リアルタイムMRI

サムネイル|40 msの分解能での歌唱中の声道のリアルタイムMRI

リアルタイムMRI（）は、よい空間分解能と時間分解能で生理学的過程の可視化を可能とする非侵襲的画像化法である。核磁気共鳴画像法（MRI）は時間のかかるk空間のスキャンに基づいているため、リアルタイムMRIは低い画質もしくは低い時間分解能でのみ可能であった。逐次再構成アルゴリズムを使用することで、これらの制約は近年取り除かれた。リアルタイムMRIの新たな手法では1.5～2.0 mmの面内解像度を有する画像に対して20から30ミリ秒の時間解像度が達成できるM Uecker, S Zhang, D Voit, A Karaus, KD Merboldt, J Frahm (2010a)  Real-time MRI at a resolution of 20 ms. NMR Biomed 23: 986-994,  。関節や心臓の病気に関する重要な情報を加えることができると期待されている。多くの場合、MRI検査が患者にとって簡単でより快適なものになる可能性がある。

 物理的基礎 
初期のものはエコープラナーイメージング法に基づいており、これがリアルタイム機能的MRI (rt-fMRI) という重要な用途を見出したが、近年の進歩は逐次再構成やFLASH MRIに基づいているJ Frahm, A Haase, W Hänicke, KD Merboldt, D Matthaei (1985) Hochfrequenz-Impuls und Gradienten-Impuls-Verfahren zur Aufnahme von schnellen NMR-Tomogrammen unter Benutzung von Gradientenechos. German Patent Application P 35 04 734.8, February 12, 1985J Frahm, A Haase, D Matthaei (1986) Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique. Magn Reson Med 3:321-327  。Ueckerらにより提案されたリアルタイムイメージング法ではM Uecker, S Zhang, D Voit, A Karaus, KD Merboldt, J Frahm (2010a)  Real-time MRI at a resolution of 20 ms. NMR Biomed 23: 986-994,  、速く連続的なデータの取得、動きへのロバスト性およびアンダーサンプリングに対する耐性を提供できるラジアルFLASH MRIとS Zhang, KT Block KT, J Frahm (2010b) Magnetic resonance imaging in real time: Advances using radial FLASH. J Magn Reson Imag 31: 101-109,  非線形逆問題としての画像再構成の定式化に基づく逐次画像再構成法を組み合わせているM Uecker, T Hohage, KT Block, J Frahm (2008) Image reconstruction by regularized nonlinear inversion – Joint estimation of coil sensitivities and image content. Magn Reson Med 60: 674-682,  M Uecker, S Zhang, J Frahm (2010b) Nonlinear inverse reconstruction for real-time MRI of the human heart using undersampled radial FLASH. Magn Reson Med 63: 1456-1462,  。複数の受信コイルからのデータを統合し（すなわちパラレルMRI）、正則化とフィルタリングを使用して画像の時系列における冗長性を使うことにより、データのアンダーサンプリングの可能性を1桁高めている。高品質の画像が通常の画像再構成に必要なデータのわずか5～10%から取得することができる。

エコー時間が非常に短いため（例えば1～2ミリ秒）、この手法はオフ共鳴の影響を受けず、ゆえに画像は磁化率アーティファクトを示さず、脂肪抑制に依存することもない。FLASHシーケンスからはスピン密度やT1コントラストが提供されるが、リフォーカスされ十分にバランスの取れた勾配を持つものではT1/T2コントラストを見ることができる。グラディエントエコー時間（例えば同位相および逆位相の条件）の選択は、画像内の水および脂肪の信号の表現を大きく変え、分かれた水/脂肪の動画を可能とするであろう。

 応用 
リアルタイムMRIの適用領域は非医学的である乱流の研究から、介入（外科）手技の非侵襲的監視までと広いが、最も重要な適用先は循環器イメージングであるS Zhang, M Uecker, D Voit, KD Merboldt, J Frahm (2010a) Real-time cardiovascular magnetic resonance at high temporal resolution: radial FLASH with nonlinear inverse reconstruction. J Cardiovasc Magn Reson 12, 39,  。リアルタイムMRIを用いると、心電図と同期させることなく自由呼吸中に毎秒50フレームまでリアルタイムで鼓動する心臓の動画を得ることが可能となるI Uyanik, P Lindner, D Shah, N Tsekos I Pavlidis (2013) Applying a Level Set Method for Resolving Physiologic Motions in Free-Breathing and Non-gated Cardiac MRI. FIMH, 2013, 。

心臓のMRIとは別に、関節運動（顎関節S Zhang, N Gersdorff, J Frahm (2011) Real-Time Magnetic Resonance Imaging of Temporomandibular Joint Dynamics. The Open Medical Imaging Journal, 2011, 5, 1-7, 、膝、手首Boutin RD, Buonocore MH, Immerman I, Ashwell Z, Sonico GJ, Szabo RM and Chaudhari AJ (2013) Real-Time Magnetic Resonance Imaging (MRI) during Active Wrist Motion—Initial Observations. PLoS ONE 8(12): e84004. doi:10.1371/journal.pone.0084004など）の機能研究や発声時（調音音声学）Niebergall A, Zhang S, Kunay E, Keydana G, Job M, et al. Real-time MRI of Speaking at a Resolution of 33 ms: Undersampled Radial FLASH with Nonlinear Inverse Reconstruction. Magn Reson Med 2010, .や嚥下時の唇、舌、軟口蓋、声帯のような調音器官の調和した動きを取り扱うものもあるZhang S, Olthoff A and Frahm J. Real-time magnetic resonance imaging of normal swallowing. J Magn Reson Imaging 2011;35:1372-1379. .。 低侵襲手術の監視を指す介入的MRIにおける応用は、画像の位置や向きなどのパラメータを双方向的に変えることで可能になる。

 脚注 

 外部リンク 
 Many up-to-date real-time MRI movies as well as further technical details 
 Related information of the Max Planck Society
 Real-time MRI of horn playing (Sarah Willis) 
 Live video of movements during speech production (youtube)
 MRI of the wrist during active motion (youtube)

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