Tomohiro Mochizuki

Philips Electronics Japan MR Application Specialist

Body DWI

画像提供 : 八重洲クリニック様（東京）、防衛医科大学校病院様 （埼玉県）

Brown運動

水分子の緩和の差を画像化

水分子の微小な拡散の差を画像化

T2W T1W FLAIR

DWI

微視的な水分子の不規則な運動

Brown運動とは・・・

水分子の緩和の差を画像化

水分子の微小な拡散の差を画像化

T2W T1W FLAIR

DWI

＞

正常細胞 浮腫細胞

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

90°

180°

Signal

MPG MPG

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

静止 動

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

3 6 2 1 4 5 8 7 9 10

90°

180°

Signal

MPG MPG

静止 動

90°

180°

Signal

MPG MPG

超急性期脳梗塞の描出

炎症性疾患など

悪性腫瘍の検出

SNR

Distortion

Fat suppression (Chemical shift)

Respiratory compensation

SNR

Distortion

Fat suppression (Chemical shift)

Respiratory compensation

Single-shot SE-EPIを使用

90°

180° Echo

MPG MPG

GY

GX

EPIでは傾斜磁場の反転で連続的に位相をそろえる

k=0

phase

磁化率の影響等による位相のズレは蓄積していく

Distortionの大きさ ∝

⊿Φ：位相シフト量 ⊿k：blip間隔

⊿Φ

⊿ k

Distortionの低減のためには位相シフト量を減らすか blip間隔を広げることが重要

⊿Φ

⊿k

k=0

phase

FOVとRFOV

Readout Matrix (Matrix scan)

SENSE

RFOV : 100% RFOV : 50%

⊿k ⊿k

RFOVを小さくすることでDistortionが低減

位相方向にFOVより絞った範囲でデータ収集し、 折り返った画像を感度マップを使って展開している

SENSE

SENSE : no SENSE : 1.5 SENSE : 2.0

SENSE使用によりDistortionは低減

⊿k ⊿k ⊿k

phase phase phase

SENSE : no SENSE : 2.0

⊿k ⊿k

SENSE factor : P2.0 SENSE factor : no

SENSE使用によりDistortionは低減

⊿k ⊿k

⊿k

⊿Φ ⊿Φ

⊿Φ

Matrix scanが小さい方がDistortionは低減

256 × 100 % 192 × 100 % 128 × 100 %

TSE image

SENSE (Phase reduction factor)

1 2 3 4 5

TSE image 64 96 112 128 160 240

matrix scan: Fixed Scan%128

RFOVを小さくする SENSEを使用する

Matrix scanを小さくする

⊿k ⊿k

⊿k

⊿Φ ⊿Φ ⊿Φ

Scan %を変更してもDistortionはほぼ変化なし

Scan % : 100 % Scan % : 75 % Scan % : 50 %

Scan %:100% Scan %:150% Scan %:200%

matrix scan 128

Scan %によりDistortionを増大させずに空間分解能up！

Scan % (Phase matrix) : Fixed readout matrix 128

50 100 150 200 TSE image

TSE image 64 96 112 128 160 240

Readout matrix : Fixed Scan%128

Matrix scanを小さくしてDistortionを低減

Scan percentageを小さくして空間分解能を維持

SNR

Distortion

Fat suppression (Chemical shift)

Respiratory compensation

画像提供：熊本中央病院

Lung Ca. HCC Prostate Ca.

高いS/Nを得ることで病変の検出能が向上

高いS/N

低いS/N

◆ Gradient overplus : TE短縮

◆ average high b : 高SNR化

TEの短縮

average high b

b値ごとにNSAを変更してSNRをカバーする設定。 b:1000 で P,M,S 3 軸 を撮像する場合

average high b : yes

average high b : no

Total DWI

NSA 2 b:0 x 2 、 P,M,S x 2 8 6

NSA 3 b:0 x 3 、 P,M,S x 3 12 9

NSA 4 b:0 x 4 、 P,M,S x 4 16 12

NSA 1 b:0 x 1 、 P,M,S x 3 10 9

NSA 2 b:0 x 2 、 P,M,S x 6 20 18

B0の加算回数を省き効率よく高いSNRを得る

ｂ＝０ 加算回数通り

ｂ＝５００以上 加算回数×２回加算

ｂ＝１０００以上 加算回数×３回加算

TE95 TE77 TE67 TE61 TE57 TE55 TE53

◆ ハードウェアだけでなくソフトウェアやシーケンスの工夫で

TE短縮は可能

b-factor：1000

TE:150ms TE: 50ms

TE短縮によりSNRが向上

γ = 42.58MHz ( H)

G = 傾斜磁場強度(mT/m)

δ = MPG印加時間(ms)

Δ = MPG間隔 (ms)

1

SE型EPI

90° 180° Echo

Δ δ

G

b＝γ2G2δ2(Δ-δ/3) sec/mm2

MPG （Motion probing gradient）

Gradient overplus : no

RF

M

P

S

MPG MPG

S

P

M

90ｰ 180ｰ echo

Gradient overplus : no

RF

M

P

S

S

P

M

90ｰ 180ｰ echo

MPG MPG

Gradient overplus : no

RF

M

P

S

S

P

M

90ｰ 180ｰ echo

MPG MPG

Gradient overplus : yes

RF S

P

M

90ｰ 180ｰ echo

M

P

S

Gradient overplus : yes

RF S

P

M

90ｰ 180ｰ echo

M

P

S

Gradient overplus : yes

RF S

P

M

90ｰ 180ｰ echo

M

P

S

TE TE

Slice

Phase

Measure

Slice

Phase

Measure

Slice

Phase

Measure

TE が短縮

◆通常のDiffusionシーケンスでは，印加されるP，M，S，の 各MPGは同じ強さのグラディエントを用いる． ◆ Gradient overplusを使用した場合，P，M，S，の各傾斜磁場の1方向の強

さを変えて，３方向に同時に印加することによって，TEが短縮されSNRが向上する．

Diffusion without SENSE 90°

180° Echo

MPG MPG

TE

Diffusion with SENSE

90°

180° Echo

MPG MPG

TE短縮可能

TE

実測

data

算出

data

複素共役対称と呼ばれるk-空間の対称性を利用して、 データを算出することが可能。 実測するデータを減らすことが出来る。

k=0

SE-EPI 90° 180°

Echo

Δ δ

G

b＝γ2G2δ2(Δ-δ/3) sec/mm2

Half no Half 0.6

Frequency encoded

Phase e

ncoded d

irectio

n

Frequency encoded

Phase e

ncoded d

irectio

n

k0 k0

Diffusion without Half Scan 90°

180° Echo

MPG MPG

TE

Diffusion with Half Scan

90°

180° Echo

MPG MPG

TE短縮可能

TE

Half Scan : no Half Scan : 0.8 Half Scan : 0.6

⊿k ⊿k

⊿k

⊿Φ ⊿Φ ⊿Φ

Half scanを使用しても歪みはほぼ変化なし しかし画像にボケが生じる

Half Scan : yes(0.6) Half Scan : no

SENSE等でTE(SNR)を保てるのであれば、 Half scanはnoがシャープ

SNR

Distortion

Fat suppression (Chemical shift)

Respiratory compensation

脂肪抑制なし 脂肪抑制あり

脂肪抑制不良によるアーチファクト

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

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

Fat-selective 180°IR

180°

RF

100°

Fat-selective 100°IR RF

non selective 180°IR

180°

RF

STIR SPIR SPAIR

Fat-selective 180°IR

180°

RF

100°

Fat-selective 100°IR RF

non selective 180°IR

180°

RF

STIR SPIR SPAIR

SNRが低下

均一な脂肪抑制 SNRが高い

磁場不均一に敏感

SNRが高い

磁場不均一に敏感

B1不均一の影響 B1不均一に強い

Delayの入力

STIR SPIR

SPAIR VS

Diffusion weighted Whole body Imaging with Background body signal Suppression

定義 • 全身のDiffusion撮像を行う

• 通常呼吸下で撮像する • 高いSNRと広い撮影範囲を得る

推奨 • STIR for robust fat suppression • B & W inverted gray scale

ご提供：東海大学病院

東海大学の高原先生が2004年に発表

CHESS （SPIR） STIR（TI:180msec）

STIRは均一な脂肪抑制が可能

STIRにより消化管信号も抑制される

SPIR-SE-EPI STIR-EPI

脂肪周波数選択パルスであるため、SNRは低下しないが、磁化率の影響す

る胸部などでは、脂肪抑制が不完全となる場合がある。

CHESS （SPIR）

Non-selectiveのため、脂肪を均一に抑制する ことができるが、SNRの低下を伴なう。

STIR（TI:180msec）

画像提供 ： 岐阜大学

SPIR （CHESS）

STIR

Lung Ca. HCC Prostate Ca.

SPIR SPAIR VS

RFパルスの不均一性（B1 inhomogeneity） エディーカレント

脂肪抑制ムラ

SPIR SPAIR

QuadrupoleアーチファクトはFOVが広くなると顕著になる

RFパルスの不均一性（B1 inhomogeneity） エディーカレント

脂肪抑制ムラ

SPIR SPAIR

DWIでも同様の現象が起こる

Prostate DWI b2000

SPAIR使用時には、脂肪のnullに合わせたdelayを 入力する必要がある

Slice 1

Slice 2

Slice 3

Slice 4

SPAIR TR

SPAIR TR

SPAIR TR

TR

SPAIR TR

SPAIR TR

SPAIR TR

Slice 1

Slice 2

Slice 3

Slice 4

SPAIR TR

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

20 40 60 80 100 120 140

SPAIR TR

SPAIR TI delay

SPAIR TR

40 60 80

120 140 100

(Fixed SPAIR TR=250ms)

SPAIR delay(ms)による変化 （3.0T,1.5T共通）

SPAIR TR=250ms固定でのSPAIR delayの結果より、100msで良好な脂肪抑制効果を得られchemical shiftの改善。「SPAIR delay= SPAIR TR × 0.4」の計算式となる。

180 200 220 240

250 260 280 300

350 400

SPAIR TR(ms)による変化 （3.0T、1.5T共通）

「SPAIR delay= SPAIR TR × 0.4」の最適範囲はSPAIR TR=200～260 msであり、それ以外のSPAIR TRでは良好な脂肪抑制効果を得る事が出来ない。

SPAIR delay(ms)=SPAIR TR×0.4

SPAIR TR=250msに対し、(3.0T)SPAIR delay=100ms (1.5T)SPAIR delay=90ms

SPAIR TR=250msとなるようにTRを調整

御提供：生長会府中病院・北先生のご厚意による

～Ｇｙｒｏ Ｃｕｐ2012～ 生長会府中病院 北先生のご発表

府中病院様HPより

御提供：生長会府中病院・北先生のご厚意による

SNR

Distortion

Fat suppression (Chemical shift)

Respiratory compensation

Fat-selective 180°IR

180°

RF

100°

Fat-selective 100°IR RF

non selective 180°IR

180°

RF

STIR SPIR SPAIR

Fat-selective 180°IR

180°

RF

100°

Fat-selective 100°IR RF

non selective 180°IR

180°

RF

STIR SPIR SPAIR

Free Breath撮像 Free Breath撮像 呼吸同期撮像

息止め撮像

Slice 1

Slice 2

Slice 3

SPAIR TR

SPAIR TR

TR

SPAIR TR

SPAIR TR

Slice 1

Slice 2

Slice 3

SPAIR TR

SPAIR TR

Slice 1

Slice 2

Slice 3

Slice 1

Slice 2

Slice 3

SPAIR TR

SPAIR TR

TR

Resp trigger SPIR Free Breath SPAIR

Free Breath撮像によりSPAIRが使用可能となり、

脂肪抑制効果が改善する。

呼吸同期→SPIR

Free breath→SPAIR,STIR