セミナーレポート(東芝メディカルシステムズ)

第74回日本医学放射線学会総会が4月16日(木)〜19日(日)の4日間,パシフィコ横浜(横浜市)にて開催された。17日に行われた東芝メディカルシステムズ株式会社共催のランチョンセミナー4では,神戸大学大学院医学研究科内科系講座放射線医学分野教授の杉村和朗氏を座長に,藤田保健衛生大学医学部放射線医学教室講師の村山和宏氏と神戸大学大学院医学研究科先端生体医用画像研究センターセンター長/内科系講座放射線医学分野機能・画像診断学部門部門長・特命教授の大野良治氏が,「最先端3T MRIによる臨床応用」をテーマに講演した。

2015年7月号

第74回日本医学放射線学会総会 ランチョンセミナー4 最先端3T MRIによる臨床応用

Vantage Titan™ 3Tにおける体幹部MRI:形態診断,機能診断そして分子イメージングへ

大野 良治(神戸大学大学院 医学研究科 先端生体医用画像研究センター/内科系講座 放射線医学分野 機能・画像診断学部門)

本邦において全身用3T核磁気共鳴(Magnetic Resonance:MR)装置は,2005年に薬事承認されて以来,体幹部での臨床応用が試みられつつあるが,現時点で1.5T MR装置に比して明らかな優位性を示されてはいない。しかし,当初はBody Coilによる撮像のみであったものの,各種のPhased-Array Coilの臨床導入やParallel Imaging法の多チャンネル化による撮像条件の自由度の向上,各種撮像法の開発およびラジオ波(Radio frequency:RF)送信に関する新技術の開発により,現在では導入当初に比してはるかに向上した画質を臨床現場で得ることが可能になりつつある。
本稿においては,「Vantage Titan 3T」(東芝メディカルシステムズ社製)の最新臨床応用とその将来展望に関して,文献的考察を中心に述べる。

3T MR装置の特徴

3T MR装置の最大の利点である高い信号-ノイズ比(signal to noise ratio:SNR)は,理論的には静磁場磁束密度(B0)に比例するので1.5T MR装置の2倍のSNRが得られる1),2)。この高いSNRは高空間分解能化,あるいは撮像時間の短縮化を可能にする。しかし,3T MR装置は高いSNRが得られる可能性がある反面,画質劣化に影響するいくつかの根源的事象を伴うことも知られている1),2)。したがって,Vantage Titan 3Tは,71cmのOpen Boreを有する新たな3T MR装置であり,1.5T MR装置と比較してさまざまな撮像上の制限を凌駕するために,ガントリシステムにおける(1) Pianissimoシステムと(2) Conformテクノロジー,グラディエントシステムにおける(3) Maximum Gradient 30mT/mおよび(4) Maximum Slew Rate 203mT/m/msを有するSlim Gradientコイル,RFシステムにおける(5) Multi-phase TransmissionおよびコイルシステムにおけるAtlas SPEEDERを可能とする全身で使用可能な各領域におけるPhased Array Coilであり,総エレメント数は128エレメントになるRF receive systemなどを用いている。そして,本JRC2015において新たなグラディエントシステムとして,Maximum Gradient 45mT/mを可能にする“Saturn Gradient”システムを搭載された新モデルが紹介された(図1)。現時点で,神戸大学ではSaturn Gradientシステムを搭載したVantage Titan 3Tをまだ使用できていないので,本講演および本稿においては従来のVantage Titan 3Tを基に説明する。

図1 Saturn Gradientシステムを搭載した新たなVantage Titan 3Tの概要

図1 Saturn Gradientシステムを搭載した新たなVantage Titan 3Tの概要

 

全身MRI(WB-MRI)の臨床的有用性

肺がん患者の臨床病期診断における有用性は,1991年のRadiologic Diagnostic Oncology Groupによる論文以来,MRIはその組織コントラストの高さから縦隔浸潤,胸壁浸潤に関してのみ有用性が示唆されてきた3)。また,2000年以降には1.5T MR装置によるCE-MR angiographyなどを用いたT因子診断の臨床応用が模索されたこともあったが,現在ではN因子およびM因子診断における有用性が知られており,主としてNおよびM因子診断に用いられている4)〜6)。そして,2007年以降はShort TI inversion recovery(STIR)法やDiffusion-weighted MR imaging(DWI)法を含めた全身MRI(Whole-body MR imaging:WB-MRI)のM因子診断を中心とした有用性の示唆がなされている7)〜11)。これらの手法による診断能は,PETやPET/CTに比して同等あるいは有意に高いことが示唆されている。一方,これらの手法は,3T MR装置においてもPET/CTと同様に,NおよびM因子診断において有用であることが示唆されている7)〜11)。したがって,3T MR装置においても,今後はNおよびM因子診断においては1.5T MR装置と同様に臨床応用が進むと考えられる(図2)。また,近年では本手法を肺がん術後再発の検索においても応用可能であり,PET/CTや通常の画像診断による転移検索検査と比してより特異度や正診率が高いことも示唆されており,PET/CTや通常の画像診断による転移検索検査の代用になる可能性が示唆されている12)
また,最近では,FDG-PET/MRIがPET/CTに比して有用あるいは同様の診断能を有しているか,という臨床的疑問に対しての報告が散見される。初期報告においては,PET/CTとPET/MRIは同等の診断能を有しているものの,明らかな臨床的優位性を示してはいない13)。しかし,われわれがVantage Titan 3Tにて撮像したWB-MRIと東芝メディカルシステムズ社が開発したフュージョン用のビューワを用いて検討したところ,胸部を含めたMRIの信号強度解析ができる放射線科医が診断した場合にはWB-MRIおよびPET/MRIは,MRIの信号強度解析ができない放射線科医あるいは核医学医が診断したPET/MRIやPET/CTにてNおよびM因子診断および病期診断や手術の可否に関しての診断能においては,感度および正診率がより高いことも示唆されている14)。したがって,今後は肺がん以外の腫瘍性疾患においても同様の研究がなされると考えられるが,MR装置やフュージョン用のビューワソフトの進歩と併せて,読影者が胸部を含めたWB-MRIの読影に関して精通することが求められると考えられる。

図2 73歳,女性,肺腺癌患者(pT1aN1M0:pStage IIA)のFDG-PET/CTおよびWB-MRI

図2 73歳,女性,肺腺癌患者(pT1aN1M0:pStage IIA)のFDG-PET/CT
およびWB-MRI
PET/CTおよびWB-MRIにおけるSTIR fast advanced spin-echo(FASE)法および脂肪抑制造影Quick 3D法において,原発巣(▲)および肺門部リンパ節転移(→)を明瞭に描出している。

 

新たな拡散強調画像(DWI)の臨床的有用性に関して

DWIは,2004年頃以降より体幹部においても臨床応用されてきたが,1.5T MR装置に比して3T MR装置では,磁場の不均一性により画質劣化が指摘されている。併せて,高いb値によるDWIの有用性が指摘されるとともに,その画質劣化も指摘されている15)。したがって,このような問題点を解決するためにComputed DWI(cDWI)が提唱されている16),17)
cDWIの臨床応用に関しては,高画質および高いb値の画像を3T MR装置で臨床的に要求される前立腺領域における研究論文が最も多い。われわれのグループでも,神戸大学の上野嘉子先生を中心に,本研究により超高b値(b=2000mm2/s)のDWIの代用として高b値(b=1000mm2/s)で高画質なDWIから求めた超高b値(b=2000mm2/s)のcDWIを用いることにより,画質を改善しながら同等の診断能を得られることを明らかにした17)。したがって,本手法を用いることにより,超高b値のDWIを簡便に体幹部において臨床応用可能である可能性が示唆された。
また,cDWIが撮像後の処理にてDWIの可能性を拡大する手法であるのに対して,東芝メディカルシステムズ社が新たに3T MR装置用に開発したDWI用の撮像法として,read out系をEcho-planar imaging(EPI)法からFASE法に変更したFASE法によるDWIを臨床応用可能にしている(図3)。本手法はEPI法に比してSNRが低下するものの,susceptibility artifactに対する耐性が高いことが知られており18),今後の臨床研究結果が期待される。

図3 頭部におけるFASE法およびEPI法によるDWI(W.I.P.)

図3 頭部におけるFASE法およびEPI法によるDWI(W.I.P.)
上段がFASE法によるDWIおよびADC mapであり,下段がEPI法によるDWIおよびADC mapである。頭蓋底部(→)において,EPI法に比してFASE法ではsusceptibility artifactが改善している。

 

非造影MR血管画像および非造影MR灌流画像の臨床応用

Vantage Titan 3Tにおいては,血液のT1値の延長と心電図同期を利用し,収縮期と拡張期の差分画像から非造影MR血管画像(Non-CE-MR angiography)を作成する3D ECG-gated fresh blood imaging(3D-FBI)法とnon-slice selective pulseおよびslice selective Tag pulseを用いたarterial spin labeling(ASL)法を応用したTime spatial labeling inversion pulse(Time-SLIP)法が臨床応用可能である19),20)。その診断能は,胸部領域においては造影MR angiographyや造影CT angiographyと同等であることも示唆されている21)。また,Time-SLIP法においてはTag pulseの設定および撮像法を変えることにより,さまざまな血管を出し分けることが可能であることも知られている(図4)。また,3D-FBI法においては,至適な撮像タイミングで撮像することにより,非造影MR灌流画像(Non-CE-perfusion MRI)を得ることも可能となり,肺がん患者における局所肺血流評価能および術後肺機能予測能は造影MR灌流画像(CE-perfusion MRI)や肺血流シンチグラフィと同等であることも示唆されている22)

図4 Time-SLIP法による肝血管の描出

図4 Time-SLIP法による肝血管の描出
a:Tag pulseを図の位置に設定し,steady-state free precession(SSFP)法にて収集することにより,肝動脈,腹腔動脈および腎動脈などの大動脈からの動脈分枝を良好に描出できる。
b:Tag pulseを図の位置に設定し,FASE法にて収集することにより,門脈本幹からその分枝を良好に描出できる。
c:Tag pulseを図の位置に設定し,SSFP法にて収集することにより,肝動脈および肝静脈などが良好に描出できる。

 

1.化学交換飽和移動画像(CEST imaging)
化学交換飽和移動画像(Chemical exchange saturation transfer imaging:CEST imaging)は,生体高分子と水分子の間の相互作用を反映したMRIの新しいイメージング法として注目を集めている。本手法は,水酸基,アミノ基およびアミド基を有するDNA,アミノ酸やタンパクを有する化合物の存在や生体内のpHなどのさまざまな生体情報を取得でき,さまざまな基礎実験や中枢神経領域を中心に臨床応用が始まっている23)〜25)。われわれも中枢神経領域および胸部領域を中心に臨床応用を開始しており,今後,その成果をさまざまな形で報告し,さらなる進歩をVantage Titan 3Tを用いて行いたいと考える。

2.‌Ultra-short TEによる高分解能薄層肺MR画像(UTE-MRI)
Pulmonary MR imaging with ultra-short TE(UTE-MRI)は,元来,T2*値の極端に短い生体内の構造におけるMRIの手法として開発され,主に骨軟部領域に応用されてきた。本手法を肺末梢のT2*値解析に応用することによって肺局所のT2*mapを作成することが可能であり,肺気腫や膠原病に伴う肺病変などの間質性肺炎の重症度評価を可能としている26)〜28)。そして,さらに近年の報告では,薄層CTと同様の画像を取得することが可能であるとの報告もある29),30)。われわれも本手法を開発し,臨床応用することに成功した(図5)。今後はさらなる臨床応用研究を行うとともに,東芝メディカルシステムズ社とともにさらなる画質改善を行い,本手法の臨床における有用性に関しても評価した上で,薄層CTとの使い分けなどを含めて,その臨床適応などに関しても明らかにしたいと考える。

図5 72歳,男性,肺扁平上皮癌

図5 72歳,男性,肺扁平上皮癌
UTE-MRIおよび薄層CTにおいて右肺尖部の肺扁平上皮癌および周囲のブラや肺気腫は同様に描出されており,肺末梢の血管や気管支などの末梢構造の描出も同等であるので,今後の臨床応用が期待される。

 

まとめ

現時点で3T MR装置が肺領域において1.5T MR装置に勝る,あるいは代用として臨床応用可能であるという報告は少なく,その臨床的有用性は現在評価中であると言わざるを得ない。しかし,Vantage Titan 3Tは,その設計思想においてもさまざまな新しい部分を有するとともに,たゆまぬ各種MR撮像技術や撮像法の開発などを継続的に行うことにより,腫瘍性疾患のみならず,さまざまな体幹部疾患において,形態診断にとどまらず,機能診断や分子イメージングも可能とする3T MR装置であり,核磁気共鳴領域において最後のフロンティアとも言える肺実質の描出なども可能にすることにより,真の意味でCTやPET/CTとともにマルチモダリティ時代を担っていく新たなMR装置として,さらに進化を続けるものと期待する。

●参考文献
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大野 良治

大野 良治(Ohno Yoshiharu)
1993年 神戸大学医学部卒業。1998年 同大学院医学研究科内科学系放射線医学修了。2000年
同大学医学部附属病院助手。Pennsylvania大学放射線科Pulmonary functional imaging research, Research fellow,Harvard Medical School Beth Israel Deaconess Medical Center(文部科学省在外研究動向調査員として派遣)などを経て,2009年より神戸大学大学院医学系研究科生体情報医学講座放射線医学分野機能・画像診断学部門 部門長/特命准教授,同大学医学部附属病院放射線部部長(併任)。2012年より同大学院医学研究科先端生体医用画像研究センター センター長(併任)。

 

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