PowerPoint プレゼンテーション

(1)

Tomohiro Mochizuki

Philips Electronics Japan MR Application Specialist

SENSE

(2)

SENSE

概念と目的

正式名称

• SENS

itivity

E

ncoding

主目的

• 撮像時間の短縮

手法

• Parallel imaging

(位相エンコードステップを間引いてk-spaceを充填)

Scan time = TR × Phase encode数 × NSA

(3)

SENSEの歴史

ハード/ソフトの変遷

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

臨床機に SENSE搭載 SENSE Head coil ・Spine5ch coil +SENSE ・Pos factor 32ch Torso/cardiac coil dS-SENSE搭載

(4)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Today’s main topics

SENSE-MRの常識を変えた技術-Theory

Advantage

Artifact

(5)

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理

Coil 1

Coil 2

Coil chunnel：2 , SENSE-ｆactor：2

(6)

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 6

SENSE使用には、Reference Scanが必要

Q-body coil Coil sensitivity position Surface coil 1 position 1.0 0.5 Surface coil 2 position

感度が均一なQB Coilとの比から各コイルの感度係数を算出

(7)

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 7

Coil 1

0.2 0.6 0.4 0.8 1.0 感度マップ作成のためのスキャン

SENSE使用には、Reference Scanが必要

(8)

Coil 2

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 8 1.0 0.6 0.8 0.4 0.2

SENSE使用には、Reference Scanが必要

(9)

Coil 2

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 9

Coil 1

実際のデータ収集設定撮像範囲位相方向

(10)

Coil 2

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 10

Coil 1

折り返しが起こる

(11)

Coil 2

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 11

Coil 1

B

A

Coil chunnel：2 , SENSE-ｆactor：2

(12)

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 12

Coil 1

B

A

0.2 0.6 0.4 0.8 1.0

B

A

= 0.4

＋0.9

S

(13)

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 13

B

A

B

A

= 0.7

＋0.2

S

1.0 0.6 0.8 0.4 0.2

Coil 2

(14)

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 14

B

A

B

A

= 0.4

＋0.9

S

B

A

= 0.7

＋0.2

S

Coil 1

Coil 2

A

and

B

(15)

SENSE-Sensitivity

Encoding-原理 15

B

A

= 0.4

S

B

A

= 0.7

S

Coil 1

Coil 2

A

and

B

＋0.9

＋0.2

(16)

SENSEによるトレードオフ

SNR

SENSE（－） SENSE R1.5 SENSE R2.0

14秒 10秒

20秒

R = Reduction factor

g = local geometry factor

コイルの感度範囲、配置、 SENSEアルゴリズムの精度が関与

R

g

SNR

full SENSE



(17)

Coil 1

Coil 2

0.6 0 0.3

B

A

0 0.3 0.6

B

A

= ?? ＋0.5

S

Coil 1

B

A

= 0.2 ＋??

S

Coil 2

g-factorが高くなるケース

①不適切なコイル配置：コイル間距離

A?

and

B?

g-factorと使用コイルの関連

(18)

SENSEによるトレードオフ-SNR-Coil 1 Coil 2

Coil 1

Coil 2

B

A

= ??

A

＋??

B

S

＋0.2

B

A

= 0.7

S

g-factorと使用コイルの関連

SENSEによるトレードオフ-SNR-1.0 0.6 0.8 0.4 0.2 0.2 0.6 0.4 0.8 1.0

g-factorが高くなるケース

①不適切なコイル配置：コイルが対向していない

A?

and

B?

(19)

Coil 2

0.9

B

A

0.85 0.9

A・Bにおけるそれぞれの

コイルの感度の変化が小さい。

計算精度は低くなり、g-factor

は大きくなる。

Coil 1

0.85

g-factorと使用コイルの関連

SENSEによるトレードオフ-SNR-g-factorが高くなるケース

②不適切なコイルサイズ：大きすぎるコイルの使用

(20)

Coil 1

_{Coil 2}

_{コイル感度が低く、計算精度}

が低下し、g-factorは大きく

なる。

1.0 0 0.5

B

A

0 0.5 1.0

g-factorと使用コイルの関連

SENSEによるトレードオフ-SNR-g-factorが高くなるケース

②不適切なコイルサイズ：小さすぎるコイルの使用

(21)

NeuroVascular coil Coil elements:HN Foldover suppression：yes SENSE P reduction:2.0 Phase direction:FH

g-factorと使用コイルの関連

SENSEによるトレードオフ-SNR-感度が無い領域では折り返しを展開できない！

Coil 2

Coil 1

(22)

NeuroVascular coil Coil elements:HN Foldover suppression：yes SENSE P reduction:2.0 Phase direction:FH

g-factorと使用コイルの関連

SENSEによるトレードオフ-SNR-感度が無い領域では折り返しを展開できない！

Coil 2

Coil 1

(23)

Coil 1

Coil 2

1.0 0.6 0.8 0.4 0.2

B

A

0.2 0.6 0.4 0.8 1.0

B

A

= 0.5

＋0.5

S

Coil 1

B

A

= 0.6

＋0.6

S

Coil 2

g-factorと使用コイルの関連

SENSEによるトレードオフ-SNR-位相方向

g-factorが高くなるケース

③不適切な位相方向：コイル配列との兼ね合い

A?

and

B?

(24)

SENSE 2.0

Phase dir. AP

SENSE 2.0

Phase dir. FH

g-factorと使用コイルの関連

SENSEによるトレードオフ-SNR-g-factorが高くなるケース

(25)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Theory

Advantage

Artifact

Today’s main topics

(26)

SENSE-MRの常識を変えた技術-Rip Artifact

SENSEによるアーチファクト

A

B

FOV内に含まれていない部分の折り返し

原因

(27)

Rip Artifact

FOV内に含まれていない部分の折り返し

原因

(28)

SENSE f: 1.2 SENSE f: 2.5 SENSE f: 2.0 SENSE f: 1.5 円形ファントム折り返る領域折り返る領域

Rip Artifact

(29)

NSA:1の場合 FOV外にREST NSA:2の倍数の場合 FOVの2倍のover sampling NSA:3の倍数の場合 FOVの3倍のover sampling

設定FOV 設定FOV 設定FOV

Foldover suppression

Rip Artifactの対策

・～R3.2 ： Foldover suppression=yesと設定

・R4～： Foldover suppression=over samplingと設定

任意のover sampling範囲を設定(mm) 設定FOV

(30)

Misregistration

Reference scan時と本scan時で、コイルの位置や

距離が異なることにより発生

(31)

腹部Reference scanの工夫

Misregistrationの対策

・～R3.2 ：息止め撮像と呼吸同期撮像で共通のReference scan

・R4～：息止め撮像と呼吸同期撮像で個別のReference scan

Reference scanと本scanを同じ状況下(コイル位置・距離)で撮像する

Ref : NSA8 息止め:NSA2 自由呼吸:NSA2 息止め:NSA2 自由呼吸:NSA2

Ref : 息止め息止めの本スキャンに適用 Ref : 自由呼吸呼吸同期の本スキャンに適用

(32)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Theory

Advantage

Artifact

Today’s main topics

(33)

SENSE-MRの常識を変えた技術-SENSEの搭載

腹部領域 SENSE-body coil(4ch)

腹部領域におけるSENSE搭載の有用性

① 息止め時間の短縮

② T2W single-shotにおける

ブラーリングの改善

(34)

①息止め時間の短縮

腹部領域におけるSENSEの有用性

Courtesy: VA Durham, USA

SENSE : no 24sec breathhold

SENSE factor : 2 12sec breathhold

(35)

呼吸同期を併用した場合、１呼吸で１スライス撮像

(息止め設定も可)

Single shot撮像

-②T2W single-shotにおけるブラーリングの改善

(36)

90° 180°

前半部分と後半部分のEchoで

信号強度が異なる

複数Echo発生させている

間もT2減衰は進む

②T2W single-shotにおけるブラーリングの改善

(37)

SENSE : 1.0

SENSE : 3.0

90° 180° 90° 180° 長いshot durationにより・Long TEになりやすい・信号差が大きくブラー増加 shot durationの短縮により・normal TE(100前後)に設定・信号差が小さくくブラーを低減

②T2W single-shotにおけるブラーリングの改善

(38)

ms 90° 180° 実効TE ms 90° 180° 実効TE

Normal TE(+Half scan)

ms

90° 180°

実効TE

Normal TE(+Half scan+SENSE)

Long TE

②T2W single-shotにおけるブラーリングの改善

(39)

Half scan + SENSE Half scan

②T2W single-shotにおけるブラーリングの改善

(40)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Theory

Advantage

Artifact

Today’s main topics

(41)

SENSE-MRの常識を変えた技術-SENSE Head coil

頭部領域

SENSE-head coil

SENSE-Headコイルの有用性

① 撮像時間の短縮

② DWIにおける歪み改善

③ ３Dシーケンスにおける2方向

へのSENSE適用

下から見た図

(42)

SENSE 1.6

SENSE 2.0

SENSE 3.0

SENSE 2.0

2:02

2:17

0:36

2:43

_3:58

Total Scan time

12:34 min

T2W FLAIR DWI

T1W MRA

①撮像時間の短縮

(43)

⊿k ⊿k SENSE : no SENSE factor: 2.0

②DWIにおける歪み改善

頭部領域におけるSENSEの有用性

(44)

P reduction

Phase方向のSENSE factor

S reduction

Slice方向のSENSE factor

B A C 位相エンコード方向スライスエンコード方向

③3Dシーケンスにおける2方向へのSENSE適用

(45)

3D PC MRV 3D T1 FFE

スキャン時間の短縮！

10min→5min

等方ボクセルで

MPRが可能に！

0.9mmIso 約5分

③3Dシーケンスにおける2方向へのSENSE適用

P reduction

Phase方向のSENSE factor

S reduction

Slice方向のSENSE factor

(46)

Scan time=4:23

折り返る組織がない！

充分なSENSE展開能力

③3Dシーケンスにおける2方向へのSENSE適用

(47)

折り返る組織が存在！

低いSENSE展開能力

3D T2W TRA Slice方向の折り返し MPR

③3Dシーケンスにおける2方向へのSENSE適用

(48)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Theory

Advantage

Artifact

Today’s main topics

(49)

SENSE-MRの常識を変えた技術-SENSE Spine5ch coil

脊椎領域

Spine5ch coil

Spine5ch coil+SENSEの有用性

① 撮像時間の短縮

1 2 3 4 5 位相方向とSENSEの使用制限

AP

RL

FH

×

○

(50)

Spine5ch coil

Spine5ch coil+SENSEの有用性

① 撮像時間の短縮

1 2 3 4 5 位相方向とSENSEの使用制限

AP

RL

FH

×

○

SENSE Spine5ch coil

脊椎領域

(51)

AP

RL

FH

Spine

15ch

○ ○ ○

Spine

5ch

× ○ ○

Spine15ch coil+SENSEの有用性

① DWIにおける歪み改善

Spine15ch coil

位相方向AP SENSE P reduction : 2.0

SENSE Spine15ch coil

脊椎領域

(52)

Pos factor(R2～R3.2)

折り返しartifactへの対策

Phase方向のOver Sampling factor

自動的にP reductionが入り、時間の

延長を伴わない

SENSE : 1.0 Pos Factor :1.5 NSA : 1 SENSE : 1.0 Pos Factor :1.0 NSA : 1 R1.8~使用可能

(53)

NSA=1

FOV外にREST slab が挿入される。

NSA=2,4,6・・・

FOV の2倍のover samplingを

位相方向に対して行う。

NSA=3,9・・・

FOVの3倍のオーバーサンプリングを

位相方向に対して行う。

NSA:1 NSA:2 NSA:3

設定FOV 設定FOV 設定FOV

Foldover suppression

折り返しartifactへの対策

(54)

NSAに関係なく1.5倍オーバーサンプリング

Pos factor : 1.5の場合

自動的にSENSE factor : 1.5となり、撮像時間は保たれる

撮像時間を変えずに折り返し抑制が可能

NSAに関係なくover samplingされる

Pos factor (R2～R3.2)

有用性

(55)

DWIにおける折り返しartifact対策

Foldover suppression:

over samplingをせず、 phase方向にRESTが入る

Pos factor:

設定通りにover samplingを行う P reduction増加により歪みの変化はなし REST

REST Over sampling Over sampling

Pos factor (R2～R3.2)

有用性

(56)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Theory

Advantage

Artifact

Today’s main topics

(57)

SENSE-MRの常識を変えた技術-32ch Torso/Cardiac coil

32ch Torso/Cardiac coilの有用性

① High SNR

② SENSE S reductionの活用

SENSE 32ch Torso/cardiac coil

体幹部領域

4 x 4 x

(58)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Theory

Advantage

Artifact

Today’s main topics

(59)

SENSE-MRの常識を変えた技術-SENSEの進化

(60)

SENSEの進化

(61)

SENSEの進化

dS-SENSEアルゴリズム

(62)

SENSEの進化

(63)

SENSEの進化

(64)

SENSEのアルゴリズム

従来のSENSE p_a p_b m₁ = S_1a* p_a + S_1b* p_b コイル1 感度S₁ コイル2 感度S₂ m₂ = S_2a* p_a + S_2b* p_b a点 b点

(65)

( )

連立方程式による表現

m

₁

= S

_1a

* p

_a

+ S

_1b

* p

_b

m

₂

= S

_2b

* p

_a

+ S

_2b

*p

_b 求めたいのはpなので 行列式による表現

m = S＊p

m=

m

1

m

₂

S=

S

1a

S

_2a

S

_1b

S

_2b

p=

p

a

p

_b

( )

p = S

-1

_＊m

SENSEのアルゴリズム

従来のSENSE

(66)

コイルの感度分布のみから計算するアルゴリズム

p = S

-1

_＊m

p = (S

h

_Ψ

n-1

S)

-1

S

h

Ψ

n-1

m

h：複素共役転置 Ψ_n：ノイズ共分散マトリックス実際には

ノイズを考慮した最適化アルゴリズム

ノイズやg-factorの大きさに関連

SENSEのアルゴリズム

従来のSENSE

(67)

SENSEの進化

smart select

p = (S

h

_Ψ

n-1

S)

-1

S

h

Ψ

n-1

m

h：複素共役転置 Ψ_n：ノイズ共分散マトリックスノイズやg-factorの大きさに関連 10Elementsに最適化 8 Elements 撮像パラメータおよびリファレンススキャンから画質の向上に寄与すると判断されたすべてのエレメントが自動的選択

(S

h

smart

Ψ

n smart-1

S

smart

)

-1

(68)

SENSEの進化

Minimal Artifact Factor(MAF)

p = (S

h

_Ψ

n-1

S)

-1

S

h

Ψ

n-1

m

h：複素共役転置 Ψ_n：ノイズ共分散マトリックス

p = (S

h

(Ψ

_n

+Ψ

_a

)

-1

S)

-1

m

Ψ_a：アーチファクト共分散マトリックス

キャリブレーションミスマッチの影響を考慮

アーチファクトを抑制したアルゴリズム

※Ingeniaに搭載

(69)

SENSEの進化

Anatomical Based Regularization(ABR)

p = (S

h

_S)

-1

_S

h

_m

_{h：複素共役転置} Ψ_n：ノイズ共分散マトリックス

p = (S

h

S+R

-1

)

-1

S

h

m

• リファレンス画像から展開エラー予測

• FOV外の信号をノイズレベルまで低減

※Ingeniaに搭載 Reference scan 撮像対象

(70)

SENSEの進化

Anatomical Based Regularization(ABR)

p = (S

h

_S)

-1

_S

h

_m

_{h：複素共役転置} Ψ_n：ノイズ共分散マトリックス

p = (S

h

S+R

-1

)

-1

S

h

m

※Ingeniaに搭載

• リファレンス画像から展開エラー予測

• FOV外の信号をノイズレベルまで低減

(71)

SENSEの進化

MAF

ABR

(72)

dS-SENSEの利用

Direct coronal DWI

(73)

dS-SENSEの応用

dS-Zoom

FOV100 FOV150 FOV250 FOV200 FOV300

ｄS SENSE 無 (SENSE=no)

(74)

dS-SENSEの応用

dS-Zoom

FOV:120

FOV:180

(75)

2000

(Intera/R8)

2003(R9)

2005

(Achieva/R2)

2008(R2.6)

2011

_(Ingenia/R4)

Theory

Advantage

Artifact

Today’s main topics

(76)