第21回関西gyromeeting 金属アーチファクトへの対...

Tomohiro Mochizuki

Philips Electronics Japan MR Application Specialist

金属アーチファクトへの対策 第21回関西GyroMeeting

撮像パラメータによる対策

磁性体とアーチファクトの出現

- 金属アーチファクトへの対策 -

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

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

磁化率変化による局所磁場の乱れが原因

反磁性体

磁化率<0

外部磁場に対して反対方向に磁化される。

常磁性体

磁化率>0

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。

強磁性体

磁化率>1

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：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

反磁性体

磁化率<0

外部磁場に対して反対方向に磁化される。

常磁性体

磁化率>0

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。

強磁性体

磁化率>1

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。

非磁性体

H2O, Au,Cu, Ag等 Pt, Al,Ti,O2,Gd造影剤等 Fe, Co, Ni等

反磁性体

磁化率<0

外部磁場に対して反対方向に磁化される。

H2O, Au,Cu, Ag等

常磁性体

磁化率>0

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。

Pt, Al,Ti,O2,Gd造影剤等

強磁性体

磁化率>1

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。

Fe, Co, Ni等

磁化率アーチファクト 生体

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

常磁性体 強磁性体

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

周波数方向へ位置ズレ（歪み）が起きる

磁性体の影響

位置

周波数

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

周波数方向へ位置ズレ（歪み）が起きる

磁性体の影響

位置

周波数

α° FID Gradientの反転でRefocus

FID

遅

速

速

磁場不均一の影響により Rephase出来ない

遅

α° FID Gradientの反転でRefocus

FID

遅

速

速

磁場不均一の影響により Rephase出来ない

遅

12

128MHz 129MHz 127MHz

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

13

128MHz 129MHz 127MHz

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

129MHz 129MHz

Chemical shift

Susceptibility

磁化率によりスライス方向に位置ズレを起こす

14

128MHz 129MHz 127MHz

129MHz 129MHz

Chemical shift

Susceptibility

磁化率によりスライス方向に位置ズレを起こす

撮像パラメータによる対策

磁性体とアーチファクトの出現

- 金属アーチファクトへの対策 -

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

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

SE法 FFE法

SE法と比較し、FFE法ではアーチファクトが顕著

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

18

RF

Gz

Gy

Gx

Signal

90° 180°

90° 180°

Refocusing Pulseにより 外部磁場の不均一の影響をなくす SE

19

RF

Gz

Gy

Gx

Signal

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！

FFE

撮像パラメータによる対策

磁性体とアーチファクトの出現

- 金属アーチファクトへの対策 -

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

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

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc…

B1 mode

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc…

B1 mode

64 128 192 256

Matrix scanの増加に伴いアーチファクトが減少

ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置

128 512 1024

引用：Mi-Fung Lee, MD et. al. RadioGraphics 2007; 27:791-803

Matrix scanの増加に伴いアーチファクトが減少

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

周波数 方向

2pixel分の歪み 2pixel分の歪み

Matrix scan 2倍に変更

同じ2pixel分の歪みでも距離としては半分

⊿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

⊿Φ = γ × Gi × ⊿r × TE

7mm 4mm 1mm

引用：Mi-Fung Lee, MD et. al. RadioGraphics 2007; 27:791-803

スライス厚の低下に伴いアーチファクトが減少

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc…

B1 mode

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)＝ 水と脂肪の周波数の差（3.4ppm）

BW（Hz/pixel）

217.3Hz（1.5T） 脂肪が低い周波数方向にズレる

脂肪

水

周波数方向

無信号

water-fat shiftの低下に伴いアーチファクトは減少

1.0 0.75 0.5 0.25

ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置

1.0 0.5

water-fat shiftの低下に伴いアーチファクトは減少

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

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)

アナログ信号 時間

⊿Ts : サンプリング間隔

Band Width (Ny : 周波数マトリクス)

サンプリング時間

周波数マトリクス ＝

Ny×⊿Ts

Ny ＝

⊿Ts

1 ＝

WFSが小さい BWが広い

WFSが大きい BWが狭い

位相変化が

出にくい 位相変化が

出やすい

短い時間で信号を収集 長い時間で信号を収集

BW = 周波数マトリクス

サンプリング時間

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc…

B1 mode

・ SARを低減

・撮像時間の短縮 (TRの短縮)

・ MT効果の低減

Refocusing pulse

Refocusing pulseのangleを任意に設定可能 Refocusing pulse angle

80 120 160(default) 180

ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置

Refocusing angleの増加に伴いアーチファクトが減少

Refocusing angleの増加に伴いアーチファクトが減少

80° 180°

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！

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc…

B1 mode

位相方向の選択によりアーチファクトの方向が変化

RL FH

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

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc…

B1 mode

磁化率アーチファクトが出る方向変更可能！

fat shift direction=P fat shift direction=A

前方にShift 後方にShift

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

H(Head) F(Feet)

fat shift directionによりアーチファクトの方向が変化

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

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc…

B1 mode

最大許容B1送信磁場を決定

高いB1 低いB1

RF pulse RF pulse

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

B1 mode

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

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Refocusing pulse angle

Phase direction

Fat shift direction

～SE , TSEにおける対策～

→ voxel sizeを小さくする

→ 小さくする

→ 高くする

→ 目的部位の位置を考慮

→ 目的部位の位置を考慮

T1W T2W PDW etc…

B1 mode → 高くする(default)

撮像パラメータによる対策

磁性体とアーチファクトの出現

- 金属アーチファクトへの対策 -

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

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

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Phase direction

Fat shift direction

B1 mode

～FFE , TFEにおける対策～

TE

T2*W MRA etc…

Partial echo

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Phase direction

Fat shift direction

B1 mode

～FFE , TFEにおける対策～

TE

→ voxel sizeを小さくする

→ 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

T2*W MRA etc…

Partial echo

→ 高くする(default)

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Phase direction

Fat shift direction

B1 mode

～FFE , TFEにおける対策～

TE

→ voxel sizeを小さくする

→ 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

T2*W MRA etc…

Partial echo

→ 高くする(default)

TEの短縮によりアーチファクトが減少

18.4ms 13.8ms 9.2ms 4.6ms

ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置

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

mFFE (R2.5～)

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

9.2ms 13.8ms 18.4ms cumulated image

ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置 mFFE (R2.5～)

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

FFE 13.8ms mFFE cumulated image (9.2-13.8-18.4)

通常のT2*Wと比較しmFFEではアーチファクトが減少

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Phase direction

Fat shift direction

B1 mode

～FFE , TFEにおける対策～

TE

→ voxel sizeを小さくする

→ 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

T2*W MRA etc…

Partial echo

→ 高くする(default)

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。

位相方向

k-space 周波数方向

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

partial echo

Partial echoの有無によりアーチファクトが変化

no yes

ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置

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！

Matrix scan , slice thickness

Water-fat shift

Phase direction

Fat shift direction

B1 mode

～FFE , TFEにおける対策～

TE

→ voxel sizeを小さくする

→ 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

T2*W MRA etc…

Partial echo

→ 高くする(default)

→

→ 不要であれば外す

可能であれば短くする T2*WはmFFEを使用

撮像パラメータによる対策

磁性体とアーチファクトの出現

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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

STIR

SPIR

SPAIR

WATS

Non-selective

Fat-selective

Fat-selective

Water-selective

Pulse Type

180°IR

100～110°IR

180°IR

binominal RF 11, 121, 1331

Characteristics

磁化率の影響受けにくい 造影後は不適，SNRは低い

SNRが低下しない 一般的な周波数選択的脂肪抑制

B1の影響受けにくい 撮像時間の延長

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

Frequency Selectivity

STIRの使用により均一な脂肪抑制が可能

SPIR SPAIR STIR

Fat-selective 180°IR

180°

RF

100°

Fat-selective 100°IR RF

non selective 180°IR

180°

RF

STIR SPIR SPAIR

STIR

SPAIR

T2W脂肪抑制としては STIRが有用

mDIXON TSE

• Achieva 3.0T

TX

• T2 Coronal

• 400 mm FOV

• 0.8 x 1.0 x 3.0

mm

• 3:12 min

Courtesy: St Jan Hospital, Brugges, Belgium

Water

In-Phase Out-of-Phase

Fat

R5よりオプション機能

SIP = W + F SOP=|W - F|

①

②

W：水の信号値

F：脂肪の信号値

①+②より

SIP+SOP=2W

①-②より

SIP-SOP=2F

SIP：In-phaseの信号値

SOP：out-phaseの信号値

脂肪

水

脂肪 水

In-phase Out of phase

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

SPAIR mDixon TSE

R5よりオプション機能

撮像パラメータによる対策

磁性体とアーチファクトの出現

- 金属アーチファクトへの対策 -

事例紹介

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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

EPI DWI Single-shot TSE DWI

磁化率変化によるartifactの少ないDWIを取得！

R5.1.7より使用可能

RF/Echo

Gdiff

90°

Refocusing pulse

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

R5.1.7より使用可能

T2W T1W + Gd

DWI-EPI DWI-TSE

Glioma post ope

？

画像提供:静岡県立がんセンター様

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)

体内インプラントに有効なGRASE法を用いたＤＷＩ

放射線部 小林 健一郎・江口 紀子・林 泰宏森木 俊秀・高石 朋毅

寿量会 熊本機能病院 画像診断センター

放射線科 中山 善晴

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)

T2W

T2W

T2W

EPI

EPI

EPI

GRASE

GRASE

GRASE

EPI ADC

EPI ADC

EPI ADC

GRASE ADC

GRASE ADC

GRASE ADC

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 : 4.01.7 SAR/whole body<22%

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)

GRASE

GRASE

GRASEEPI

EPI

EPI

T2W

T2W

T2W

症例画像③：マグネット式入歯有の頭部ＭＲＩ

GRASE

GRASE

GRASE

EPI IR

EPI IR

EPI IR

STIR

STIR

STIR

症例画像④：左TKA後のMRI

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)

GRASE DWIの設定パラメータ

• 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。

Sequence(Achieva 3.0T)

FOV/RFOV 250/70

Matrix scan/recon 96/192

Scan percentage(%) 80

Slice thickness(mm)/ Slices

6/30

Slice orientation TRA

Fold-over direction AP

Scan mode/technique MS/IR

Fast imaging mode GRASE

Shot mode/profile order Single-shot/linear

EPI factor 15

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)

撮像パラメータによる対策

磁性体とアーチファクトの出現

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脂肪抑制法の選択 DWIにおけるアイデア 最新情報

O-MAR*

Distortion-free imaging Imaging near metal: clinical needs and challenges

Knee • High BW STIR • Ingenia 1.5T

Pelvis • High BW T1W • Ingenia 3.0T

Clinical Needs

• Post-surgery follow up

(Inflammation, tumor, …)

• High soft tissue contrast

MR Challenges

• Signal loss

• Distortions

• Fat-suppression

2

* Pending 510(k), not available for sale in the U.S.A. 2 Only for use with MR Safe or MR Conditional Implants.

O-MAR*

Distortion-free imaging O-MAR* : Designed for improved visualization of soft tissue near metal implants

Pelvis • O-MAR*2 T1W • 1.0 x 1.4 x 3.0 mm • 6:51 min • Ingenia 3.0T

Knee • O-MAR*2 STIR • 0.6 x 0.8 x 2.5mm • 6:24 min • Ingenia 1.5T

Spine • O-MAR*2 T1W • Ingenia 3.0T

Features

• In-plane & through

plane correction

using SEMAC and

VAT technology

• Compatible with

dS SENSE

2

2

* Pending 510(k), not available for sale in the U.S.A. 2 Only for use with MR Safe or MR Conditional Implants.

撮像パラメータによる対策

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脂肪抑制法の選択 DWIにおけるアイデア 最新情報

腹部撮像をしたら、T1Wで信号がおかしい・・・

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

鉄剤飲用後3時間

T1W-FFE COR T2W-TSE COR

TE:2.3, WFS:0.35 TE:2.3, WFS:1.35 TE:6.9, WFS:1.35

鉄剤飲用後3時間

T1W-FFE

スキャン途中で磁性体に気づき、外したのに・・・

Survey

Ref

STIR SAG SAG

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

C-Spine

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

頸椎の撮像で・・・

T1W SAG SAG

C-Spine

T2W TRA TRA

Survey

Ref

STIR SAG SAG

T2W SAG SAG

T1W TRA TRA

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)・・・

Survey

Ref

STIR SAG SAG

C-Spine

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

ピップエレキバンを外してもらい再度Surveyを撮像・・・

Survey

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

STIR SAG SAG

Survey

Ref

STIR SAG SAG

C-Spine

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

ピップエレキバンを外してもらい再度Surveyを撮像・・・

Survey

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

STIR SAG SAG

Survey

Ref

STIR SAG SAG

C-Spine

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

アーチファクトがないことを確認し、STIRを撮像・・・

Survey

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

STIR SAG SAG

ピップエレキバンを外したにもかかわらず・・・

Survey

Ref

STIR SAG SAG

C-Spine

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

Survey

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

STIR SAG SAG

ピップエレキバンを外したにもかかわらず・・・

Survey

Ref

STIR SAG SAG

C-Spine

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

Survey

T2W SAG SAG

T1W SAG SAG

T2W TRA TRA

T1W TRA TRA

STIR SAG SAG Reference scanも再撮像が必要

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

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！

歯のアーチファクトにより信号が欠損した・・・

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磁性体とアーチファクトの出現

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実際にあった事例

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FFE , TFEにおける対策

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