第11章 二次元マルチエコー法(グラジエントエコー・スピンエコー)

二次元のマルチエコー法には,マルチプルグラジエントエコー法と,マルチプルスピンエコー法がある.マルチプルグラジエントエコー法を発展させると,2D-EPIになる.いっぽう,マルチプルスピンエコー法は,高速スピンエコー法や,ワンショットでスピンエコー撮像を行う,いわゆるHASTE法などへ応用される.

もちろん,マルチプルグラジエント法は,T2*マッピングや,磁化率マップの計測に応用され,マルチプルスピンエコー法は,T2マッピングなどにも利用されている.

Fig.11-1Fig.11-2に,二次元マルチプルグラジエントエコー法のシーケンスチャートと,そのソースコードを示し,その動作を以下に説明する.

このパルスシーケンスは,Excitationブロック,PhaseEncodingブロック,Readoutブロック,Reverseブロック,Rewindingブロックから形成される.まず,核磁化は,Excitationブロックで励起され,PhaseEncodingブロックでreadoutグラジエントのphase predephasingと反転が行われ,同時に,位相エンコードが行われる.その後,Echo spacing(ES)の時間を確保するための時間をWaitFor()で確保しながら,Readoutブロックで信号を読出し,その後,Reverseブロックで,リードアウトグラジエントを反転している.これを,ETLの回数だけ繰り返している.

Fig.11-1. 二次元マルチプルグラジエントエコー法のシーケンスチャート
Fig.11-2. 二次元マルチプルグラジエントエコー法のソースコード

Fig.11-3~Fig.11-5には,二次元マルチプルグラジエントエコー法Bloch simulationにより求めた,axialcoronalsagittal像を示す.サブボクセル数は,スライス方向のみ4で,他の方向は1とした.このBloch simulationでは,静磁場の不均一性は考慮していないので,ある組織(白質)の信号は,Fig.11-6に示すように,T2減衰曲線を示す.このT2は,約75.8msである.

Fig.11-3. 二次元マルチプルグラジエントエコー法によるaxial面のBloch simulation結果(下の数字はエコー時間ms

Fig.11-4. 二次元マルチプルグラジエントエコー法によるcoronal面のBloch simulation画像(下の数字はエコー時間(ms)

Fig.11-5. 二次元マルチプルグラジエントエコー法によるsagittal面のBloch simulation結果(下の数字はエコー時間(ms))

Fig.11-6. エコー時間に対するマルチプルグラジエントエコー画像の画素強度の変化

Fig.11-7Fig.11-8に,二次元マルチプルスピンエコー法のシーケンスチャートと,そのグラジエントの詳細なタイミングを示す.また,Fig.11-9に,そのソースコードを示し,その動作を以下に説明する.

このパルスシーケンスは,Excitationブロック,ReadPredephasingブロック,Refocusブロック,Readoutブロックから形成されている.

まず,核磁化は,Exitationブロックで励起され,ReadPredephasingブロックで,リード方向のdephasingが行われ,Refocusブロックで核磁化がリフォーカスされる.Refocusパルスの前後には,信号のスポイリングのためのクラッシャーグラジエントが加えられている.クラッシャーグラジエントは,スライス面内で,核磁化が2回転するように加えるのがいいとされている.

Readoutブロックでは,Fig.11-8に示すように,位相エンコード位相のリワインド,そしてその間に,リードグラジエントの下で,信号のサンプリングが行われる.また,リードグラジエントは,エコーの中心から,核磁化がリード方向に沿って画素内で1回転するように加える.すなわち,リードグラジエントが囲む4個の部分(〇で示している)の面積が,すべて等しくなるように加える.

Fig.11-7. 二次元マルチプルスピンエコー法のシーケンスチャート
Fig.11-8. 二次元マルチプルスピンエコー法におけるグラジエントのタイミング
Fig.11-9. 二次元マルチプルスピンエコー法のシーケンスのソースコード

Fig.11-10~Fig.11-12には,二次元マルチプルスピンエコー法のBloch simulationにより求めた,axialcoronalsagittal像を示す.サブボクセル数は,スライス方向に64とし,他の方向は1とした.

Fig.11-13には,Fig.11-6に示したものと同じ組織の信号の,マルチプルスピンエコー画像における変化を示す.複数の折れ線は,スライス方向のサブボクセル数の違いを示す.このように,第一エコーの信号強度は,サブボクセル数に依存しないが,サブボクセル数が少ない時は,大きな振動的変化がみられ,サブボクセル数が32から64になると,その変動は,ほとんど消失する

このような信号強度の振動は,少ないサブボクセル数では,stimulated echoの信号強度が正しく計算されないためであり,サブボクセル数を増やすことにより,正しい信号強度を再現することができる.

サブボクセル数が64の時に,第二エコーからの信号減衰を,単一の指数関数にフィットして,そのT2を求めると,約92.6msとなる.これは,Fig.11-6で求めた75.8ms(本来のT2)と比べると,stimulated echoの効果を含んで,長めに計測された結果だということができる.よって,より正しいT2を求めるためには,90°パルスによる励起スライス幅をより狭くすることや,T1を別途計測して,Bloch simulationにより正しいT2を求めるなどの方法が必要となる.

このようなマルチプルスピンエコーは,高速スピンエコー法では必須の手法であるが,T2減衰の効果だけでなく,T1によるstimulated echoの効果が混入していることに留意しなければならない.

Fig.11-10. 二次元マルチプルスピンエコー法によるaxialBloch simulation結果(下の数字はエコー時間(ms))

Fig.11-11. 二次元マルチプルスピンエコー法によるcoronalBloch simulation結果(下の数字はエコー時間(ms))

Fig.11-12. 二次元マルチプルスピンエコー法によるsagittal面のBloch simulation結果(下の数字はエコー時間(ms))

Fig.11-13. 二次元マルチプルスピンエコー法における特定部位の信号強度変化のサブボクセル数への依存性