MRI検査 基礎MRI

MRIの基礎2:Spin Echo(SE)法からFast Spin Echo(FSE)法に進化しよう!

新人技師
昨日、久しぶりにMRI担当が回ってきたからSpin Echo法(SE法)のT2強調画像(T2WI)を復習しながら、時間短縮してやるーなんて思ってたんだけど!
週替わりなんだね、モダリティ担当。んで、なんで怒り気味なわけ?
ラジグラ
新人技師
うちのMRIのT2WIはほとんどFast Spin Echo法(FSE法)で、教えてもらったこと使えないじゃん!
あーそのことw例に挙げた撮像時間は現実的じゃないことは気付いてよ!でも、SE法じゃないってことに気が付いたのは感動!
ラジグラ
新人技師
あーって!?FSE法ぐらい気がつきましたよ!例で言ってた撮像時間が現実的なことは感じなかったわw早くそのFSE法を教えて!
なんか貪欲だね!前回と打って変わって!前回記事は下から!
ラジグラ
SE法におけるTR
MRIの基礎1:原理は置いといて、SE法T2WIにおけるTRの基礎的な考え!

ラジグラお久しぶりです!みなさん、ブログ更新をかなりサボりました\\\\٩( 'ω' )و ////ごめんなさい!! かなりってレベル通り越して、久しぶりすぎでは収まりきらないし、存在を忘れてたわw新 ...

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Fast Spin Echo法(FSE法)を理解する前に!

今回、MRIの基礎をシリーズは、撮影時間の数式から理解向上を目的に攻めています。どうしても、この理解法だとSE法が必要になってくるのでご理解を!まず、SE法の撮影時間の数式を思い出しましょう!

SE法の撮影時間の数式

撮影時間=TR(繰り返し時間)×位相数(Matrix)×加算回数

いよいよ本題となるFSE法を理解していこう!

SE法の撮像時間の数式は簡単な数式なので覚えてられると思います。で、今回のFSE法になると上の式が変化します。どんなように変化するか、難しくならないか不安の方いるかもしれませんがむちゃくちゃ簡単な変化です!

FSE法の撮影時間の数式

撮影時間=(TR(繰り返し時間)×位相数(Matrix)×加算回数)/ETL(エコートレイン)

解説していくとSE法で使っていた撮影時間の数式をエコートレイン(ETL:echo train length)という値で除しています。数式の変化は簡単だからETL(エコートレイン)を理解してしまえば、FSE法も原理を抜いてでも理解できそうな気持ちになりません?撮影時間に関して言えば、ETLが大きくなればなるほど、数式から考えて時間短縮になるということがわかると思います。

ELTはなにを指すの?

ETLはメーカーによって言い方が違います。

  • 日立メディコ社:E-factor
  • Philips社:turbo factor
  • Canon社(旧Toshiba社):エコーファクター

まーややこしいですよね。ベンダーによって言い方が変わるってo(`ω´ )o

SE法のシーケンスを思い出していきましょう!

SE法のシーケンス

SE(Spin Echo)法

SE(Spin Echo)法

これも学校で習ったり、国試にでることで結構頭に残っていますよね。これに数式にあったETLが混ざり込んでFSE法になります。では、FSE法のシーケンスをみていきましょう。みてもらうとわかるように180°パルスを複数回かけて、複数のエコーを収集しているのがわかると思います。つまり、収集するエコーの数が増えたことによって、SE法より早く収集できることもわかりますよね?

FSE法のシーケンス

FSE(Fast Spin Echo)法

シーケンスは以下になります。

FSE(Fast Spin Echo)法

上のFSE法はTRに対して180°パルスを3回打ち、3個のエコーを収集しています。3個の180°パルスをだしているので、「ETL:3」と表します。ETLを6にすれば、撮像時間は数式より半分になります。多ければ多いほど、撮像時間は短くなり、トレードオフでなにかを失いますw

そして、感のいい方は気付いたと思いますが、エコー時間(TE)がなくなっています。SE法では1個目のエコーを収集する時間をTEとしていましたが、FSE法は複数のエコーを取得するのでどこのエコー収集した時間をTEとするかわからなくなってしまいます。しかし、エコーは収集しているのでどこかをTEと言わなくてはいけませんので、TEの名称が変わり、「実効TE」といいます。そして、180°パルスの間隔を「Echo Space」といいます。さて、難しくなって来る予感しますよね…

そもそもTEってなに?

TEはTR同様、T2WIとT1強調画像(T1WI)の値は違います。TEというのは、SE法でいうならエコーを取る時間というのはシーケンス(上図)からわかると思います。そして、FSE法になるとエコーが複数あるのでTEという概念が崩れます。そのため、実効TEという定義がでてきました。もうTEの理解を避けて、次に進むことはできないと感じたと思います。ということでTRと同じようにある程度のTEを範囲で使いますので、大前提として覚えましょう!(SE法・FSE法の場合)

T2WI(T2強調画像) TE → 100 msec 前後(80 - 120 msec)
T1WI(T1強調画像) TE → 20 msec前後

もちろん、これにはTRの時と同じようにT1(縦緩和)とT2(横緩和)とPD(プロトン密度)の話をすっ飛ばしました!あしからず!

実効TEってなに?

「よし、撮影時間の数式のETLがわかったし、TEも範囲内で使えばいいってことだからFSE法も簡単じゃん!」となればいいのですが、そう簡単には問屋がおろしてくれないところがMRIの難しさなんですよね…

先ほども説明したようにTEの概念がエコーが複数あることでわからなくなってしまいます。では、TE(実効TE)を決めるための新しい数式を覚えましょう!

実効TEについての数式

実効TE= Echo Space × k空間の中心を埋めたエコーの本数

♪───O(≧∇≦)O────♪キターーーーー!k空間!これ、苦手意識が全開ででてしまうワード!でも、簡単に考えましょう。下図の左がk空間の説明になります。中央部分の白い部分は低周波成分とよばれ、「コントラスト」に影響します。周辺の黒い部分は高周波成分とよばれ、「鮮鋭度」に影響します。もうこれだけです。

k空間の中心を埋めたエコーの本数ということでどういうことかわかりにくいとは思いますが、また、下の図(中央・右)をみてください。上のシーケンスはETL = 3 なので、k空間を埋める本数は3本になります。

k空間の埋め方

 

k空間の埋め方が中央と右が違います。番号はk空間を埋めた順になり、青い部分(中央・右)が1番はじめに、オレンジ(図右)は2番目に埋めた撮像方法です。k空間の中央を埋めた本数が変わっていることがわかります(中央は1番目・右は2番目)。また、埋め方がk空間の一番上から埋めた場合のエコーの本数は ETL / 2 = 3 / 2 = 1.5(小数点の場合は繰り上げ) = 2 ということも覚えましょう。では、数式から理解するためにEcho Spaceを10msecとしましょう。

実効TEの違い

  • 真ん中からk空間を埋めた場合
    • 実効TE = 10 msec × 1 = 10 msec
  • 一番上からk空間を埋めた場合
    • 実効TE = 10 msec × 2 = 20msec

計算値でみるとk空間の埋め方の違いで10 msecの違いがでました。つまり、実効TEが変わるということもわかったと思います。なので、実効TEがずれるということは画像のコントラストがずれてしまいます。言い換えると低周波成分に入る実効TEの値がずれているから低周波成分(コントラスト)がずれるとなります。

実効TEとk空間の低周波成分(中心部分)とコントラストは相関する

では、ETLが3だった撮像方法をETLを6にして半分の時間短縮を目的とした場合も考えてみましょう。

ETLが6の場合の実効TEの違い

  • 真ん中からk空間を埋めた場合
    • 実効TE = 10 msec × 1 = 10 msec
  • 一番上からk空間を埋めた場合
    • 実効TE = 10 msec × 3 = 30msec

ここで言いたいことは、埋め方が真ん中から埋めている場合は、実効TEが変わらないので画像のコントラストは変わりません。そして、撮像時間も半分!ナイスな使い方です。しかし、一番上から埋めていた場合は、実効TE(コントラスト)部分は 20 msec → 30 msec になるので画像のコントラストが変わってしまいます。これでは撮像時間短縮の目的に失う代償は大きいですよね!ということで以下のポイントを押さえましょう!

ETLを増減させる場合は、k空間の埋め方に注意して!そして、画像コントラストを変えないために実効TEを確認する!

T2WIで実効TEを考えてみる!

では、前の記事の例であげたT2WIの撮影時間(TR: 5000 msec・Matrix: 256・加算回数: 1)を再掲しますね。そして、ELTを10と設定して撮像時間を計算すると

撮影時間

SE法:5000(TR)× 256(Matrix)× 1(加算回数)= 1280000 msec = 約22分

FSE法:5000(TR)× 256(Matrix)× 1(加算回数)/ 10= 128000 msec = 2分8秒

となります。だいぶ現実的な撮像時間になったと思います。で、ここでELTが10の状態でEcho Spaceを 20 msecとします。そして、実効TEを計算してみましょう。

撮影時間

真ん中からk空間を埋めた場合:実効TE = 20 msec × 1 = 20 msec

一番上からk空間を埋めた場合:実効TE = 20 msec × 5 = 100msec

では、この実効TEの数値と大前提となるTEを合わせてみましょう!

T2WI(T2強調画像) TE → 100 msec 前後(80 - 120 msec)
T1WI(T1強調画像) TE → 20 msec前後

気づきました?k空間を上から詰めるとしっかりT2WIのTE(上の例だと100 msec)が大前提の範囲になります。しかし、TR5000のT2WIの撮像時間で、k空間の真ん中から埋めてしまうとTE(上の例だと20 msec)がT2WIの前提からずれてしまうため、画像のコントラストが得られなくなります。しかし、よくみるとT1WIのTEに近いことがわかります。なので、前の記事で挙げたTRを大前提である400 から 600 msecのすれば、T1WIが撮れることになります。

T2WIを撮像の際には、k空間は上から詰めた方がTEが調子がいい!T1WIを撮像する際には、k空間は真ん中から詰めた方が調子がいい!

なんかMRIを使いこなせそうな気になってきませんか?(*´∀`)♪

FSE法はELTも大きくすれば撮像時間が短くなるんだね!?

FSE法はとても便利で、ELTを増やすだけで撮像時間が短くできることが数式からわかったと思います。しかし、MRIはパラメータをいじることで常にトレードオフが発生してきます。ELTを増やすと以下のデメリットが増えますので注意してください。原理とかは補足記事に書きますね!

ETLを増やした時の注意ポイント

  • SNR(信号対雑音比 signal-to-noise ratio)が低下します
  • ブラーリング(ぼけ)の増加
  • MT効果により脂肪信号が高くなり、コントラストが低下
  • jカップリング効果により脂肪信号が高くなり、コントラストが低下

FSE法のまとめ

今回は、FSE法の記事を書きましたがMRIの難しさが出てきた感じになったと思います。しかし、数式を覚え、わからない部分を補填していけば理解は難しくはないと思います。では、まとめていきますね!

FSE法のまとめ

  • 撮像時間 = (TR(繰り返し時間) × 位相数(Matrix)×加算回数)/ ETL(エコートレイン)
  • ETLは1TRの間に取得する180°パルスの数、その180°パルス間をEcho Spaceという
  • TEの概念が実効TEとなった
  • 実効TE = Echo Space × k空間の中心を埋めたエコーの本数
  • k空間の中心は低周波成分でコントラストに影響する
  • k空間の中心周囲は高周波成分で鮮鋭度に影響する
  • k空間の埋め方は、種類がある
  • ETLを増減するとk空間の埋め方によって実効TEがずれるので注意が必要
  • T2WIはk空間を上から埋めるほうがいい
  • T1WIはk空間を中心から埋めた方がいい
  • T2WIのTEは長く、100 msec前後
  • T1WIのTEは短く、 20 msec前後
  • ELTの増加は、撮像時間を短縮するがトレードオフとしてSNR低下・ブラーリング(ぼけ)の増加・MT効果、jカップリング効果により脂肪信号が高くなり、コントラスト低下がある
新人技師
まとめが長いよ!!!
繋がりを大切にしたら、記事の切りどころがなくなって自滅したよ
ラジグラ
新人技師
でも、簡単な理解で済んだからあっさりいけたけどね。
理解できたならよかったですよ!
ラジグラ
新人技師
あー、今日でMRI担当おしまい…また1ヶ月後MRI担当…この記事のことを現場で使えないじゃん!

 

MRIをしているなら「荒木 力」先生は知っているはず!

MRIで撮像を行なっている診療放射線技師で「荒木 力」を知らない技師はほとんどいないはず!数多くの著書を出されていて、どれも重宝するものばかりだ。日常診療をおこなている中でMRIの疑問は、「パワーテキスト」かこの「決定版MRI完全解説」で解決してしまう。MRIを使っている施設・技師にとってはMUST ITEMだろう!

 

  • この記事を書いた人

ラジグラ

@ラジグラです。放射線検査(一般撮影、CT検査、MRI検査、超音波検査)等、読影を中心にブログを更新していきます。少しでもわかりやすい記事とイラストをモットーにして更新していきます。最近は講師などをして表にも露出を高めていますので、見かけたら声をかけてくださいね!

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