第34回長野県MR研究会Ⅱ

MRI脂肪抑制画像の方法と種類

GE HealthcareMR Sales & Marketing Dept.

KAZUHIRO, Umehara

Agenda

�水と脂肪について

�脂肪抑制法の種類についてCHESS, Dixon(IDEAL), STIR, SSRF

� Adiabatic Spectral Inversion Recovery(断熱スペクトル反転回復)

Agenda

�水と脂肪について

�脂肪抑制法の種類についてCHESS, Dixon(IDEAL), STIR, SSRF

� Adiabatic Spectral Inversion Recovery(断熱スペクトル反転回復)

脂肪（ -CH2-））））の存在

人体では体重の約15～25％を占める。

診断をする上においてこの“脂肪”が邪魔となったり時にはその存在が重要なSignを示すことがある。

“脂肪”の特徴を知ることにより良い検査が行なえる

脂肪画像脂肪画像脂肪画像脂肪画像

Imaging

= +

Water Image

Fat Image

MR画像 = 脂肪画像 ＋ 水画像

水水水水のののの共鳴周波数共鳴周波数共鳴周波数共鳴周波数＝＝＝＝42.6（（（（MHz））））××××磁場強度磁場強度磁場強度磁場強度（（（（T））））

磁場強度 0.2T 0.35T 0.5T 1.0T 1.5T 3.0T

共鳴周波数

8.5 15 21.3 42.6 63.9 127.8

（MHz）

MRでは水（H2O）に共鳴周波数を合わせて撮像を行っている

MRでは水（H2O）に共鳴周波数を合わせて撮像を行っている。

MRでの“脂肪”

水と脂肪のプロトン（H1）は周波数差3.5ppmを持つ

※ ppmとは「Part Per Million」の略となり、100万分の1を示す

では、3.5ppmとはどれくらいの周波数差であるか

水と脂肪は3.5ppmの周波数差⇒脂肪は水よりも3.5ppm周波数が低い

� ppm＝Parts Per Million 百万分率

� 3.5ppm周波数が低い＝百万分の3.5だけ低い

磁場強度 0.2T 0.35T 0.5T 1.0T 1.5T 3.0T

共鳴周波数

8.5 15 21.3 42.6 63.9 127.8

水-脂肪 29.75 52.5 74.55 149.1 223.65 447.3

（MHz）

（Hz）

この周波数の差を利用して脂肪抑制を行う

3.5ppm

水水水水

脂肪脂肪脂肪脂肪

周波数低い周波数高い

Agenda

�水と脂肪について

�脂肪抑制法の種類についてCHESS, Dixon(IDEAL), STIR, SSRF

� Adiabatic Spectral Inversion Recovery(断熱スペクトル反転回復)

脂肪抑制法の種類

Chem SAT SPECIAL

STIR IDEAL

Chem SAT

SSRF

STIR

Chem SAT, SSRF, Dixon(mDixon, IDEAL, FLEX) SPIR(SPECAL), STIR

脂肪抑制法の種類

選択的脂肪抑制法

非選択的脂肪抑制法

水/脂肪信号相殺法

水選択励起法

� STIR

� Dixon� IDEAL / FLEX

� Water Excitation

⇒ 水と脂肪の周波数差を利用した方法

⇒ 水と脂肪の緩和時間の差を利用した方法

⇒ 水と脂肪の位相分散の差を利用した方法

⇒ 水と脂肪の位相分散の差を利用した方法

� Chem SAT, Fat Sat

� SPECIAL, SPIR(SPAIR)

選択的脂肪抑制法CHESS (CHEmical Shift Selective)

選択的脂肪抑制方法には2種類あります

� ChemSAT（Chemical SATuration）

� SPECIAL（SPECtral Ir Recovery At Lipid）

Chem SAT

脂肪のCenter Frequencyとバンド幅をもったPre Saturation Plusを用いる。

脂肪信号脂肪信号脂肪信号脂肪信号をををを抑制抑制抑制抑制するするするする

水の信号 脂肪の信号

← 3.5ppm → 周波数低い周波数高い

Pre Saturation Plus

通常使用するパルスシーケンスの前に印加される飽和パルスで目的の磁化をＸＹ平面状にて縦磁化のない状態にしている。

Chem SAT

･

Gradient Spoiling（横磁化Spoil）

脂肪 脂肪の信号を抑制

90°

TR

90°180°

TE

Pre Saturation Plus

RF

� ケミカルシフトを利用して脂肪の周波数帯域のみに前飽和パルス（プリサチュレーションパルス）を印加する。

� その後、傾斜磁場により横磁化成分の位相分散を促進させ、脂肪信号を消失させてから本撮影に入る。

f

水 脂肪

静磁場の均一性(B0)の影響

良良良良いいいい

普通普通普通普通

悪悪悪悪いいいい

f

水 脂肪CHESSパルス

消え残り

良良良良いいいい

普通普通普通普通

悪悪悪悪いいいい

静磁場の均一性(B0)の影響

実際は、磁場の不均一の影響で脂肪抑制のムラが発生しやすい

磁場の強さの単位（ガウス、テスラ）とは、単位面積あたりの磁力線の数

同じ磁力線の数でも密集している場合は磁場が強くなり周波数も高くなる

磁場 強い＝ 周波数 高い

磁場 弱い＝ 周波数 低い

磁力線

実際は、磁場の不均一の影響で脂肪抑制のムラが発生しやすい

�磁力線はお互いに反発しあう（平行に揃えるのが難しい）�空気は常磁性（磁力が通りやすい）だが、人体は反磁性

理想磁力線がまっすぐで間隔が一定

実際磁力線の“粗密”が生じる

“粗”磁場が弱い周波数が低い

“密”磁場が強い周波数が高い

実際は、磁場の不均一の影響で脂肪抑制のムラが発生しやすい

“粗”磁場が弱い周波数が低い

水抑制

“密”磁場が強い周波数が高い

何も抑制されない

水の信号 脂肪の信号

← 3.5ppm → 周波数低い周波数高い

脂肪抑制パルス

中心周波数

水の信号 脂肪の信号

← 3.5ppm → 周波数低い周波数高い

脂肪抑制パルス

中心周波数

水の信号 脂肪の信号

← 3.5ppm → 周波数低い周波数高い

脂肪抑制パルス

中心周波数

理想状態

実際は、磁場の不均一の影響で脂肪抑制のムラが発生しやすい

Chess pulseのののの周波数帯域周波数帯域周波数帯域周波数帯域はははは

180Hz

特徴

�目的部位の信号が抑制されるか否かで、脂肪であるかの判定が出来る。

デメリット

� 磁場の不均一に左右されやすい

� 低磁場装置には不向き（0.5Tの3.5ppmはわずか73Hz）

� 撮影条件に制限がかかる。 TRの延長もしくは撮影可能枚

数の減少

Chem SAT

SPECIAL, SPIR

SPECIAL法法法法ではではではでは水信号水信号水信号水信号にはにはにはには全全全全くくくく影響影響影響影響をををを与与与与えないえないえないえない

水水水水

脂肪脂肪脂肪脂肪

撮影開始

TI

t

Mz

スペクトラル（周波数選択的）にインバージョンパルスを照射して脂肪抑制を行う方法

○ Chme SATと比較し縦磁化の回復に時間がかかり脂肪の抑制効果

が長い。（TRの短い高速撮影に適している）

○ 撮影時間の延長が少ない。

× 脂肪のnull point付近での撮影のため完全に磁化が消失していな

い（複数の励起パルスの影響を受け、コントラストが低下→要造影）

メリット/デメリット

時間分解能優先の撮影には、非常に適しているが、脂肪の抑制効

果を優先させるのであればChemSATが適している。

SPECIAL

非選択的脂肪抑制法

STIR（Short TI（Tau） Inversion Recovery）最初に反転パルス（IRパルス）でスピンを－Mz方向に180度倒してから、脂肪信号の縦磁化成分がゼロ点（null point）まで回復するTI時間後にデータ収集を行う方法。

脂肪

水TI

0

Mz

t（ms）

－Mz

SPECIAL,SPIR:脂肪のみを周波数選択してIRパルスを使う⇒【選択的脂肪抑制】

STIR:水にも脂肪にもIRパルスを使う⇒【非選択的脂肪抑制】

STIR（Short TI（Tau） Inversion Recovery）

脂肪

水TI

0

Mz

t（ms）

－Mz

90°

RF

脂肪0

180°

水

TI時間後、脂肪の縦磁化成分はゼロとなり、ここで励起パルスを打つと脂肪信号は抑制される

� null pointを脂肪に合わせたIR法である。信号強度がゼロになる時間TIは、

TI（null）＝0.693T1

脂肪のT1値は1.5Tでおよそ200msなのでTIの設定は、

0.693 x 200 ≒ 140 msec となる。

� 脂肪と同程度のT1値を有する組織の信号も抑制される。→脂肪特異性は低い。信号が抑制されたからといっても

脂肪とは限らない。

� 全体としてのSNRは低くなる。

� CHESS法に比べ磁場の不均一性に強い。→磁場の均一度が低い装置でも可能な手法

STIR法の特徴

SSRF（Spectral-Spatial Radio Freqency）

水選択励起法

水と脂肪のｹﾐｶﾙｼﾌﾄを利用して水の信号を選択的に励起する方法水と脂肪のｹﾐｶﾙｼﾌﾄを利用して水の信号を選択的に励起する方法水と脂肪のｹﾐｶﾙｼﾌﾄを利用して水の信号を選択的に励起する方法水と脂肪のｹﾐｶﾙｼﾌﾄを利用して水の信号を選択的に励起する方法

水と“脂肪”の位相分散差

；水

；脂肪

2.3ｍSec 4.6ｍSec 6.9ｍSec1.5Tの場合

OutOfPhase InPhase OutOfPhase

1.1ｍSec 2.2ｍSec 3.3ｍSec3.0Tの場合

励起⇒位相分散

α°°°°

どうやって水の選択励起を行っているのか？

パスカルの三角形

45° 45°

22.5° 45° 22.5°

11.25° 33.75° 33.75° 11.25°

90°

・・・・・・・・・・・・

1

1 1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

1 6 15 20 15 6 1

543223455 15101051)( babbababaaba +++++=+

（a+b)nの係数を並べたもの

水選択励起法 ( SSRF )

二項展開二項展開二項展開二項展開をををを用用用用いたいたいたいたRF pulseをををを印加印加印加印加するするするする( Binominal pulse )

1－1 Pulse（45°Pulseを2回照射）

F W

45°倒す out of phaseまで待つ

横磁化には水成分のみが倒されるW

F

45°倒す

1－3－3－1 pulse

１／８ Out of phase 3／８

Out of phase 3／８

W

F

① ②

11.25° 33.75° 33.75° 11.25° を4回に分けて照射

Out of phase

1／8

④

③

⑤ ⑥

⑥⑥⑥⑥ ⑦⑦⑦⑦F

W横磁化には水成分のみが倒される

SSRFの特徴

�各スライス毎に周波数を合わせているため、磁場の不均一に比較的強い。

�項数項数項数項数の増加の増加の増加の増加ででででTEの延長をの延長をの延長をの延長を伴う伴う伴う伴う

�組み合わせるｼｰｹﾝｽによっては呼吸停止下での撮影が組み合わせるｼｰｹﾝｽによっては呼吸停止下での撮影が組み合わせるｼｰｹﾝｽによっては呼吸停止下での撮影が組み合わせるｼｰｹﾝｽによっては呼吸停止下での撮影が

困難になる。困難になる。困難になる。困難になる。

� TEが少しずつ延長するので撮像部位，目的に応じてが少しずつ延長するので撮像部位，目的に応じてが少しずつ延長するので撮像部位，目的に応じてが少しずつ延長するので撮像部位，目的に応じて

分割数を使い分ける必要がある分割数を使い分ける必要がある分割数を使い分ける必要がある分割数を使い分ける必要がある。。。。

�ブラックバンドアーチファクトやオフセンターでのブラックバンドアーチファクトやオフセンターでのブラックバンドアーチファクトやオフセンターでのブラックバンドアーチファクトやオフセンターでの

脂肪信号の上昇が起きる脂肪信号の上昇が起きる脂肪信号の上昇が起きる脂肪信号の上昇が起きる。。。。

位相差法

水と“脂肪”の位相分散差

；水

；脂肪

2.3ｍSec 4.6ｍSec 6.9ｍSec1.5Tの場合

OutOfPhase InPhase OutOfPhase

1.1ｍSec 2.2ｍSec 3.3ｍSec3.0Tの場合

励起⇒位相分散

α°°°°

37 /

GE /

June 7, 2004

位相差法In phase

In phase : W+F

Out of phase

Out of phase : W-F

In phase+Out of phase=2W

純粋な水の画像純粋な水の画像純粋な水の画像純粋な水の画像 純粋な脂肪の画像純粋な脂肪の画像純粋な脂肪の画像純粋な脂肪の画像

In phase-Out of phase=2F

磁場磁場磁場磁場のののの不均一不均一不均一不均一があるのでがあるのでがあるのでがあるので完全完全完全完全なななな水脂肪分離水脂肪分離水脂肪分離水脂肪分離はははは不可能不可能不可能不可能

IDEAL：FSE、3D SPGRにて撮像可能Flex：LAVA・VIBRANTとの組み合わせで使用可能。息止め撮影対応。

水・脂肪分離技術

IDEAL & Flex

Agenda

�水と脂肪について

�脂肪抑制法の種類についてCHESS, Dixon(IDEAL), STIR, SSRF

� Adiabatic Spectral Inversion Recovery(断熱スペクトル反転回復)

SPECIAL, SPIR

SPECIAL法法法法ではではではでは水信号水信号水信号水信号にはにはにはには全全全全くくくく影響影響影響影響をををを与与与与えないえないえないえない

水水水水

脂肪脂肪脂肪脂肪

撮影開始

TI

t

Mz

スペクトラル（周波数選択的）にインバージョンパルスを照射して脂肪抑制を行う方法

SPAIR, ASPIRのののの場合場合場合場合、、、、脂肪脂肪脂肪脂肪をををを反転反転反転反転させるさせるさせるさせる送信送信送信送信のパルスのパルスのパルスのパルスがアディアバティックパルスがアディアバティックパルスがアディアバティックパルスがアディアバティックパルスにににになるなるなるなる。。。。

アディアバテッィクパルスってアディアバテッィクパルスってアディアバテッィクパルスってアディアバテッィクパルスって何何何何？？？？

Adiadatic

熱熱熱熱のののの損失損失損失損失またはまたはまたはまたは獲得獲得獲得獲得なしでなしでなしでなしで起起起起こるこるこるこるさまさまさまさま=断熱的断熱的断熱的断熱的

通常のSPECIALに比較して連続で長い時間をかけてIRパルスを打つ

よりたくさんの脂肪が反転される

SPAIR, ASPIR

�通常の励起パルスと比較し振幅だけでなく周波数（または位相）の変調を伴う複雑なパルス。 ⇒（Frequency and Phase Modulation）

�B1フィールド（RF送信磁場）不均一に依存しない。

�磁化ベクトルはB1フィールドと同じ方向。

�アンプ振幅は通常の励起パルスよりかなり大きくなり、印可時間も長い。（ゆっくりした周波数変化が必要なため、パルス幅が長い）

� 上記のため、Flow, 動き, B0不均一, 緩和の影響を受けやすい。� 枚数が数枚減ったり、SNRが低くなることがあります。� 強いB1と長いパルス幅でSAR大

Adiabatic pulseのののの特性特性特性特性