心臓磁気共鳴画像法

心臓磁気共鳴画像法（心臓MRI、CMR ）は、心血管MRIとも呼ばれ、心血管系の機能と構造を非侵襲的に評価するために使用される磁気共鳴画像法（MRI）技術です。^{[ 2 ]}実施される疾患には、先天性心疾患、心筋症、弁膜症、大動脈解離、動脈瘤、縮窄などの大動脈疾患、冠動脈疾患などがあります。肺静脈の観察にも使用できます。^{[ 3 ]}

脳内クリップなどの埋め込み型金属または電子機器がある場合、または閉所恐怖症の場合は禁忌です。^{[ 3 ]}従来のMRIシーケンスは、 ECG同期と高時間分解能プロトコルを使用して心臓イメージングに適応されています。心臓MRIの開発は活発な研究分野であり、新しい技術や新興技術が急速に拡大し続けています。^{[ 2 ]}

心血管MRIは、心エコー検査、心臓CT、核医学などの他の画像診断技術を補完するものです。この技術は、心血管疾患の根拠に基づいた診断と治療において重要な役割を果たしています。^{[ 4 ]}その応用には、心筋虚血と生存能、心筋症、心筋炎、鉄過剰症、血管疾患、先天性心疾患の評価が含まれます。^{[ 5 ]}これは心臓の構造と機能の評価の基準であり、^{[ 6 ]}複雑な先天性心疾患の診断と手術計画に役立ちます。^{[ 7 ]}

血管拡張剤負荷と組み合わせることで、心外膜血管および微小血管系に影響を与える疾患による心筋虚血の検出と特徴付けに役割を果たします。遅延ガドリニウム増強（LGE）およびT1マッピングにより、心筋症の特徴付けと生存能の評価のために梗塞と線維化を特定できます。^{[ 8 ]}磁気共鳴血管造影は、造影剤の有無にかかわらず実施でき、冠動脈および大血管の先天性または後天性の異常を評価するために使用されます。^{[ 9 ]}

より広範な応用を阻む障害としては、スキャナーへのアクセス制限、技術者や熟練した臨床医の不足、比較的高いコスト、競合する診断モダリティなどが挙げられる。^{[ 4 ]}一部の組織は、より多くの診療所がCMRを診療に取り入れることができるよう、これらの障害を軽減するための解決策に取り組んでいる。これらの解決策は、多くの場合、臨床意思決定支援を提供し、手順の効率を向上させるソフトウェアプラットフォームである。^{[ 10 ]}

心臓MRIは、他の画像診断の適応症と比較して、特別なリスクをもたらさない。^{[ 11 ]}ガドリニウム造影剤はCMRで頻繁に使用されており、主に腎疾患患者における線状化合物の使用により、腎性全身性線維症との関連が指摘されている。最近では、ガドリニウムの頭蓋内沈着の証拠が示されているが、神経学的影響は報告されていない。^{[ 12 ]}心臓MRIの遺伝毒性影響は、生体内および生体外で報告されているが、^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} これらの知見は、より最近の研究では再現されておらず、^{[ 17 ]}電離放射線に関連する複雑なDNA損傷を引き起こす可能性は低い。^{[ 18 ]}

CMRは、他のMRI技術と同じ基本原理を使用します。心血管系の画像化は通常、従来のECG技術を応用した心電図同期で行われます。^{[ 19 ]} 心臓のシネシーケンスは、時間分解能と固有の画像コントラストが良好な平衡定常状態自由歳差（bSSFP）を使用して取得されます。T1強調シーケンスは、解剖学的構造を可視化し、心筋内脂肪の存在を検出するために使用されます。T1マッピングは、びまん性心筋線維症を定量化するためにも開発されています。^{[ 20 ]} T2強調画像は、主に急性心筋炎または心筋梗塞で発生する可能性のある心筋浮腫を検出するために使用されます。位相コントラストイメージングは​​、双極性勾配を使用して特定の方向の速度をエンコードし、弁疾患を評価し、シャントを定量化するために使用されます。

CMR検査は通常、検査の特定の適応症に合わせて調整されたプロトコルのシーケンスのセットで構成されます。^{[ 21 ]} 検査は、画像計画を支援するためのローカライザーから始まり、次に標準的な方向での両心室機能を評価するための一連のレトロスペクティブゲートシネシーケンスが続きます。造影剤は、心筋灌流とLGEを評価するために静脈内投与されます。位相コントラストイメージングは​​、弁逆流率とシャント量を定量化するために使用できます。追加のシーケンスには、T1強調画像、T2強調画像、およびMR血管造影が含まれる場合があります。例を以下に示します。

映画画像を用いた心臓機能検査

機能的および構造的情報は、 bSSFPシネシーケンスを使用して取得されます。これらは通常、後向きゲート方式で、心筋と比較して血液のT2:T1比が比較的高いため、心臓画像において本質的に高いコントラストを有します。画像は通常、評価に使用される標準的な心臓面を実現するために順次計画されます。乱流は位相ずれと信号損失を引き起こし、弁膜症を定性的に評価することを可能にします。左心室短軸シネは基部から心尖部まで取得され、拡張末期容積と収縮末期容積、および心筋量の定量化に使用されます。タギングシーケンスは、心臓の収縮に伴って変形するグリッドパターンを励起し、歪みを評価できるようにします。

CMR画像の例。順に、冠状断局所化画像、2腔シネ画像、4腔シネ画像、左心室短軸シネ画像、およびタグ付き画像。左心室流出路および大動脈弁の追加シネ画像も取得される場合があります。

遅延ガドリニウム増強

ガドリニウム造影剤を静脈内投与し、正常心筋と梗塞心筋の最適なコントラストを得るために、少なくとも10分後に遅延撮像を行う。反転回復（IR）シーケンスを使用して正常心筋からの信号を無効化する。心筋生存能は、経壁造影の程度によって評価できる。心筋症、炎症性疾患、浸潤性疾患でも、非虚血性LGEの特異的なパターンが見られることがある。^{[ 22 ] [ 23 ]}

心筋梗塞。4腔断面像。左：反転回復LGEシーケンス。右：対応するシネシーケンス。心尖部の無収縮と全層性瘢痕を伴う慢性梗塞が認められる。僧帽弁逆流も認められる。

灌流

アデノシンは、 A2A受容体を介して血管拡張剤として使用され、正常な_冠動脈と狭窄した冠動脈によって供給される心筋領域間の灌流の差を増大させます。血管拡張の血行動態的徴候が現れるまで数分間持続静脈内投与を行い、その後、高時間分解能読み出しで心臓の飽和回復画像を取得しながら造影剤のボーラス投与を行います。誘発可能な心筋灌流欠損から陽性結果が明らかになります。費用と入手可能性から、その使用はしばしば検査前確率が中程度の患者に限定されますが^{[ 24 ]} 、ガイドラインに沿ったケアと比較して不必要な血管造影を減らすことが示されています^{[ 25 ] 。}

心臓MRI灌流画像。 下壁に誘発性灌流欠損が認められる。

4DフローCMR

従来の位相コントラストイメージングは​​、心周期全体にわたって3Dボリューム内の3つの直交平面にフロー感受性勾配を適用することで拡張できます。このような4Dイメージングは​​、ボリューム内の各ボクセルにおける血流速度をエンコードし、専用ソフトウェアを使用して流体ダイナミクスを可視化できるようにします。応用分野は複雑な先天性心疾患や心血管血流特性の研究ですが、後処理の複雑さと比較的長い取得時間のため、日常的な臨床使用には至っていません。^{[ 26 ]}

4Dフローモデル。心臓と大血管を含む時間分解4Dボリュームで、心臓内および心臓外の血流を可視化します。左：血流速度。中央：流線。右：血流ベクトル。

先天性心疾患は、最も一般的な重篤な先天性疾患です。適切な治療計画を立てるためには、正確な診断が不可欠です。心臓MRI（CMR）は、X線を使用したり体内に器具を挿入したりすることなく、安全な方法で先天性心疾患の性質に関する包括的な情報を提供できます。ただし、先天性心疾患の診断において、CMRが最初または唯一の検査として用いられることは稀です。

むしろ、通常は他の診断技術と併用して使用されます。一般的に、CMR検査の臨床的理由は、次の1つ以上のカテゴリーに分類されます。(1)心エコー検査（心臓超音波検査）では十分な診断情報が得られない場合、(2)X線被ばくなどのリスクを伴う診断用心臓カテーテル検査の代替として、(3)血流測定や心臓腫瘤の同定など、CMRが独自の利点を提供する診断情報を得るため、(4)臨床評価と他の診断検査が一致しない場合。CMRがよく使用される疾患の例としては、ファロー四徴症、大血管転位症、大動脈縮窄症、単心室症、肺静脈異常、心房中隔欠損症、マルファン症候群などの結合組織疾患、血管輪、冠動脈の異常起始、心臓腫瘍などがあります。

心臓MRIによる右心室拡張を伴う心房中隔欠損症

心臓MRIによる部分肺静脈還流異常の診断

小児の心臓MRI検査は通常15分から60分かかります。画像がぼやけるのを避けるため、検査中は子供はじっとしている必要があります。小児の心臓MRI検査の手順は施設によって異なりますが、7歳以上のほとんどの子供は、質の高い検査を行うのに十分な協力を得ることができます。検査手順を年齢に応じた形で事前に子供に説明することで、検査が成功する可能性が高まります。適切な安全スクリーニングの後、保護者はMRIスキャナー室に入り、子供の検査を手伝うことができます。一部の施設では、不安を軽減し協力を得るために、特殊なMRI対応の視聴覚システムを通して子供に音楽を聴かせたり、映画を見せたりすることを許可しています。しかし、一般的には、鎮静剤の使用を除けば、どんな気晴らしや娯楽よりも、落ち着いて励まし、支えてくれる保護者の存在が、子供の協力という点でより良い結果をもたらします。子供が十分に協力できない場合は、静脈内投与薬による鎮静または全身麻酔が必要になることがあります。非常に幼い乳児の場合は、自然な睡眠中に検査を行うことができる場合があります。 4Dフローなどの新しい画像取得技術は、スキャン時間を短縮し、鎮静剤の使用頻度を減らすことにつながる可能性がある。

ファロー四徴症修復術を受けた患者における右心室の拡大と機能低下（心臓MRIによる）。

CMRの大部分は、1.5Tまたは3Tの従来の超伝導MRIシステムで実施されています。^{[ 27 ]} 3Tの磁場強度での画像化は、信号対雑音比が高く、時間的または空間的分解能の向上と引き換えに、ファーストパス灌流研究で最も有用です。^{[ 28 ]} しかし、設備投資コストが高く、オフ共鳴アーチファクトが画像品質に及ぼす影響があるため、多くの研究は日常的に1.5Tで実施されています。^{[ 29 ]} 7Tの磁場強度での画像化は研究が進んでいる分野ですが、広く利用されていません。^{[ 30 ]}

現在、心臓検査に対応したMRIスキャナーを製造しているメーカーには、フィリップス、シーメンス、日立、東芝、GEなどがある。

核磁気共鳴(NMR)現象は、分子ビーム (1938 年) およびバルク物質 (1946 年) で初めて記述され、その研究は後に 1952 年の共同ノーベル賞の授与によって認められました。さらなる研究により緩和時間の原理が確立され、核分光法につながりました。1971 年、Hazlewood とChangにより、スピンエコー NMR で心筋中の水と純水の緩和時間の差が初めて報告されました。^{[ 31 ]}この差は、細胞と細胞外液の間の画像コントラストの物理的基礎を形成します。1973 年に最初の単純な NMR 画像が発表され、1977 年に最初の医用画像が発表され、1980 年代初頭に臨床分野に入りました。1984 年に、NMR 医用画像は MRI と改名されました。心臓を画像化するための最初の試みは、呼吸と心臓の動きによって妨げられましたが、心電図同期、高速スキャン技術、および息止め画像を使用することで解決されました。映画撮影や、心筋を正常または異常（脂肪浸潤、浮腫、鉄過剰、急性梗塞、線維化）として特徴づける技術など、ますます高度な技術が開発されてきた。

MRIがより複雑化し、心血管画像診断への応用が高度化するにつれて、心血管磁気共鳴学会（SCMR）が設立され（1996年）、1999年には学術誌『Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance （JCMR）』が創刊されました。心臓超音波検査から「心エコー検査」が発展したのと同様の流れで、「心血管磁気共鳴（CMR）」という用語が提案され、この分野の名称として広く受け入れられるようになりました。

CMRは、心臓の評価のための定量的画像診断法としてますます認識されています。CMR検査の報告には、手作業と視覚的評価が含まれます。近年、人工知能技術の発展に伴い、自動深層学習ツールによって促進される心臓MRIの報告と分析がより効率的になると期待されています。^{[ 32 ]}

CMRの能力認定は3つのレベルで取得でき、それぞれ要件が異なります。レベル3では、承認されたコースを50時間受講し、少なくとも300件の検査を実施し、筆記試験に合格し、監督者からの推薦を受ける必要があります。^{[ 33 ]}

• 心血管磁気共鳴学会（2020年11月4日時点のアーカイブ）
• 心血管磁気共鳴ジャーナル
• 心臓MRIによる正常心臓構造と機能のアトラス
• CMRスキャンを受ける（2021年2月27日にWayback Machineにアーカイブ済み）
• 心臓MRIの技術的側面入門（eMedicine掲載）
• MRIの基礎
• MRIの指導員