendage, muscle, right superior pulmonary vein (RSPV), right inferior pulmonary vein (RIPV), left superior pulmonary vein (LSPV), and left inferior pulmonary vein (LIPV) in TRANCE axial images. ROIs (white ellipse) were positioned on left atrium (LA: 603±227 mm 2 ), left atrial appendage (LAA: 186±85 mm 2 ), muscle (Muscle: 197±91 mm 2 ), right superior pulmonary vein (RSPV: 184± 73 mm 2 ), right inferior pulmonary vein (RIPV: 142±75 mm 2 ), left superior pulmonary vein (LSPV: 145±30 mm 2 ), and left inferior pulmonary vein (LIPV: 126±40 mm 2 ). において撮像した 3D SSFP 法は拡張中期に比べて肺静脈や左心房の信号消失が抑えられたことが報告されている 20). つまり血流速度が速い拡張中期で収集すると, より肺静脈の信号低下が起こると考えられる. 今回のわれわれの検討では,3D SSFP 法を用いて撮像した画像において肺静脈信号の低下が認められたが, 過去の検討において 3D SSFP 法は造影 MRA と比較して肺静脈の描出能がほぼ同等であったということが報告されている 12, 13). 本研究とこれらの結果が異なる原因として,RF パルスによる励起方法の違いが考えられる. 過去の検討に用いられている撮像法は nonselective RF 励起を用いており,TR が ms, TE が ms とわれわれの検討で用いた撮像法よりも短い. この励起方法の違いによる TR,TE の短縮によって血流の位相シフトの影響が抑えられ, 肺静脈の信号消失が抑えられたと考えられる. しかし, Fig. 2 Representative example of axial image from TRANCE (a) and 3D SSFP (b) in a volunteer. The white arrows indicate pulmonary veins. Signal intensity defects are occurred in 3D SSFP (b). a b non-selective RF 励起は一部の装置でしか使用できない機能であるため, その有用性は限定的であると考えるべきである. また今回のわれわれの検討において, 3D SSFP 法は拡張期 TRANCE 法よりも voxel size が小さかった. そのため matrix 数を減少させ voxel size を大きくすることで,TR,TE ともに短くなり, Vol. 75 No. 5 May 2019

5 458 Table 2 Comparison of CNR on TRANCE and 3D SSFP sequences Table 3 Average scores of visual assessment on TRANCE and 3D SSFP sequences TRANCE 3D SSFP p-value CNRRSPV 56.60± ±11.04 <0.05 CNRRIPV 60.60± ±10.95 <0.05 CNRLSPV 62.16± ±10.69 <0.05 CNRLIPV 60.23± ±10.52 <0.05 CNRLA 56.65± ±8.76 <0.05 CNRLAA 57.77± ±13.22 <0.05 TRANCE 3D SSFP p-value RSPV 3.4± ±0.4 <0.05 RIPV 3.7± ±0.4 <0.05 LSPV 3.4± ±0.5 <0.05 LIPV 3.4± ±0.5 <0.05 LA 3.4± ± LAA 3.4± ± ある程度血流の位相シフトの影響が抑えられると考えられる. ただし, それでも TR,TE の短縮度合いには限界があり, 拡張期 TRANCE 画像を超える肺静脈の描出能を得ることはできないと考えられる. TRANCE は心電図同期を利用した 3D FSE 法で, 動脈と静脈の血流速度が心時相により大きく異なることを利用しており, 拡張期においては, 動脈血, 静脈血ともに流速が遅く高信号に描出される. 今回の検討においては,TRANCE 法を拡張期で撮像したことにより, 肺静脈, 左心房どちらも高信号に描出されたと考えられる. また FSE 法は,refocusing pulse によりスピンを収束させているため磁場不均一の影響を受けにくい. そのためオフレゾナンス効果の影響が少なく, 肺静脈の信号消失が抑えられ,CNR が高くなったと考えられる. 視覚評価に関して, 肺静脈は双方の撮像画像に統計的有意差が認められた一方で, 左心房と左心耳では認められず, 更に左心房では 3D SSFP 法による撮像画像の方が, 平均 score が高かった. これは肺静脈と比較して, 左心房と左心耳は血流による位相シフトの影響が少なく, 信号低下が抑えられたことが原因として考えられる. また 3D SSFP 法は拡張期 TRANCE 法と比較して voxel size が小さく,bandwidth が大きかったことにより, 輪郭の視認性がよかったことが原因と考えられる. 肺静脈の視覚評価において拡張期 TRANCE 画像の平均 score が有意に高かったのは, 肺静脈の信号消失が輪郭の視認性の評価に影響を与えたためと考えられる. 実際 Fig. 2 において, 拡張期 TRANCE 法で撮像した画像では肺静脈が末梢まで描出されているのに対して,3D SSFP 法では信号が消失していることがわかる. 今回, 拡張期 TRANCE 法は呼吸同期を使用せず自然呼吸下で撮像を行ったが, それでも 3D SSFP 法と比較して肺静脈の描出能が優れていた. これは加算回数を 4 回に設定したことにより, 呼吸による心臓の頭尾方向への動きの影響が軽減されたためと考えられる. また, 撮像断面を冠状断に設定して, 最も心臓の動きが大きい頭尾方向に周波数エンコードを設定したことも要因の一つとして考えられる. 更に, 平均撮像時間は拡張期 TRANCE 法の方が短いという結果となった. 拡張期 TRANCE 法においても呼吸同期を併用して撮像することにより, 撮像時間延長の可能性があるものの, 更に描出能が上がる可能性がある. 本研究の結果より,3D SSFP 法は肺静脈信号の消失が大きく幾何学的形態が把握できない恐れがある一方で, 拡張期 TRANCE 法は描出能が高く,PVI の術前評価法として有用性があると考えられる. ただし本研究は健常ボランティアによる検討であるため, 撮像時に不整脈等は認められなかった. 一方で PVI 術前患者は心房細動により不整脈や心拍数変動が大きい場合が多いため, 拡張期 TRANCE 法を用いる場合は不整脈除去機能を併用する必要がある. 今後, 実際の PVI 術前患者の撮像画像による検討も必要である. 4. 結語 1.5 T MR 装置によって撮像された拡張期 TRANCE 法は,3D SSFP 法と比較して, 肺静脈と左心房の CNR が高かった. 更に肺静脈においては, 視覚的にも描出能が優れていた. なお, 本研究の要旨は第 46 回日本放射線技術学会秋季学術大会 (2018 年, 仙台市 ) にて発表した. 参考文献 1) Haïssaguerre M, Jaïs P, Shah DC, et al. Spontaneous initiation of atrial fibrillation by ectopic beats originating in the pulmonary veins. N Engl J Med 1998; 339(10): ) Chen SA, Hsieh MH, Tai CT, et al. Initiation of atrial 日本放射線技術学会雑誌

6 459 fibrillation by ectopic beats originating from the pulmonary veins: electrophysiological characteristics, pharmacological responses, and effects of radiofrequency ablation. Circulation 1999; 100(18): ) Oral H, Knight BP, Tada H, et al. Pulmonary vein isolation for paroxysmal and persistent atrial fibrillation. Circulation 2002; 105(9): ) Kim YH, Marom EM, Herndon JE, et al. Pulmonary vein diameter, cross-sectional area, and shape: CT analysis. Radiology 2005; 235(1): 43-49; discussion ) Lacomis JM, Wigginton W, Fuhrman C, et al. Multi-detector row CT of the left atrium and pulmonary veins before radiofrequency catheter ablation for atrial fibrillation. Radiographics 2003; 23 Spec No(suppl_1): S35-48; discussion S ) Scharf C, Sneider M, Case I, et al. Anatomy of the pulmonary veins in patients with atrial fibrillation and effects of segmental ostial ablation analyzed by computed tomography. J Cardiovasc Electrophysiol 2003; 14(2): ) Cohan RH, Bullard MA, Ellis JH, et al. Local reactions after injection of iodinated contrast material: detection, management, and outcome. Acad Radiol 1997; 4(11): ) Wang CL, Cohan RH, Ellis JH, et al. Frequency, management, and outcome of extravasation of nonionic iodinated contrast medium in 69,657 intravenous injections. Radiology 2007; 243 (1): ) Kuo PH. Gadolinium-containing MRI contrast agents: important variations on a theme for NSF. J Am Coll Radiol 2008; 5 (1): ) Morcos SK, Thomsen HS. Nephrogenic systemic fibrosis: more questions and some answers. Nephron Clin Pract 2008; 110(1): c24-31; discussion c32. 11) Hao D, Ai T, Goerner F, et al. MRI contrast agents: basic chemistry and safety. J Magn Reson Imaging 2012; 36 (5): ) Krishnam MS, Tomasian A, Malik S, et al. Three-dimensional imaging of pulmonary veins by a novel steady-state freeprecession magnetic resonance angiography technique without the use of intravenous contrast agent: initial experience. Invest Radiol 2009; 44(8): ) François CJ, Tuite D, Deshpande V, et al. Pulmonary vein imaging with unenhanced three-dimensional balanced steadystate free precession MR angiography: initial clinical evaluation. Radiology 2009; 250(3): ) Spuentrup E, Buecker A, Stuber M, et al. Navigator-gated coronary magnetic resonance angiography using steady-statefree-precession: comparison to standard T2-prepared gradientecho and spiral imaging. Invest Radiol 2003; 38(5): ) Spuentrup E, Katoh M, Stuber M, et al. Coronary MR imaging using free-breathing 3D steady-state free precession with radial k-space sampling. RöFo - Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und der Bildgebenden Verfahren 2003; 175 (10): ) Weber OM, Martin AJ, Higgins CB. Whole-heart steady-state free precession coronary artery magnetic resonance angiography. Magn Reson Med 2003; 50(6): ) Katoh M, Spuentrup E, Stuber M, et al. Free-breathing renal magnetic resonance angiography with steady-state freeprecession and slab-selective spin inversion combined with radial k-space sampling and water-selective excitation. Magn Reson Med 2005; 53(5): ) Bieri O, Scheffler K. Fundamentals of balanced steady state free precession MRI. J Magn Reson Imaging 2013; 38(1): ) 能勢毅一, 坂井上之, 越智茂博, 梁川範幸.Saturation Recovery 併用 Balanced SSFP 法による下肢動脈描出の検討. 日放技学誌 2017; 73(12): ) Hu P, Stoeck CT, Smink J, et al. Noncontrast SSFP pulmonary vein magnetic resonance angiography: impact of off-resonance and flow. J Magn Reson Imaging 2010; 32(5): ) Groth M, Bannas P, Regier M, et al. Precision of pulmonary vein diameter measurements assessed by CE-MRA and steadystate-free precession imaging. Eur Radiol 2013; 23(6): ) Shigenaga Y, Kiuchi K, Okajima K, et al. Acquisition of the pulmonary venous and left atrial anatomy with non-contrastenhanced MRI for catheter ablation of atrial fibrillation: Usefulness of two-dimensional balanced steady-state free precession. J Arrhythm 2015; 31(4): ) Ono A, Murase K, Taniguchi T, et al. Deep vein thrombosis using noncontrast-enhanced MR venography with electrocardiographically gated three-dimensional half-fourier FSE: preliminary experience. Magn Reson Med 2009; 61(4): ) Ono A, Murase K, Taniguchi T, et al. Deep venous thrombosis: diagnostic value of non-contrast-enhanced MR venography using electrocardiography-triggered three-dimensional half- Fourier FSE. Magn Reson Med 2010; 64(1): ) 久保均, 小畠巧也, 大塚秀樹, 他. 可変再収束フリップ角を用いた 3D-FSE 法による非造影呼吸同期下肺血管 MRA における最適撮像条件の検討. 日放技学誌 2014; 70 (11): ) Delfaut EM, Beltran J, Johnson G, et al. Fat suppression in MR imaging: techniques and pitfalls. Radiographics 1999; 19 (2): ) Botnar RM, Stuber M, Danias PG, et al. Improved coronary artery definition with T2-weighted, free-breathing, threedimensional coronary MRA. Circulation 1999; 99(24): ) Takatsu Y, Akasaka T, Miyati T. The Dixon technique and the frequency-selective fat suppression technique in threedimensional T1 weighted MRI of the liver: a comparison of contrast-to-noise ratios of hepatocellular carcinomas-to-liver. Br J Radiol 2015; 88(1050): ) Kellman P, Herzka DA, Arai AE, et al. Influence of Offresonance in myocardial T1-mapping using SSFP based MOLLI method. J Cardiovasc Magn Reson 2013; 15: 63. 問合先生駒市乙田町近畿大学奈良病院放射線部三阪知史 Vol. 75 No. 5 May 2019

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04_学術.indd Arts and Sciences 13D FASE MRCP The usability of Single breath-hold MRCP 33883 Key words: fast advanced spin echo FASE. magnetic resonance cholangiopancreato-graphy MRCP. single breath-hold. Summary When