GREの信号強度やコントラストの変化を知ろうkansaigyro.web.fc2.com/basic3/lecture13suzuki.pdfGREの信号強度やコントラストの変化を知ろう大阪赤十字病院

GREの信号強度やコントラストの変化を知ろう

大阪赤十字病院鈴木仁志

第3回関西Gyro Basic

✚OSAKA RED CROSS HOSPITAL 2019

はじめに

X線撮影やX線CT：単因子画像

電子密度によって決まる

MRI：多因子画像

プロトン密度ρや縦緩和時間T1、横緩和時間T2、流速分布f(v)、拡散係数Dなど多数の内的因子によって決まる


はじめに

内的因子（生体に依存する因子）

プロトン密度ρや縦緩和時間T1、横緩和時間T2、流速分布f(v)、拡散係数Dなど


T2強調画像や拡散強調画像など

外的因子（特定の内的因子を撮影者が強調）

繰り返し時間TR、エコー時間TE、フリップ角FA、反転時間TIなど

はじめに

𝑆𝐺𝑅𝐸𝛼 = 𝐾 ∙ 𝑓(𝑣) ∙ 𝜌 ∙1 − 𝑒𝑥𝑝

−𝑇𝑅𝑇1

𝑒𝑥𝑝−𝑇𝐸𝑇2

∗ ∙ sin 𝛼

1 − cos 𝛼 ∙ 𝑒𝑥𝑝−𝑇𝑅𝑇1


GRE(SSFP-FID)：FFEの信号強度は

𝐾は比例定数 𝑓(𝑣)は流速分布関数 𝜌は原子核密度

撮影者が決定可能な外的因子はTR、TE、𝛼

→信号強度はTR、TE、𝛼に依存する

プロトン密度

T1緩和に影響する項

T1緩和に影響する項 T2*緩和に影響する項

本日の内容

原理的なTR、TE、FAの変化

ファントム画像の信号強度とコントラスト

臨床上の使用例


FFEの信号強度：𝛼が大きいとき


cos 𝛼が0に近づく

sin 𝛼が1に近づく


−𝑇𝑅𝑇1


∗ ∙ sin 𝛼




𝑆𝐺𝑅𝐸𝛼 ≒ 𝐾 ∙ 𝑓(𝑣) ∙ 𝜌 ∙1 − 𝑒𝑥𝑝

−𝑇𝑅𝑇1


∗ ∙ 1

1 − 0



𝑆𝐺𝑅𝐸𝛼 ≒ 𝐾 ∙ 𝑓(𝑣) ∙ 𝜌 ∙ 1 − 𝑒𝑥𝑝−𝑇𝑅

𝑇1𝑒𝑥𝑝

−𝑇𝐸

𝑇2∗

プロトン密度


T2*緩和に影響する項

→T2*緩和となる

→信号強度はTR、TEに依存する（𝜌は内的因子）

→信号強度の考え方はスピンエコーと同様


RF α:大 T1緩和の影響

小

T1緩和（縦緩和）

→適切なTRの設定によりT1緩和の影響を表現可能

大

TR

信号強度

M0

→TRが短いときはT1緩和の影響大→TRが長いときはT1緩和の影響小


T2緩和（横緩和）

→適切なTEの設定によりT2緩和の影響を表現可能

小大

T2緩和の影響

TE

信号強度

→TEが長いときはT2緩和の影響大→TEが短いときはT2緩和の影響小

RF α:大



𝑆𝐺𝑅𝐸𝛼 ≒ 𝐾 ∙ 𝑓(𝑣) ∙ 𝜌 ∙ 1 − 𝑒𝑥𝑝−𝑇𝑅

𝑇1𝑒𝑥𝑝

−𝑇𝐸

𝑇2∗

𝑇𝑅 𝑇𝐸 コントラスト

短 (100-250ms) 短 (1-15ms) T1W

長 (300-800ms) 長 (9-30ms) T2*W

長 (300-800ms) 短 (1-15ms) PDW

プロトン密度


T2*緩和に影響する項

(60-90°)


ファントム作成

サラダ油

試料3：造影剤1000倍希釈(0.25mM)

生理食塩水

試料1：造影剤250倍希釈(1mM)



（上から見た図）


ファントム作成：T1値 T2値

T1値(ms) T2値(ms)

脂肪 210 53

試料1：250倍希釈 143 128

試料2：500倍希釈 266 238

試料3：1000倍希釈 486 449

試料4：2000倍希釈 851 792

生理食塩水 4094 2047


ファントム作成：T1値 T2値

T1値(ms) T2値(ms)

脂肪 210 53

試料1：250倍希釈 143 128

試料4：2000倍希釈 851 792

生理食塩水 4094 2047


撮像条件使用装置Geometry

Coil selectionFOV (mm)×RFOVMatrix × Scan percentageSENSE(P reduction)slices/thickness (mm)orientation/foldover direction

ContrastScan mode/ techniqueContrast enhancementFast Imaging modeTR (ms)TE (ms)Flip angle (deg)Halfscan (factor)Water-fat shift (pixels)

MotionNSA

Achieva 1.5T

SENSE-Head-8220×100256×75No1/5Transverse/RL

MS/FFEnono60 80 100 200 300 500 8004.6 9.2 13.8 23.0 50.010 30 50 70 90no2

2


測定方法

𝑆 (信号強度) =𝑅𝑂𝐼内平均信号強度

𝑅𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 × 𝑆𝑐𝑎𝑙𝑒 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒

※ノイズのバラつきが大きいためSNRで解析は行っていません

0

20000

40000

60000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


測定結果信号強度信号強度

TR (ms)

TE 4.6FA 90

脂肪

試料1 250倍希釈


生理食塩水

T1値 142.7ms

T1値 850.8ms

T1値 4093.5ms

T1値 210.1ms

0

20000

40000

60000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

TE 4.6FA 90試料1と試料4 信号強度


T1値 850.8ms


T1値 142.7ms

0

20000

40000

60000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

TE 4.6FA 90試料1と試料4 信号強度


T1値 850.8ms


T1値 142.7ms

TRが短いほどT1緩和の影響が大きい

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60



TE (ms)

TR 100FA 90

脂肪



生理食塩水

T2値 127.5ms

T2値 792.1ms

T2値 2047.0ms

T2値 52.5ms

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60


試料1と試料4 信号強度信号強度

TE (ms)

TR 100FA 90



T2値 127.5ms

T2値 792.1ms

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60


試料1と試料4 信号強度信号強度

TE (ms)

TR 100FA 90



T2値 127.5ms

T2値 792.1ms


−𝑇𝑅𝑇1


∗ ∙ sin 𝛼



GRE(SSFP-FID)：FFEの信号強度は

信号強度はT1緩和、T2*緩和などすべての影響を含む

→数式からシミュレーション

プロトン密度


T1緩和に影響する項 T2*緩和に影響する項

試料1 実測値

試料4 実測値

試料1 計算値

試料4 計算値


実測値と計算値信号強度(実測値)

TE (ms)

TR 100FA 90

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60

相対信号強度(計算値)

試料1 実測値

試料4 実測値

試料1 計算値

試料4 計算値


実測値と計算値信号強度(実測値)

TE (ms)

TR 100FA 90

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60

相対信号強度(計算値)

原因はT1緩和の影響・TEの範囲


シミュレーション結果相対信号強度(計算値)

TE (ms)

TR 3000FA 90

0.0

0.4

0.8

1.2

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

試料1 計算値

試料4 計算値

T2値 127.5ms

T2値 792.1ms

50


シミュレーション結果相対信号強度(計算値)

TE (ms)

TR 3000FA 90

0.0

0.4

0.8

1.2

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

試料1 計算値

試料4 計算値

T2値 127.5ms

T2値 792.1ms

TEが長いほどT2*緩和の影響が大きい信号強度は様々なコントラスト

50


小括

FFEシーケンス：𝛼が大きいとき(𝛼:60-90°)

• 信号強度はTR、TEに依存する

• 信号強度の考え方はスピンエコーと同様（ T2*緩和）

• TRが短いほどT1緩和の影響が大きい

• TEが長いほどT2*緩和の影響が大きい


FFE使用例

FFEシーケンス：𝛼が大きいとき

• 短いTRを利用して息止めでのT1WIに使用

FFE T1WI Dual echo TR:180ms TE:2.3ms 4.6ms FA:80deg

臨床画像：腹部T1WIIn Phase

臨床画像：腹部T1WI

Out of Phase

FFEの信号強度：𝛼が小さいとき


−𝑇𝑅𝑇1


∗ ∙ sin 𝛼



cos 𝛼が1に近づく


𝑆𝐺𝑅𝐸𝛼 ≒ 𝐾 ∙ 𝑓(𝑣) ∙ 𝜌 ∙1 − 𝑒𝑥𝑝

−𝑇𝑅𝑇1


∗ ∙ sin 𝛼

1 − 𝑒𝑥𝑝−𝑇𝑅𝑇1



𝑆𝐺𝑅𝐸𝛼 ≒ 𝐾 ∙ 𝑓(𝑣) ∙ 𝜌 ∙ 𝑒𝑥𝑝−𝑇𝐸

𝑇2∗ ∙ sin 𝛼


→信号強度はTEに依存する

→T1緩和の影響を受けない

プロトン密度 T2*緩和に影響する項


RF α:大

T1緩和の影響：大

RF α:小

T1緩和の影響：小

TR

信号強度

TR

信号強度

M0

M0



𝑆𝐺𝑅𝐸𝛼 ≒ 𝐾 ∙ 𝑓(𝑣) ∙ 𝜌 ∙ 𝑒𝑥𝑝−𝑇𝐸

𝑇2∗ ∙ sin 𝛼

プロトン密度 T2*緩和に影響する項

𝑇𝐸 コントラスト

長 (9-30ms) T2*W

短 (1-15ms) PDW

(15-30°)

0

15000

30000

45000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900



TR (ms)

TE 50.0FA 90

脂肪



生理食塩水

0

15000

30000

45000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

脂肪


TE 50.0FA 10-90

FA 90

脂肪と試料1 信号強度

TR500msの信号強度の差

0

15000

30000

45000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

FA 70

脂肪と試料1 信号強度TE 50.0FA 10-90

脂肪


0

15000

30000

45000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

FA 50


脂肪


0

15000

30000

45000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

FA 30


脂肪


0

15000

30000

45000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

FA 10


脂肪


0

15000

30000

45000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

FA 10


脂肪


FAが小さいほどT1緩和の差が小さい全体の信号強度が小さい

0

10000

20000

30000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

生理食塩水

TE 50.0FA 10-90

FA 90

生理食塩水信号強度

0

10000

20000

30000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

生理食塩水

TE 50.0FA 10-90

FA 70


0

10000

20000

30000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

生理食塩水

TE 50.0FA 10-90

FA 50


0

10000

20000

30000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

生理食塩水

TE 50.0FA 10-90

FA 30


0

10000

20000

30000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


信号強度

TR (ms)

生理食塩水

TE 50.0FA 10-90

FA 10



信号強度

FA (rad)

TR 800TE 50.0生理食塩水信号強度

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

生理食塩水

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

脂肪



生理食塩水

T1値 142.7ms

T1値 850.8ms

T1値 4093.5ms

T1値 210.1ms


信号強度

FA (rad)

TR 800TE 50.0測定結果信号強度

0

15000

30000

45000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

脂肪



生理食塩水

T1値 142.7ms

T1値 850.8ms

T1値 4093.5ms

T1値 210.1ms


信号強度

FA (rad)


T1値が大きいほど最大信号強度となるFAは小さくなる

0

10000

20000

30000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


信号強度


FA (rad)

脂肪



生理食塩水

T1値 142.7ms

T1値 850.8ms

T1値 4093.5ms

T1値 210.1ms

0

10000

20000

30000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


信号強度


FA (rad)

脂肪



生理食塩水

T1値 142.7ms

T1値 850.8ms

T1値 4093.5ms

T1値 210.1ms

TRが短いほど最大信号強度となるFAは小さくなる

エルンスト角


cos 𝛼 = 𝑒𝑥𝑝−𝑇𝑅

𝑇1

組織の信号強度を最も大きくするRFパルスのフリップ角

数式を満たす𝛼をエルンスト角という

組織のT1値が大きいほど、TRが短いほど、エルンスト角𝛼は小さくなる


小括

• T1緩和の差が小さくなる

• 全体の信号強度が小さくなる

• 組織のT1値やTRによりエルンスト角が異なる

FFEシーケンス：𝛼を小さくすると


小括

FFEシーケンス：𝛼が小さいとき(𝛼:15-30°)

• 信号強度はTEに依存する

• TEが長いほどT2*緩和の影響が大きい


FFE使用例

FFEシーケンス：𝛼が小さいとき

• T2*緩和のみの影響を利用してT2*WIに使用

FFE T2*WI TR:800ms TE:23.0ms FA:18deg

臨床画像：頭部T2*WI


総括

原理的なTR、TE、FAの変化

ファントム画像の信号強度とコントラスト

臨床上の使用例


ご清聴ありがとうございました

Documents

GREの信号強度や コントラストの変化を知ろうkansaigyro.web.fc2.com/basic3/lecture13suzuki.pdfGREの信号強度や コントラストの変化を知ろう 大阪赤十字病院

GREの信号強度やコントラストの変化を知ろうkansaigyro.web.fc2.com/basic3/lecture13suzuki.pdfGREの信号強度やコントラストの変化を知ろう大阪赤十字病院