胎児MRI 3テスラ装置の最適化:成功への原則と課題

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解説対象論文: Fetal MRI at 3 T: Principles to Optimize Success
Radiographics|被引用数: 24(2026年8月28日時点)

胎児MRIは、先天性異常の診断において不可欠なツールとして発展してきました。特に、3テスラ(3T)MRIは、その高い信号対雑音比(SNR)により、より詳細な解剖学的情報を提供し、診断能力を飛躍的に向上させることが期待されています。しかし、この高磁場強度には、1.5テスラ(1.5T)装置では見られなかった特有の課題、特に増幅されるアーチファクトが伴います。本記事では、最新のオープンアクセス論文に基づき、3T胎児MRIを成功させるための具体的な原則、すなわち適切な対象者体位、プロトコル設計、そしてシーケンス最適化の重要性について、医療画像インフォマティクスの専門家として分かりやすく解説します。安全性への配慮から、各シーケンスの応用まで、3T胎児MRIの可能性を最大限に引き出すための知見を共有します。

研究サマリー(FINER & PICO)
Feasible実施可能性 3T胎児MRIは広く臨床および研究で使用されており、最適化のための具体的なガイドラインが提示されています。
Ethical倫理面 10年以上にわたる広範な使用にも関わらず、3T胎児MRIに起因する有害事象は報告されていません。
Interesting面白さ 3T MRIは高いSNRを提供し、胎児の解剖学的詳細を向上させ、診断情報を改善する可能性を秘めています。
Novel新規性 3T胎児MRIは確立されつつありますが、SAR推定の新しいシミュレーションモデルやEPI-FLAIRのようなシーケンスが進化しています。
Relevant切実さ 胎児MRIは先天性異常の正確な診断に不可欠であり、妊娠管理や介入計画に重要な情報を提供します。
Measurable測定可能性 3TでのSNR、空間分解能、組織コントラストの改善は定量的に評価可能であり、画像品質の向上が示されています。
Modifiable派生・改善 対象者体位、プロトコル設計、シーケンス最適化を通じて、3T胎児MRIの課題(アーチファクト)を軽減し、パフォーマンスを改善できます。
Structured文章構造 論文は、胎児MRIの専門家とMRI専門技師の経験を凝縮し、包括的なガイドラインとして構造化されています。
PICO / PECO対象・介入・比較・結果 妊娠中の先天性異常が疑われる対象者において、1.5T MRIと比較して3T胎児MRIは、診断の正確性と詳細度を向上させます。

はじめに:胎児MRIの進化と3テスラ装置の登場

どうも、Beyond the Pixelです。
胎児MRIは、先天性異常の影響を受ける妊娠において、正確な診断を確立するための重要な検査法として確立されています。特にここ10年で、パルスシーケンスの信号対雑音比(SNR)を高め、解剖学的詳細を向上させる選択肢として、3テスラ(3T)MRIが導入されました。
しかし、より高い磁場強度での画像診断には、課題がないわけではありません。1.5テスラ(1.5T)ではほとんど目立たなかった多くのアーチファクトが、3Tでは増幅される傾向があります。本記事では、最適な対象者体位、考え抜かれたプロトコル設計、そしてシーケンスの最適化を組み込んだ体系的なアプローチによって、これらのアーチファクトの影響を最小限に抑え、専門家が増加したSNRの恩恵を最大限に享受するための原則について、詳細に解説していきます。

3テスラ胎児MRIの安全性:SARと音響ノイズへの対策

3T MRIでは、ラジオ波の出力が1.5Tと比較して増加するため、特定吸収率(SAR)の制限に達する可能性が高まります。SARは、励起および再収束パルスによって生成されるラジオ波エネルギーの蓄積量であり、熱産生と組織損傷のリスクをもたらす可能性があります。妊娠中の対象者に対する米国食品医薬品局(FDA)の全身SAR制限は、母体体重あたり6分間で4W/kgとされています。
しかし、市販されている全てのMRIシステムは全身SAR制限を遵守しており、通常モードや第1レベルモードで使用されている限り、この制限を超えることはありません。ある大規模な研究では、1.5Tと3Tの両方で胎児MRIを受けた対象者において、平均SARおよび特定エネルギー蓄積量は同程度であることが確認されました。3Tでの検査時に、発熱を主観的に訴える対象者もいますが、健康で十分な水分補給があり、体温調節能力が正常な対象者であれば、生理的な恒常性維持機構が機能し、母体の中心体温は安全な正常範囲内に維持されると一般的に受け入れられています。
胎児におけるエネルギー蓄積の影響評価は、はるかに困難です。信頼できる胎児の温度変化の客観的(または主観的)な推定方法はなく、妊娠中の子宮における局所SAR推定の標準もありません。ただし、高SARシーケンスを含むプロトコルで1時間以上撮像された動物モデルでは、胎児の中心体温が累積で最大2.5℃上昇する可能性が示唆された研究もあります。しかし、この研究の実験デザインは、通常の臨床診療を超える長時間の連続撮像を含んでいました。近年、リアルな妊娠中の対象者モデルから導出された新しいシミュレーションモデルが、局所SARの正確な推定ツールとして登場しています。これらのモデルを用いた研究では、母体の体位や腕の位置、羊水量のほか、胎児の位置といった要因に基づいて局所SAR推定値に大きく統計的に有意な差があることが示されています。例えば、胎児の回転に伴う羊水の移動は、胎児組織10gあたりのピークSARを47%変化させ、平均胎児SARを28%変化させることが示されています。これらの変化の臨床的意義はまだ解明されておらず、局所SARを推定するための現実的で十分に複雑なモデルの必要性が明確に示されています。
最も説得力のある3T MRIの安全性に関するエビデンスは、その使用が一般的になるにつれて蓄積され始めています。現在まで、10年以上にわたる臨床診療および研究での広範な利用にもかかわらず、3T胎児MRIの実施に起因する有害事象は報告されていません。さらに、いくつかの小規模な後方視的研究では、3Tで撮像された胎児と対照群の出生時体重に差はなく、研究目的で胎児MRIを受けた健康な対象者において、生後2年での標準化された神経発達検査結果も正常であったことが示されています。
音響ノイズへの曝露についても注目されています。人間の胎児は妊娠24週までに聴覚系が完全に発達しており、大きな音に曝露されると有毛細胞の損傷リスクが理論的にあります。3Tでの傾斜磁場コイルから発生する音響ノイズは、使用するシーケンスによっては110 A-weighted dBを超えることがあり、これは米国放射線医学会が聴覚保護のために推奨する閾値を超えています。胎児MRIにおける音響安全性の主要な考慮事項は、妊娠中の腹部による音の減衰です。妊娠中の雌羊を用いた実験では、傾斜磁場コイルによって生成される周波数範囲(1kHz超)において、減衰の大きさが最大40dBに達する可能性があることが示唆されています。3T胎児MRIを受けた人間の胎児に関する後方視的研究も、安全性の概念をさらに支持しています。これらの研究では、3T胎児MRIを受けた対象者と対照群の新生児聴覚スクリーニングテストの合格率および不合格率に差がないことが見出されました。

対象者の準備と体位

MRI検査における対象者の体位は、画像品質と対象者の快適さのバランスを取る上で非常に重要です。理想的には、対象者は頭を先にして仰臥位で検査台に入ります。これは、MRIシステムの体幹部コイルアレイと脊椎コイルアレイからの最適なカバレッジを提供します。この体位では、対象者の頭部に枕を2つ、膝にさらに2つの枕を置いて支えます(

Figure 1
Figure 1. Figure 1. Photographs show the positioning of a pregnant patient at fetal MRI. In the supine position (A), pillows are placed behind the patient’s head and underneath the legs. In the lateral decubitus position (B), pillows are placed underneath the head and between the legs.解説: この図は、胎児MRIにおける妊娠中の対象者の体位を示しています。仰臥位(A)では、対象者の頭部の下に枕、脚の下に枕が配置されています。側臥位(B)では、頭部の下に枕、脚の間に枕が配置されています。

)。頭を先にして右側臥位または左側臥位で体位を取ることも可能です。この体位では、頭部に枕を2つ、膝と足の間に枕を2つ置きます。どちらの体位でも、対象者の腹部をアイソセンターにできるだけ近づけることが重要です。また、MRIでのエネルギー蓄積により、対象者が暖かく感じることがあるため、MRI装置の換気システムを最高レベルに設定することが推奨されます。最後に、対象者には聴覚保護具と、緊急時に使用できるアラームボールを提供します。

コイルの選択

胎児MRIは、腹部コイルとMRI台に内蔵された脊椎コイルの組み合わせを使用して実施されます。火傷を防ぐため、対象者の皮膚とコイルアレイの間には必ずシートを挟みます。ほとんどの対象者には、30チャンネルの体幹部コイル(Body 30; Siemens)が使用されます(

Figure 2
Figure 2. Figure 2. The most commonly used coil for fetal MRI is the 30-channel abdominal coil (Body 30; Siemens).解説: この図は、胎児MRIで最も一般的に使用される30チャンネル腹部コイル(Body 30; Siemens)を示しています。

)。このコイルアレイは比較的大きく、子宮の位置や胎児の向きについてMRI専門家が事前の知識を持たない場合に有利です。18チャンネルの体幹部コイル(Body 18; Siemens)も特定の状況で戦略的な利点を提供する場合があります。18チャンネルコイルの個々の受信素子は大きいため、特定の状況下でSNRを向上させることができます。これは、体格の大きな対象者や、対象者の体位のために脊椎コイルと腹部コイルの受信素子間の距離が大きい場合に有用です。18チャンネルコイルはサイズが小さいため、胎児との距離を最小限にするために、初期確認後に専門家が再配置する必要があるかもしれません。また、妊娠初期(20週未満)の対象者では、子宮と胎児の位置がより予測しやすいため、より小型の18チャンネルコイルも満足のいく代替手段となり得ます。

3テスラ胎児MRIの利点:高SNRと解剖学的詳細の向上

より高い磁場強度の主な利点は、より高いSNRです。このパラメータは信号強度に依存し、1.5Tから3Tへ移行すると、ノイズの増加が線形であるのに対し、信号強度は4倍になるため、SNRが約2倍に向上します。高いSNRは、撮像時間の短縮や、マトリックスの増加またはスライス厚の減少によって、より高い空間分解能を得るために利用できます(

Figure 3
Figure 3. Figure 3. Comparison of SNR maps of 1.5-T and 3-T system acquisitions in a gravid abdomen phantom at varying accelerations (generalized autocalibrating partial parallel acquisition [GRAPPA] 2 and 4) and section thickness (3 mm and 2 mm). Acquisitions at 3 T maintain a high SNR even with higher parallel im- aging acceleration factors and low section thickness.解説: この図は、様々な加速因子(GRAPPA 2および4)とスライス厚(3mmおよび2mm)を用いた、妊娠中の腹部ファントムにおける1.5テスラと3テスラシステムでの取得のSNRマップの比較を示しています。3テスラでの取得は、より高い並列撮像加速因子と薄いスライス厚でも高いSNRを維持しています。

)。画像内の分解能(より高いマトリックスとより小さい視野 [FOV])とスライス方向の分解能(より薄いスライス)を向上させることで得られる画質の改善が示されています(

Figure 4
Figure 4. Figure 4. Iterative adjustments of the field of view (FOV) and matrix in the axial plane with a constant section thickness show the spatial resolution capabili- ties of fetal MRI at 3 T. A 32-week 1-day-old fetus was imaged with a 192 × 192 matrix and a 50 × 40-cm FOV, then a reduced FOV of 37.5 × 30 cm centered in the fetal head with improvement in the spatial resolution, then a matrix adjusted to 320 × 320 that reduced the voxel size, and subsequently a reduced FOV of 28 × 22.5 cm that further improved the spatial resolution with only a modest increase in noise.解説: この図は、一定のスライス厚で軸方向の視野(FOV)とマトリックスを繰り返し調整することで、3テスラ胎児MRIの空間分解能能力を示しています。32週1日の胎児が192×192マトリックスと50×40cmのFOVで撮像され、次に胎児の頭部を中心とした37.5×30cmのFOVに縮小され空間分解能が向上し、その後マトリックスが320×320に調整されボクセルサイズが縮小され、さらに28×22.5cmのFOVに縮小され、わずかなノイズ増加で空間分解能がさらに向上しています。

,

Figure 5
Figure 5. Figure 5. Coronal SSFSE MR images at 3-mm (A), 2-mm (B), and 1-mm (C) section thickness with a constant matrix and FOV in a 32-week-old fetus. The progressive decrease in section thickness improves the delineation of fine structures, such as the sulcal pattern or the cerebellar folia. Decreasing the sec- tion thickness also results in increasing noise; at 1 mm, there is notable noise amplification in the left fetal hemisphere, which corresponds to the anatomic section furthest away from the receiving elements of the coils (center of the patient).解説: この図は、32週の胎児における一定のマトリックスとFOVでの3mm(A)、2mm(B)、および1mm(C)のスライス厚での冠状SSFSE MR画像を示しています。スライス厚を段階的に減らすことで、脳溝パターンや小脳葉などの微細構造の描出が向上しています。

)。
3Tでの空間分解能と組織コントラストの改善の組み合わせは、最終的に胎児の解剖学的構造の評価を容易にします。ある研究では、腸、肝臓、腎臓、骨端軟骨、脊椎などの胸腹部臓器のより優れた描出が報告されています。同様に、小脳、橋、静脈系、半規管、蝸牛、胎児脳の一時的領域の描出に有意な改善が報告されています。体系的な研究は不足していますが、空間分解能と組織コントラストの改善は、専門家の診断に対する信頼性を高め、病変のある症例における検査の診断性能を潜在的に向上させることが合理的に期待されます。
通常、SSFSEとバランス型SSFP(bSSFP)画像では、スライス厚2~3mmの構造画像を撮像します。画質の初期印象に基づいて、特定の臨床上の懸念がある場合、放射線診断専門家または専門家がSNRまたは空間分解能を向上させるためにスライス厚を調整できます。ただし、3Tではスライス厚が3mmを超えることはめったにありません。

3テスラ胎児MRIの課題:アーチファクトとその対策

3Tでは、ラジオ波磁場(B1)の不均一性が大きくなり、MRI装置内でフリップ角の変動が大きくなります。これは、より高い磁場強度では透過磁場の波長が短くなり、それが妊娠中の腹部の寸法に近づくためです。結果として生じるアーチファクトは、信号損失の局所的な領域を引き起こし、シェーディング(陰影)として現れます(

Figure 8
Figure 8. Figure 8. Shading artifacts in a 25-week-old fetus. Sagittal SSFSE MR image (A) is highly affected by shading artifacts, while bSSFP MR image (B) is af- fected to a lesser extent.解説: この図は、25週の胎児におけるシェーディングアーチファクトを示しています。矢状SSFSE MR画像(A)はシェーディングアーチファクトに強く影響されていますが、bSSFP MR画像(B)は影響が小さいです。

)。このアーチファクトを克服するための解決策には、対象者の体位の変更、誘電体パッドの使用、および/または信号を増加させるためにより厚いスライスの使用が含まれます。SSFSE画像はこれらのアーチファクトに非常に敏感ですが、bSSFP画像は中程度に敏感であり、エコープラナー画像は比較的影響を受けにくいです。
バンディングアーチファクトは、B0磁場不均一性によりbSSFPシーケンスで発生し、位相蓄積と位相シフト誤差を引き起こします。これは、FOVの端(磁場の低下による)または組織界面(磁気感受率の差に起因する)に信号損失の線状バンドとして現れます。バンドは、繰り返し時間(TR)に反比例する間隔で配置されます。このアーチファクトを改善する合理的なアプローチは、新しい正規化プレキャンスキャンを実施することです。臨床実践では、すべてのシーケンスの前にプレキャンスキャンが行われるわけではなく、この操作を行うことで、元のキャリブレーション後に母体や胎児が動いていた場合に、シミングの利点を最大限に引き出すことができます。もう一つの有用な解決策は、位相オーバーサンプリングを増やすことで、アーチファクトをエイリアシング解除し、胎児の関心領域との重なりを減らすことができます。最後に、バンドの間隔を広げるためにTRを短縮することも選択できます。この操作はアーチファクトの空間配置を変更しますが、これだけでは不十分な場合が多く、望ましい組織コントラストを変更するリスクを伴います(

Figure 9
Figure 9. Figure 9. Monochorionic diamniotic twins at 32 weeks gestation. The twin depicted on the images has polyhydramnios, while the twin affected by oligohydramnios is not shown. (A) Sagittal bSSFP MR image is severely degraded by banding artifacts. (B) Repeat sagittal bSSFP MR image with an increase in the FOV and with 30% phase oversampling shows a substantial reduction in the effect of the bands. The artifacts were not eliminated, but the overlap with fetal anatomy was reduced.解説: この図は、妊娠32週の一絨毛膜二羊膜性双胎を示しています。画像に描かれている胎児は羊水過多であり、羊水過少の胎児は示されていません。(A)矢状bSSFP MR画像は、バンディングアーチファクトによって著しく劣化しています。(B)FOVの増加と30%の位相オーバーサンプリングを伴う再撮像矢状bSSFP MR画像は、バンドの影響が大幅に減少していることを示しています。アーチファクトは除去されていませんが、胎児の解剖学的構造との重なりが減少しています。

)。
感受性アーチファクトは、異なる組織の磁気感受性の違いによって誘発される主磁場の局所的な変動に起因します。これは、組織界面近くの信号損失、位相エンコード方向の画像歪み、および幾何学的歪みをもたらす可能性があります。感受性アーチファクトは3Tで悪化します。なぜなら、より高い磁場強度は、磁場のより大きな変動を引き起こすためです。胎児画像診断において、感受性アーチファクトは関心のある解剖学的領域のために特に重要です。妊娠中の子宮は母体腸に近接しており、組織と空気の界面が頻繁に観察されます。これは、エコープラナーイメージング(EPI)に基づくシーケンス(例:安静時機能MRIや拡散強調MRI)にとって問題となる可能性があります。ただし、SSFSEまたはbSSFP画像に影響することはほとんどありません。感受性アーチファクトは、T2*強調シーケンスでより短いエコー時間を利用することで部分的に軽減できますが、これは病変の検出感度がわずかに低下するという犠牲を伴います。もう一つの選択肢は、並列撮像加速因子を増加させることです。これは、胎児の頭蓋骨や出血領域近くで発生する幾何学的歪みの一部を助けることができますが、母体の腸ガスに起因するような大規模な信号低下領域を解決するには不十分な場合があります。

主なシーケンスとその応用

胎児MRIで一般的に使用されるシーケンスには、いくつかの種類があり、それぞれ異なる役割と特徴を持っています。

シングルショットT2強調シーケンス (SSFSE)

SSFSE(SiemensではHASTE、GEではSSFSE、PhillipsではUFSE)は、胎児画像診断の「主力」です。これらの技術は、長いエコートレインを使用し、部分フーリエ再構成によってk空間の対称性を利用することで、画像取得を高速化します。個々の画像を迅速にエンコードする能力により、これらのシーケンスは「実質的に動きをフリーズ」させることができ、高分解能で高品質な面内画像をもたらします。
シングルショットシーケンスは通常、T2コントラストを強調し、羊水と胎児組織の高い水分含有量を利用してコントラストを生成します。胎児神経画像診断では、T2強調SSFSEが脳の構造的完全性を評価するのに最適なシーケンスです。これは、灰白質、白質帯(一時的構造を含む)、および脳脊髄液の間で最高の組織コントラストを提供します。このシーケンスはまた、損傷の場合に病理的なT2延長を示し、フローボイドを描出します(

Figure 11
Figure 11. Figure 11. Axial T2-weighted SSFSE MR image shows pathologic flow voids in a 35-week-old fetus with a vein of Galen malformation.解説: この図のキャプションは、ガレン静脈奇形を持つ妊娠35週の胎児における病理的なフローボイドを示す軸方向T2強調SSFSE MR画像とされています。⚠ 自動抽出画像の検証で一致を確認できませんでした。正確な内容は元論文のFigure 11をご参照ください。

)。そして、T2*効果に対するある程度の感度を保持するため、血液産物の合理的なスクリーニングを可能にします。胎児体幹画像診断では、T2強調SSFSE画像は、気道、消化管、泌尿生殖器系などの液体の入った構造や、嚢胞性構造の評価に役立ちますが、これは通常bSSFP画像と組み合わせて行われます。
SSFSE画像の主な欠点は、SARが高いことであり、これは3Tで悪化します。k空間を迅速にサンプリングするために使用される長いエコートレインは、対象者にかなりの量のエネルギーを蓄積します。この影響を軽減するために、TRを長くし、フリップ角を減らし、並列加速因子を2に組み込み、関心領域にカバレッジを限定しています。適切に最適化されたシーケンスでは、3TでのSARレベルは1.5TでのSARレベルに匹敵することが示されています。
前述のように、3TにおけるSSFSEのもう一つの欠点は、誘電体効果または定在波効果に起因するシェーディングアーチファクトの可能性です。これらのアーチファクトは非常に問題となり、体格の大きな母体、羊水過多の胎児、および多胎妊娠でより頻繁に現れます。これらのアーチファクトを軽減するための戦略には、対象者とコイルの再配置、スライス厚の増加、TRの延長(縦磁化の完全な回復を可能にし、SNRを向上させるため)が含まれます。フローアーチファクトも3TのSSFSE画像でより顕著になります。上記の戦略を適切に使用しても、アーチファクトが問題となる場合があり、放射線診断専門家は症例の解釈においてbSSFP画像に大きく依存する必要があるかもしれません。SSFSE画像がシェーディングまたはフローアーチファクトによって著しく劣化している場合、放射線診断専門家は1.5Tで検査を実施することを選択するかもしれません。

バランス型定常状態自由歳差運動シーケンス (bSSFP)

bSSFP(SiemensではTrueFISP、GEではFIESTA、PhillipsではFFE)は、高いSNRを持つ高速なグラディエントエコー撮像法です。短いTRの結果として、組織コントラストはT1およびT2の混合特性を示し、病変の特性評価における有用性を制限します。バランス型定常状態自由歳差運動(bSSFP)は、胎児画像診断において非常に汎用性が高く、動きのある羊水からのフローアーチファクトや誘電体効果からのシェーディングアーチファクトに対して、ある程度影響を受けにくいです。さらに、高いSNRは、微細な構造(例:頭蓋顔面解剖学や四肢)を特徴づけるための超高分解能画像を取得するために利用できます。最後に、明るい血液の特性は、心腔や大血管に関するある程度の洞察を提供することができます。
胎児神経画像診断では、bSSFPシーケンスは頭蓋顔面解剖学の最高の評価を提供します(

Figure 15
Figure 15. Figure 15. Fetal craniofacial pathologic defects at bSSFP imaging. (A) Coronal bSSFP MR image of the face shows a cleft lip (arrow) detailed in a 26-week- old fetus. (B) Axial bSSFP MR image shows left choanal atresia (arrow) in a 28-week-old fetus with CHARGE syndrome.解説: この図は、bSSFP撮像における胎児の頭蓋顔面病変を示しています。(A)顔の冠状bSSFP MR画像は、妊娠26週の胎児における口唇裂(矢印)を詳細に示しています。(B)軸方向bSSFP MR画像は、CHARGE症候群を持つ妊娠28週の胎児における左後鼻孔閉鎖症(矢印)を示しています。

)。この技術の高いSNRにより、面内分解能とスライス方向分解能の高い画像が、スライス厚2~2.5mmで取得できます。異常が既知または疑われる選択された症例では、マトリックスサイズ448×448、スライス厚1.5mmの画像を成功裏に取得しています(

Figure 14
Figure 14. Figure 14. Retinoblastoma in a 35-week-old fetus with a strong family history. Axial bSSFP MR image with high through-plane and in-plane resolution (1.5-mm section thickness; 448 × 448 matrix) clearly shows a nodule (arrow) in the left retina, which was postnatally confirmed to represent retinoblastoma.解説: この図は、強い家族歴を持つ妊娠35週の胎児における網膜芽細胞腫を示しています。高スライス方向および高面内分解能(スライス厚1.5mm; 448×448マトリックス)の軸方向bSSFP MR画像は、左網膜の結節(矢印)を明確に示しており、これは生後網膜芽細胞腫であることが確認されました。

)。グラディエントエコー撮像の性質は、石灰化した骨におけるT2*効果への感度を提供します。液体の高い信号強度と組み合わせて、bSSFPシーケンスは胎児の顔の輪郭、鼻腔、口腔、側頭骨、および気道を鮮明に描出します。他の軟骨性骨格構造(例:骨端および椎間板)と比較して、骨化骨の低信号の外観は、付属肢骨格および脊椎における異常の特性評価に有利です(

Figure 17
Figure 17. Figure 17. Bronchogenic cyst in a 37-week-old fetus at bSSFP imaging. Coronal bSSFP image allows evalu- ation of the cyst (arrow) with the sur- rounding aerodigestive tract.解説: この図のキャプションは、妊娠37週の胎児における気管支嚢胞をbSSFP撮像で評価した冠状bSSFP画像とされています。⚠ 自動抽出画像の検証で一致を確認できませんでした。正確な内容は元論文のFigure 17をご参照ください。

)。同様に、bSSFPシーケンスは、肺病変と正常肺実質、内臓器官、消化管および泌尿生殖器系の液体の入った領域との間で優れた組織コントラストを提供し、胸腹部解剖学の優れた描出を提供します。
bSSFPシーケンスの実用的な利点の一つは、SARが比較的低いことです。放射線診断専門家およびMRI専門家は、SSFSEのような高SARシーケンスとbSSFPのような低SARシーケンスを交互に選択することができます。これにより、発熱による対象者の不快感を軽減し、SAR制限への接近による撮像の中断を回避することができます。

T2*強調シーケンス(EPI)

EPIは、胎児MRIでT2強調コントラストを得るために頻繁に実施されます。EPIの主な利点は、高速な画像エンコードであり、位相エンコード勾配の高速な切り替えによって複数のk空間ラインが連続的に取得され、効率的なブリップ軌道が得られます。参考として、通常の臨床空間分解能では、T2強調エコープラナー画像は100ミリ秒でエンコードできますが、SSFSEシーケンスで取得された類似の画像は約1500ミリ秒かかります。
T2*強調シーケンスは、血液産物の検出に役立つ標準的な方法であるため、神経画像診断において非常に価値があります(

Figure 19
Figure 19. Figure 19. Axial diffusion-tensor imaging in a 25-week-old fetus (12 directions; b value = 750 sec/mm2). (A, B) Axial ADC map (A) and axial diffusion trace map (B) show a layered appearance of the cerebral hemispheres, with lower diffusivity in the cortex and germinal matrix. (C) Axial fractional anistropy map shows high anisotropy in the corpus callosum and in the immature fetal cortex and a relatively low anisotropy in the hemispheric white matter due to lack of myelination.解説: この図は、妊娠25週の胎児における軸方向拡散テンソルイメージング(12方向; b値=750秒/mm²)を示しています。(A, B)軸方向ADCマップ(A)と軸方向拡散トレースマップ(B)は、大脳半球の層状の外観を示し、皮質と胚芽層で低い拡散率を示しています。(C)軸方向異方性分数マップは、脳梁と未熟な胎児皮質で高い異方性を示し、髄鞘化が不足しているため半球白質で比較的低い異方性を示しています。

)。通常、胚芽層に起因する出血性の病変は、ブルーミング領域として容易に検出されます。先天性感染症による石灰化も描出できます。体幹画像診断では、T2コントラストは副腎出血の特定や骨格系の軟骨骨接合部の描出に役立ちます。
より高い磁場強度では、T2
減衰が大きく強調され、感受性効果によって媒介されるコントラストが向上します。これにより、血液産物への感度が高まり、より小さな出血や血腫が吸収された後の微量のヘモジデリンを検出できる可能性があります。放射線診断専門家は正常な発達解剖学に精通している必要があります。なぜなら、多くの血管構造(例:髄静脈や基底核隆起)は3Tでより目立つようになり、病的な状態と区別する必要があるからです。3TでのT2*強調撮像の主な欠点は、母体の腸ガスに起因するアーチファクトが胎児の関心解剖学を不明瞭にする可能性があることです。

拡散強調イメージング (DWI)

近年、胎児拡散強調イメージング(DWI)は、臨床胎児画像診断プロトコルで人気を集めています。拡散強調画像はEPIシーケンスを使用して取得されます。このタイプの取得の速さ(約100ミリ秒/スライス)を考えると、個々のゼロb値画像および拡散感作画像には動きアーチファクトがほとんどありません。しかし、胎児の動きや母体の呼吸による動きは、臨床解釈に使用されるパラメータマップ(拡散トレース、見かけの拡散係数 [ADC]、異方性分数、カラー異方性分数)の品質を依然として低下させる可能性があります。アーチファクトの大きさを減らすために、DWIシーケンスは比較的厚いスライス(3mm超)と postnatal DWIと比較して少ない拡散感作画像数を使用することで短く保たれています。もしシーケンスが十分に短い場合、一部の専門施設では息止めを用いてそれらを取得しています。
胎児DWIで使用する適切なパラメータを決定するには、望ましいSNR、空間分解能、および撮像から期待される情報の間の妥協が必要です。唯一の目的が拡散低下領域の特定であれば、比較的厚いスライス(4~5mm)を用いた3方向DWIシーケンスで十分です。当施設では、スライス厚2~3mmの12方向拡散テンソルシーケンスを使用しています。より多くの拡散エンコード方向の使用と3Tの使用により、より高い空間分解能を得ることができます。拡散エンコード画像は通常、b値500秒/mm²または750秒/mm²を使用して取得されます。なぜなら、より高いb値はノイズが増加するという欠点があるからです。ただし、強力な拡散感作勾配(80mT/m; スルーレート200)(MAGNETOM Prisma; Siemens)を備えた臨床MRIシステムでは、b値1000秒/mm²および750秒/mm²で合理的な画質を実現しています。
胎児DWIの主な適用は、急性脳損傷の評価です。これにより、ADCの低下と拡散トレースマップでの高信号強度が生じます。血管病変(例:動静脈奇形)、複雑な双胎妊娠(例:双胎間輸血症候群)、出血を伴う妊娠、および原因不明の破壊的事象を伴う妊娠において、単胎妊娠の胎児拡散強調画像を日常的に取得しています。6つ以上の拡散エンコード方向が取得される場合、拡散テンソルイメージングモデルを実装できます。これは、発達中の大脳半球の層構造、白質の束構造、および異方性分数に影響を与える年齢関連の微細構造変化に関するさらなる情報を提供します。DWIは、ADC値が在胎週数と強い相関を示すため、肺成熟の評価にも使用されています。3Tでの拡散MRIは、高いSNRとT2*効果の増加に関連する許容可能な損失との間で良好なバランスを提供します。3Tでの拡散の制限の一つは、母体の腸ガスに起因するアーチファクトの可能性であり、これが解剖学を不明瞭にする可能性があります。

T1強調シーケンス

胎児においてT1コントラストを得るために最も一般的に使用されるシーケンスは、3次元(3D)spoiled gradient-recalled-echo(SPGR)シーケンス(SiemensではVIBE、GEではLAVA、PhillipsではTHRIVE)です。胎児画像診断に必要な速度は、並列撮像技術と非対称k空間サンプリングによって、ある程度の補間を伴って達成されることが頻繁です。脂肪抑制は、ダイナミックレンジを改善し、短いT1緩和時間を持つ構造のコントラストを強調するために相乗的に使用できます。T1強調画像はシングルショット技術でも取得できることに注意すべきです。これには、画像のT1強調を得るためにスライス選択的な反転パルスを導入し、後期の反響のT2効果を避けるためにエコートレイン長を短縮する必要があります。これらの手順はSNRに悪影響を及ぼし、画像の満足のいくT1強調をもたらしますが、多くのグループはグラディエントエコーシーケンスの使用を好みます。
当施設の胎児画像診断プロトコルには、三面T1強調SPGR画像の取得が含まれます。3D撮像スキームの結果として、これらの画像は動きアーチファクトを起こしやすく、母体の息止め下で取得するのが最適です。子宮のカバレッジは、解剖学的構造全体を10~20秒でサンプリングできる設定されたスライス数に限定します。時折、特に妊娠後期では、息止め時間を短縮するためにカバレッジを2つのスタックに分割する必要がある場合があります。
T1強調画像は、その組成に基づいて組織を特徴づける上で重要な目的を果たします。T1強調SPGR画像は、大脳半球の正常な層状構造を示し、細胞密度の高い皮質と増殖帯は、細胞密度が低く非髄鞘化の白質と比較して高信号に見えます。髄鞘化の開始後、初期の髄鞘化構造(脳幹、腹外側視床、内包後脚)内でT1短縮が認められます。他の短いT1緩和時間を持つ組織には、下垂体、甲状腺、肝臓、胎便が含まれます。T1短縮を示す局所的な病変には、血腫、蛋白性のう胞(例:腸管重複のう胞)、脂肪腫などがあります。
妊娠20週以降は、直腸に正常なT1高信号の胎便が認められるべきです。異常または欠損したT1胎便信号は、総排泄腔奇形、胎便性腹膜炎、小結腸などの消化管および泌尿生殖器異常の評価において重要な役割を果たします。さらに、腹壁破裂や先天性横隔膜ヘルニアの症例におけるヘルニア化した腸管の評価も可能です。最後に、シーケンスが中程度のフロー感度を保持し、画像平面に直交するフローによって信号上昇をもたらすことは有用です。これは、硬膜洞奇形やガレン静脈奇形のような高流量の頭蓋内血管病変の特性評価において有用な特徴として報告されています。

EPIとFLAIR

EPIとFluid-attenuated inversion recovery(FLAIR)は、胎児MRIのポートフォリオに最近加わったものです。このシーケンスでは、自由水からの信号を抑制するために反転パルスが使用されます。ある研究では、EPI-FLAIRが胎児の終脳の過渡帯を鮮明に描出することが実証されました。ここでは、皮質板と中間帯が中程度の信号強度を保持し、脳脊髄液とサブプレートが低信号に見えます。実際、EPI-FLAIRで得られる組織コントラストは、脳実質の評価を補助する標準的なシーケンスと伝統的に考えられているT2強調SSFSEシーケンスよりも優れています。EPI-FLAIRは、多小脳回や他の皮質異形成のような、半球の正常な層形成を妨げる実質異常の診断に役立つと伝えられています。EPI-FLAIRは、他のEPIシーケンスに固有のアーチファクト(歪みや感受性アーチファクト)をもたらすため、その広範な利用が制限される可能性があります。

まとめ

3Tでの胎児MRIは安全かつ効果的であり、1.5Tでの検査に比べていくつかの利点を提供します。検査の成功は、最適な対象者の準備、ハードウェアの選択、およびシーケンスの最適化に大きく依存します。個々のシーケンスは胎児MRIにおいて異なり、かつ補完的な役割を果たし、3Tでより顕著になるアーチファクトも、意図的な調整によって軽減できます。このガイドラインが、3T胎児MRIの全ての主要な側面、対象者の準備から画像解釈までを網羅する、蓄積された経験を凝縮したものとなるでしょう。

補足図表

Figure 20

Figure 20
Figure 20. Figure 20. Generalized decreased diffusivity in the brain in a case of fetal demise at 33 weeks of gestation in the setting of autosomal recessive polycystic kidney disease and anhydramnios. Axial ADC map (A) and trace diffusion map (B) show generalized low diffusivity, with loss of gray-white differentiation and zonal differenti- ation of the brain. There is also ventricular and sulcal effacement. ADC values obtained in the cerebral paren- chyma with the region of interest placement were less than 700 sec/mm2.

Figure 21

Figure 21
Figure 21. Figure 21. Fat suppression with T1-weighted 3D SPGR accentuates tissue contrast. (A) Coronal T1-weighted 3D SPGR MR image without fat suppression shows hyperintense subcutaneous maternal fat (arrow) and relatively faint contrast in the fetal brain. (B) Coro- nal T1-weighted 3D SPGR MR image with fat suppression shows hypointense maternal subcutaneous fat (*) and substantial improve- ment in the tissue contrast in the brain. The gray matter in the cortex (arrow) and deep-gray nuclei appears hyperintense owing to its high cellularity, and the white matter appears relatively hypointense, resembling the neonatal brain.

Figure 23

Figure 23
Figure 23. Figure 23. Fetal pathologic conditions at T1-weighted 3D SPGR. (A) Sagittal image in a 19-week-old fetus with pentalogy of Cantrell shows the liver herni- ating through an anterior thoracoabdominal defect (arrow). (B) Axial image in a 32-week-old fetus with the COL4/A1 mutation shows a subacute hematoma (arrow) in the right frontal lobe. (C) Coronal image shows an enlarged thyroid gland (goiter) in a 25-week-old fetus with thyroglobulin deficiency (arrowhead).

用語集

  • 信号対雑音比 (SNR): 画像信号の強さと雑音(ノイズ)の強さの比率で、SNRが高いほど画像が鮮明になります。
  • 特定吸収率 (SAR): MRI装置が対象者の組織に与えるラジオ波エネルギーの量を示す指標で、熱産生のリスクに関連します。
  • アーチファクト: MRI画像上に現れる、実際には存在しない信号や構造の歪み、偽像のことです。
  • SSFSE: シングルショットT2強調高速スピンエコーの略で、胎児MRIで広く用いられる高速なT2強調シーケンスです。
  • バランス型定常状態自由歳差運動 (bSSFP): 高速グラディエントエコーの一種で、高いSNRと動きに強い特性を持ち、微細構造の描出に優れます。
  • エコープラナーイメージング (EPI): 非常に高速な撮像技術で、拡散強調イメージングやT2*強調イメージングに利用されます。
  • k空間: MRI画像の周波数情報が格納される仮想空間で、ここから画像が再構成されます。
  • 視野 (FOV): MRIで画像を撮像する範囲のことです。FOVを小さくすると、同じマトリックスサイズでも空間分解能が向上します。
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