k-spaceってなに?

k-spaceという言葉を聞いたことがない人は少なくないでしょう。

MRIの特徴的な言葉であり、その意味については物理学者とかでない限りは詳しいところまで知る必要がないと考えます。が、MRIを理解する上で重要なポイントだけは知っていてください!

k-spaceとは

MR信号が検出されてからまず、その情報が保管される場所です。

はい!これだけでk-spaceに対する理解は50%達成しました!画面を閉じないでください!あと1つだけ覚えて欲しいことがあります。

k-spaceの特徴

k-spaceの中心がコントラスト、周辺が空間分解能に影響している

意味わからないことを言い出して申し訳ありません。百聞は一見にしかず!こちらをご覧ください。

MR信号を検出して、その情報で埋められたk-spaceをフーリエ変換するとMR画像が出来上がります。※さっきからフーリエ変換って何だよって思った方へ。フルーツジュースがあります。それをフーリエ変換すると材料にバナナ、リンゴ、オレンジ、ピーチが使われていることがわかります。フーリエ変換とは複数の周波数成分で構成されたデータを分離することだと大学の頃教わりました←

では先ほどk-space全体をフーリエ変換してMR画像を完成させましたが、今度はk-spaceの中心のデータだけを用いてフーリエ変換したとすると完成するMR画像は下の通りになります。

真ん中のデータだけしか使ってないのに意外とそれっぽい画像になるんですねー

ところが何だかボケーっとして気の抜けた画像ができていることがわかるでしょうか?

次の画像をご覧ください。今度はk-spaceの端っこのデータのみを使用してMR画像を完成させると下のような画像ができます。

…ん?今度はうっすら元の画像の面影はありますがコントラスト(色の濃淡)がはっきりしない画像が出てきました。でも画像の輪郭を縁取ったようにラインが浮き出ているのがわかりますでしょうか?

つまり何が言いたいかといいますと

k-spaceの中心はコントラスト、辺縁が空間分解能に影響するということです。

これだけ覚えておけばk-spaceについて十分理解していると言ってもいいと私は思います。

そしてこれを理解していないと高速スピンエコー法:FSEgradient echo法:GREについての説明が理解できないため書かせていただきました。抑えるべきポイントは2点だけなのでぜひ覚えちゃってください!

次回、高速スピンエコー法TSEについて解説いたします!

スピンエコーSE(Spine Echo)について

スピンエコーSEについて解説します。

こういったMRIの原理的な話は見ると眠くなる方が多い話題だと思いますのでできるだけ図を使ってわかりやすく説明していきます!

スピンエコーSEとはMRIの最も基本的な撮影法で用いるパルスは2種類!90°パルス(励起パルス)180°パルス(飽和パルス)です。

詳しい原理を説明しても面白くないのでザクっと説明します。90°パルス(スライス選択RFパルス)を印加後に180°パルスを印加するとMR信号が出てきます。これがスピンエコー法の原理です。

wikipediaより引用

これの繰り返しによってMRIの画像が出来上がります。あとスピンエコーを理解する上でTRTEというワードもおさえなければなりません。

TR (repertition time:繰り返し時間)というのが前の90°パルスから次の90°パルスが印加されるまでの時間。TE (echo time:エコー時間)というのが90°パルスからMR信号を検出するまでの時間となります。なぜこれらが大事かというと、、、TRとTEの組み合わせでT1強調画像とかT2強調画像とか得られる画像のコントラストが決定されるからです!

WIというのはweighted image(強調画像)、PDというのはproton density(プロトン密度)を指す

ここまで読んだ方はスピンエコーについて理解してきたのではないでしょうか?

しかし残念ながら今の時代に臨床ではスピンエコーなんて使いません。なぜかというと撮影時間が長すぎるからです!でも大丈夫です。現在スピンエコーに代わって臨床で活躍している高速スピンエコー。スピンエコーを理解したみなさんなら簡単に理解できます!

たとえば256×256のマトリックスのT2強調画像を1枚とりましょう。T2のTRは長いです。大体4000 msec(4秒)として計算すると…

なんと1枚の画像を撮影するのに17分もかかってしまうのです。こんなの使えるわけがない。

そこで開発された高速スピンエコー法

高速スピンエコーの解説はこちらから!

撮影時間短縮 Fast Recovery法

MRIの撮影時間の短縮にはさまざまな方法があります。

その中の1つにFast Recovery法があります。(呼称 GE: Fast Recovery SIEMENS: Restore Philips: DRIVE)

T2強調画像というのはざくっとTR=4000以上必要としましょう。(正確な定義はありませんがとにかく長いTRが必要となります。磁場強度でも異なる。) これはT2強調信号を得る際、プロトンの横磁化成分の回復に長い時間が必要な訳で、TRを短くすると回復が間に合わず十分な信号を得ることができないのです。

(左)TR=4000 (右)TR=700 脳脊髄液の信号強度が違いますね!

そこで90度パルスの前に無理やり水信号を回復させるようなパルスを打ちます。

これによってTRを短い値にしても水の信号強度を高く保つことができ、時短しながら良質なT2強調画像を得ることができます!

同じ撮影時間でここまでちがう!

このFast Recovery法は臨床でめちゃくちゃ活用できます。主に水信号を強くしたい!という時や時短したい!というときです。

MRCPや3DのT2WIとか脊椎のT2WIなどなど、、、

ただ注意点もいくつかありますので、中級を目指す方は意識しましょう!

  • IR法(Inversion Recovery)と併用できない→撮影原理的に併用できないことはお分かりいただけるだろうか。IR法を使う時は信号回復のために十分TRを伸ばす必要がある。
  • あくまで水信号を強制回復させるだけなので腫瘍などの信号がTRの長い条件時のT2WIとは異なる可能性がある→Fast recoveryを使う場面、部位、タイミングはきちんと考える。
  • 最短TRが少し伸びる→シーケンスチャートに-90°という余分なパルスが入るため最短TRが伸びます。よってTRが5000とか6000とか十分長い場合はFast recoveryを使用しない方が時短になります。

とはいえ使わないと身につかないので明日からぜひ使用してみて画像がどう変化するのか見てみてください!