MRIパルスシーケンス

磁気共鳴画像法（MRI）におけるMRIパルスシーケンスとは、特定の画像表示をもたらすパルスシーケンスとパルス磁場勾配の特定の設定のことである。 ^{[ 1 ]}

マルチパラメトリックMRIは、2つ以上のシーケンスの組み合わせ、および/または分光法などの他の特殊なMRI構成を含みます。^{[ 2 ] [ 3 ]}

この表には、珍しい配列や実験的な配列は含まれていません。

グラジエントエコーシーケンスでは、粒子のスピンをコヒーレントにするために 180 度の RF パルスは使用しません。代わりに、磁気勾配を使用してスピンを操作し、必要に応じてスピンの位相をずらしたり再位相させたりします。励起パルスの後、スピンは位相がずらされ、スピンがコヒーレントではないため信号は生成されません。スピンが再位相されると、コヒーレントになり、信号 (または「エコー」) が生成されて画像が形成されます。スピンエコーとは異なり、グラジエントエコーでは、次のシーケンスを開始する前に横磁化が完全に減衰するのを待つ必要がないため、非常に短い繰り返し時間 (TR) が必要となり、短時間で画像を取得できます。エコーが形成された後、横磁化の一部が残ります。この間に勾配を操作すると、コントラストの異なる画像が生成されます。この段階でコントラストを操作する主な方法は 3 つあります。1 つは、残りの横磁化を損なわずに、それらを回復しようとする定常状態自由歳差 (SSFP) です (これにより T2 強調画像が生成されます)。横磁化を平均化するスポイラー勾配（これにより混合T1強調画像とT2強調画像が生成される）と、横磁化を除去するためにRFパルスの位相を変化させるRFスポイラー（これにより純粋なT1強調画像が生成される）を用いたシーケンス。^{[ 39 ]}

比較のために述べると、グラジエントエコーシーケンスの繰り返し時間は約3ミリ秒であるのに対し、スピンエコーシーケンスの繰り返し時間は約30ミリ秒である。

インバージョンリカバリーは、組織と病変の間に高いコントラストを提供するMRIシーケンスです。これは、高T1強調画像、高T2強調画像を提供し、脂肪、血液、または脳脊髄液（CSF）からの信号を抑制するために使用できます。^{[ 40 ]}

拡散MRIは、生体組織内の水分子の拡散を測定します。 ^{[ 41 ]}臨床的には、拡散MRIは、病態（例：脳卒中）や神経疾患（例：多発性硬化症）の診断に役立ち、中枢神経系の白質軸索の接続性をよりよく理解するのに役立ちます。^{[ 42 ]}等方性媒体（例えば、グラスの水の中）では、水分子は乱流とブラウン運動に従って自然にランダムに動きます。しかし、生体組織では、レイノルズ数が層流に十分低いため、拡散は異方性になる可能性があります。たとえば、ニューロンの軸索内の分子は、ミエリン膜を通過する確率が低くなります。したがって、分子は主に神経線維の軸に沿って動きます。特定のボクセル内の分子が主に一方向に拡散することがわかっている場合、この領域の線維の大部分はその方向に平行であると仮定できます。

拡散テンソル画像法（DTI）^{[ 43 ]}の最近の発展により、拡散を複数の方向で測定し、各ボクセルの各方向の異方性比を計算することが可能になりました。これにより、研究者は線維方向の脳マップを作成して、脳内のさまざまな領域の接続性を調べたり（トラクトグラフィーを使用）、多発性硬化症などの疾患における神経変性や脱髄の領域を調べたりすることができます。

拡散MRIのもう1つの応用は、拡散強調画像（DWI）です。虚血性脳卒中後、DWIは病変で起こる変化に非常に敏感です。^{[ 44 ]}細胞毒性浮腫（細胞の腫れ）の結果として、水の拡散に対する制限（障壁）が増加することが、DWIスキャンでの信号の増加の原因であると推測されています。DWIの増強は、脳卒中症状の発症から5〜10分以内に現れ（急性梗塞の変化を4〜6時間まで検出できないことが多いCTと比較）、最大2週間持続します。脳灌流の画像と組み合わせることで、研究者は、再灌流療法によって救済可能な領域を示す可能性のある「灌流/拡散ミスマッチ」の領域を強調することができます。

他の多くの特殊なアプリケーションと同様に、この技術は通常、エコー平面イメージングシーケンスなどの高速画像取得シーケンスと組み合わせて使用​​されます。

灌流強調画像（PWI）は、主に3つの手法で実施されます。

• 動的感受性コントラスト（DSC）：ガドリニウム造影剤を注入し、高速繰り返し撮像（一般的には勾配エコーエコー平面T2強調）により、感受性誘発信号損失を定量化する。^{[ 45 ]}
• ダイナミックコントラスト強調（DCE）：ガドリニウム造影剤ボーラスによって誘発されるスピン格子緩和（T1）の短縮を測定する。^{[ 46 ]}
• 動脈スピンラベリング（ASL）：ガドリニウム造影剤を必要とせずに、イメージングスラブ下の動脈血を磁気的に標識する。^{[ 47 ]}

取得したデータはその後、後処理され、BV（血液量）、BF（血流）、MTT（平均通過時間）、TTP（ピーク到達時間）などのさまざまなパラメータを含む灌流マップが作成されます。

脳梗塞では、ペナンブラの灌流が低下します。^{[ 24 ]}別のMRIシーケンスである拡散強調MRIは、すでに壊死している組織の量を推定し、したがって、これらのシーケンスの組み合わせを使用して、血栓溶解療法および/または血栓除去術によって救済可能な脳組織の量を推定することができます。

機能的MRI （fMRI）は、神経活動の変化によって生じる脳内の信号変化を測定します。これは、脳のさまざまな部分が外部刺激や安静時の受動的な活動にどのように反応するかを理解するのに使用され、行動および認知研究、および重要な脳領域の神経外科手術の計画に応用されています。^{[ 48 ] [ 49 ]} 研究者は統計的手法を使用して、タスクに応じて活動に有意な変化を示す皮質領域を示す脳の3Dパラメトリックマップを作成します。解剖学的T1W画像と比較すると、脳は低い空間分解能でスキャンされますが、時間分解能は高くなります（通常2～3秒ごとに1回）。神経活動の増加は、T ^* _2の変化を介してMR信号の変化を引き起こします。^{[ 50 ]}このメカニズムは、BOLD（血中酸素濃度依存性）効果と呼ばれます。神経活動の亢進は酸素需要の増加を引き起こし、血管系はこれを過剰に補償し、脱酸素化ヘモグロビンに対する酸素化ヘモグロビンの量を増加させます。脱酸素化ヘモグロビンはMR信号を減衰させるため、血管反応は神経活動に関連した信号の増加につながります。神経活動とBOLD信号の関係の正確な性質は、現在研究の対象となっています。BOLD効果は、神経組織内の静脈血管系の高解像度3Dマップを作成することも可能にします。

ヒトを対象とした神経科学研究において、BOLD信号解析は最も一般的な手法であるが、MRイメージングの柔軟性により、血流の他の側面に対する信号の感度を高める手段が提供される。代替手法としては、動脈スピンラベリング（ASL）や、脳血流量（CBF）および脳血容量（CBV）によるMRI信号の重み付けなどが挙げられる。CBV法では、現在ヒト臨床試験中のMRI造影剤を投与する必要がある。この方法は前臨床研究においてBOLD法よりもはるかに高感度であることが示されているため、臨床応用におけるfMRIの役割を拡大する可能性がある。CBF法は、検出感度が著しく低下するものの、BOLD信号よりも定量的な情報が得られる。

磁気共鳴血管造影（MRA）は、血管を画像化するための技術群です。MRAは、動脈（まれに静脈）の画像を生成し、狭窄（異常な狭窄）、閉塞、 動脈瘤（破裂の危険性がある血管壁の拡張）、またはその他の異常を評価するために使用されます。MRAは、頸部および脳の動脈、胸部および腹部大動脈、腎動脈、および脚（後者の検査はしばしば「ランオフ」と呼ばれます）の評価によく使用されます。

磁化率強調画像法（SWI）は、スピン密度、T1、T2画像法とは異なる、MRIの新しいタイプのコントラスト法です_。この方法は_、組織間の磁化率の違いを利用し、完全に速度補償された3次元RFスポイル高解像度3D勾配エコースキャンを使用します。この特殊なデータ取得と画像処理により、静脈血、出血、鉄蓄積に非常に敏感な、コントラスト強度の高い画像が生成されます。腫瘍、血管疾患および神経血管疾患（脳卒中および出血）、多発性硬化症^{[ 52 ]}、アルツハイマー病の検出と診断を強化するために使用され、他の方法では診断できない可能性のある外傷性脳損傷も検出します^{[ 53 ] 。}

磁化移動（MT）は、MRIの特定の用途において画像コントラストを向上させるための技術である。

結合プロトンはタンパク質と関連しており、T2減衰が非常に短いため、通常は画像コントラストに寄与しません。しかし、これらのプロトンは幅広い共鳴ピークを持つため、自由プロトンに影響を与えない高周波パルスによって励起することができます。これらの励起により、飽和スピンが結合プールから自由プールに移動することで画像コントラストが増加し、自由水の信号が減少します。この同核磁化移動により、組織中の高分子含有量を間接的に測定することができます。同核磁化移動の実装には、MRIの比吸収率の安全限界内で、結合スピンを十分に強く飽和させるのに適した周波数オフセットとパルス形状の選択が必要です。^{[ 54 ]}

この技術の最も一般的な用途は、タイムオブフライトMR血管造影におけるバックグラウンド信号の抑制です。^{[ 55 ]}また、神経画像診断、特に多発性硬化症における白質病変の特性評価にも応用されています。^{[ 56 ]}

脂肪抑制は、例えば、長期間にわたる（ただしおそらく非活動性の）炎症性腸疾患、肥満、化学療法、セリアック病などによって引き起こされる可能性のある脂肪沈着から、腸内の活動性炎症を区別するのに役立ちます。^{[ 57 ]}脂肪抑制技術がない場合、脂肪と体液は高速スピンエコーシーケンスで同様の信号強度を示します。^{[ 58 ]}

MRIで脂肪を抑制する技術には主に次のものがあります: ^{[ 59 ]}

• 脂肪は、その原子の化学シフトによって識別され、水とは異なる時間依存的な位相シフトを引き起こす。
• 画像撮影前に「脂肪飽和」パルスを用いて脂肪のスペクトルピークを周波数選択的に飽和させる。
• 短時間反転回復法（STIR）、T1依存性法
• スペクトルプレサチュレーションと反転回復（SPIR）

この方法はニューロメラニンの常磁性特性を利用しており、黒質と青斑核を可視化するために使用できます。パーキンソン病やその他のパーキンソン症候群におけるこれらの核の萎縮を検出するために使用され、大うつ病性障害や統合失調症における信号強度の変化も検出します。^{[ 60 ]}

以下のシーケンスは、臨床的に一般的に使用されていないか、または実験段階にあります。