［一般総説］
はじめに
ここ数十年来で，磁気共鳴画像法は，膝軟骨を評価する ための最も重要な方法となっている．磁気共鳴画像法の利 点は，観察したい組織，例えば軟骨そのものを高信号に描 出したりすることや，また軟骨や関節液などの組織間にコ ントラストを大きくして描出したりすることを，シーケン スの操作によって出来ることである．また軟骨の形態を視 覚化することのみならず，軟骨の容積や厚みを定量化した り，またその生化学的組成を分析し質的診断や治療経過を モニターすることも可能である[1]． 本論文の目的は，MRI の膝ルーチン検査で一般的に使 用される膝軟骨の形態を観察するためのシーケンスについ て，特徴や診断への応用がどのようにされているかを紹介 することである．1．膝軟骨の形態を見る
小さくかつ複雑な形状をした膝軟骨の形態を正確に把握 するためには，高空間分解能の画像を得ることが必要である． 要求される空間分解能は 0.5 mm 程度で，これを満たすに は 3 テスラで専用のマルチチャンネルコイルが必要であろう． 2010年に出版され高分解能とタイトルがついた，膝軟骨 を多くの種類のシーケンスで評価した研究では，アイソト ロピックボクセルで 0.5 mm の空間分解に設定されており， 使用された装置は静磁場強度が 3 テスラでかつ専用の 8 チャ ンネルコイル，撮像時間は 7 分程度であった[2]．さらに， 初期の osteoarthritis（OA）の軟骨の変性を評価するには， 0.2∼0.4 mm の分解能が要求されるとの報告も存在する[3]． 次に膝軟骨の形態の正確な情報を可視化するもうひとつ 重要な項目は，軟骨および関節液の信号強度や軟骨下骨の 見え方および軟骨−関節液コントラストである．これらは 撮像シーケンスの選択によって大きく変化するので，撮像 するシーケンスの特徴をよく知っておくことが重要となる．2．軟骨の形態を評価する−−撮影シーケンスの一般
的なこと
2.1 SE［スピンエコー］法，Fast SE 法 T1強調画像では軟骨と関節液とも同じような信号値で 表現され，コントラストが小さく，軟骨表面の観察が難し い[5]（Fig.1（a））．T2 強調画像では軟骨も軟骨下骨も真っ 黒に表現され，境界がはっきりしない[5]（Fig.1（b））．PD 強調画像は関節によく使用される[2]．この PD 強調画像は T1強調画像と比較して，半月板や靱帯の観察について良 好であると報告されている[6]．両画像の半月板の描出の 比較を示す（Fig.1（c），（d））．T1 および T2 強調画像を主 体とした膝 MRI 検査は意義が少ないとされる[6]．T1 強調 画像においても，関節液の信号を高くして，軟骨表面の観 察をしやすくする方法が 2005 年に報告された[7]． 2.2 GE 法［グラジェントエコー］法，3D-GE 法 3Dグラジェントシーケンスは高空間分解能の画像を得 ることが可能であるが，撮像時間は通常は長く，その結果 モーションアーチファクトによって画質が劣化する可能性 がある．また，サセプタビリティーアーチファクトに非常 に敏感であり，手術後の膝関節の評価を難しくする可能性 がある[8]．膝軟骨の MR イメージング：形態の評価について
守屋
進
†，三木
幸雄
††，宮地
利明
††† †医療法人石川医院 〒606-0851 京都府京都市左京区下鴨梅ノ木町 46-1 カーサ下鴨 2 階 ††大阪市立大学大学院医学研究科放射線診断学・IVR 学教室 〒545-8585 大阪市阿倍野区旭町 1-4-3 †††金沢大学大学院医学系研究科保健学専攻 〒920-0942 金沢市小立野 5 丁目 11 番 80 号 （2015 年 9 月 28 日受付，2015 年 10 月 13 日最終受付）Magnetic resonance imaging of articular cartilage in the knee : morphological assessment
Susumu MORIYA, RT, PhD.
†, Yukio MIKI, MD, PhD.
††, Tosiaki MIYATI, PhD, DMSc
††† †Ishikawa Clinic,
46-1 Shimokamo-Umenoki-cho, Sakyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto 606-0851, Japan.
††Department of Diagnostic and Interventional Radiology, Osaka City University Graduate School of Medicine,
1-4-3 Asahi-machi, Abeno-ku, Osaka 545-8585, Japan.
†††Division of Health Sciences, Graduate School of Medical Science, Kanazawa University,
5-11-80, Kodatsuno, Kanazawa, 920-0942, Japan.
（Received on September 28, 2015. In final form on October 13, 2015）
Abstract : Magnetic resonance imaging（MRI）has been the most important method for assessing knee cartilage in the past few decades. MRI has the merit of facilitating, through sequence selection and operations, visualization of the cartilage as areas of signal hyperintensity, as well as visualization with increased contrast between cartilage and synovial fluid. The objective of the present manuscript was to introduce the characteristics and diagnostic applications of sequences for observing the morphology of knee cartilage that are commonly used in routine MRI of the knee.
2.3 2D vs. 3D 膝 MRI 撮像に一般的によく使用されるプロトコールは， 2Dのファーストスピンエコーシーケンスである．このシー ケンスは，優れた組織コントラストと高い面内空間分解能 を持っているが，3∼5 mm の比較的厚いスライスで使用 され，スライスギャップが存在する．パーシャルボリュー ムエフェクトが大きくなることが避けられず，小さい病変 を描出できない可能性がある[9]． 一方，3D グラジェントエコーシーケンスでは，薄い連 続スライスを取得することが可能で あ り パ ー シ ャ ル ボ リュームエフェクトを少なくできることから，細かい構造 や小さい病変を描出しやすい[10]．また 3D によるアイソ ボクセルで細かいデータ収集を行えば，一回の撮影だけで 多断面を高空間分解能で評価可能である[10]． 2.4 関節液と軟骨の信号および画像コントラスト 関節軟骨の評価は一般的に 3D グラジェントシーケンス が使用され，多くのシーケンスが存在する．これらシーケ ンスのコントラストは，軟骨を白くして関節液を黒く描出 する，または軟骨を黒くして関節液を白く描出する，の 2種類に分類するのが理解しやすいかもしれない．この 2種類の違いは，表面病変を観察するのに適切なのか，あ るいは容積や厚みを評価するのに向いているのかと捉える とわかりやすい． 表面病変の観察には傷である溝や凹みを見やすくするた めに，その病変部を白く表現するとよい．すなわち黒や灰 色に描出された正常軟骨に対して，傷に入り込んだ関節液 を白くすることによって溝や凹みが観察されやすくなる[11]． 小さな軟骨表面病変の検出を期待できる． 一方，軟骨が高信号で視認性がすぐれていれば，関心領 域の辺縁が囲みやすいと考えられ軟骨の正確な容積や厚み の測定が期待できる．この目的に脂肪抑制併用の 3D SPGR や 3D FLASH が使用されているが，このシーケンスは軟 骨が白く描出される[12]． 関節液を黒く描出するシーケンスはSPGR（GE），FLASH （Siemens），T1-FFE（Philips）が知られている．また関節 液を白く描出するシーケンスとしては GRASS（GE），FFE （Philips）が知られている（Fig.2（a），（b））． Fig.2 関節液を黒くするシーケンスの画像と関節液を白くする シーケンスの画像の例．（a）は SPGR で関節液は黒く表 現されている（矢印）．（b）は FIESTA で関節液が白く表 現されている．（金沢大学医薬保健研究域保健学系 大野 直樹先生のご厚意による） 2.5 脂肪抑制の追加 3Dグラジェントシーケンスは脂肪抑制法を付加して使 用される．これは，ケミカルシフトアーチファクトを減ら すこと，また脂肪信号を抑制することにより病変のコント ラストの改善を目的としている[5] .
脂肪抑制の方法としては，Chemical Shift Selective， （ CHESS ）や short-TI inversion recovery（ STIR ）や water excitation（WE）やIterative Decomposition of water/ fat using Echo asymmetry and Least-squares estimation（IDEAL）が知 られておりそれぞれに特徴がある[13]． CHESSは最も一般的に使用されるが磁場の不均一性に 対して脆弱である[13]．STIR は磁場の不均一性に大きく 影響を受けな い が，撮 像 時 間 が 長 い こ と や 信 号 雑 音 比 （SNR）が低い[13, 14]．WE は 3D グラジェントエコーシー ケンスと組み合わせて使用され，軟骨体積と厚さを測定に 良好であると報告されている[15]．IDEAL は磁場の不均一 性に強く金属アーチファクトも小さくすることが可能であ るが[16]，すべての MRI 装置に搭載されているわけでは ない[17]．
3．シーケンスの特徴
3.1 2D-Fast SE [2D-FSE] 軟骨の評価では，fast-SE 法で TE を 33 から 66 ms に設 定したプロトン強調画像が良好であるとの報告がある[5]． これは標準的な T2 強調シーケンスよりも，軟骨と軟骨下 骨の間のより良好なコントラストを提供し，かつ軟骨をよ り白く描出する（Fig.3）．さらに，このシーケンスは短い TEに設定されるグラジェントシーケンスで見られるマ ジックアングルの影響が出にくい[5]． 3.2 3D-Fast SE [3D-FSE] 膝軟骨の 3D 撮像はグラジェントエコー法がこれまで主 流であったが，最近 3D-FSE 法を使用した報告がされてい る[18-20]．アイソボクセルでのデータ収集は，後にリフォー マットすることにより任意の断面での観察が可能になり， Fig.1（a）：T1 強調画像．（b）：T2 強調画像．（c）：プロトン強 調の半月板画像．（d）：T1 強調の半月板画像．（a）では 軟骨と関節液の信号が共に似たように表現され，コント ラストは小さい．ただし軟骨下骨は黒い線状に描出され る（矢印）．（b）では関節液が高信号で軟骨とはっきり区 別できる．しかし軟骨も軟骨下骨も真っ黒に表現され， 境界がはっきりしない（矢頭印）．（c）のプロトン強調画 像では，（d）の T1 強調画像と比較して半月板の構造がよ り明瞭に描出される． （c）のプロトン強調画像では線状の構造が描出されてい るが（長矢印），（d）の T1 強調画像では不明である（短 矢印）．（八重洲クリニック 鈴木政司技師および小林恒 夫技師のご厚意による）軟骨の評価に有利である．シーメンスメディカルシステム ズ社では SPACE, GE ヘルスケア社製では 3D CUBE と呼 ばれている．
FSE法では，エコートレイン数を上昇させれば撮像時間 が短縮されるが T2 減衰による画像のボケが生じる．これ を防ぐ方法として 3D-FSE 法では，refocus pulse のフリップ アングルを変化させることで対応している[18]．
他の 3D シーケンスとを比較した研究では，脂肪抑制 3D-FSEは最も高い軟骨の SNR および軟骨−関節液コント ラストノイズ比（CNR）が得られたと報告されている[19]．
外科的に確認された軟骨病変の検出能を比較した研究で は，脂肪抑制 3D-FSE は 2D fat-saturated FSE シーケンスと 同等の感度と特異度であると報告されている[20]． 3.3 SPGR 脂肪抑制 3D Spoiled GRASS [3D SPGR]イメージングは， 軟骨の形態学的イメージングの現在の標準であるとされて いる[5]．軟骨欠損の描出にすぐれ関節鏡と匹敵している と報告されている[21, 22]．軟骨の定量にすぐれ[23, 24]， 変形性膝関節症の軟骨の定量的評価に使用されており，軟 骨損失の進行の危険因子の検出に有用であることが報告さ れている[25]．しかしながら，軟骨−関節液間のコントラ ストが低く軟骨表面病変の観察が難しい[1]（Fig.4）．マ ジックアングルエフェクトが発生し，靭帯や半月板におけ る評価を難しくする可能性がある[5]．長い撮像時間はモー ションアーチファクトを発生させる可能性がある[5]．上 記欠点を改良するものとして SPGR と IDEAL と組み合わ せたシーケンスが報告され，SNR を増加させより優れた 軟骨−関節液コントラストの画像が短い撮影時間で得られ たとしている[26]． 3.4 3D-DESS
3D DESS（3D-double echo steady state）は，リフォーカ スパルスによって分離された 2 つのエコーが合成された画 像である．2 つのエコーとは，横磁化成分が反映された前 半のエコー信号と T2*の重み付けをされた後半のエコーと 説明される[27]．軟骨および関節液をともに高信号に表現 される[28]． 3D DESSは膝関節軟骨の形態学的評価の有用性が実証さ れているが[29]，軟骨および関節液がほぼ同等の信号値で あるため軟骨−関節液コントラストが低いのではないかと 報告されていた[30]．しかしフリップアングルの設定を増 加させることによってコントラストが改善されるとした報 告がされている[31]．次に，関節鏡との比較においても， 高フリップアングルの設定は微細な軟骨病変がより良く描 写されることが示されている[32]（Fig.5）． 外科的所見をゴールドスタンダートとした研究では， 3D DESSは，軟骨病変の検出のために使用される標準的な 2Dおよび 3D GRE シーケンスと比較して診断精度が同等 であると報告されている[33]． 変形性膝関節症の臨床試験では，3D DESS は，良好な精 度で軟骨の厚さと体積の定量的評価を可能であるとされ[29]， また他の 3D GRE 技術と比較して，膝軟骨の厚さの経年変 化に対して同等の感度を示したと報告されている[34]． 短所としては，軟骨の信号強度の評価が困難であること， 半月板や靱帯などの他の構造に対する診断能の評価がされ ていないことである[5]．
Fig.5（a）：フリップアングル 40°の 3D-DESS の膝矢断面像． （b）：フリップアングル 90°の 3D-DESS の膝矢断面像． （a）と比較して（b）の高フリップアングルの設定は，微
細な軟骨病変が良く描写される（矢印）．
3.5 bSSFP
bSSFP（balanced steady state free precessions）は，SNR が高く，液体を高信号に描出するシーケンスで知られ，膝 関節においては関節液も軟骨も高信号であることが特徴で ある[35]．このシーケンスは，シーメンス社では true-FISP， GE社では FIESTA，フィリップス社では blanced-FFE と呼 ばれている． このシーケンスは，バンディングアーチファクトが発生 することが知られている[36, 37]（Fig.6）．しかし最近の進 歩により，このような磁場不均一性に発生するバンディン グアーチファクトを少なくすることが可能となってきた[38]． 3D bSSFPイメージングの診断能は，膝軟骨の形態学的 評価用の標準的な脂肪抑制プロトン 2DFSE シーケンスお Fig.3（a）：FSE 法を使用した脂肪抑制 PD 強調の膝蓋骨横断像． （b）：FSE 法を使用した T2 強調の膝蓋骨横断像．（a）は 軟骨をより白く表現して見えやすい．また軟骨と軟骨下 骨間のコントラストは良好である（矢印）．（b）では軟骨 も軟骨下骨も黒く描出され境界がわかりにくい（矢頭印）． Fig.4 SPGRの膝の冠状断画像．SPGR は軟骨が白く描出され 軟骨そのものは見やすいが，軟骨−関節液間のコントラ ストが低く小さな軟骨表面の病変の観察が難しい．（金沢 大学医薬保健研究域保健学系 大野直樹先生のご厚意に よる）
よび一般的に使用される 3D グラジェントシーケンスと同 様であると報告されている[39]． また膝の他の内部構造である靭帯や半月板に対しても， 標準的シーケンスと比較して，診断が匹敵すると報告され ている[40]． bSSFPイメージングにおける脂肪抑制は，従来の脂肪抑 制法または水励起パルスを使用可能である[41]．これら以 外にも脂肪抑制効果の良好な IDEAL を組み合わせても使 用可能である．このシーケンスは，通常の脂肪抑制 bSSFP イメージングと比較して，より高い関節液 SNR とより高 い関節液−軟骨コントラストで撮像可能であると報告され ている[42]． Fig.6 bSSFPの膝の矢状断画像．バンディングアーチファクト が見られる（矢印）．膝蓋骨にもバンディングアーチファ クトが見られる（長矢頭印）．アーチファクトの無い領域 の膝蓋軟骨は灰色に表現されている（短矢頭印）．
おわりに
膝のルーチン検査にも軟骨評価専用の画像が撮像される のがよい．まずは形態の評価が重要である．軟骨評価用の シーケンスを使うにあたり，自施設においてどのシーケン スが使用できるのかを知っておくことが必要である．また 撮像時間には制約があるので，使用するシーケンスの最適 化を行うことも重要である．参考文献
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