第142回 磁気共鳴懇話会 アーチファクト除去のための テクニック Mitsuyo Matsumoto Application Specialist CS & Operation Div. Healthcare Philips Electronics Japan, Ltd. July 06, 2011 Artifact対策 頭部領域 脊椎領域 胸部領域 腹部・骨盤領域 Today’s Contents MRA信号欠損 FLAIR CSF Flow Artifact 造影後T1w Flow Artifact Diffusion 歪み 金属Artifact MRA信号欠損 原因 乱流による位相分散 Brain MRA -TOF TOF : Time of Flight ◆ 撮像時にスライス面外より、プロトンが流入もしくはスライス面 から流出する効果 →信号強度の上昇 or 低下 ◆ 短いTRを繰り返すことにより、周囲組織が低信号となる。 Brain MRA -TOF - 5 Brain MRA -TOF 血管蛇行部の信号の低下 TE α°パルス 血流 v＞Δd/TR 信号減弱 流れのあるもの（乱流）はDephaseが速い 位相分散への対策 2.3ms 6.9ms 11.51ms 大阪赤十字病院 高津様の御好意による 2D TOF vs. 3D TOF 利点 ・ 撮像時間が短い ・ 遅い血流に敏感 欠点 ・ スライス方向の分解能が悪い ・ 患者の動きによるミスレジストレーションが生じやすい 利点 ・ SNRが良い ・ スライス方向の分解能が良い 欠点 ・ 遅い流速に鈍感 ・ 飽和効果による信号低下 2D TOF 3D TOF 2D TOF vs. 3D TOF 3D TOF 2D TOF MRA信号欠損 原因 乱流による位相分散 対策 TEを短く！ 2D TOF等でCheck！ FLAIR CSF Flow Artifact 原因 IR Pulse幅が狭い。 FLAIR FLuid Attenuated Inversion Recovery TR IR Pulse 180° 180° 90° 90° TE FAT Water 180°反転 TR 2005.11.26 第2回関西GyroMeeting ～ For Next Scan ～ 脳脊髄液の Null point FLAIR FLuid Attenuated Inversion Recovery TR IR Pulse 180° 180° 90° 90° PackageによってIR選択励起スライス厚が異なる IR Pulse選択 励起厚 ◆ 2 Packageの場合 IR Pulse選択 励起厚 2005.11.26 ＝ スライス厚×2×0.75 流れを持つ脳脊髄液の 第2回関西GyroMeeting ～ For Next Scan ～ 抑制に効果大 スライス厚 Package = Acquisition = concatenate FLAIR 2 Package FLuid Attenuated Inversion Recovery 3 Package ４ Package 2005.11.26 第2回関西GyroMeeting ～ For Next Scan ～ Package = Acquisition = concatenate FLAIR FLuid Attenuated Inversion Recovery IR Pulse Power1 IR Pulse Power 2 FLAIR CSF Flow Artifact 原因 IR Pulse幅が狭い。 対策 Package数を多く！ IR Power強く！ Package = Acquisition = concatenate 造影後T1w Flow Artifact 原因 造影剤による高信号 領域の位相ずれ Flow compensation : 流速補正 Slice select gradient G 流動体 t G -2G Phase 静止組織 Time Flow compensation : 流速補正 SE : TR / TE = 400 / 15 Flow com - Flow com + Flow compensation : 流速補正 SE : TR / TE = 400 / 15 Flow com - Flow com + Full Flow com + 周波数方向 周波数方向 スライス方向 Multi Vane GE ：Propeller Siemens ：BLADE T2W TSE restless patient 0.45 mm resolution Scan time 2:53 min T2W TSE MultiVane restless patient 0.45 mm resolution Scan time 2:46 min Multi Vane GE ：Propeller Siemens ：BLADE Data collection Phase correction Cartesian Motion correction Gridding MultiVane Final reconstruction Multi Vane Cartesian Multi Vane MultiVaneで撮像するとFlow artifactを抑制される ３D Image 3D T1-TFE ３D TSE(VISTA) 3D収集はTEが短いためアーチファクトが少ない。 造影後T1w Flow Artifact 原因 造影剤による高信号 領域の位相ずれ 対策 Flow Comp.を使用。 Multi Vane。 3Dシーケンスの併用。 Diffusion 歪み 原因 EPIシーケンスによる 歪み Diffusion 歪み SE型EPI 90° Echo 180° G Δ δ b＝γ2G2δ2(Δ-δ/3) sec/mm2 位 相 エ ン コ ー ド 方 向 周波数エンコード方向 周波数エンコード方向の歪みが 位相エンコード方向へ蓄積 位相エンコード方向に 大きな ケミカルシフトアーチファクト！ Diffusion 歪の大きさ 歪みの大きさ = ⊿Φ ⊿k ⊿Φ：位相シフト量 ⊿k：k-spaceの充填距離 phase k=0 ⊿k ⊿Φ 位相シフト量を減らすかk-space充填距離を長くすると 歪みが低減できる Diffusion 歪み対策 SENSE ⊿k ⊿k ⊿k SENSE : no SENSE : 1.5 SENSE : 2.0 phase phase phase SENSE併用により歪みは低減 Diffusion 歪み対策 SENSE phase SENSE factor : 1.0 phase SENSE factor : P3.0 SENSE併用により歪みは低減 Diffusion 歪み対策 RFOV% RFOV 50 , SENSE no RFOV 100 , SENSE no ⊿k RFOV 100, SENSE ⊿k 歪みの低減効果は同じ！ 2 ⊿k Diffusion 歪み対策 RFOV% SENSE : no, RFOV50% SENSE : 2.0, RFOV100% 歪みの低減効果は同じ！ Diffusion 歪み対策 周波数Matrix ⊿k ⊿k ⊿k ⊿Φ ⊿Φ ⊿Φ 256 × 100 % 192 × 100 % 128 × 100 % Scan matrixが小さい方が歪みは低減 Fat shift direction Fat shift direction (読み取り傾斜磁場の極性を変更し、 ケミカルシフトアーチファクトの 出る方向を変更することができる パラメータ) fat shift directionを変更すると、 ケミカルシフトアーチファクトが出る方向を変えられる （EPI以外でも使用可） Fat shift direction fat shift direction=P 磁化率アーチファクトが前方にShift fat shift direction=A 磁化率アーチファクトが後方にShift 磁化率アーチファクトが出る方向 変更可能！ Diffusion 歪み 原因 EPIシーケンスによる 歪み 対策 SENSE ↑ RFOV% ↓ FOV ↓ 周波数方向Matrix ↓ Fat Shift Direction 金属Artifact 原因 磁化率の違い 金属Artifact 物質が磁場の中に置かれると磁化を帯びる その度合いが磁化率 反磁性体 常磁性体 強磁性体 磁化率<0 磁化率>0 磁化率>1 磁場に対して 反対方向に 弱い磁化率を持つ 磁場の向きに 磁化される 強い磁化率を持つ H2O, Cu, Agなど Pt, Alなど Fe, Co, Niなど 磁化率アーチファクト 金属Artifact 常磁性体物質 金属部に渦電流が発生し、 信号欠損となる 強磁性体金属 磁場がゆがめられる FFE vs. SE FFE SE Spin Echoは磁場の不均一に強いSequence Refocusing Pulseにより 外部磁場の不均一の影響をなくす 90° 180° 90° 180° RF Gz Gy Gx Signal 41 Refocusing Pulseを使わず、 傾斜磁場の反転で位相をそろえる α° RF α° 外部磁場の不均一の影響を 受けやすい！ Gz Gy Gx Signal 42 Water Fat Shift ： Band width FFE法 SE法 SE法 BW : 9.6Hz (WFS 1.075) BW : 445.2Hz (WFS 0.500) Band Widthを広げる！ Water Fat Shiftを小さくする！ Water Fat Shift ： Band width 磁化率が異なると局所磁場の歪みが生じる 歪みの影響を長く受ける方が 磁化率アーチファクトは強くなる サンプリング時間は短い方が影響を受けにくい BWが広い（WFSは小さい）方が 磁化率（金属）アーチファクトは小さくなる！ Water Fat Shift ： Band width 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) Water Fat Shift ： Band width アナログ信号 時間 ⊿Ts : サンプリング間隔 Ny 1 ＝ BW ＝ ⊿Ts 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 Water Fat Shift ： Band width BWが広い BW = BWが狭い 周波数マトリクス 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 磁化率の影響が 磁化率の影響が 出にくい 出やすい 金属Artifact 原因 磁化率の違い 対策 FFEよりSE法で！ Band widthを広く！ 磁場の均一性を高める。 - Volume Shimを設定する。 - Voxelサイズを小さくする。 - TE、Echo Spaceの短縮 Artifact対策 頭部領域 脊椎領域 胸部領域 腹部・骨盤領域 Today’s Contents CSF フローボイド C-Spine Motion Artifact CSF フローボイド 原因 流れが速いために信号と して捕らえきれない。 CSF フローボイド SE（TSE）の場合 180 90 90°倒された磁化が流れ去っ ているためEchoをとらえる事が できない。 CSF フローボイド SE vs. FFE TSE FFE CSF フローボイド 2D vs. 3D 2D TSE 3D TSE CSF フローボイド 原因 流れが速いために信号と して捕らえきれない。 対策 T2wよりT2*wで！ TE、Echo space短く！ 2Dより3D！ C-Spine Motion Artifact 原因 嚥下やCSF拍動による 動きによる位相ずれ Motion Artifact - Echo space Linear Profile order TSE factor 9 Echo spacing TSE factorを多くするとEcho spacingが小さくなる すなわちシャッタースピードが速くなるため、動きの TE TSE factor 25 アーチファクトが低減される。 TE Motion Artifact - Echo space TSE factor 5 Linear Profile order Echo spacing TE Start up Echos TE TSE factor 9 +Start up2 Motion Artifact - Echo space - TSE Factor 9 Echo spacing 22 TSE Factor 9 Start up echo 4 Echo spacing 12.2 TSE Factor 17 Echo spacing 12.2 Motion Artifact – 位相方向B FH AP Motion Artifact – 位相方向Foldover Direction + Planningの工夫 Foldover direction Motion Artifact – SAT PulseFoldover Direction/位相方向 : FH C-Spine L-Spine Motion Artifact – SAT Pulse- AP RL Motion Artifact 原因 嚥下やCSF拍動による 動きによる位相ずれ 対策 Echo space短く！ 位相方向を入れ替える！ SAT Pulseを利用！ Artifact対策 頭部領域 Today’s Contents 脊椎領域 胸部領域 血流によるArtifact 腹部・骨盤領域 Quadrupole Artifact 血流によるArtifact 原因 早い血流による位相ずれ 血流によるArtifact –Trigger Delay- Trigger Delay Longest(879ms) Trigger Delay shortest(9.6ms) 血流によるArtifact –Trigger DelayTrigger Delayを調整することにより、拡張期、収縮期等、 撮像タイミングを任意に設定可能。 R R Trigger Data Delay Acquisition Trigger Delay shortest = 収縮期 = 動脈血流最大 = アーチファクト ↑ 血流によるArtifact –Trigger DelayTrigger Delayを調整することにより、拡張期、収縮期等、 撮像タイミングを任意に設定可能。 R R Trigger Delay Data Acquisition Trigger Delay Longest = 拡張期 = 動脈血流最小 = アーチファクト↓ 血流によるArtifact - Shot duration - Resp Resp VCG＆Resp No SENSE 674ms SENSE 2 358ms SENSE 2 358ms 血流によるArtifact - Shot duration Trigger Delayを調整することにより、拡張期、収縮期等、 撮像タイミングを任意に設定可能。 R R Trigger Delay Data Data Acquisition Acqui sition Shot Duration↓= 動脈血流最小 = アーチファクト↓ 血流によるArtifact - Shot duration M2D / B-TFE / RT Shot duration 385ms 3D / B-TFE / Navi Shot duration 150ms 血流によるArtifact 原因 早い血流による位相ずれ 対策 Trigger Delay Longest Shot Duration短く！ Quadrupole Artifact 原因 渦電流が患者の左→右、 前→後方向へ流れること による脂肪抑制ムラ 脂肪抑制技術 Frequency Pulse Type Selective Characteristics STIR Nonselective 180°IR 磁化率の影響を受けにくい 造影後は不適切 SNRが低い SPIR Fat-selective 100°IR SNRは低下しにくい 一般的な周波数選択的脂肪抑制 SPAIR Fat-selective 180°IR B1の影響を受けにくい 撮像時間が延長する恐れがある WATS Waterselective Binominal RF 11, 121, 1331 TRの延長が少ない TEの延長のおそれあり Thicknessに制限がある(5mm以上) 周波数の差を利用した脂肪抑制 ChemSAT：Chemical SATuration（GE） FatSat：Fat Saturation（TOSHIBA）（SIEMENS） SPEC-IR：SPECtral IR（GE） SPECIAL：SPECtral Ir Attenuation of Lipid（GE） SPIR：Spectral Presatulation with Inversion Recovery（PHILIPS） SPAIR：SPectral Attenuated Inversion Recovery（PHILIPS） CHESS 化学シフトは、外部磁場の強さに比例するため、 プロトンに対する相対値 PPM（Parts Per Million：百万分率） で表記される CHESS 水 1.5Tの場合 脂肪 周波数選択的に パルスを照射 Hz 217Hz CHESS 脂肪抑制ムラ RFパルスの不均一性（B1 inhomogeneity） エディーカレント SPAIR SPIR pulse B0 SPAIR pulse z z 100～110° 180° y y x 79 B0 x SPAIR 脂肪抑制ムラを解消 SPIR RFパルスの不均一性（B1 inhomogeneity） エディーカレント SPAIR QuadrupoleアーチファクトはFOVが広くなると顕著になる Volume shiming 磁場の均一性を高めるため、Volume shimを設定。 F0 Monitoring（中心周波数） 水 脂肪 F0 Hz 水 脂肪 F0 Hz F0をマニュアルで調整 Frequency offset 水 Frequency Offset 脂肪 Hz 水 Frequency Offset 脂肪 Hz Frequency offset 水 Frequency Offset 脂肪 Hz 水 Frequency Offset 脂肪 Hz Shot数増加による脂肪抑制効果向上 SPIRを使用した際のTFE factorでの脂肪抑制効果の違い TFE Fat-selective 100°IR K=0 k=0 90° Profile order : low-high Shot数増加による脂肪抑制効果向上 SPIRを使用した際のTFE factorでの脂肪抑制効果の違い 203 203 103 51 103 Shot:2 Shot:1 Shot:4 TFE factorが小さくなる(Shotが増える）ほど、 脂肪抑制効果が上がる！！ 51 Quadrupole Artifact 原因 渦電流が患者の左→右、 前→後方向へ流れること による脂肪抑制ムラ 対策 SPAIR Pulseの使用！ Volume shim F0 Monitoring Frequency offset Shot数増加！ Artifact対策 頭部領域 脊椎領域 胸部領域 腹部・骨盤領域 Today’s Contents Motion Artifact Flow Artifact 息止めができない… Black Band Artifact Fine Line Artifact SENSE Motion Artifact 原因 呼吸による動き 呼吸同期 吸気 吸気 吸気 呼気 呼気 呼気 呼気時がもっとも動きが安定 このタイミングで撮像する！ 呼吸同期 データ収集 データ収集 データ収集 呼吸同期 Trigger 撮像開始 ポイント 呼吸同期 Trigger Trigger delay Trigger Trigger 呼吸同期 Trigger Trigger Trigger Trigger delay + データ収集時間 ∥ 呼気時間 呼吸同期 –Trigger Delay- Trigger delay = 0msec Trigger delay = 500msec Motion Artifact 原因 呼吸による動き 対策 Trigger Delayをしっかり！ 呼気タイミングにTRを設定 Flow Artifact 原因 動脈、静脈の拍動よる 動きによる位相ずれ Flow Artifact 流れる血液を事前に抑制する 動脈をCut 静脈をCut Flow Artifact REST（SAT）あり TR:316ms Scan time:26s REST（SAT）なし TR 延長！ TR:132ms Scan time:12s Flow Artifact TR 延長！ RESTは通常、スライス毎にSaturationパルスが印加される TR 1 Slice Slice selective 2 3 REST 4 5 Time Flow Artifact Shared REST： 各Packageに付き、1本のRESTが追加される。 TR 1 Slice Slice selective 2 3 REST 4 5 Time Flow Artifact Shared REST： REST（SAT）あり Shared REST REST（SAT）なし TR:316ms Scan time:26s TR:147ms Scan time:12s TR:132ms Scan time:10s Flow Artifact Shared REST+励起順： Rev.central：励起順を工夫。それぞれのスライス励起パルスがRESTの代わりをする TR 1 Slice Slice selective 2 3 REST 4 5 Time Flow Artifact 原因 動脈の拍動よる動き 対策 SAT Pulseの併用 励起順の工夫 息止めができない・・・ 息止めができない・・・ 原因 呼吸停止不良 呼吸補正：PEAR（RC） 吸 気 吸 気 吸 気 高周波 低周波 呼 気 呼 気 呼 気 高周波 呼吸による動きの影響を最小限に抑えるために、 呼気で収集したデータをk空間の低周波領域へ、 吸気で収集したデータを高周波領域へ充填する k=0 呼吸補正：PEAR（RC） k=0 3Dや2DのSEやIR、FFEで使用することが可能 呼吸補正：PEAR（RC） Free Breath PEAR（RC） SMART –加算平均Free Breath SMART SMART –加算平均通常の場合 （並列アベレージング） k=0 k=0 NSA1 NSA1 SMARTの場合 （シングルアベレージング） k=0 k=0 NSA1 NSA1 SMART –加算平均ＮＳＡ１ ＮＳＡ３ ＮＳＡ５ ＮＳＡ７ Single shot 高速Scanのため動きに強い Multi Shots Single Shot Single shot 180° 90° 設定位相数 = TSE-Factor Ex: Matrix : 256 Scan% : 100% RFOV% ：100% TSE-Factor : 256 256 line Single shot k-space Multi shot TSE factor 5 180° 180° 90° 90° Ex: Matrix : 256 Scan% : 100% RFOV% ：100% TSE-Factor : 5 位相数256 ÷ Factor5 = 51shots 256 line Multi shot k-space T1w呼吸同期 Single shot Ｔ１Ｗコントラストが つきづらい。 116 T1w呼吸同期 Single shot 息止めに比べて、十分な回復時間あり。 SPAIR使用の場合、 inversion delayの設定に注意！ コントラストはPre-Pulseで増強！ TFE Pre Pulse Invert=180° Saturate = 90° (With Trigger) Saturate=120° 118 T1w呼吸同期 Single shot e-THRIVE BH e-THRIVE RT TFE prepulse=saturate delay=800ms SPAIR Inversion delay=180ms 息止めができない・・・ 原因 呼吸停止不良 対策 呼吸補正 （PEAR/RC） 加算平均（SMART） Single shot - Pre-pulseでコントラスト増強 Black band artifact 原因 On Resonance spinとの 位相ずれによる信号の 打ち消しあい。 Balanced sequence TR/2 α/2 TR -α α t point α/2 pulse α/2~-α間はTR/2 -α.α pulse -α.α間はTR Off Resonanceの影響 TR α -α Mx Mx My My 青：On Resonance 赤：Off Resonance Off Resonanceの影響 TR α -α Mx Mx My My 青：On Resonance 赤：Off Resonance α-(-α）のフェイズサイクリングにより On Resonance Spin(水）が高信号。 Volume shimming Without Shimming Mx Mx My My With Shimming Mx Mx My 磁場の均一性を高くする My TRの短縮 Long TR Mx Mx My My Short TR Mx Mx My My TRを短くする Black band Artifact対策 対策 •Volume shimを使用し、 磁場の均一性を高める •TR・TEの延長を防ぐ Black band Artifact対策 対策 •Volume shimを使用し、 磁場の均一性を高める •TR・TEの延長を防ぐ TR・TE＝shortest WFS=minimum（BW=Max） 周波数Matrixを下げて、 WFSを更に小さくし、TRを短くする。 Scan%=100%以上で 空間分解能を維持 位相方向 Black band artifact 原因 On Resonance spinとの 位相ずれによる信号の 打ち消しあい。 対策 Volume shim 周波数Matrixを下げて BWを広げてTRを短く！ Fine Line Artifact 原因 Stimulated Echoによる アーチファクト Fine Line Artifact –Stimulated Echo- STIR、T2w脂肪抑制、 PDｗ、T1脂肪抑制等で発生 Fine Line Artifact –Stimulated Echo- FID signal FID + SE signal SE signal (HE) FID + SE signal + Stimulated echoes Stimulated echoes Fine Line Artifact –Stimulated EchoTSE + Fatsat の場合 Stimulated Echo Fat選択励起Pulse Echo数を変更 Echo Spaceを広げる！ Echo Space：6ms Echo Space：7ms Fine Line Artifact – Flow Comp. Rev Linear（TSE Factor : 89） Linear （TSE Factor:99） Fine Line Artifact – Flow Comp. Flow Comp. : No Flow Comp. : Yes Fine Line Artifact 原因 Stimulated Echoによる アーチファクト 対策 RF Pulse数の変更。 -TSE-Factor -SAT Pulseの追加 Echo Spaceの変更。 Artifact対策 血流によるArtifact MRA信号欠損 Quadrupole Artifact FLAIR CSF Flow Artifact Motion Artifact 造影後T1w Flow Artifact Flow Artifact Diffusion 歪み 息止めができない… 金属Artifact Black Band Artifact CSF フローボイド Fine Line Artifact C-Spine Motion Artifact SENSE S G
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