31th Kanagawa MRI Technical Meeting
Yokohama City University Medical Center 2015.11.20(fri)
公立大学法人 横浜市立大学附属 市民総合医療センター 放射線部
出川 輝浩
企画1 今からでも大丈夫!!
MRI入門Part5 頭部 Magnetic Resonance Angiograhpy
1
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Agenda
2
Phase Contrast?
PC法の原理
PC法のパラメーター
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What is the
Phase Contrast?
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□ TOF法 スライス内もしくはslab内への 未励起な血液の流入効果 を利用した手法である. □ PC法 傾斜磁場内を動いている スピンの位相がshift することを利用する手法である.
土橋俊男 ,MR Angiography(MRA)、日本放射線技術学会雑誌 2003,9(59)
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血管の位相 静止部の位相
PC法によるMRAの原理イメージ図
ー = 0 ー =
信号量
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位相(phase)って何?
周期的な運動をするものが 一周期の内のどの位置(角度)にいるかを示す量(rad)
位相 0
位相 π/2
位相 π
位相 3π/2
位相 0
位相 π/2
位相 3π/2
、π
〔 等速円運動 〕 〔 単振動 〕
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位相がズレる?
回転速度(角周波数〔rad/sec〕)が異なる。
位相 0
位相 π/2
位相 π
位相 3π/2
位相 0
位相 π/2
位相 3π/2
、π
速く回る
遅く回る
〔 等速円運動 〕 〔 単振動 〕
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位相がshift?
回転速度(角周波数〔rad/sec〕)が進む。
Δφ = γ・Gx・v・T2
2 位相シフト
磁気回転比 磁場勾配 流速 時間
要点は ・磁場勾配に比例し ・時間の二乗に比例する。
条件 ・磁場勾配が存在する事 ・流れている事
磁場勾配(Gx)が存在する時に、Gx方向に流れると位相がシフトする
スピン位相効果(spin phase effect)
〈 PC法で大事な原理 〉
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4
丸
10
6
imagine TILT
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Gx
時間Tの間、進む距離が異なる
Δφ = γ・Gx・v・T2
2 位相シフト
磁気回転比 磁場勾配 流速 時間
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位相shiftはT(印可時間)の二乗に比例する
Δφ = γ・Gx・v・T2
2 位相シフト
磁気回転比 磁場勾配 流速 時間
T(印可時間)
Φ(位相シフト
)
T
KT2
2T
4KT2
=K
3T
9KT2
しかも、位相shiftは 時間的に積算される。
1 T 1 T 1 T
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動きの量が位相shift量
Δφ = γ・Gx・v・T2
2 位相シフト
磁気回転比 磁場勾配 流速 時間
静止部の位相
= 0
静脈の位相
=
動脈の位相
=
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The principle of
Phase contrast
method
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□ 血液の位相がshiftする事を利用 □ 2組の傾斜磁場を各軸に印可し、 強度を調整
□ データ間のサブトラクションにより血流 情報を得る
PC-MRAの概要
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pulse sequence
diagram
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Gp
Gr
. RF
TR
静止組織 傾斜磁場A
傾斜磁場A 傾斜磁場B
傾斜磁場B
Gs
B
B
echo
BPGによって、静止組織が受ける位相変化
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Gp
Gr
. RF
TR
Gs
B
B
BPGによって、血流が受ける位相変化
echo
血管 傾斜磁場A
傾斜磁場A 傾斜磁場B
傾斜磁場B
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静止組織
傾斜磁場A
傾斜磁場A
血管
傾斜磁場A
傾斜磁場A
傾斜磁場B
傾斜磁場B
傾斜磁場B
傾斜磁場B
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血管の位相 静止部の位相
PC法によるMRAの原理イメージ図
ー = 0 ー =
信号量
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What is the
bipolar gradient
?
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BPG : bipolar gradient(双極傾斜磁場)
Gp
Gr
. RF
TR
Gs A
A
echo
位相シフトの変化量を生み出すための 正・負のローブが同じ1対の傾斜磁場
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1方向の流れを検出するために、1対のBPG
A
A
B
B Slice
① ②
Read C
C
D
D
③ ④
Phase E
E
F
F
⑤ ⑥
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6回のencodeは、TOFに比べてTAが非常に長くなる
Slice Read Phase
1st Sequence + 0 0
2nd Sequence − 0 0
3rd Sequence 0 + 0
4th Sequence 0 − 0
5th Sequence 0 0 +
6th Sequence 0 0 −
Slice(R L) Read(A P) Phase(S I) Combine
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4回のencodeで、4倍の撮像時間に抑える
Slice Read Phase
1st Sequence + − −
2nd Sequence − + −
3rd Sequence − − +
4th Sequence − − −
Slice
Read 0
Phase 0
1st Sequence 4th Sequence Slice方向の情報 ー =
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TA短縮(6倍→4倍)
□ BPGは4回法 □ Parallel Imagingの併用 □ Partial Fourier □ RFの最適化
→PC法が臨床で利用しやすくなってきた
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What is the
Velocity Encoding
?
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□ VENC : velocity encoding〔cm/sec〕 速度エンコーディング □ VENCは値が小さい程、 傾斜磁場が強く印可される □ 傾斜磁場の強度を変える事により、 目的血流の速さに対応
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VENCを設定するとGxとTが決まる
BPG
BPG
t
T
Gx
印加時間
傾斜磁場 強度
速い血流
=
信号量
VENC値:高い BPG面積:小さい
遅い血流
=
信号量
VENC値:低い BPG面積:大きい
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PC-MRAの信号強度
Sa
Sb
Φ
S = Sa - Sb
= 2 S×sinΦ
S 0°
π /2
-π /2
±π sinΦを考えると
□ Sin (0) = 0 □ Sin (π /2) = 1 □ Sin (π ) = 0 □ Sin (-π /2) = -1
S
Φ
0°
90°
180°
-90°
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Φ(角度)はV(流速)に比例する
流れる速度によってベクトルの向きSaが変わるので、Φも変わる。
Sa
Φ 0°
90°
-90°
±180° 0°
-90°
BPG
BPG
t
T
Gx
印加時間
傾斜磁場 強度
BPGの GxとTを調整して
Vを0〜±πに割り当てる
±180°
Φ = Π = VENC値
Φ
速度が速いとVがマイナスになってしまう。
Φ
90°
Φ = Π /2 = VENC値(max)
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VENC=125cm/secと設定すると効率が良い
VENC値: 125cm/sec
SI : 0
62.5cm/sec SI:100%
(max)
31.3cm/sec SI:70%
100cm/sec SI:70%
0°
90°
±180°
45° 135°
VENCは対象血管の推定最大流速の25%増しに 設定する事が望ましいとされている. 決定版 MRI完全解説 . 秀潤社 . 著者:荒木力
対象血管が最大100cm/secで流れているとすると、
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栓流
血流は様々な速度成分の集合体
実際には存在しない
層流
層流
層流
遅い層流
速い層流
理想的な流れ
層流
乱流
渦流
太い大動脈
乱流
分岐部、狭窄部
動脈瘤辺縁部、狭窄部
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VENCの設定
PC-MRAを使いこなすには、あらかじめ目的とする血管の 最大流速を推定して、VENCを設定する事が重要
0°
90°
±180°
45° 135°
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Parameters of
Phase contrast
method
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□ VENC □ FA
□ Direction
3D PC-MRA
Inhance 3D Velocity
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VENC
10cm/sec 40cm/sec 70cm/sec 100cm/sec
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FA
FA 5deg FA 15deg FA 25deg FA 30deg
VENC 10cm/sec
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FA
FA 5deg FA 15deg FA 25deg FA 30deg
VENC 60cm/sec
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Direction Ax Cor Sag
1mm isovoxel(ZIP2) VENC : 60cm/sec
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3D-Phase Contrast-MRAの要点
□ Bipolar Gradientを使用
□ BPGは静止部に対して、印可方向の血管に 位相シフト(位相ズレ)を生じさせる
□ 位相シフト量は、BPGの強さ血流速度に依存
□ Vencの設定により、流速に対応した血管描出が可能
□ 流速の評価、流れの方向も評価可能
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長所と短所
長所 ○目的とする血管の描出 ○流速、方向の定量 ○断面に平行に流れる血流も描出可 ○空間分解能が高い ○強度画像と位相画像が得られる ○バックグランンド抑制が高い
短所 ●撮像時間が長い ●患者の動きに影響を受けやすい ●血管描出能がVENCに依存する ●乱流などの影響を受けやすい ●目的以外の血管も描出される
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Agenda
42
☑ Phase Contrast?
☑ PC法の原理
☑ PC法のパラメーター
位相shift
VENC , BPG
VENC , FA , Direction
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参考資料
○ MR Angiography(MRA)、土橋俊男 , 日本放射線技術学会雑誌2003,9(59)
○ 決定版 MRI完全解説 . 秀潤社 . :荒木力
○ 心から納得・理解できる MRI原理とMRS 医療科学社 、今西好正
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