はじめに

キヤノンメディカルシステムズは，Deep Learning（DL）を用いたSNR向上技術“Advanced intelligent Clear-IQ Engine（AiCE）”を搭載したMR装置を製品化している。3T MR装置ではflag ship装置の「Vantage Centurian」に加えて，「Vantage Galan 3T / Focus Edition」，1.5T MR装置では「Vantage Orian」に加えて「Vantage Gracian」が臨床導入された。すべての製品に新たな高速撮像法である圧縮センシング法“Compressed SPEEDER”を含めた最新撮像法が搭載されている。藤田医科大学病院では，Vantage Centurian 2台に加えて「Vantage Titan 3T / SGO」が稼働しており，当大学ばんたね病院および岡崎医療センターではVantage Orianが稼働している。また，2021年度中に両病院にはVantage Galan 3T / Focus Editionを導入予定である。
本講演では，これらの3Tおよび1.5T MR装置を用いたキヤノンメディカルシステムズの最新画像診断に関して概説する。

Compressed SPEEDERの臨床における有用性と可能性

MRIの撮像時間短縮技術であるparallel imaging（PI）は，各医療機器メーカーによって現在広く臨床に応用されており，image domain based PIとk-space domain based PIに分けられる。キヤノンメディカルシステムズのSPEEDERはimage domain based PIであるが，Compressed SPEEDERはこれらとは異なる理論である圧縮センシングを用いた高速撮像法である。圧縮センシングでは真値を推定するため可逆性はないが，高速化についてはPIよりも優れている。Compressed SPEEDERでは，可逆性が高く画質を担保できるとともに高速化の上限を高くできる可能性があり，PIと圧縮センシングを組み合わせ，PI部分におけるエンコード依存性を低減するとともに，圧縮センシングにおけるランダムノイズを低減している。併せてwavelet変換における閾値の低減を行うことで，高速イメージングでの画質劣化を防いでいる^1）。Compressed SPEEDERでは検査時間の短縮と併せて，頭頸部などでは撮像時間の短縮によりmotion artifactの低減も図れて画質改善にも有効であることが知られており，PIと比較して検査効率および画質改善の両面から有効であることが報告されている^1）。また，本手法を用いることは病院経営の観点からも優れた技術であると考えられ，当大学の各病院では積極的に臨床応用を試みている。

AiCEの臨床における有用性と可能性

AiCEは，low SNRの画像からhigh SNRの画像を作成する技術であり，MR画像に含まれる高周波成分のみを学習させることで，解剖学的構造に影響しないノイズ成分のみの選択的除去が可能である^2）。当大学における検証では，AiCEはPIよりも Compressed SPEEDERとの相性が良く，両者を併用することで検査時間の短縮を図りながら，PI単独と同等の画質を得ることが可能であり^2），検査効率を上げつつより良い診療を行うことが可能であることが示唆されている。
図1に，右頤部ガマ腫の症例を示す。同じ撮像条件で撮像した場合，PIでは2分30秒で撮像可能であるのに対して，Compressed SPEEDERでは1分20秒で撮像可能であった。また，Compressed SPEEDER単独では診療に影響しないものの，PIに比して若干ノイズが目立つが，AiCEを使用した場合には明瞭なノイズ低減効果を示している。
また，AiCEは1.5T MR装置 でも使用可能である。3Tと1.5Tの画質を比較すると，AiCEを適用することで1.5T装置でも3T装置と同等の画質を得ることも可能であり，AiCEは1.5T装置においても有用な技術であると考える。

図1　右頤部ガマ腫
左から右に通常のPIであるSPEEDERで撮像したT2強調像，Compressed SPEEDERにて撮像したT2強調像と同T2強調像をAiCEにて再構成した画像の比較

新たな撮像時間短縮技術としてのFast 3D Sequence

キヤノンメディカルシステムズのMR装置においては，従来の3D収集に加えて新たに“Fast 3D mode”を使用することが可能である（図2）。従来の3D収集ではk-spaceを1TRごとに1 slice encodeごとの信号収集をするのに対し，Fast 3D modeの一つである“Fast 3D multiple”では，1TRで2 slice encodeごとの信号収集を行うことで収集効率を2倍とし，撮像時間を半分に短縮できる。また，“Fast 3D wheel”では，k-spaceセンターから高周波部に向かってwheel状に信号を収集する。この時，画質に影響しづらい外周部分の信号を収集しないことで，撮像時間の短縮化を図っている。したがって，Fast 3D modeでは圧縮センシングを使用することなく撮像時間の短縮が可能であるとともに，従来のPIとの併用も可能である。また，Fast 3D multipleは一般にspin-echo系の撮像法に用いられるが，Fast 3D wheelはgradient-echo系の撮像法にも用いられる。
図3は右中大脳動脈瘤のMR angio-graphyであるが，同一撮像条件下にて通常のPIであるSPEEDERとFast 3D wheelにて撮像された。撮像時間はSPEEDERが6分30秒であるのに対して，Fast 3D wheelでは2分54秒で撮像でき，Compressed SPEEDERのようなノイズなども認められない。
Fast 3D modeは新たに臨床導入された撮像法であり，現在，当大学を中心にさまざまな臨床応用が試みられており，今後その臨床応用におけるさまざまなエビデンスが報告されることが期待されている。

図2　従来の3D収集とFast 3D modeであるFast 3D multipleとFast 3D wheelのk-spaceデータ収集法の比較
（資料提供：キヤノンメディカルシステムズ株式会社）

図3　右中大脳動脈瘤
time of flight法にて撮像したMR angiographyのSPEEDERとFast 3D wheelの比較
〔Hanamatsu, S., et al.（Will be submitted to RSNA 2021）〕

Vantage Centurianによる新たなイメージングの臨床における有用性と可能性

1．High Power Gradientを用いた高b値体幹部拡散強調画像とExpanded SPEEDER DWI
Vantage Centurianは100mT/mのHigh Power Gradientシステムを搭載したことで，高b値の撮像においてもTEを短縮することができ，SNRの高い高分解能拡散強調画像（DWI）の撮像を可能としている。前立腺がんにおいては，b＝3000s/mm²で良好な画像を得られるのみならず，b＝5000s/mm²でもAiCEを併用することによって良好な画像が得られており，従来からの臨床やPI-RADSで用いられるb＝1000〜2000s/mm²の拡散強調画像に比して同等以上の診断能を有していることも示唆されている^3）。今後，High Power Gradientを用いた高b値体幹部DWIは，さまざまな体幹部悪性腫瘍において臨床応用されるとともに，息止め下での全肝高分解能DWIなどの撮像も可能であり，体幹部における新たなDWIの臨床応用の可能性を広げてくれるものと期待している。
また，新たにExspanded SPEEDER（Exsper）DWIの臨床応用が開始されつつある。Exsper DWIでは，k-space domain based PIとimage domain based PIを組み合わせた新しいPIを採用している。RFコイル感度をスキャン中に取得するため，本スキャンと感度情報の一致度が高く，従来のSPEEDERなどの通常のPIに比して，アーチファクト低減やさらなる高分解能撮像および小FOV撮像が可能になるなどのDWIの新たな可能性を模索することが可能な撮像法であり，AiCEなどの併用と併せて今後検討が進むと考えられる。
図4に，SPEEDERによる左乳がんのDWIとExsperを用いて高空間分解能化したDWIの画像比較を示す。ExsperはSPEEDERと比較してコイル依存性が少なく，reduction factorを3倍まで上げることが可能になり，さらなる高分解能化を図るとともに，歪みも低減している。併せて，AiCEの併用によりSNRの改善なども行うことが可能である。

図4　左乳がん
SPEEDERによる左乳がんのDWIとExsperを用いて高空間分解能化したDWIの画像比較
（画像提供：キヤノンメディカルシステムズ株式会社）

2．Chemical exchange saturation transfer

キヤノンメディカルシステムズの3T MR装置では，代謝診断法であるchemical exchange saturation transfer（CEST）imagingが広く試みられており，胸部腫瘍性疾患においてその臨床的有用性を模索されてきた^4）。キヤノンメディカルシステムズは，FASE法で収集を行う2D CEST imagingに対し，3D CEST imagingでは撮像時間や3D収集効率などを考慮し，FFE法による収集を採用し，中枢神経領域を中心に臨床応用を開始している。
図5は多発転移性脳腫瘍であるが，3D CEST imagingでは撮像時間が延長するものの，全脳をカバーすることができる。撮像法の違いで3.5ppmにおけるCEST効果の指標であるmagnetization transfer asymmetry（MTRasym）を評価したamid proton transfer（APT）imagingにおけるMTRasym評価に若干の違いはあるが，当大学の村山らの研究では，定量診断上，有意差はなく，2D CEST imagingと比して3D CEST imagingでは同等以上にCEST効果を評価できるとの結果が得られている。また，3D CEST imagingでは，本症例のように全脳に及ぶ疾患を評価可能であることから，今後広く臨床応用が進むと考えられる。

図5　多発転移性脳腫瘍
CEST imagingによる3Dおよび2D撮像法で得たAPT Imagingの比較
（Murayama, K., et al. ISMRM 2021.）

3．Chemical shift-encoded proton density fat fraction quantification（FFQ）の新たな臨床応用の可能性
MRIの信号は水分子と脂肪分子に属するプロトン（水素原子）から得られるため，MR装置を用いて肝脂肪率を定量するchemical shift-encoded proton density fat fractionはキヤノンメディカルシステムズのMR装置においても以前より試みられてきた。本手法では，MRIの信号強度決定の一因であるプロトンの静磁場内での固有回転周波数（共鳴周波数）が，単純な水分子と複雑な分子構造を呈する脂肪との間にわずかな差があることが知られている。したがって，励起後の時間経過で水分子のプロトンと脂肪のプロトンは位相が徐々にずれていく。信号値はベクトル和の絶対値で表されるため，脂肪の存在により信号値が時間的に変化することになり，変化の割合は脂肪の存在比によって規定されるため，脂肪率の定量が可能となる。ここで言う脂肪率というのは，水分子のプロトンと脂肪分子のプロトンの存在比であり，プロトン密度脂肪率〔proton density fat fraction（PDFF）〕である。PDFF測定は安定しており，高い再現性があることが示されていることから5），肝疾患を中心に臨床応用が試みられている。キヤノンメディカルシステムズでは，従来法に加えて6-point DIXON法による新たなchemical shift-encoded proton density fat fraction quantification（FFQ）をほかのMR装置メーカーと同様に肝臓領域の画像診断で臨床応用を可能にしている。
図6に6-point DIXON法による脂肪肝の一例を示すが，従来の脂肪肝の形態診断と併せて精度の高いPDFFを用いて定量診断も可能になっている。
本手法は世界的にも肝臓領域を中心に臨床応用が試みられているが，全身MRIなど幅広い領域での臨床応用が可能であることから，今後の研究成果に期待したい。

図6　脂肪肝
6-point DIXON法によるchemical shift-encoded proton density fat fraction quantification（FFQ）
（画像提供：キヤノンメディカルシステムズ株式会社）

まとめ

本講演では，キヤノンメディカルシステムズの最新3Tおよび1.5T MR装置にて臨床応用が進められている最新MR撮像技術を解説した。SPEEDERに代わる新たな高速撮像法であるCompressed SPEEDER，DL技術を応用したSNR向上技術であるAiCEは，同社の最新3Tおよび1.5T MR装置において臨床現場における通常検査に応用されており，臨床および病院経営の観点からも非常に役に立つ手法であると考える。また，3T MR装置Vantage Centurianでは，High Power Gradientにより高b値DWI，1回息止め下でのDWIと併せて，新たにアーチファクトや歪みの低減が期待できるExsper DWIなどが可能となり，体幹部への臨床応用の可能性を広げることができると考える。さらに，3D CEST imagingやFFQなどの新たな診断技術の臨床応用により，臨床および研究面においても大いに期待できると考える。今後もキヤノンメディカルシステムズの最新MR装置と撮像法に注目するとともに，藤田医科大学とキヤノンメディカルシステムズの共同研究成果にも期待を寄せていただければ幸いである。

＊ AiCEはノイズフィルタの設計段階でAIを用いた画像再構成です。
＊ 撮像法や機能は装置によって使用できないものがあります。
＊ 記事内容はご経験や知見による，ご本人のご意見や感想が含まれる場合があります。

^{●参考文献
1）Ikeda, H., Ohno, Y., Murayama, K., et. al. : Compressed sensing and parallel imaging accelerated T2 FSE sequence for head and neck MR imaging : Comparison of its utility in routine clinical practice. Eur. J. Radiol., 135 : 109501, 2021.
2）Ueda, T., Ohno, Y., Yamamoto， K., et. al. : Compressed sensing and deep learning reconstruction for women’s pelvic MRI denoising : Utility for improving image quality and examination time in routine clinical practice. Eur. J. Radiol., 134 : 109430, 2021.
3）Ueda， T., Ohno, Y., Yamamoto, K., et. al. : Deep Learning Reconstruction for DWI with b Values less than 5000s/mm2 : Improvement of Image Quality and Diagnostic Performance for Prostatic Cancer. Proceedings of the 29th Annual Meeting of ISMRM, No.2999, 2021.
4）Ohno, Y., Yui, M., Koyama, H., et. al. : Chemical Exchange Saturation Transfer MR Imaging : Preliminary Results for Differentiation of Malignant and Benign Thoracic Lesions. Radiology, 279（2）: 578-589, 2016.
5）Hu, H.H., Yokoo, T., Bashir, M.R., et. al, RSNA Quantitative Imaging Biomarkers Alliance PDFF Biomarker Committee. : Linearity and Bias of Proton Density Fat Fraction as a Quantitative Imaging Biomarker : A Multicenter, Multiplatform, Multivendor Phantom Study. Radiology, 298（3）: 640-651, 2021.}

一般的名称：超電導磁石式全身用MR装置
販売名：MR 装置 Vantage Galan 3T MRT- 3020
認証番号：228 ADBZX 00066000

一般的名称：超電導磁石式全身用MR装置
販売名：MR 装置 Vantage Orian MRT- 1550
認証番号：230 ADBZX 00021000

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。Pennsylvania大学放射線科Pulmonary functional imaging research, Research fellowなどを経て，2009年より神戸大学大学院医学系研究科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，同先端生体医用画像研究センター センター長（併任）。2019年4月より藤田医科医学部大学放射線医学教室臨床教授/同先端画像診断共同研究講座 講座長（併任）。

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