3DASL (Arterial Spin Labeling) 技術解説 June 18, 2011 MR 技術部宇野万里恵 Copy 2011 GE Healthcare Japan 無断転載禁止

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3DASL (Arterial Spin Labeling) 技術解説

June 18, 2011

MR技術部宇野万里恵

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2 Presenter and Event 6/23/2011

GE 3DASL Overview

＊

非造影

のMR灌流画像撮像法

-> 繰り返し検査可能

＊

３D

ボリュームイメージング

*

全脳

をカバー可能

＊ CBFマップの生成

->

カラーマップ表示

（Functool）

＊ Continuous Type

-> Pulsed Type よりも

SNRが高い

＊ FSE（-SPIRAL） base

-> EPI のような

歪みなし

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発表内容

1. Perfusion Imaging の分類

2. Arterial Spin Labeling (ASL) とは

3. PASL と CASLの比較

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発表内容

1. Perfusion Imaging の分類

2. Arterial Spin Labeling (ASL) とは

3. PASL と CASLの比較

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Perfusion Imaging

Perfusion

Imaging

CT Perfusion Imaging

核医学（

PET/SPECT）

MR Perfusion Imaging

(Dynamic Susceptibility Contrast)

DSC

(

造影

MR

Perfusion Imaging)

ASL

(Arterial Spin Labeling)

(

非造影

MR Perfusion Imaging)

Arterial Spin Labeling (ASL) は、被曝もなく、造影剤も使わない、

現在最も

非侵襲

な

Perfusion Imaging 方法！！

DSCの短所

※造影の際の手間

※ガドリニウム造影剤の副作用

NSF (Nephrogenic Systemic Fibrosis) -> ASLへの期待は益々高まってきている

※定量的でゴールドスタンダードだが、定量の為に採血が必要など、侵襲的。被爆があり、撮像時間も長い。

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Arterial Spin Labeling (ASL)

Arterial Spin Labeling (ASL) では、どうして

造影剤注射が不要

なのか？？

-> 外から人工的な造影剤を注射する代わりに、

患者さんの血液自体

を

ラベリング

し、「造影剤」の代わりとして用いる

（ラベリングとは具体的には、流れてきた動脈血に含まれるプロトンのスピンを_{RFで反転させる）}

ラベリング～撮像の

待ち時間：

PLD

(Post Label Delay)

（

_{User Interfaceで可変な量）}

ラベリング面イメージング領域

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Arterial Spin Labeling (ASL)

一般的な

ASLで、Perfusion 信号

のみ

を見る為にされている工夫

->

Label 画像

(Labelingあり) と

Control 画像

(Labelingなし) の差分をとる

Label 画像

Control 画像

ー

-> ラベリングを受けた、Perfusion 信号のみが残る

-> この差分画像から、CBFマップが生成される

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Arterial Spin Labeling (ASL) の派生技術

CASL(Continuous-ASL) 系

PASL(Pulsed-ASL) 系

*多くの派生技術がある

(496, 13, J. Mag. Res. Im, 2001)

*PASL/CASL の２種類に分類可能

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Arterial Spin Labeling (ASL) の分類

Arterial Spin Labeling (ASL)

大きく二種類に分けることができる

ASLはラベリングの方法により、

Pulsed-ASL (

PASL

)

単発の

RFパルスで、大きな領域をラベリングする

Continuous-ASL (

CASL

)

連続的

RFで、ある面においてラベリングする

Acquisition Module 180° RF Acquisition Module 180° RF

“CASL のほうがPASLよりも原理的に高SNR”

-> 次のシートで説明

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“CASL のほうがPASLよりも高SNR”

ポイント１： CASLはイメージング領域の近くで連続ラベリング ->

CASLの方が高信号

Imaging Labeling （連続）

CASL

近くの面において連続パルスでラベリング ->近くでラベリングされたばかりの血液が次から次へと供給される CASL(input) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 1000 2000 3000 4000 5000 t [msec] c (t ) [a .u .] CASL(input) Imaging

PASL

大きなボーラスを単発のパルスでラベリング ->ボーラスの下の方でラベリングされた血液信号は関心領域に到達する頃には減衰 PASL(input) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 1000 2000 3000 4000 5000 t [msec] c (t ) [a .u .] PASL(input) Labeling （単発）

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“CASL のほうがPASLよりも高SNR”

ポイント2：高信号のCASLは、ラベリング後に

十分長い待ち時間

を設けることができる

MRI信号＝血管内信号＋組織内信号真のperfusion信号 = 組織内信号の割合が大きくなる（十分に灌流する）タイミングまで待つべき合計血管内信号組織内信号合計血管内信号組織内信号ラベリングイメージングラベリングイメージング待ち時間待ち時間

PASL信号

CASL信号

CASLは信号が高いので長く待てる時間時間

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“CASL のほうがPASLよりも高SNR”

まとめ：

“CASL のほうがPASLよりも高SNR”

それなのに、

_{CASLタイプの製品は現時点では}

_{GE 3DASL だけ}

。

-> なぜ？

-> 具体的に何が難しいのか？

1. RFを連続的に打ち続けると、RFアンプが発熱してしまう

2. SARの制限を超えてしまう可能性がある

「連続的なラベリング」が

技術的に難しいため

_Acquisition Module 180° RF

これらの問題を解決するため、

GE 3DASL では pulsed-Continuous Labeling を採用

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pulsed-Continuous ASL (pCASL)

*連続的なRF照射（ラベリング）を、

たくさんの細かい

RF照射に分割

-> こうすればRFアンプも従来のものを使える上、SARも少なくてすむ

（勾配も合わせて適切に設計すれば、ラベリング効率はほぼ変わらない！）

->

CASL特有のSNRの良さ

を保ちながら、

技術的な困難も克服した

手法が

_{GE 3DASL}

(pCASL)

->昨年の学会でのトレンドは？？

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PASL / CASL : ISMRM 2010 trend

PASL: 50

CASL: 46

ASL-related presentations @ ISMRM

(clearly specified ones)

GE: 3D ASL (pCASL)

Siemens: Q2TIPS, GRASE ASL? (PASL)

Phillips:

QUASAR (PASL)

Products

ASL-related oral presentations @ ISMRM

p-CASL: 4

PASL: 5

p-CASL/PASL Comparison: 1

Product としての (p) CASL は GE のみ

PASL : CASL は約 1:1、CASL の増加傾向

Oral でも拮抗。pCASLが健闘。

※国内でのASL関連発表はまだまだ少ない

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発表内容

1. Perfusion Imaging の分類

2. Arterial Spin Labeling (ASL) とは

3. PASL と CASLの比較

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GE 3DASL

取得画像

Imaging Slab Labeling Loc Imaging Slab (No Labeling)

1. Label 画像

2. Control 画像

（二つの差分をとると↓）

Perfusion Weighted (

PW

) 画像

Imaging Slab

3. Proton Density (

PD

) 画像

PD

PW

CBF



3DASL では

3 種類

の画像を取得する。それらを合わせて、一枚のCBFマップをつくる。

*PW map, PD map から CBF map が計算される

（この計算のために

PD map が必要）

（係数の中には動脈血の

_{T1値等が含まれる）}

（

_{CBFの単位は [mL/100g/min]）}

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GE 3DASL

データ取得フロー

Label

**Arm# * Nex 繰り返される**

Arm# 繰り返される

・・・

Control Label Control

Label

Control

PD

4~5 min

~30 sec

Labeling

Back. Sup.

3D FSE-SPIRAL

背景抑制

ラベリング

PLD

(待ち時間の間に背景抑制)

データ収集

高音（ピーーーー）カタタン低音（ガーーーー）カタン

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Single shot

(Arm#=4)

(Arm#=1)

Multi-shot

-

Arm#

(Interleave#) :

SPIRALの本数: 8, 16 etc.

-

Point#

:

1本のSPIRALのdata点数 : 512, 1024 etc.

Pulse Sequence (SE-SPIRAL)

SPIRAL： EPIと同じ、

高速撮像法の一種。

_{k空間をらせん状に埋める。}

Susceptibility の変位による歪みは起こらない

ので、頭蓋底部も撮像可能に。

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下から流れてきた血液が、ラベリング面に近づいて遠ざかっていく過程で180° 倒す方法

-> 流れている血液のみ選択的にスピン反転できる

-> 大きなボーラスでなく、ある位置で連続的にラベリングできる

-> 断熱的パルスなので、正確に180°

反転できる

血管血流ラベリング面

Labeling:

Flow-Induced Adiabatic RF !!

スピンの動き

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*Flow-Induced Adiabatic Inversion

Labeling:

Flow-induced Adiabatic Inversion

|

2 |

|

1

2 eff eff b

B

Gv

T











In-Flow Adiabatic Condition

“HANDBOOK OF MRI Pulse Sequences, 802-827”

“Adiabatic Selective Inversion Pulse”, 鈴木さん, MRPS勉強会資料 (1996)

* RF中にconstant なGzをかけることで、 z方向のoff-resonance勾配をつくる

* Labeling plane: Isocenter (On resonance) * Beff: 回転座標系に乗ったときスピンの

感じる実効磁場。_{z成分：off-resonance成分} * 流れてくるスピンはラベリング面付近で

通常の断熱パルスの場合と似たような周波数オフセット変調を経験する。

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MT Effect Compensation !!

Imaging Slab

Labeling Loc

(isocenter)

ラベリング位置にパルスを打つ -> Imaging Slab から見ると周波数ずれと認識 -> Imaging Slab 内の組織信号が影響受ける

3DASLでは、

MT効果を相殺

するために、ラベリングに工夫がされている。

水から見てずれた周波数で_RFを打つ -> 組織の信号を抑制することができる。水信号脳組織信号周波数ずれ

ラベリングの際、MT効果により、

イメージ領域が影響されてしまう

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正味のRFパワーは Labelと等しいが平均はゼロ Control画像でラベリングRFを打たないと、Label画像でのみMT効果が現れてしまう。－＞両者の差分に_{Perfusionの寄与だけでなく、MT効果分が入ってきてしまう。} MT効果を両者でバランスさせるために、_{Control画像でもRFを打つ}（_{MT効果はRFのパワーに比例）。} そのとき実質的なラベリングはしたくないので、_{Control 画像でのみRFを}＋、－、＋、－、と交互に打つ。

3DASL (Arterial Spin Labeling) 技術解説 June 18, 2011 MR 技術部宇野万里恵 Copy 2011 GE Healthcare Japan 無断転載禁止