3DASL (Arterial Spin Labeling) 技術解説 June 18, 2011 MR 技術部宇野万里恵
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
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
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
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!!
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 )
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
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
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 180 180 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
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.] 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 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 ) 0.1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 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.] 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 CASL(input) 0 1000 2000 3000 4000 5000 t [msec]
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
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 180 180 RF Acquisition Module RF Acquisition Module
pulsed-continuous ASL (pcasl) 180 180 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) 1488-1497
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 presentations @ ISMRM (clearly specified ones) PASL: 50 CASL: 46 PASL : CASL は約 1:1 CASL の増加傾向 ASL-related oral presentations @ 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
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
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
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
What s good in GE 3DASL? 18 Presenter and Event 6/23/2011
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.
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
*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, 802-827 Adiabatic Selective Inversion Pulse, 鈴木さん, MRPS 勉強会資料 (1996) 21 Presenter and Event 6/23/2011
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
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
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
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
ご清聴ありがとうございました 26 Presenter and Event 6/23/2011