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単板法を用いた磁気共鳴画像の変調伝達関数計測とその有用性

吉田 礼 東北大学

2021.09.24

概要

磁気共鳴イメージング (magnetic resonance imaging: MRI)において、高速スピンエコー(turbo spin echo: TSE)に代表される高速撮像シーケンスは、撮像条件に依存して解像特性が変化するため、その解像特性の評価が重要となる。医用画像の解像特性を計測する一般的な指標である変調伝達関数(modulation transfer function: MTF) は、空間周波数領域における信号伝達特性（レスポンス特性）を表し、客観的で詳しい解像特性を評価できる利点がある。これまでに MRI における MTF 計測について報告されているものの、ファントムや計測手順が複雑であり、簡便かつ実用的な MTF 計測方法が確立されているとはいえなかった。本論文では、シンプルな一枚の板状の構造を持つ単板ファントムを撮像スライス面に垂直に設定することで、シンプルな計測手順を可能にする手法（以下、単板法）を提案する。この単板法により、MRI のパルスシーケンスの解像特性を簡便に計測可能であることを示すことを第一の目的とし、さらに、単板法が複雑な撮像条件の設定を伴う高速撮像シーケンスの解像特性の評価に有用であることを示すことを第二の目的として検討を行った。後者は、低再収束パルス角 TSE と呼ばれるシーケンスを例として検討した。

はじめに、従来型のスピンエコー(conventional spin echo: CSE)、T1 強調 TSE、そして T2 強調 TSE に対し、MTF を簡便に計測することが可能か検討を行った。 さらに、複雑な撮像条件の設定を必要とする低再収束パルス角 3 次元(three-dimensional: 3D) T1 強調 TSE に対し、3 つの主要パラメータ、エコー数 (echo train length: ETL)，再収束パルス角、スタートアップエコー法併用の有無に依存した MTF の変化を計測した。CSE の MTF は、正負の周波数領域でほぼ対称かつ矩 形の波形を示し、計測方向のピクセルサイズに応じたカットオフ周波数周辺で急峻に低下した。 TSE におけるマルチエコーの k 空間への充填順序 (view ordering) を k 空間中心からとする centric order とした T1 強調 TSE の MTF では、ETL の設定に応じて低周波領域から正負の高周波領域に向かって段階的に低下した。また、 view ordering を負から正へと順に並べていく sequential order とした T2 強調 TSEの MTF は、負の高周波領域から正の高周波領域に向かって段階的に低下し、ETL の設定に依存して変化する T2 減衰の影響を反映していると考えられた。低再収束パルス角を用いた 3D T1 強調 TSE では、通常の TSE と比較して大きな ETL を設定 しても MTF は低下しなかったが、再収束パルス角が 90°より低くしていくと低周波以外の領域で MTF は大きく低下した。 しかし、再収束パルスを 60°と 30°と低く設定した場合であっても、スタートアップエコー法を用いると、低周波以外の領域で MTF が大きく向上することが確認できた。

このように、単板法を用いた MTF 計測により、CSE だけでなく、異なる view ordering を持つ T1 強調 TSE、T2 強調 TSE の解像特性を簡便かつ明瞭に評価可能であること、さらに低再収束パルス角を用いた 3D T1 強調TSE の 3 つのパラメータに依存した解像特性のさまざまな変化を、容易かつ明確に評価できることが示された。単板法を用いた MTF 計測は、MRI における解像特性を把握するための実用的な計測法として、高速撮像シーケンスにおける解像特性の評価や撮像条件の最適化に有用である可能性が示された。

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