第32回MR基礎講座　(関西） 2010.7.31 京都国際会館 画像法の原理(6) 拡散画像3 荏原病院放射線科 井田正博

SI = N(H) ・ (1 - e -TR/T1) ・ e -TE/T2 ・ e -bD 拡散画像のMR信号 拡散係数を求める MR 信号 SI =　N(H) ・ (1 - e -TR/T1) ・ e -TE/T2 ・ e -bD プロトン密度 T1緩和 縦緩和 縦磁化の回復 T2緩和 横緩和 拡散 　S(h) = S (0) ・ e –bD log S (h) = log S (0) + (-bD) log [ S (h) / S (0) ] = - bD 　D ≒ ADC = log [S (h) / S (0) ] / -b

ln S(h) = -bD + lnS(0) 拡散係数Dは傾き ln SI D = - ln [ S(h) / S(0) ] / b bD = - ln [ S(h) / S(0) ] bD = - ln S(h) + ln S(0) ln S(h) = -bD + ln S(0) Dは傾き D= - [ ln S(h) - S(0) ] / b b=0のときはT2WIの信号強度　 ln S(h) = ln S(0) bが増大すると信号強度は低下する． T2WI ln S(h) = -bD + lnS(0) 1000 b-value

ADC：2点の信号から計算 ln SI = -bD + lnS0 D = - ln [ S(h) / S(0) ] / b bD = - ln [ S(h) / S(0) ] bD = - ln S(h) + ln S(0) ln S(h) = -bD + ln S(0) Dは傾き D= - [ ln S(h) - S(0) ] / b b=0のときはT2WIの信号強度 bが増大すると信号強度は低下する． Sh = S0 e -bD 1000 b-value 異なるbの2点の信号強度はがわかれば，Dが計算できる．

みかけの拡散係数 Apparent Diffusion Coefficient：ADC 異なるMPGを印加した画像の信号比から D = - ln [ S(h) / S (l) ] / bh-bl S(h): 高いb値のMPG印加．S(l): 低いb値 b = 1000，0 を測定する． D = - ln [ S(1000) / S (0) ] / 1000

ADC：2点の信号から計算 異なる2点の信号強度はがわかれば，Dが計算できる． 正確に測定するなら，3点以上計測し，回帰直線を求める． ln SI = -bD + lnS0 ln SI = -bD + lnS0 b-value b=0-50 b=1000-1200 異なる2点の信号強度はがわかれば，Dが計算できる． 正確に測定するなら，3点以上計測し，回帰直線を求める． D = - ln [ S(h) / S(0) ] / b

拡散にもさまざまな成分がある Bi-exponential diffusion ln Sh = -bD + lnS0 実測すると直線関係にならない 拡散にもさまざまな成分がある． first components (Df) slow components (Ds) S = K1 exp (-bDs) + K2 exp (Df) Bi-exponential diffusion Multi-exponential diffusion Signal intensity

拡散にもさまざまな成分がある Bi-exponential diffusion ln Sh = -bD + lnS0 実測すると直線関係にならない 拡散にもさまざまな成分がある． first components (Df) slow components (Ds) S = K1 exp (-bDs) + K2 exp (Df) Bi-exponential diffusion Multi-exponential diffusion Signal intensity b値

拡散にもさまざまな成分がある Bi-exponential diffusion ln Sh = -bD + lnS0 実測すると直線関係にならない 拡散にもさまざまな成分がある． first components (Df) slow components (Ds) S = K1 exp (-bDs) + K2 exp (Df) Bi-exponential diffusion Multi-exponential diffusion Signal intensity D1 D2

拡散にもさまざまな成分がある Bi-exponential diffusion ln Sh = -bD + lnS0 実測すると直線関係にならない 拡散にもさまざまな成分がある． first components (Df) slow components (Ds) S = K1 exp (-bDs) + K2 exp (Df) Bi-exponential diffusion Multi-exponential diffusion Signal intensity

1000 1000 1000 1000 ln Sh = -bD + lnS0 T2WI等信号 T2WI信号 T2WI高信号 b-value 脳梗塞超急性期 T2WI : 等信号 DWI : 高信号 ADC : 低下 T2WI等信号 T2WI信号 1000 1000 T2WI高信号 脳梗塞亜急性期 T2WI : 高信号 DWI : 高信号 ADC : 上昇 b-value 1000 脳梗塞慢性期 T2WI : 高信号 DWI : 低信号 ADC : 上昇

T2 Shine through 1000 拡散低下ではなく、T2延長が原因で、DWI高信号になる状態 T2WI高信号 脳梗塞亜急性期 T2WI : 高信号 DWI : 高信号 ADC : Pseudonormalization～上昇 T2 Shine through 拡散低下ではなく、T2延長が原因で、DWI高信号になる状態 脳梗塞発症後2-3日まはADC低下を反映する。T2の影響は少ない。 発症6日以降はT2延長（T2ＷＩ高信号）が反映される　(T2 Shine through) DWIで高信号でも、T2WIで高信号ならば必ずADCを評価する。 Burdette JB, AJR 171:791-795 1998

Posterior Reversible Encephalopathy Sx T2WI高信号 血管性浮腫 細胞外液増量 拡散上昇 T2延長 Posterior Reversible Encephalopathy Sx 超急性期梗塞 1000 血管性浮腫 T2WI : 高信号 DWI : 高信号 ADC : 上昇 細胞性浮腫 細胞外液腔狭小化 拡散低下 T2変化なし 13

自由拡散と制限拡散 自由拡散 細胞外 脳脊髄液腔、膀胱、嚢胞性腫瘤 拡散を制限する構造がない 粘稠度に比例 制限拡散 細胞内（小器官） 拡散を制限する隔壁

拡散異方性 Diffusion anisotrophy 中枢神経では方向の揃った有髄神経線維軸索により，拡散方向に制限がある． 有髄神経に平行方向の拡散が大きい

MPGを印加した軸上の拡散が測定される 90deg 180deg Echo RF pulse z : slice y p : phase z x p : phase MPG r : read y x z 静磁場方向 z MPGを印加した方向の拡散現象のみ測定される

拡散異方性 神経線維（軸策）と髄鞘に平行な方向に大きな拡散 直交方向にMPGを印加 直交方向 小さな拡散が測定される 神経線維が高信号 平1．0行方向 大きな拡散成分が測定される。 神経線維が低信号 軸策と髄鞘

拡散異方性 神経線維（軸策）と髄鞘に平行な方向に大きな拡散 直交方向にMPGを印加 直交方向 小さな拡散が測定される 神経線維が高信号 平行方向 大きな拡散成分が測定される。 神経線維が低信号 軸策と髄鞘 平行方向にMPGを印加

拡散異方性: 神経線維（軸策）と髄鞘に平行に大きな拡散 軸策と髄鞘 軸策と髄鞘 Dg2 Dg1 脳梁膨大部 平行方向に印加 移動量 Dg1は大きく，MPGによる信号低下は大きい． 相対的に周囲脳実質よりも低信号 直交方向に印加 移動量 Dg2は小さく，MPGによる信号低下は小さい． 相対的に高信号

z xz yz x y xy 拡散異方性と拡散テンソル l1 l2 = (Dxx+Dyy+Dzz) / 3 l3 拡散テンソルDの固有値 eigenvector l1 > l2 > l3 ADC = ( l1+ l2 + l3 ) / 3 = (Dxx+Dyy+Dzz) / 3 xy 軸策と髄鞘

拡散テンソル画像 Fiber tracking x y z l1 l2 l3

髄鞘崩壊、軸策壊死→拡散異方性の低下 正常な軸策と髄鞘 脱髄、軸策壊死 神経線維に沿った 拡散異方性 拡散異方性の消失

今日から拡散画像を勉強する方へ 拡散とは 拡散を測定する 自由拡散と制限拡散 ADCを求める 拡散テンソル 拡散画像の画質改善 結語 位相、勾配磁場 b値 自由拡散と制限拡散 ADCを求める Multi-exponential 拡散テンソル 拡散画像の画質改善 結語 画像法の原理(6) 拡散画像

iPAT and 3-T; 磁化率変化の影響を最小限に Optic nerve Trio 3-T Vision 1.5-T Avanto 1.5-T Single-shot EPI always suffers from image distortion due to the long ETL and susceptibility artifact. Those disadvantages can be overcome by applying higher gradient and iPAT technologies There is little susceptibility even in the cranial base at 3T, in spite of choosing basiparallel plane. TE/ b = 83/ 1000 Matrix head coil iPAT 2 / Ave. 3 TE/ b = 54/ 1000 w/o iPAT TE/ b = 76/ 1000 32-matrix head coil iPAT 4 / Ave. 5 Single-shot EPI によるＤＷＩでは磁化率変化による頭蓋底への画像のゆがみが常に問題となる 強い傾斜磁場．3Tesla におけるＳＮＲの向上、高空間分解能化、parallel imaging技術により これらの問題は改善される 24

拡散画像とParallel imaging 磁化率susceptibilityの影響の低減 Single-shot EPI k空間のsampling数の低下→sampling時間の短縮 位相エンコード方向の位相シフトの集積が低減する． sampling 時間 磁化率による位相シフト f1> f2 f2 f1

高磁場装置とコイルエレメント数の増加 Parallel imaging ３Ｔ装置と32チャネルコイル 信号雑音比の向上 展開精度 高分解能化 撮像時間の短縮 Parallel imaging 展開精度 Reduction factorの増加 SARの低減 撮像時間短縮

拡散はプロトン密度 T1緩和 T2緩和とは独立したparameter 荒木力著 拡散MRI 秀潤社 SI =　N(H) ・ (1 - e -TR/T1) ・ e -TE/T2 ・ e -bD プロトン密度 T1緩和 縦緩和 縦磁化の回復スピン‐格子 緩和 T2緩和 横緩和 横磁化減衰 スピン‐スピン相互作用 拡散 mm単位 水素原子核間距離 → nm単位 拡散はプロトン密度　T1緩和　T2緩和とは独立したparameter 組織成分や組織構築といった微細な物理環境を反映する．

SI = N(H) ・ ・ e -TE/T2 ・ e -bD 結語　：　拡散画像 b: b値 D： 拡散係数 MR 信号 SI =　N(H) ・ ・ e -TE/T2 ・ e -bD プロトン密度 T2緩和 拡散 T2強調画像(b=0) 拡散強調画像DWI ADC画像 拡散はプロトン密度　T1緩和　T2緩和とは独立したparameter 組織成分や組織構築といった微細な物理環境を反映 全例（脳、躯幹、腫瘤性病変）に拡散画像を施行する意義あり