第29回関西Gyro Meeting

Motion artifactへの対策

Tomohiro MochizukiPhilips JapanMR Application Specialist

ContensMotion artifactへの対策

Motion Artifactへの対策

位相エンコードとMotion Artifactの原理

方向のコントロール・平均化アーチファクト元の信号抑制高速化補正

ContentsMotion artifactへの対策

RF pulse

信号発生位置の特定が必要！

位置エンコードMRIの原理

「波」の持つ物理要素MR信号

「波」の持つ物理要素MR信号

振幅

位相

周波数

→信号強度

周波数と位相を利用して位置情報を付加

「波」の持つ物理要素MR信号

位相(Phase)周波数(Frequency)

sin(ωt-π/2)

sin(ωt-π)

sin(ωt) Θ = 0°

Θ = 90°

Θ = 180°

-π/2

-π

1 cycle

2 cycles

3 cycles

sin(ωt)

sin(2ωt)

sin(3ωt)

Amplitude

Amplitude

Amplitude

Amplitude

Amplitude

Amplitude

time

time

time

time

time

time

周波数・位相のコントロール「波」の持つ物理要素

ω0 ： ラーモア歳差運動の角速度( rad / s)

γ ：磁気回転比 B0 ：静磁場強度

ω0 = ・ B0

周波数・位相のコントロール「波」の持つ物理要素

Ph

ase

dir

ecti

on

MRI image

Ph

ase

dir

ecti

on

Frequency direction Frequency direction

周波数・位相のコントロール「波」の持つ物理要素

Ph

ase

dir

ecti

on

MRI image

Ph

ase

dir

ecti

on

Frequency direction Frequency direction

Gy

周波数・位相のコントロール「波」の持つ物理要素

Ph

ase

dir

ecti

on

MRI image

Ph

ase

dir

ecti

on

Frequency direction Frequency direction

周波数・位相のコントロール「波」の持つ物理要素

Ph

ase

dir

ecti

on

MRI image

Ph

ase

dir

ecti

on

Frequency direction Frequency direction

Gx

周波数・位相のコントロール「波」の持つ物理要素

Ph

ase

dir

ecti

on

MRI image

Ph

ase

dir

ecti

on

Frequency direction Frequency direction

RF

Gz

Gy

Gx

Signal

90°

180°

周波数・位相のコントロールシーケンスチャート

位置情報のズレがアーチファクトの原因

Motion artifact原因

RF

Gz

Gy

Gx

Signal

90°

180°

Motion artifactの出現方向位置エンコードに要する時間

RF

Gz

Gy

Gx

Signal

90°

180°

数msec

周波数エンコード：数msecで完結

motionの影響を受けづらい

Motion artifactの出現方向位置エンコードに要する時間

RF

Gz

Gy

Gx

Signal

90°

180°

90°

180°

TR

Motion artifactの出現方向位置エンコードに要する時間

位相エンコード：完結には長い時間が必要

motionの影響を強く受ける

呼吸 心拍動流れ

(血流・CSF)

腸管蠕動 体動

周期性のあるmotion

ランダムなmotion

明瞭なゴースト

ボケ・縞状のアーチファクト

Motion artifactの現れ方周期性の有無

Motion Artifactへの対策

位相エンコードとMotion Artifactの原理

方向のコントロール・平均化アーチファクト元の信号抑制高速化補正

ContentsMotion artifactへの対策

アーチファクト元の信号抑制

方向のコントロール・平均化

高速化

補正

※周期性のあるmotionに対しては同期が有効

Motion artifactへの対策Scan technique

FH AP

Foldover direction(位相方向)Motion artifactの方向のコントロール

Foldover dir：

Foldover direction(位相方向)Motion artifactの方向のコントロール

Foldover directionFoldover direction

NSA:1 NSA:複数

複数のNSA設定によりアーチファクトを平均化

NSAMotion artifactの平均化

SMART:no（並列アベレージング）

k0k0

k0k0SMART:yes

（シングルアベレージング）

SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique)

Motion artifactの平均化

NSA:2の場合

k-space k-space

k-space k-space

例) あるタイミングで動きや息止め不良があった場合 (NSA=5)

SMART使用により高い平均化効果を得る

SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique)

Motion artifactの平均化

SMART:no

SMART:yes

NSA:1 NSA:3

NSA:5 NSA:7

SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique)

Motion artifactの平均化

Gyro Cup 2012

SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique)

Motion artifactの平均化

FOV350mm,RFOV80%,matrix 256,scan%=75%Dyn.scan time=21.6sec NSA 4

SMART (Serial Motion Artifact Reduction Technique)

Motion artifactの平均化

Pre 30s 60s 180s 20min

Dynamic

アーチファクト元の信号抑制

方向のコントロール・平均化

高速化

補正

※周期性のあるmotionに対しては同期が有効

Motion artifactへの対策Scan technique

位相方向：FH 位相方向：FH 位相方向：AP

REST Slab(REgional Saturation Technique)Motion artifactの原因となる信号の抑制

アーチファクト元の領域に印加して信号抑制

T2W T2W+FS

Fat suppressionMotion artifactの原因となる信号の抑制

脂肪抑制により呼吸性アーチファクトに対処

R2.5～設定可能

100° 75° 50°

SPIRのflip angleにより脂肪抑制効果を調整

SPIR strengthMotion artifactの原因となる信号の抑制

strong : 100° weak : 50°medium : 75°

SPIR

strong weakmedium

SPAIR suppr.levelMotion artifactの原因となる信号の抑制

SPAIR

SPAIRのinversion delayにより脂肪抑制効果を調整strong weakmedium

R5～設定可能

Fat suppressionMotion artifactの原因となる信号の抑制

脂肪抑制により呼吸性アーチファクトに対処

T2W T2W with SPIR(weak)

Variable Refocusing Flip Angle Motion artifactの原因となる信号の抑制

90°T1 optimized(Low-high order)

T2 optimized(Linear order)

90°

min.angle mid.angleK=0

max.angle

min.angle mid.angle max.angle

Refocusing flip angleを段階的に設定2D TSE/R5.3～

※使用時はequivalent TEに注意

Constant VRFA

Constant(120) VRFA(50-80-110)

Variable Refocusing Flip Angle Motion artifactの原因となる信号の抑制 2D TSE/R5.3～

アーチファクト元の信号抑制

方向のコントロール・平均化

高速化

補正

※周期性のあるmotionに対しては同期が有効

Motion artifactへの対策Scan technique

RF

Gy

90°

180° 180° 180°

90°

180° 180° 180°

Echo space

Echo space短縮によりecho間におけるmotionの影響を軽減

Turbo Spin Echo シーケンスチャート

TR

Echo spaceによる比較ghost artifact / flow void

Echo space : 8.5msEcho space : 22ms

Profile orderecho spaceのコントロール

Low-high Linear Asymmetric

実効TE=shotの先頭 実効TE=shotの中心 実効TE=任意

k0

TE : 15ms

TE : 8ms

TE : 15ms , startup echo : 1

k0

k0TE

TE

TE

echo space短縮には …

・TE短縮・Startup echo活用

Low-highecho spaceのコントロール

TSE factor : 3

TSE factor : 5

TSE factor : 3 , startup echo : 1

k0

TEk0

k0

echo space短縮には …

・TSE factor増加・Startup echo活用

Linearecho spaceのコントロール

TE spacing : 12ms

TE spacing : 9ms

k0

TE

k0

echo space短縮には …

・TE spacing(=echo space)にて直接短縮

例)TE : 36msで固定

Asymmetricecho spaceのコントロール

RF

Gy

90°

180° 180° 180°

90°

180° 180° 180°

TR

shot shot

ShotScanの高速化

例）TSEのシーケンスチャート

RF

Gy

90°

180° 180° 180° 180° 180° 180°

Single-shot設定によりShot間におけるmotionの影響を軽減

・・・

・・・

・・・

ShotScanの高速化

例）TSEのシーケンスチャート

Single-shotMulti-shots

※呼吸同期不良のケース

Single-shotScanの高速化

Single-shot設定によりShot間におけるmotionの影響を軽減

Single-shotScanの高速化

sSSh_TSE

Scan time:30.0s

sSSh_FLAIR

Scan time:44s

Philips >Head >Brain >Fast

SSh_T1W_TFE

Scan time:33.1s

Single-shot設定によりShot間におけるmotionの影響を軽減

Single-shotScanの高速化

Excitation

slice

IR pulse

package数を増加してIRを広く印加

Gyro Cup 2018

アーチファクト元の信号抑制

方向のコントロール・平均化

高速化

補正

※周期性のあるmotionに対しては同期が有効

Motion artifactへの対策Scan technique

MultiVaneMotion補正

T2W MultiVaneT2W Cartesian

Radial MultiVaneCartesian (rectilinear)

• 12 radial lines • 12 profiles• 4 blades• 3 lines per blade

• 12 profilesX

Y

Y

Y

k-space充填方法RadialとMultiVane

k0の加算効果とMotion correctionによりMotion artifactを改善

Motion correctionMultiVaneの原理

kx

ky

reference blade

相関(= 位置のフィッティング)

Δx, Δy, Δφ

- 各ブレードに対して- reference bladeとの比較

MultiVane percentageMultiVaneのTips

100% 160%

MV% 100 MV% 160

Blade数のコントロール

MultiVane percentageMultiVaneのTips

MV% 50 MV% 100 MV% 160

100% 160%

Blade数のコントロール

Shots per bladeMultiVaneのTips

Shots per blade:2 TSE factor:5

Shot/blade : 1 Shots/blade : 2

Blade幅=shots per blade×TSE factor

Shots per bladeMultiVaneのTips

Shot/blade : 1 Shots/blade : 2

Blade幅=shots per blade×TSE factor

Shots per blade:2 TSE factor:5

高いShots per bladeによりmotion artifact改善効果が低下

Shots per bladeMultiVaneのTips

Shot/blade : 1 Shots/blade : 3

Matrix scan : 256

Recon matrix : 512

高いReconstruction matrixによりstreak artifactが増加

Recon matrix : 256

Reconstruction matrixMultiVaneのTips

Gross motion correctionMultiVaneのTips

MC : yes MC : no

Slice方向のモーションが大きい場合、Motion correctionによるstreak artifactが増加

R4.1.3 SP2～

臨床例MultiVane

Cartesian MultiVane Cartesian MultiVane

Cartesian MultiVane Cartesian MultiVane

MultiVane XD特徴 R5.1.7～(option)

Read data

Combine coils +SENSE

Correct for rotation (k-space) and

translation (image space)

Gridding

Generate image (FFT)

撮像時間短縮

補正効果向上

適用の拡大(2D TSE/FFE)

Motion correctionMultiVane

Motion correction

Average

Reference

各blade

各bladeと相関を求める

Motion correctionのPitfallMultiVane

Motion correction

Average

Reference

各blade

各bladeと相関を求める

はずれ値(大きなモーション)

不適切なReference bladeを用いた補正

Motion correctionの改良MultiVane XD

各blade

はずれ値 はずれ値

全blade間の相関を求め、はずれ値を除去信頼性の高いbladeのみを用いて補正

CC Weighted Motion Correction

× ×

MultiVane (M) MultiVane XD (XD)

M>>XD M>XD M=XD M<XD M<<XD

特に大きな動きにおいてMultiVane XDの有用性を確認

3 volunteers were studied 3 times; rated by two neuroradiologists:

1. No motion

2. Small motion

3. Moderate motion

Motion correctionの改良MultiVane XDの特徴

SENSEMultiVane XDの特徴

SENSE使用によりblade幅が増加

SENSE : no SENSE : yes(P reduction:2)

SENSE : no

SENSEMultiVane XDの特徴

SENSE : yes(P reduction:2)

SENSE使用によりblade幅が増加

T1W FFE FB MVXD

適用の拡大MultiVane XDの特徴

T2*W FFE

MVXDCartesian