高速ローアングルショット磁気共鳴画像

高速ローアングルショット磁気共鳴画像法（FLASH MRI ）は、磁気共鳴画像法の特別なシーケンスです。これは、核磁気共鳴信号（空間的にエンコードされたグラディエントエコーとして記録される）の低フリップアングル無線周波数励起と短い繰り返し時間を組み合わせたグラディエントエコーシーケンスです。これは、定常自由歳差運動画像法の一般的な形式です。

MRI 機器のメーカーによって、この実験には異なる名前が使用されています。SiemensはFLASH、General Electric は SPGR (Spoiled Gradient Echo)、Philips はCE-FFE-T1 (Contrast-Enhanced Fast Field Echo) または T1-FFE という名前を使用しています。

一般的な FLASH 技術では、望ましいコントラストに応じて、横方向のコヒーレンスを破壊して T1 コントラストを生成するスポイルバージョンと、横方向のコヒーレンスを定常信号に組み込み T1/T2 コントラストを提供する再フォーカスバージョン (繰り返しごとに一定の位相) および完全にバランスのとれたバージョン (繰り返しごとにゼロ位相) が提供されます。

物理的基礎

MRI の物理的基礎は、生物組織内の水陽子 (水素原子核)から得られる核磁気共鳴 (NMR) 信号の空間エンコーディングです。MRI では、完全な画像の再構成に必要な異なる空間エンコーディングを持つ信号は、複数の信号を生成することによって取得する必要があります。通常は、複数の無線周波数励起を使用して繰り返します。

一般的な FLASH 技術は、NMR 信号の低フリップ角無線周波数励起 (空間エンコードされたグラジエントエコーとして記録) と基本シーケンスの高速繰り返しを組み合わせたグラジエントエコーシーケンスとして登場しました。繰り返し時間は通常、生物組織内のプロトンの一般的なT1緩和時間よりもはるかに短いです。(i) 未使用の縦磁化を次の励起のために残す低フリップ角励起と (ii) 残留縦磁化に影響を与える追加の無線周波数パルスを必要としないグラジエントエコーの取得の組み合わせによってのみ、基本シーケンス間隔の高速繰り返しと、その結果として画像取得全体の速度が可能になります。^[1]^[2]実際、FLASH シーケンスでは、T1飽和の影響に対応するためにこれまで含まれていたすべての待機期間が排除されました。FLASH は、一般的なシーケンス間隔を、画像化に最低限必要な間隔、つまりスライス選択無線周波数パルスとグラジエント、位相エンコードグラジエント、およびデータ取得用のエコーを生成する (逆) 周波数エンコードグラジエントにまで短縮しました。

ラジアルデータサンプリングでは、位相および周波数エンコード勾配が、データ空間でフーリエ線を回転させる 2 つの同時適用周波数エンコード勾配に置き換えられます。^[1]^[3]いずれの場合も、繰り返し時間は 2 ～ 10 ミリ秒と短いため、64 ～ 256 回の繰り返しを使用すると、2 次元画像の画像取得時間は約 0.1 ～ 2.5 秒になります。最近では、高度にアンダーサンプリングされたラジアル FLASH MRI 取得と、正規化された非線形反転による反復画像再構成が組み合わされ、空間解像度 1.5 ～ 2.0 ミリメートルの画像に対して 20 ～ 30 ミリ秒の時間解像度でリアルタイムMRI が実現されています。 ^[4]この方法により、心電図と同期することなく、自由呼吸中に心臓の鼓動をリアルタイムで視覚化できます。^[5]

アプリケーション

アプリケーションには以下が含まれます。

数秒で取得できる断層画像により、一回の呼吸で胸部と腹部のMRI検査が可能になる。
心電図と同期した動的な取得により、鼓動する心臓の動画が生成されます。
連続撮影^[6]^[7]は、造影剤の体組織への取り込みの違いなどの生理学的プロセスをモニタリングします。
3次元画像取得^[8]は、複雑な解剖学的構造（脳、関節）を、3次元全体と任意の視線方向に沿って、これまでにない高い空間解像度で視覚化します。
磁気共鳴血管造影（MRA）では、血管の3次元画像が得られます。

歴史

FLASH MRIは、1985年にドイツのゲッティンゲンにあるマックス・プランク生物物理化学研究所（Wayback Machineに2008年4月30日アーカイブ）でJens Frahm、Axel Haase、W Hänicke、KD Merboldt、D Matthaei（ドイツ特許出願P 35 04 734.8、1985年2月12日）によって発明されました。この技術は、MRIの測定時間を最大2桁短縮するという点で革命的です。

FLASH は急速に商業的に採用されました。RARE は遅く、エコープラナーイメージング (EPI) は技術的な理由からさらに時間がかかりました。エコープラナーイメージングは 1977 年にマンスフィールドのグループによって提案され、同年にマンスフィールドとイアン・ピケットによって最初の粗い画像が公開されました。ロジャー・オーディッジは 1981 年に最初の映画を公開しました。その画期的な進歩はシールド勾配の発明によってもたらされました。^[9]

FLASH MRI シーケンスを診断画像に初めて導入したことで、画像品質を大幅に損なうことなく測定時間を大幅に短縮できるようになりました。さらに、測定原理によって、まったく新しいさまざまな画像診断法が生まれました。

2010年には、高度にアンダーサンプリングされたラジアルデータエンコーディングと反復画像再構成を備えた拡張FLASH法によって、時間分解能20ミリ秒（1秒の50分の1）のリアルタイムMRIが実現しました。 ^[4]^[5]これらを総合すると、この最新の開発は、1985年以前のMRIの状況と比較して10,000倍の加速に相当します。一般的に、FLASHは臨床MRIにおける画期的な進歩を示し、現在までのさらなる技術的および科学的発展を刺激しました。

参考文献

^ ab 04 734.8 DE 特許 35 04 734.8、J Frahm、A Haase、W Hänicke、KD Merboldt、D Matthaei、「Hochfrequenz-Impuls und Gradienten-Impuls-Verfahren zur Aufnahme von schnellen NMR-Tomogrammen unter Benutzung von」グラディエンテネコス」、1986 年 8 月 14 日発行、1998 年 12 月 10 日発行
^ Haase, A; Frahm, J; Matthaei, D; Hanicke, W; Merboldt, K.-D (1986). 「FLASHイメージング：低フリップ角パルスを使用した高速NMRイメージング」Journal of Magnetic Resonance . 67 (2): 258– 266. Bibcode :1986JMagR..67..258H. doi :10.1016/0022-2364(86)90433-6.
^ Zhang, Shuo; Block, Kai Tobias; Frahm, Jens (2010). 「リアルタイムの磁気共鳴画像：ラジアルFLASHを使用した進歩」。Journal of Magnetic Resonance Imaging。31 ( 1): 101– 109。doi : 10.1002/jmri.21987。hdl : 11858 /00-001M-0000-0012- D667-0。PMID 19938046。S2CID 17419027 。
^ ab ウエッカー、マーティン;張朔、ボイト、ディルク。カラウス、アレクサンダー。メルボルト、クラウス・ディートマール。フラーム、イェンス (2010)。「解像度 20 ミリ秒のリアルタイム MRI」。生物医学における NMR。23 (8): 986–994。土井:10.1002/nbm.1585。hdl : 11858/00-001M-0000-0012-D4F9-7。PMID 20799371。S2CID 8268489 。
^ ab Zhang, Shuo; Uecker, Martin; Voit, Dirk; Merboldt, Klaus-Dietmar; Frahm, Jens (2010). 「高時間分解能でのリアルタイム心血管磁気共鳴：非線形逆再構成による放射状FLASH」Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance . 12 (1): 39. doi : 10.1186/1532-429X-12-39 . PMC 2911425 . PMID 20615228.
^ Matthaei, Dieter; Frahm, Jens; Haase, Axel; Hanicke, Wolfgang (1985). 「高速磁気共鳴画像のシーケンスによって描写される局所生理学的機能」The Lancet . 326 (8460): 893. doi :10.1016/S0140-6736(85)90158-8. PMID 2864605. S2CID 12326347.
^ Frahm, Jens; Haase, Axel; Matthaei, Dieter (1986). 「FLASH 技術を用いた動的プロセスの高速 NMR イメージング」.磁気共鳴医学. 3 (2): 321– 327. doi :10.1002/mrm.1910030217. PMID 3713496. S2CID 31028542.
^ Frahm, Jens; Haase, Axel; Matthaei, Dieter (1986). 「FLASH 技術を使用した高速 3 次元 MR イメージング」. Journal of Computer Assisted Tomography . 10 (2): 363– 368. doi :10.1097/00004728-198603000-00046. PMID 3950172.
^ ヨーロッパの観点から見た磁気共鳴イメージングの短い歴史

外部リンク

Biomedizinische NMR Forschungs GmbH は、FLASH MRI および関連アプリケーション (神経生物学、心血管イメージング) に関する詳細な情報を提供します。
マックス・プランク協会のプレスリリース
http://www.mtbeurope.info/news/2010/1009005.htm

[Frahm1985-1] 04 734.8 DE 特許 35 04 734.8、J Frahm、A Haase、W Hänicke、KD Merboldt、D Matthaei、「Hochfrequenz-Impuls und Gradienten-Impuls-Verfahren zur Aufnahme von schnellen NMR-Tomogrammen unter Benutzung von」グラディエンテネコス」、1986 年 8 月 14 日発行、1998 年 12 月 10 日発行

[Haase1986-2] Haase, A; Frahm, J; Matthaei, D; Hanicke, W; Merboldt, K.-D (1986). 「FLASHイメージング：低フリップ角パルスを使用した高速NMRイメージング」Journal of Magnetic Resonance . 67 (2): 258– 266. Bibcode :1986JMagR..67..258H. doi :10.1016/0022-2364(86)90433-6.

[Zhang2010b-3] Zhang, Shuo; Block, Kai Tobias; Frahm, Jens (2010). 「リアルタイムの磁気共鳴画像：ラジアルFLASHを使用した進歩」。Journal of Magnetic Resonance Imaging。31 ( 1): 101– 109。doi : 10.1002/jmri.21987。hdl : 11858 /00-001M-0000-0012- D667-0。PMID 19938046。S2CID 17419027 。

[Uecker2010-4] ウエッカー、マーティン;張朔、ボイト、ディルク。カラウス、アレクサンダー。メルボルト、クラウス・ディートマール。フラーム、イェンス (2010)。「解像度 20 ミリ秒のリアルタイム MRI」。生物医学における NMR。23 (8): 986–994。土井:10.1002/nbm.1585。hdl : 11858/00-001M-0000-0012-D4F9-7。PMID 20799371。S2CID 8268489 。

[Zhang2010a-5] Zhang, Shuo; Uecker, Martin; Voit, Dirk; Merboldt, Klaus-Dietmar; Frahm, Jens (2010). 「高時間分解能でのリアルタイム心血管磁気共鳴：非線形逆再構成による放射状FLASH」Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance . 12 (1): 39. doi : 10.1186/1532-429X-12-39 . PMC 2911425 . PMID 20615228.

[Matthaei1985-6] Matthaei, Dieter; Frahm, Jens; Haase, Axel; Hanicke, Wolfgang (1985). 「高速磁気共鳴画像のシーケンスによって描写される局所生理学的機能」The Lancet . 326 (8460): 893. doi :10.1016/S0140-6736(85)90158-8. PMID 2864605. S2CID 12326347.

[Frahm1986a-7] Frahm, Jens; Haase, Axel; Matthaei, Dieter (1986). 「FLASH 技術を用いた動的プロセスの高速 NMR イメージング」.磁気共鳴医学. 3 (2): 321– 327. doi :10.1002/mrm.1910030217. PMID 3713496. S2CID 31028542.

[Frahm1986b-8] Frahm, Jens; Haase, Axel; Matthaei, Dieter (1986). 「FLASH 技術を使用した高速 3 次元 MR イメージング」. Journal of Computer Assisted Tomography . 10 (2): 363– 368. doi :10.1097/00004728-198603000-00046. PMID 3950172.

[9] ヨーロッパの観点から見た磁気共鳴イメージングの短い歴史