第21回関西GyroMeeting 金属アーチファクトへの対策 Tomohiro Mochizuki Philips Electronics Japan MR Application Specialist - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 磁化率変化による局所磁場の乱れが原因 反磁性体 常磁性体 強磁性体 外部磁場に対して反対 方向に磁化される。 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。 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>0 磁化率>1 磁化率<0 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 常磁性体 強磁性体 外部磁場に対して反対 方向に磁化される。 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。 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<0 磁化率>0 磁化率>1 H2O, Au,Cu, Ag等 Pt, Al,Ti,O2,Gd造影剤等 Fe, Co, Ni等 非磁性体 反磁性体 常磁性体 強磁性体 外部磁場に対して反対 方向に磁化される。 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。 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<0 磁化率>0 磁化率>1 H2O, Au,Cu, Ag等 Pt, Al,Ti,O2,Gd造影剤等 Fe, Co, Ni等 生体 磁化率アーチファクト 常磁性体 金属部に渦電流が発生し、 信号欠損となる 強磁性体 磁場がゆがめられる 周波数 磁性体の 影響 位置 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 周波数 磁性体の 影響 位置 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 Gradientの反転でRefocus FIDFID α° 速 遅 速 遅 磁場不均一の影響により Rephase出来ない Gradientの反転でRefocus FIDFID α° 速 遅 速 遅 磁場不均一の影響により Rephase出来ない 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 127MHz 12 128MHz 129MHz 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 127MHz 128MHz 129MHz Susceptibility 13 129MHz 129MHz Chemical shift 磁化率によりスライス方向に位置ズレを起こす 127MHz 128MHz 129MHz Susceptibility 14 129MHz 129MHz Chemical shift 磁化率によりスライス方向に位置ズレを起こす - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 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 SE法 FFE法 SE法と比較し、FFE法ではアーチファクトが顕著 SE 180° 90° RF Gz Gy Gx Signal 18 Refocusing Pulseにより 外部磁場の不均一の影響をなくす 180° 90° Refocusing Pulseを使わず、 傾斜磁場の反転で位相をそろえる FFE α° RF α° 外部磁場の不均一の影響を 受けやすい！ Gz Gy Gx Signal 19 - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置 64 128 192 256 Matrix scanの増加に伴いアーチファクトが減少 128 512 1024 Matrix scanの増加に伴いアーチファクトが減少 引用：Mi-Fung Lee, MD et. al. RadioGraphics 2007; 27:791-803 例)磁性体により周波数が40Hzズレていた場合 Band width:20Hz/pixel 2pixel分の歪み Band width:20Hz/pixel 2pixel分の歪み 周波数 方向 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 = γ × Gi × ⊿r × TE ⊿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 7mm 4mm 1mm スライス厚の低下に伴いアーチファクトが減少 引用：Mi-Fung Lee, MD et. al. RadioGraphics 2007; 27:791-803 ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction 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） 無信号 脂肪 水 周波数方向 217.3Hz（1.5T） 脂肪が低い周波数方向にズレる ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置 1.0 0.75 0.5 0.25 water-fat shiftの低下に伴いアーチファクトは減少 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＝ 1 ⊿Ts ＝ Ny Ny×⊿Ts ＝ (Ny : 周波数マトリクス) 周波数マトリクス サンプリング時間 WFSが大きい BWが狭い WFSが小さい BWが広い 周波数マトリクス BW = サンプリング時間 短い時間で信号を収集 長い時間で信号を収集 位相変化が 位相変化が 出にくい 出やすい ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode Refocusing pulse angle Refocusing pulseのangleを任意に設定可能 Refocusing pulse ・ SARを低減 ・撮像時間の短縮 (TRの短縮) ・ MT効果の低減 ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置 80 120 160(default) 180 Refocusing angleの増加に伴いアーチファクトが減少 80° 180° Refocusing angleの増加に伴いアーチファクトが減少 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！ ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode 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 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 ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode fat shift direction 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=P 前方にShift fat shift direction=A 後方にShift 磁化率アーチファクトが出る方向変更可能！ 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 H(Head) F(Feet) fat shift directionによりアーチファクトの方向が変化 ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Refocusing pulse angle Phase direction Fat shift direction B1 mode B1 mode 最大許容B1送信磁場を決定 RF pulse RF pulse 低いB1 高いB1 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 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 ～SE , TSEにおける対策～ T1W T2W PDW etc… Matrix scan , slice thickness → voxel sizeを小さくする Water-fat shift → 小さくする Refocusing pulse angle → 高くする Phase direction → 目的部位の位置を考慮 Fat shift direction → 目的部位の位置を考慮 B1 mode → 高くする(default) - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 ～FFE , TFEにおける対策～ T2*W MRA etc… Matrix scan , slice thickness Water-fat shift Phase direction Fat shift direction B1 mode TE Partial echo ～FFE , TFEにおける対策～ T2*W MRA etc… Matrix scan , slice thickness → voxel sizeを小さくする Water-fat shift → 小さくする Phase direction → 目的部位の位置を考慮 Fat shift direction → 目的部位の位置を考慮 B1 mode → 高くする(default) TE Partial echo ～FFE , TFEにおける対策～ T2*W MRA etc… Matrix scan , slice thickness → voxel sizeを小さくする Water-fat shift → 小さくする Phase direction → 目的部位の位置を考慮 Fat shift direction → 目的部位の位置を考慮 B1 mode → 高くする(default) TE Partial echo ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置 18.4ms 13.8ms 9.2ms TEの短縮によりアーチファクトが減少 4.6ms mFFE (R2.5～) 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 + + = 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 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 ～FFE , TFEにおける対策～ T2*W MRA etc… Matrix scan , slice thickness → voxel sizeを小さくする Water-fat shift → 小さくする Phase direction → 目的部位の位置を考慮 Fat shift direction → 目的部位の位置を考慮 B1 mode → 高くする(default) TE Partial echo partial echo 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。 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 位相方向 周波数方向 k-space ファントム：ゼリー内にホッチキスの芯を留置 no yes Partial echoの有無によりアーチファクトが変化 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！ ～FFE , TFEにおける対策～ T2*W MRA etc… Matrix scan , slice thickness → voxel sizeを小さくする Water-fat shift → 小さくする Phase direction → 目的部位の位置を考慮 Fat shift direction → 目的部位の位置を考慮 B1 mode → 高くする(default) 可能であれば短くする → T2*WはmFFEを使用 → 不要であれば外す TE Partial echo - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 Frequency Selectivity Pulse Type Characteristics STIR Non-selective 180°IR 磁化率の影響受けにくい 造影後は不適，SNRは低い SPIR Fat-selective 100～110°IR SNRが低下しない 一般的な周波数選択的脂肪抑制 SPAIR Fat-selective 180°IR B1の影響受けにくい 撮像時間の延長 Water-selective binominal RF 11, 121, 1331 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 WATS SPIR SPAIR STIR STIRの使用により均一な脂肪抑制が可能 SPAIR SPIR Fat-selective 100°IR RF STIR Fat-selective 180°IR RF non selective 180°IR RF 100° 180° 180° SPAIR STIR T2W脂肪抑制としては STIRが有用 R5よりオプション機能 mDIXON TSE • Achieva 3.0T TX • T2 Coronal • 400 mm FOV • 0.8 x 1.0 x 3.0 mm • 3:12 min Out-of-Phase Water Courtesy: St Jan Hospital, Brugges, Belgium In-Phase Fat 脂肪 脂肪 水 水 In-phase SIP = W + F SOP=|W - F| Out of phase ① ② SIP：In-phaseの信号値 SOP：out-phaseの信号値 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 R5よりオプション機能 SPAIR mDixon TSE 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 - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 R5.1.7より使用可能 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 Refocusing pulse 90° RF/Echo Gdiff 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 画像提供:静岡県立がんセンター様 Glioma post ope ？ DWI-EPI T2W DWI-TSE T1W + Gd 体内インプラントに有効な GRASE法を用いたＤＷＩ 寿量会 熊本機能病院 画像診断センター 放射線部 小林 健一郎・江口 紀子・林 泰宏 森木 俊秀・高石 朋毅 放射線科 中山 善晴 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) 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 scan mode/technique : MS/IR profile order: linear EPI factor : 17 gradient overplus : yes b-factors : 700 average high b: yes NSA: 4 SAR/whole body<22% slicethickness:4mm TE/TR : shortest SCAN TIME : 4.01.7 T2W EPI EPI ADC GRASE GRASE ADC T2W EPI EPI ADC GRASE GRASE ADC T2W EPI EPI ADC GRASE GRASE ADC 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) 症例画像③：マグネット式入歯有の頭部ＭＲＩ 症例画像④：左TKA後のMRI T2W EPI GRASE STIR EPI IR GRASE T2W EPI GRASE STIR EPI IR GRASE T2W EPI GRASE STIR EPI IR GRASE 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 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 • • • • • 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。 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) - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 Distortion-free imaging Imaging near metal: clinical needs and challenges Clinical Needs • Post-surgery follow up (Inflammation, tumor, …) • High soft tissue contrast Knee • High BW STIR • Ingenia 1.5T MR Challenges • Signal loss • Distortions • Fat-suppression Pelvis • High BW T1W • Ingenia 3.0T O-MAR* * Pending 510(k), not available for sale in the U.S.A. 2 Only for use with MR Safe or MR Conditional Implants. 2 Distortion-free imaging O-MAR* : Designed for improved visualization of soft tissue near metal implants 2 Features Knee • In-plane & through plane correction using SEMAC and VAT technology • • • • O-MAR*2 STIR 0.6 x 0.8 x 2.5mm 6:24 min Ingenia 1.5T • Compatible with dS SENSE Pelvis • T1W • 1.0 x 1.4 x 3.0 mm • 6:51 min • Ingenia 3.0T O-MAR*2 Spine • O-MAR*2 T1W • Ingenia 3.0T O-MAR* * Pending 510(k), not available for sale in the U.S.A. 2 Only for use with MR Safe or MR Conditional Implants. 2 - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 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 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 T1W-FFE COR T2W-TSE COR 鉄剤飲用後3時間 TE:2.3, WFS:0.35 TE:2.3, WFS:1.35 TE:6.9, WFS:1.35 T1W-FFE 鉄剤飲用後3時間 スキャン途中で磁性体に気づき、外したのに・・・ 頸椎の撮像で・・・ C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG T2W SAG SAG T1W SAG SAG T2W TRA TRA 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)・・・ C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG 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・・・ C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG T2W SAG Survey SAG STIR T1W SAG SAG TRA T2W SAG TRA SAG TRA T1W SAG TRA 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・・・ C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG T2W SAG Survey SAG STIR T1W SAG SAG TRA T2W SAG TRA SAG TRA T1W SAG TRA 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・・・ C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG T2W SAG Survey SAG STIR T1W SAG SAG TRA T2W SAG TRA SAG TRA T1W SAG TRA SAG T2W TRA TRA T1W TRA TRA ピップエレキバンを外したにもかかわらず・・・ C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG T2W SAG Survey SAG STIR T1W SAG SAG TRA T2W SAG TRA SAG TRA T1W SAG TRA SAG T2W TRA TRA T1W TRA TRA ピップエレキバンを外したにもかかわらず・・・ C-Spine Survey Ref STIR SAG SAG T2W SAG Survey SAG STIR T1W SAG SAG TRA T2W SAG TRA SAG TRA T1W SAG TRA SAG T2W TRA TRA T1W TRA TRA 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 1element 2element 3element 4element （c） CLEAR 歯のアーチファクトにより信号が欠損した・・・ 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！ - 金属アーチファクトへの対策 磁性体とアーチファクトの出現 撮像パラメータによる対策 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 実際にあった事例 ※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
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