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| 磁気共鳴画像 | |
|---|---|
| 同義語 | 核磁気共鳴画像法（NMRI）、磁気共鳴断層撮影法（MRT） |
| ICD-9-CM | 88.91 |
| メッシュ | D008279 |
| メドラインプラス | 003335 |
磁気共鳴画像法（MRI）は、放射線医学で体内の解剖学的構造や生理学的プロセスの画像を作成するために使用される医療用画像技術です。MRIスキャナーは、強力な磁場、磁場勾配、電波を使用して体内の臓器の画像を生成します。MRIはX線や電離放射線を使用しないため、コンピューター断層撮影（CT）や陽電子放出断層撮影（PET）スキャンとは異なります。MRIは核磁気共鳴（NMR）の医療用途であり、 NMR分光法などの他のNMR用途の画像化にも使用できます。[1]
MRI は、病院や診療所で、病気の診断、病期分類、経過観察に広く使用されています。CT と比較すると、MRI は脳や腹部などの軟組織の画像でコントラストが優れています。ただし、被験者を長くて狭いチューブに入れたまま測定するため、通常、測定時間が長く音が大きいため、患者にとっては不快感が残る場合があります。ただし、「オープン」MRI 設計では、この不快感はほとんど軽減されます。さらに、体内のインプラントやその他の取り外し不可能な金属はリスクをもたらす可能性があり、一部の患者は MRI 検査を安全に受けられない場合があります。
MRI はもともと NMRI (核磁気共鳴画像) と呼ばれていましたが、否定的な連想を避けるために「核」が省略されました。[2]特定の原子核は、外部磁場に置かれると無線周波数(RF) エネルギーを吸収することができます。その結果生じるスピン偏極は、無線周波数コイルに RF 信号を誘導し、それによって検出されます。[3]言い換えれば、水素原子核内の陽子の核磁気スピンは、RF 入射波と共鳴し、コンパクトな方向、エネルギー (周波数)、位相を持つコヒーレントな放射線を放出します。このコヒーレントな増幅された放射線は、検査対象の近くにある RF アンテナによって簡単に検出されます。これは、メーザーに似たプロセスです。臨床および研究用の MRI では、アンテナによって検出されるマクロな偏極放射線を生成するために水素原子が最もよく使用されます。 [3]水素原子は、特に水と脂肪に、人間やその他の生物に自然に豊富に含まれています。このため、ほとんどの MRI スキャンは、基本的に体内の水分と脂肪の位置をマッピングします。電波パルスは核スピンエネルギー遷移を励起し、磁場勾配は分極を空間的に局在化します。パルスシーケンスのパラメータを変えることで、組織内の水素原子の緩和特性に基づいて組織間に異なるコントラストを生成できます。
1970年代と1980年代に開発されて以来、MRIは多用途の画像化技術であることが証明されています。MRIは診断医学と生物医学研究で最もよく使用されていますが、ミイラなどの無生物の画像を形成するために使用されることもあります。拡散MRIと機能的MRIは、 MRIの有用性を拡張し、詳細な空間画像に加えて、神経系の神経経路と血流をそれぞれ捉えることができます。医療システム内でのMRIの需要が継続的に増加しているため、費用対効果と過剰診断に関する懸念が生じています。[4] [5] [疑わしい–議論する]
機構
建設と物理学
ほとんどの医療用途では、組織内の陽子のみからなる水素原子核が信号を作成し、その信号が処理されて、特定領域におけるそれらの原子核の密度という観点から人体の画像が形成されます。陽子は結合している他の原子からの磁場の影響を受けるため、特定の化合物内の水素からの反応を分離することが可能です。検査を行うには、MRI スキャナ内に人を置き、画像化する領域の周囲に強力な磁場を形成します。まず、振動磁場からのエネルギーが適切な共鳴周波数で一時的に患者に適用されます。X および Y 勾配コイルでスキャンすると、患者の選択した領域に、エネルギーが吸収されるために必要な正確な磁場がかかります。原子はRFパルスによって励起され、結果として生じる信号が受信コイルによって測定されます。勾配コイルを使用して局所磁場を変化させることによって生じる RF レベルと位相の変化を調べることで、RF 信号を処理して位置情報を推測することができます。これらのコイルは、励起と応答中に急速に切り替えられ、動くラインスキャンを実行するため、磁気ひずみにより巻線がわずかに動くため、MRIスキャンの特徴的な繰り返しノイズが発生します。異なる組織間のコントラストは、励起された原子が平衡状態に戻る速度によって決まります。画像をより鮮明にするために、外因性造影剤を投与することもあります。 [6]
MRI スキャナーの主なコンポーネントは、サンプルを分極する主磁石、主磁場の均一性のずれを修正するシム コイル、スキャンする領域を特定するために使用される勾配システム、およびサンプルを励起して結果として生じる NMR 信号を検出する RF システムです。システム全体は 1 台以上のコンピューターによって制御されます。
MRI には、スキャンボリューム全体にわたって数 ppm の強力かつ均一な磁場が必要です。磁石の磁場強度はテスラで測定されます。ほとんどのシステムは 1.5 T で動作しますが、市販のシステムは 0.2 T から 7 T の間で使用できます。3T MRIシステムは 3 テスラ MRI とも呼ばれ、1.5 システムよりも強力な磁石を備えており、臓器や軟部組織の画像に適していると考えられています。[7]研究用途の全身 MRI システムは、例えば 9.4 T、[8] [9] 10.5 T、[10] 11.7 T で動作します。[11] 14 T 以上のさらに高い磁場の全身 MRI システムは、概念提案[12]またはエンジニアリング設計の段階にあります。[13]ほとんどの臨床用磁石は超伝導磁石であり、低温に保つために液体ヘリウムが必要です。より低い磁場強度は永久磁石で達成することができ、閉所恐怖症の患者のための「オープン」MRIスキャナでよく使用されます。[14]より低い磁場強度は、2020年にFDAによって承認されたポータブルMRIスキャナでも使用されています。 [15]最近、MRIは超低磁場、すなわちマイクロテスラからミリテスラの範囲でも実証されており、プリポーラライゼーション（10〜100 mTのオーダー）と、高感度超伝導量子干渉デバイス（SQUID ）を使用して約100マイクロテスラでラーモア歳差磁場を測定することで、十分な信号品質が可能になります。[16] [17] [18]
T1とT2
各組織は、T 1 (スピン格子、つまり静磁場と同じ方向の磁化) と T 2 (スピンスピン、静磁場に対して横方向の磁化) の独立した緩和プロセスによって励起された後、平衡状態に戻ります。T 1強調画像を作成するには、繰り返し時間(TR)を変更して MR 信号を測定する前に磁化を回復させます。この画像強調は、大脳皮質の評価、脂肪組織の識別、局所的な肝臓病変の特徴付け、および一般に形態情報の取得、および造影後の画像化に役立ちます。 T 2強調画像を作成するには、エコー時間(TE) を変更して MR 信号を測定する前に磁化を減衰させます。この画像強調は、浮腫や炎症の検出、白質病変の検出、前立腺や子宮のゾーン解剖の評価に役立ちます。
MRIスキャンからの情報は、振動磁場（サンプルを通る無線周波数パルスの形態）による核スピンの摂動後の核スピンの緩和率の差に基づく画像コントラストの形で得られます。 [19]緩和率は、信号が縦方向または横方向の平面から平衡状態に戻るまでにかかる時間の尺度です。
磁場 B 0が存在すると、磁化はz 軸に沿って増加し、サンプル内の磁気双極子は平均して z 軸と一列になり、合計磁化 M zになります。この z に沿った磁化は平衡磁化として定義されます。磁化はサンプル内のすべての磁気双極子の合計として定義されます。平衡磁化に続いて、90° の無線周波数 (RF) パルスが xy 平面の磁化ベクトルの方向を反転し、その後オフになります。ただし、初期の磁場 B 0は引き続き適用されます。したがって、スピン磁化ベクトルは xy 平面から平衡状態にゆっくりと戻ります。磁化ベクトルが平衡値 M zに戻るのにかかる時間は、縦方向緩和時間 T 1と呼ばれます。[20]その後、これが起こる速度は、緩和時間の逆数になります。同様に、M xy がゼロに戻るのにかかる時間はT 2であり、その速度はである。[21]時間の関数としての磁化はブロッホ方程式によって定義される。
T 1 値と T 2値はサンプルの化学環境に依存するため、MRI で有用です。軟部組織と筋肉組織は異なる速度で弛緩し、一般的なスキャンで画像のコントラストを生み出します。
MR 画像の標準的な表示は、白黒画像で流体の特性を表すもので、さまざまな組織が次のように表示されます。
診断
臓器やシステムによる使用
MRIは医療診断において幅広い用途があり、世界中で約5万台のスキャナーが使用されていると推定されています。[25] MRIは多くの専門分野の診断と治療に影響を与えますが、健康状態の改善に対する効果については議論の余地があります。[26] [27]
MRIは、直腸癌や前立腺癌の術前病期分類において選択される検査法であり、他の腫瘍の診断、病期分類、経過観察にも役立つほか、[28]バイオバンキングにおける組織サンプル採取領域の決定にも役立つ。[29] [30]
神経画像
MRIは、脳幹と小脳を含む後頭蓋底をより鮮明に描出できるため、CTよりも神経癌の検査に好まれるツールです。灰白質と白質のコントラストにより、脱髄疾患、認知症、脳血管疾患、感染症、アルツハイマー病、てんかんなど、中枢神経系の多くの症状の検査にMRIが最適です。[31] [32] [33]数ミリ秒間隔で多くの画像が撮影されるため、脳がさまざまな刺激にどのように反応するかがわかり、研究者は精神疾患における脳の機能的および構造的異常の両方を研究することができます。[34] MRIはまた、Nローカライザーと呼ばれる装置を使用して、頭蓋内腫瘍、動静脈奇形、その他の外科治療可能な症状の治療のための誘導定位手術および放射線手術にも使用されます。[35] [36] [37]ヘルスケア分野に人工知能を導入する新しいツールは、ノイズ除去システムを適用することで、神経画像診断における高画質と形態計測分析の向上を実証している。 [38]
死後の完全な脳全体の最高空間解像度の記録は、マサチューセッツ総合病院による100ミクロンである。このデータは2019年10月30日にNATURE誌に掲載された。[39] [40]
MRIは精神障害の研究では広く使用されているが、患者中心成果研究所（PCORI）が委託した2024年の体系的な文献レビューとメタ分析に基づくと、MRIスキャンを使用してADHDを診断した既存の研究では大きなばらつきが見られました。[41]著者らは、MRIはADHDの臨床診断を支援するために確実に使用することはできないと結論付けています。[41]
心臓血管
心臓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あり、心臓の構造と機能を評価するのに使用できます。[42]その用途には、心筋虚血と生存率、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。[43]
筋骨格
筋骨格系への応用としては、脊椎の画像診断、関節疾患の評価、軟部組織腫瘍などがあります。[44]また、MRI技術は遺伝性筋疾患を含む全身性筋疾患の画像診断にも使用できます 。[45] [46]
喉と食道の嚥下運動は、画像化された脊椎にモーションアーティファクトを引き起こす可能性があります。したがって、喉と食道のこの領域に飽和パルス[明確化が必要]を適用すると、このアーティファクトを回避するのに役立ちます。心臓のポンプ作用によって生じるモーションアーティファクトは、心臓の周期に応じて MRI パルスのタイミングを調整することで軽減できます。[47]血管の流れのアーティファクトは、関心領域の上下に飽和パルスを適用することで軽減できます。[48]
肝臓と胃腸
肝胆道MRは、肝臓、膵臓、胆管の病変を検出し、特徴付けるために使用されます。肝臓の局所性またはびまん性疾患は、拡散強調画像、反対位相画像、および動的造影増強シーケンスを使用して評価できます。細胞外造影剤は肝臓MRIで広く使用されており、新しい肝胆道造影剤も機能的胆道イメージングを行う機会を提供します。胆管の解剖学的イメージングは、磁気共鳴胆道膵管造影（MRCP）でT2強調シーケンスを使用することで実現されます。膵臓の機能的イメージングは、セクレチンの投与後に行われます。MR腸管造影は、炎症性腸疾患および小腸腫瘍の非侵襲的評価を提供します。MRコロノグラフィーは、大腸がんのリスクが高い患者の大きなポリープの検出に役立つ可能性があります。[49] [50] [51] [52]
血管造影検査
磁気共鳴血管造影（MRA）は、動脈の画像を生成し、狭窄（異常な狭窄）や動脈瘤（破裂の危険性がある血管壁の拡張）の有無を評価する。MRAは、首や脳、胸部や腹部の大動脈、腎動脈、脚（「ランオフ」と呼ばれる）の動脈を評価するためによく使用される。画像を生成するために、常磁性造影剤（ガドリニウム）の投与や、「フロー関連強調」と呼ばれる技術（例えば、2Dおよび3D飛行時間シーケンス）の使用など、さまざまな技術が使用される。この場合、画像上の信号の大部分は、その平面に最近移動した血液によるものである（FLASH MRIも参照）。[53]
位相蓄積を伴う技術（位相コントラスト血管造影として知られる）も、流速マップを簡単かつ正確に生成するために使用できます。磁気共鳴静脈造影（MRV）は、静脈を画像化するために使用される同様の手順です。この方法では、組織が下方に励起され、信号は励起面のすぐ上の平面で収集され、励起面から最近移動した静脈血が画像化されます。[54]
造影剤
解剖学的構造や血流を画像化するMRIでは、組織や血液のさまざまな特性によって自然なコントラストが得られるため、造影剤は必要ありません。ただし、より特殊なタイプの画像化では、外因性造影剤を静脈内、経口、または関節内に投与する場合があります。[6]ほとんどの造影剤は常磁性体（ガドリニウム、マンガン、ユーロピウムなど）で、造影剤が蓄積する組織のT1を短縮するために使用されるか、超常磁性体（SPION）で、健康な組織のT2およびT2*を短縮して信号強度を低下させるために使用されます（陰性造影剤）。最も一般的に使用される静脈内造影剤は、常磁性が強いガドリニウムのキレートをベースにしています。[55]一般に、これらの造影剤は、X線撮影やCTで使用されるヨウ素造影剤よりも安全であることが証明されています。アナフィラキシー様反応はまれで、約0.03～0.1％に発生します。[56]特に興味深いのは、通常の用量で投与した場合、ヨウ素化薬剤と比較して腎毒性の発生率が低いことです。これにより、造影CT検査を受けることができない腎機能障害患者にとって、造影MRI検査が選択肢となりました。[57]
ガドリニウムベースの造影剤は、典型的にはガドリニウム(III)の八座配位錯体である。この錯体は非常に安定しており（log K > 20）、使用時には、錯体を形成していないGd 3+イオンの濃度は毒性限度以下であるはずである。金属イオンの配位球の9番目の位置は水分子によって占められており、これは試薬分子の周囲の水分子と急速に交換され、磁気共鳴緩和時間に影響を与える。[58]
2017年12月、米国食品医薬品局（FDA）は医薬品安全性情報の中で、全てのガドリニウム造影剤（GBCA）に新たな警告を記載すると発表した。FDAはまた、患者教育の強化と、ガドリニウム造影剤の安全性を評価するための追加の動物実験および臨床試験の実施をガドリニウム造影剤ベンダーに義務付けるよう求めた。[59]ガドリニウム造影剤は腎機能障害患者には有効であることが証明されているが、透析を必要とする重度の腎不全 患者では、特定のガドリニウム含有造影剤の使用に関連している可能性がある、まれではあるが重篤な疾患である腎性全身性線維症のリスクがある。最も頻繁に関連付けられているのはガドジアミドだが、他の造影剤も関連付けられている。[60]因果関係は明確には確立されていないが、米国の現在のガイドラインでは、透析患者は必要な場合にのみガドリニウム剤を投与されるべきであり、体内から速やかに剤を除去するために、スキャン後できるだけ早く透析を行うべきであるとされている。 [61] [62]
ガドリニウム含有造影剤がより多く入手可能なヨーロッパでは、潜在的なリスクに応じた造影剤の分類が発表されている。[63] [64] 2008年には、ガドキセテート（商品名Eovist（米国）またはPrimovist（EU））という新しい造影剤が診断用に承認された。これには二重排泄経路という理論的利点がある。[65]
シーケンス
MRIシーケンスは、特定の無線周波数パルスと勾配の設定であり、特定の画像の外観をもたらします。[66] T1強調とT2強調もMRIシーケンスとして説明できます。
概要表
この表には、珍しいシーケンスや実験的なシーケンスは含まれていません。
特殊な構成
磁気共鳴分光法
磁気共鳴分光法（MRS）は、体組織内のさまざまな代謝産物のレベルを測定するために使用され、さまざまな単一ボクセルまたは画像ベースの技術によって達成できます。 [96] MR信号は、「励起」されている同位体のさまざまな分子配列に対応する共鳴スペクトルを生成します。このシグネチャは、特定の代謝障害、特に脳に影響を与える障害を診断するために使用され、[97]腫瘍の代謝に関する情報を提供します。[98]
磁気共鳴分光イメージング（MRSI）は、分光法とイメージング法の両方を組み合わせて、サンプルまたは患者の内部から空間的に局在したスペクトルを生成します。空間分解能ははるかに低い（利用可能なSNRによって制限される）が、各ボクセルのスペクトルには多くの代謝物に関する情報が含まれています。利用可能な信号は空間情報とスペクトル情報をエンコードするために使用されるため、MRSIでは、より高い磁場強度（3T以上）でのみ達成可能な高いSNRが必要です。[99]非常に高い磁場強度のMRIの調達と維持のコストが高いため[100]、その人気は低くなります。しかし、最近の圧縮センシングベースのソフトウェアアルゴリズム（例：SAMV [101] ）は、そのような高い磁場強度を必要とせずに 超解像を実現することが提案されています。
リアルタイム
リアルタイム磁気共鳴画像法（RT-MRI）は、動く物体をリアルタイムで連続的に監視する技術です。従来、リアルタイムMRIは、画質が低いか時間分解能が低い場合にのみ可能でした。反復再構成アルゴリズムによって制限が取り除かれました。ラジアルFLASH MRI（リアルタイム）は、面内分解能1.5～2.0 mmの画像で、時間分解能20～30ミリ秒を実現します。[103]リアルタイムMRIでは、関節や心臓の病気に関する情報も得られます。多くの場合、MRI検査は患者にとってより簡単で快適になり、特に呼吸を落ち着かせることができない患者[104]や不整脈のある患者にとっては効果的です。
バランス定常自由歳差運動（bSSFP）イメージングは、 FLASH MRIよりも血液プールと心筋の間の画像コントラストが優れているが、B0不均一性が強い場合には重度のバンドアーティファクトが発生する。[104]介入MRI
MRIは患者や検査技師に悪影響を与えないため、 MRIスキャナで撮影した画像を用いて低侵襲手術を行う介入放射線学に適しています。このような手術では強磁性器具は使用されません。[105]
介入MRIの専門分野として成長しているのが、手術中にMRIを使用する術中MRIです。一部の特殊なMRIシステムでは、手術と同時に画像撮影が可能です。より一般的には、手術が一時的に中断され、MRIで手術の成功度を評価したり、その後の手術の指針を得たりします。[106]
磁気共鳴誘導集束超音波
誘導療法では、高強度焦点式超音波（HIFU）ビームが組織に焦点を合わせられ、MR熱画像法を使用して制御されます。焦点での高エネルギーにより、温度は65 °C（150°F）以上に上昇し、組織を完全に破壊します。この技術により、病変組織の正確なアブレーションが可能になります。MR画像は、対象組織の3次元ビューを提供し、超音波エネルギーを正確に焦点合わせることができます。MR画像は、治療部位の定量的かつリアルタイムの熱画像を提供します。これにより、医師は、超音波エネルギーの各サイクル中に生成される温度が目的の組織内で熱アブレーションを引き起こすのに十分であることを確認でき、不十分な場合は、効果的な治療を確実にするためにパラメータを調整できます。[107]
多核イメージング
水素は、生物組織に大量に存在し、高い磁気回転比によって強い信号が得られるため、MRI で最も頻繁に画像化される原子核です。ただし、正味の核スピンを持つ原子核であれば、どのような原子核でもMRI で画像化できる可能性があります。このような原子核には、ヘリウム 3、リチウム 7、炭素 13、フッ素19 、酸素 17、ナトリウム23 、リン31 、キセノン 129などがあります。23 Na と31 P は体内に自然に豊富に存在するため、直接画像化できます。3 He や129 Xe などの気体同位体は、原子核密度が低すぎて通常の状態では有用な信号が得られないため、過分極させてから吸入する必要があります。 17 Oと19 F は、液体の形 (例: 17 O -水)で十分な量を投与できるため、過分極は必要ありません。[108]ヘリウムやキセノンを使用すると、これらの元素は通常生物組織には存在しないため、背景ノイズが減少し、画像自体のコントラストが向上するという利点があります。[109]
さらに、正味の核スピンを持ち、水素原子に結合しているあらゆる原子の核は、水素原子に結合している低磁気回転比の核ではなく、高磁気回転比の水素核を画像化する異核磁化移動MRIによって潜在的に画像化できる可能性がある。[110]原理的には、異核磁化移動MRIは特定の化学結合の有無を検出するために使用できる可能性がある。[111] [112]
多核イメージングは、現在では主に研究技術である。しかし、潜在的用途としては、機能イメージングや1 H MRI ではよく見えない臓器 (肺や骨など) のイメージング、あるいは代替造影剤としての用途がある。吸入された過分極3 He は、肺内の気腔の分布をイメージングするために使用できる。13 C を含む注射液または過分極129 Xe の安定化バブルは、血管造影および灌流イメージングの造影剤として研究されている。31 Pは、骨密度と骨構造に関する情報、および脳の機能イメージングを提供できる可能性がある。多核イメージングは、人間の脳内のリチウムの分布をグラフ化する可能性がある。この元素は、双極性障害などの症状を持つ人々にとって重要な薬として使用されている。[113]
MRIによる分子イメージング
MRI は空間分解能が非常に高いという利点があり、形態学的画像や機能的画像に非常に適しています。しかし、MRI にはいくつかの欠点もあります。まず、MRI の感度は 10 −3 mol/L から 10 −5 mol/L 程度で、他の種類の画像と比較すると非常に制限があります。この問題は、室温では核スピン状態間の人口差が非常に小さいことに起因します。たとえば、臨床 MRI の一般的な磁場強度である 1.5テスラでは、高エネルギー状態と低エネルギー状態の差は 200 万個あたり約 9 分子です。MR 感度を高めるための改善には、磁場強度の強化や、光ポンピングまたは動的核分極による過分極化などがあります。感度を高める化学交換に基づくさまざまな信号増幅方式もあります。[114]
MRI を用いた疾患バイオマーカーの分子イメージングを実現するためには、高い特異性と高い緩和能（感度）を持つ標的 MRI造影剤が必要である。これまで、MRI による分子イメージングを実現するための標的 MRI 造影剤の開発に多くの研究が費やされてきた。一般的に、標的化を実現するために、ペプチド、抗体、または小さなリガンド、および HER-2 アフィボディなどの小さなタンパク質ドメインが適用されてきた。造影剤の感度を高めるために、これらの標的化部分は通常、高ペイロード MRI 造影剤または高い緩和能を持つ MRI 造影剤にリンクされている。[115]ユニークな mRNA および遺伝子転写因子タンパク質の遺伝子作用を示すために、新しいクラスの遺伝子標的 MR 造影剤が導入された。[116] [117]これらの新しい造影剤は、ユニークな mRNA、マイクロ RNA、およびウイルスを持つ細胞、および生きた脳の炎症に対する組織反応を追跡することができる。 [118] MR は、TaqMan 分析、光学顕微鏡、電子顕微鏡と正の相関関係にある遺伝子発現の変化を報告する。[ 119]
パラレルMRI
磁場勾配を順次適用して MRI データを収集するには時間がかかります。最も合理化されたMRI シーケンスであっても、勾配の切り替え速度には物理的および生理学的限界があります。並列 MRI は、従来の順次方式ではなく、データの一部を同時に収集することでこれらの限界を回避します。これは、それぞれが身体の異なる「ビュー」を持つ無線周波数 (RF) 検出コイルのアレイを使用して実現されます。削減された一連の勾配ステップが適用され、残りの空間情報は、既知の空間感度パターンに基づいてさまざまなコイルからの信号を組み合わせることで埋められます。結果として生じる加速度は、コイルの数と信号対雑音比 (加速度が増加すると低下する) によって制限されますが、適切なコイル アレイ構成を使用すると、2 倍から 4 倍の加速度が一般的に達成され、特殊なコイル アレイを使用すると大幅に高い加速度が実証されています。並列 MRI は、ほとんどのMRI シーケンスで使用できます。
検出器アレイを使用してイメージングを高速化するという初期の提案がMRI分野ではほとんど注目されなかったが、1996～1997年に空間高調波同時取得（SMASH）技術が導入されて以来、パラレルイメージングが広く開発および応用されるようになった。 [120] SENSitivity Encoding（SENSE）[121]およびGeneralized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions（GRAPPA）[122]技術は、今日最も一般的に使用されているパラレルイメージング法である。パラレルMRIの登場により、画像再構成およびRFコイル設計の広範な研究開発が行われ、市販のMRシステムで使用できる受信チャネルの数が急速に増加した。パラレルMRIは現在、さまざまな身体部位のMRI検査や臨床または研究用途で日常的に使用されている。
定量的MRI
ほとんどのMRIは、特定のパラメータによって「重み付け」された信号強度の相対的な変化の空間マップを取得することにより、MRデータの定性的な解釈に重点を置いています。[123]定量的な方法では、正確な組織緩和測定パラメータ値または磁場の空間マップを決定したり、特定の空間的特徴のサイズを測定したりします。
定量的 MRI 法の例は次のとおりです。
- T1マッピング（特に心臓磁気共鳴画像法で用いられる[124]）
- T2マッピング[125]
- 定量的感受性マッピング（QSM）
- 定量的体液流MRI（すなわち一部の脳脊髄液流MRI [126]）
- 磁気共鳴エラストグラフィー（MRE）[127]
定量的MRIはMR画像と解釈の再現性を高めることを目的としていますが、歴史的にはより長いスキャン時間を必要とします。[123]
定量的MRI（またはqMRI）は、より具体的には、1回の撮影セッションで複数の組織緩和測定パラメータをマッピングするマルチパラメータ定量的MRIを指すこともあります。[128]マルチパラメータ定量的MRIを高速化する取り組みにより、各パラメータに別々のエンコード方法をシーケンスに組み込むか、 [129] MR信号の進化をマルチパラメータモデルに適合させることにより、 複数のパラメータを同時にマッピングするシーケンスが作成されました。 [130] [131]
超偏極ガスMRI
従来の MRI では、磁場によって励起される陽子を持つ水分子が少ないため、肺組織の画像の品質が悪くなります。過分極ガスを使用すると、MRI スキャンで肺の換気障害を特定できます。スキャンの前に、患者はヘリウムまたは窒素の緩衝ガスと混合した過分極キセノンを吸入するように求められます。その結果得られる肺画像は、従来の MRI よりもはるかに高品質です。
安全性
MRIは一般的に安全な技術であるが、安全手順の不備や人為的ミスにより傷害が発生する可能性がある。[132] MRIの禁忌には、ほとんどの人工内耳と心臓ペースメーカー、破片、眼内の金属異物などがある。妊娠中の磁気共鳴画像法は、少なくとも第2および第3トリメスターでは造影剤なしで行えば安全と思われる。[133] MRIは電離放射線を使用しないため、どちらのモダリティでも同じ情報が得られる場合は、一般的にCTよりもMRIの使用が好まれる。 [134]患者の中には閉所恐怖症を経験し、鎮静剤やより短いMRIプロトコルが必要になる場合がある。[135] [136]画像取得中の勾配コイルの振幅と急速な切り替えにより、末梢神経刺激が起こる可能性がある。[137]
MRIは強力な磁石を使用するため、磁性体が高速で移動し、飛散の危険があり、致命的な事故を引き起こす可能性があります。[138]しかし、毎年世界中で何百万ものMRIが実施されているため、[139]死亡事故は極めてまれです。[140]
MRI装置は最大120dB (A)の大きな騒音を発生することがあります。[141]これにより難聴、耳鳴り、聴覚過敏を引き起こす可能性があるため、検査中はMRIスキャナ室内にいるすべての人が適切な聴覚保護具を着用することが不可欠です。
過剰使用
医学会は、医師が患者にMRIを使用すべき場合のガイドラインを発行し、過度の使用を推奨していません。MRIは健康上の問題を検出したり、診断を確認したりできますが、医学会は、患者の訴えを診断または管理するための計画を立てる最初の手順としてMRIを使用しないことを推奨することがよくあります。よくあるケースは、腰痛の原因を探すためにMRIを使用することです。たとえば、米国内科学会は、患者にとって良い結果をもたらす可能性は低いため、画像診断（MRIを含む）を推奨していません。[26] [27]
遺物
MRIアーティファクトは視覚的アーティファクト、つまり視覚的表現における異常である。磁気共鳴画像（MRI）中にはさまざまなアーティファクトが発生する可能性があり、診断の質に影響を与えるものもあれば、病理と混同されるものもある。アーティファクトは患者関連、信号処理依存、ハードウェア（機械）関連に分類できる。[142]
非医療用途
MRIは主に化学物質の日常的な分析に産業的に使用されています。核磁気共鳴技術は、例えば食品中の水分と脂肪の比率の測定、パイプ内の腐食性流体の流れの監視、触媒などの分子構造の研究にも使用されています。[1]
MRIは非侵襲性で無傷であるため、植物の解剖学、水分輸送プロセス、水分バランスの研究に使用できます。[143]また、診断目的で獣医放射線学にも適用されています。これ以外では、コストが高いため動物学での使用は限られていますが、多くの種に使用できます。[144]
古生物学では化石の構造を調べるために使用されます。[145]
法医学的画像診断は、手動の剖検では得られない剖検のグラフィック記録を提供します。CTスキャンは骨格と実質の変化の全身画像を迅速に提供しますが、MR画像診断は軟部組織の病理をよりよく表現します。[146]とはいえ、MRIはより高価で、使用に時間がかかります。[146]さらに、MR画像の品質は10℃以下で低下します。[147]
歴史
1971年、ストーニーブルック大学でポール・ラウターバーは、3次元すべてにおける磁場勾配と逆投影技術を適用してNMR画像を作成しました。彼は1973年にNature誌に2本の水の入ったチューブの最初の画像を発表しました。[148]続いて生きた動物であるハマグリの写真、そして1974年にはマウスの胸腔の画像を発表しました。ラウターバーは自分の画像化手法をゼウグマトグラフィーと呼びましたが、この用語は(N)MR画像化に置き換えられました。[1] 1970年代後半、物理学者のピーター・マンスフィールドとポール・ラウターバーは、エコープラナー画像化(EPI)技術などのMRI関連技術を開発しました。[149]
レイモンド・ダマディアンの核磁気共鳴（NMR）に関する研究はMRIに組み込まれ、最初のスキャナーの1つが構築されました。[150]
半導体技術の進歩は、膨大な計算能力を必要とする実用的なMRIの開発に不可欠であった。これは、単一の集積回路チップ上のトランジスタの数が急速に増加したことにより可能になった。[151]マンスフィールドとラウターバーは、「磁気共鳴画像に関する発見」により2003年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。[152]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、磁気共鳴画像法に関連するメディアがあります。
- Rinck PA (編)。「MRI: 査読済みの批評的入門」。欧州磁気共鳴フォーラム (EMRF)/The Round Table Foundation (TRTF)。
- MRIガイドツアー：一般の方向けの入門書 国立高磁場研究所
- MRI の基礎。基礎となる物理学と技術的側面。
- ビデオ: 磁気共鳴安全教育研究研究所 (IMRSER) による MRI 検査中に何が起こるか
- 王立研究所講演会 – MRI: 人体を見る窓
- 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
- MRIの仕組みを図解でわかりやすく解説
- リアルタイム MRI ビデオ: Biomedizinische NMR Forschungs GmbH。
- ポール C. ラウターバー、MRI (磁気共鳴画像) ノートブックの起源、1971 年 9 月 (すべてのページは、digital.sciencehistory.org のScience History Institute Digital Collectionsからさまざまな形式で無料でダウンロードできます)