磁気共鳴画像法
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磁気共鳴画像法
頭部の傍矢状方向MRI、エイリアシングアーティファクトあり（鼻と額が後頭部に現れる）
同義語核磁気共鳴画像法（NMRI）、磁気共鳴断層撮影法（MRT）
ICD-9-CM88.91
メッシュD008279
メドラインプラス003335

磁気共鳴画像法（MRI）は、放射線医学において体内の解剖学的構造や生理学的プロセスの画像を生成するために使用される医療用画像技術である。MRIスキャナは、強力な磁場、磁場勾配、および電波を使用して体内の臓器の画像を形成する。MRIはX線や電離放射線を使用しないため、コンピュータ断層撮影（CT）や陽電子放出断層撮影（PET）スキャンと区別される。MRIは核磁気共鳴（NMR）の医療用途であり、 NMR分光法などの他のNMR用途の画像化にも使用することができる。[ 1 ]

MRIは、病院や診療所において、病気の診断、病期分類、経過観察のために広く利用されています。CTと比較して、MRIは脳や腹部などの軟部組織の画像において優れたコントラストを提供します。しかし、被験者を長くて狭いチューブの中に入れたまま測定を行うため、通常は測定時間が長く、音も大きいため、患者にとって不快感を与える可能性があります。ただし、「オープン型」MRIの設計により、この不快感は概ね軽減されています。さらに、体内にインプラントやその他の取り外し不可能な金属が埋め込まれている場合、リスクが生じる可能性があり、一部の患者はMRI検査を安全に受けられない場合があります。

MRIは元々NMRI（核磁気共鳴画像法）と呼ばれていましたが、否定的なイメージを避けるために「核」が省略されました。[ 2 ]特定の原子核は、外部磁場に置かれると無線周波数（RF）エネルギーを吸収します。その結果生じるスピン偏極は、無線周波数コイルにRF信号を誘導し、検出することができます。[ 3 ]言い換えれば、水素原子核内の陽子の核磁気スピンはRF入射波と共鳴し、コンパクトな方向、エネルギー（周波数）、位相を持つコヒーレントな放射線を放射します。このコヒーレントな増幅された放射線は、検査対象に近いRFアンテナによって検出されます。これはメーザーに似たプロセスです。臨床および研究用MRIでは、アンテナによって検出されるマクロ的な偏光放射線を生成するために、水素原子が最もよく使用されます。 [ 3 ]水素原子は、ヒトやその他の生物、特に水と脂肪に自然に豊富に存在します。このため、ほとんどのMRIスキャンは、基本的に体内の水分と脂肪の位置をマッピングするものです。電波パルスは核スピンエネルギー遷移を励起し、磁場勾配は分極を空間的に局所化します。パルスシーケンスのパラメータを変化させることで、組織内の水素原子の 緩和特性に基づいて、組織間で異なるコントラストを生成することができます。

1970年代から1980年代にかけて開発されて以来、MRIは多用途の画像診断技術であることが証明されてきました。MRIは診断医学や生物医学研究において最も広く利用されていますが、ミイラなどの無生物の画像形成にも用いられます。拡散MRIと機能的MRIは、MRIの有用性を拡張し、神経系における神経索と血流をそれぞれ捉えるだけでなく、詳細な空間画像も取得します。医療システムにおけるMRIの需要の持続的な増加は、費用対効果と過剰診断への懸念につながっています。[ 4 ] [ 5 ]

機構

建設と物理学

円筒型超伝導MRスキャナの概略図。上：一次コイル、傾斜磁場コイル、RF送信コイルを備えた円筒の断面。下：円筒とテーブルの縦断面。同じコイルとRF受信コイルが見える。

MRIスキャナーの主要構成要素は、サンプルを分極させる主磁石、主磁場の均一性のずれを補正するシムコイル、スキャン領域を特定するための勾配システム、そしてサンプルを励起し、その結果生じるNMR信号を検出するRFシステムです。システム全体は1台または複数台のコンピューターによって制御されます。

ほとんどの医療用途では、組織内の水素原子核（陽子のみで構成）が信号を発生させ、その信号が処理されて、特定領域におけるそれらの原子核の密度という観点から人体の画像が形成されます。陽子は結合している他の原子からの磁場の影響を受けるため、特定の化合物中の水素からの反応を区別することが可能です。検査を行うには、MRI スキャナ内に人を置き、画像化する領域の周囲に強力な磁場を形成します。まず、適切な共鳴周波数で振動磁場のエネルギーを一時的に患者に照射します。X 軸および Y 軸の傾斜磁場コイルでスキャンすることで、患者の選択した領域に、エネルギーが吸収されるのに必要な正確な磁場をかけます。原子はRFパルスによって励起され、結果として生じる信号は 1 つ以上の受信コイルで測定されます。傾斜磁場コイルを使用して局所磁場を変化させることで生じる RF レベルと位相の変化を調べることで、RF 信号を処理して位置情報を推測することができます。これらのコイルは、励起と応答の間に高速に切り替えられ、動くラインスキャンを実行します。そのため、磁気ひずみによって巻線がわずかに動くため、MRIスキャン特有の繰り返しノイズが発生します。異なる組織間のコントラストは、励起された原子が平衡状態に戻る速度によって決まります。画像をより鮮明にするために、外因性造影剤が投与されることもあります。 [ 6 ]

移動式MRIユニット

MRI では、スキャンボリューム全体にわたって数 ppm の強力かつ均一な磁場が必要です。磁石の磁場強度はテスラで測定され、ほとんどのシステムは 1.5 T で動作しますが、市販のシステムは 0.2 T から 7 T の間で利用できます。3T MRI システム (3 テスラ MRI とも呼ばれます) は、1.5 システムよりも強力な磁石を備えており、臓器や軟部組織の画像に適していると考えられています。[ 7 ]研究用途の全身 MRI システムは、たとえば 9.4 T、[ 8 ] [ 9 ] 10.5 T、[ 10 ] 11.7 T で動作します。[ 11 ]たとえば 14 T 以上のさらに高い磁場の全身 MRI システムは、概念提案[ 12 ]またはエンジニアリング設計の段階にあります。[ 13 ]ほとんどの臨床用磁石は超伝導磁石であり、低温に保つために液体ヘリウムが必要です。より低い磁場強度は永久磁石で実現でき、閉所恐怖症の患者向けの「オープン」MRIスキャナーでよく使用されています。[ 14 ]より低い磁場強度は、2020年にFDAによって承認されたポータブルMRIスキャナーでも使用されています。 [ 15 ]最近では、MRIはマイクロテスラからミリテスラの範囲の超低磁場でも実証されており、プリポーラライゼーション（10～100 mT程度）と、高感度超伝導量子干渉素子（SQUID ）を使用して約100マイクロテスラでラーモア歳差磁場を測定することで、十分な信号品質が可能になります。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

T1とT2

TRとTEがMR信号に与える影響
T1強調、T2強調、PD強調MRIスキャンの例
スピン格子緩和実験における磁化とスピンの向きの変化の図

各組織は、励起後、T 1（スピン格子、つまり静磁場と同じ方向の磁化）とT 2（スピンスピン、つまり静磁場に直交する方向の磁化）という独立した緩和過程によって平衡状態に戻ります。T 1強調画像を作成するには、繰り返し時間（TR）を変更することで、MR信号を測定する前に磁化を回復させます。この画像強調は、大脳皮質の評価、脂肪組織の同定、局所的な肝臓病変の特徴づけ、そして一般的に形態学的情報の取得、そして造影剤投与後の画像診断に役立ちます。 T2強調画像 を作成するには、エコー時間（TE）を変更することで、MR信号を測定する前に磁化を減衰させます。この画像強調は、浮腫や炎症の検出、白質病変の検出、前立腺や子宮の帯状構造の評価に有用です。

MRIスキャンから得られる情報は、振動磁場（サンプルを通過する高周波パルスの形態）による核スピンの摂動後の緩和速度の差に基づく画像コントラストの形で得られる。 [ 19 ]緩和速度は、信号が縦方向または横方向の平面から平衡状態に戻るまでにかかる時間の尺度である。

Magnetization builds up along the z-axis in the presence of a magnetic field, B0, such that the magnetic dipoles in the sample will, on average, align with the z-axis summing to a total magnetization Mz. This magnetization along z is defined as the equilibrium magnetization; magnetization is defined as the sum of all magnetic dipoles in a sample. Following the equilibrium magnetization, a 90° radiofrequency (RF) pulse flips the direction of the magnetization vector in the xy-plane, and is then switched off. The initial magnetic field B0, however, is still applied. Thus, the spin magnetization vector will slowly return from the xy-plane back to the equilibrium state. The time it takes for the magnetization vector to return to its equilibrium value, Mz, is referred to as the longitudinal relaxation time, T1.[20] Subsequently, the rate at which this happens is simply the reciprocal of the relaxation time: 1T1=R1{\displaystyle {\frac {1}{T_{1}}}=R_{1}}. Similarly, the time in which it takes for Mxy to return to zero is T2, with the rate 1T2=R2{\displaystyle {\frac {1}{T_{2}}}=R_{2}}.[21] Magnetization as a function of time is defined by the Bloch equations.

T1 and T2 values are dependent on the chemical environment of the sample; hence their utility in MRI. Soft tissue and muscle tissue relax at different rates, yielding the image contrast in a typical scan.

The standard display of MR images is to represent fluid characteristics in black-and-white images, where different tissues turn out as follows:

Signals from different materials
Signal T1-weighted T2-weighted
High
中級
低い

診断

臓器またはシステムによる使用

頭部と腹部のMRI検査のために体位を変えている患者

MRIは医療診断において幅広い用途があり、世界中で約5万台のスキャナーが使用されていると推定されています。[ 25 ] MRIは多くの専門分野の診断と治療に影響を与えていますが、健康状態の改善に対する効果については議論の余地があります。[ 26 ] [ 27 ]

MRIは、直腸癌や前立腺癌の術前病期分類において選択される検査法であり、他の腫瘍の診断、病期分類、経過観察にも役立っています。 [ 28 ]また、バイオバンキングにおける組織サンプル採取部位の決定にも用いられています。[ 29 ] [ 30 ]

神経画像

白質線維束のMRI拡散テンソル画像

MRI is the investigative tool of choice for neurological cancers over CT, as it offers better visualization of the posterior cranial fossa, containing the brainstem and the cerebellum. The contrast provided between grey and white matter makes MRI the best choice for many conditions of the central nervous system, including demyelinating diseases, dementia, cerebrovascular disease, infectious diseases, Alzheimer's disease and epilepsy.[31][32][33] Since multiple images are taken milliseconds apart, it can show how the brain responds to different stimuli, enabling researchers to study both functional and structural brain abnormalities in psychological disorders.[34] MRI also is used in guidedstereotactic surgery and radiosurgery for treatment of intracranial tumors, arteriovenous malformations, and other surgically treatable conditions using a device known as the N-localizer.[35][36][37] New tools that implement artificial intelligence in healthcare have demonstrated higher image quality and morphometric analysis in neuroimaging with the application of a denoising system.[38]

The record for the highest spatial resolution of a whole intact brain (postmortem) is 100 microns, from Massachusetts General Hospital. The data was published in Nature in October 2019.[39][40]

Though MRI is used widely in research on mental disabilities, based on a 2024 systematic literature review and meta analysis commissioned by the Patient-Centered Outcomes Research Institute (PCORI), available research using MRI scans to diagnose ADHD showed great variability.[41] The authors conclude that MRI cannot be reliably used to assist in making a clinical diagnosis of ADHD.[41]

Cardiovascular

MR angiogram in congenital heart disease

心臓MRIは、心エコー検査、心臓CT、核医学検査などの他の画像診断技術を補完するものであり、心臓の構造と機能を評価するために使用することができます。[ 42 ]心臓MRIの応用分野には、心筋虚血および心筋生存率、心筋症、心筋炎、鉄過剰症、血管疾患、先天性心疾患の評価などがあります。[ 43 ]

筋骨格

筋骨格系への応用としては、脊椎の画像診断、関節疾患の評価、軟部組織腫瘍の評価などがある。[ 44 ] MRI技術は、遺伝性筋疾患を含む全身性筋疾患の画像診断にも使用できる 。[ 45 ] [ 46 ]

喉と食道の嚥下運動は、画像化された脊椎にモーションアーティファクトを引き起こす可能性があります。そのため、この領域に飽和パルスを適用することで、これらのアーティファクトを回避することができます。心臓の拍動によって生じるモーションアーティファクトは、MRIパルスのタイミングを心拍周期に合わせて調整することで低減できます。[ 47 ]血管血流アーティファクトは、関心領域の上下に飽和パルスを適用することで低減できます。[ 48 ]

肝臓と胃腸

肝胆道MRIは、肝臓、膵臓、胆管の病変の検出と特徴づけに用いられる。肝臓の局所性またはびまん性疾患は、拡散強調画像、対向位相画像、およびダイナミックコントラスト増強シーケンスを用いて評価することができる。細胞外造影剤は肝臓MRIで広く使用されており、新しい肝胆道造影剤は機能的胆道イメージングを行う機会も提供する。胆管の解剖学的画像は、磁気共鳴胆道膵管造影（MRCP）におけるT2強調シーケンスを用いることで得られる。膵臓の機能的画像は、セクレチン投与後に行われる。MR腸管造影は、炎症性腸疾患および小腸腫瘍の非侵襲的評価を提供する。MRコロノグラフィーは、大腸癌リスクの高い患者における大きなポリープの検出に役立つ可能性がある。[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

血管造影検査

磁気共鳴血管造影検査

磁気共鳴血管造影（MRA）は、動脈の画像を生成し、狭窄（異常な狭窄）や動脈瘤（破裂の危険性がある血管壁の拡張）の有無を評価します。MRAは、頸部や脳の動脈、胸部大動脈や腹部大動脈、腎動脈、そして脚（「ランオフ」と呼ばれる）の評価によく用いられます。画像生成には、常磁性造影剤（ガドリニウム）の投与や、「血流増強」（例えば、2Dおよび3D飛行時間シーケンス）など、様々な手法が用いられます。後者の場合、画像上の信号の大部分は、その平面に最近移動した血液によるものです（FLASH MRIも参照）。[ 53 ]

位相積算法（位相コントラスト血管造影として知られる）を用いると、血流速度マップを容易かつ正確に作成することができます。磁気共鳴静脈造影（MRV）は、静脈を画像化するために使用される同様の検査法です。この方法では、組織を下方から励起し、励起面のすぐ上方にある平面で信号を集めます。これにより、励起面から移動したばかりの静脈血を画像化することができます。[ 54 ]

造影剤

解剖学的構造や血流を画像化するMRIでは、組織や血液のさまざまな特性により自然なコントラストが得られるため、造影剤は不要です。ただし、より特殊なタイプの画像化では、外因性造影剤が静脈内、経口、または関節内に投与される場合があります。[ 6 ]ほとんどの造影剤は常磁性（ガドリニウム、マンガン、ユーロピウムなど）で、造影剤が蓄積する組織のT1を短縮するために使用されるか、超常磁性（SPION）で、健康な組織のT2およびT2*を短縮して信号強度を低下させるために使用されます（陰性造影剤）。最も一般的に使用される静脈造影剤は、高度に常磁性であるガドリニウムのキレート化合物をベースとしています。 [ 55 ]一般に、これらの造影剤は、X線撮影やCTで使用されるヨウ素化造影剤よりも安全であることが証明されています。アナフィラキシー様反応はまれで、約0.03～0.1％に発生します。[ 56 ]特に興味深いのは、通常の用量で投与した場合、ヨウ素化薬剤と比較して腎毒性の発生率が低いことです。これにより、造影CT検査を受けることができない腎機能障害患者にとって、造影MRI検査が選択肢となりました。[ 57 ]

ガドリニウム系造影剤は、典型的にはガドリニウム(III)の八座配位錯体である。この錯体は非常に安定（log K > 20）であるため、使用時には錯体を形成していないGd 3+イオンの濃度は毒性限度以下となるはずである。金属イオンの配位圏における9番目の位置は水分子によって占められており、この水分子は試薬分子の近傍の水分子と急速に交換され、磁気共鳴緩和時間に影響を与える。[ 58 ]

2017年12月、米国食品医薬品局（FDA）は医薬品安全性情報の中で、全てのガドリニウム造影剤（GBCA）に新たな警告を記載すると発表した。FDAはまた、患者教育の強化と、ガドリニウム造影剤の製造業者にこれらの造影剤の安全性を評価するための追加の動物試験および臨床試験の実施を義務付けることを求めている。[ 59 ]ガドリニウム造影剤は腎機能障害患者には有効であることが証明されているが、透析を必要とする重度の腎不全患者では、特定のガドリニウム含有造影剤の使用に関連している可能性のある、まれではあるが重篤な疾患である腎性全身性線維症のリスクがある。最も頻繁に関連付けられているのはガドジアミドだが、他の造影剤も関連付けられている。[ 60 ]因果関係は明確に証明されていないものの、米国の現在のガイドラインでは、透析患者は必要な場合にのみガドリニウム剤を投与されるべきであり、体内から薬剤を速やかに除去するために、スキャン後できるだけ早く透析を行うべきであるとされている。 [ 61 ] [ 62 ]

ガドリニウム含有造影剤がより多く入手可能なヨーロッパでは、潜在的なリスクに応じた造影剤の分類が発表されている。[ 63 ] [ 64 ] 2008年には、ガドキセテート（商品名：Eovist（米国）またはPrimovist（欧州））という新しい造影剤が診断用に承認された。これは、二重排泄経路という理論的利点がある。[ 65 ]

シーケンス

MRIシーケンスは、特定の無線周波数パルスと勾配の設定であり、特定の画像の外観をもたらします。[ 66 ] T1強調とT2強調もMRIシーケンスとして説明できます。

概要表

この表には、珍しいシーケンスや実験的なシーケンスは含まれていません。

グループ順序略語物理Main clinical distinctionsExample
Spin echoT1 weightedT1Measuring spin–lattice relaxation by using a short repetition time (TR) and echo time (TE).

Standard foundation and comparison for other sequences

T2 weightedT2Measuring spin–spin relaxation by using long TR and TE times
  • Higher signal for more water content[67]
  • Low signal for fat in standard Spine Echo (SE),[67] though not with Fast Spin Echo/Turbo Spin Echo (FSE/TSE). FSE/TSE is the standard of care in modern medicine because it is faster. With FSE/TSE, fat has high signal due to disruption of hyperfineJ-coupling between adjacent fat protons.[69]
  • Low signal for paramagnetic substances[68]

Standard foundation and comparison for other sequences

Proton density weightedPDLong TR (to reduce T1) and short TE (to minimize T2).[70]Joint disease and injury.[71]
Gradient echo (GRE)Steady-state free precessionSSFPMaintenance of a steady, residual transverse magnetisation over successive cycles.[73]Creation of cardiac MRI videos (pictured).[73]
Effective T2 or "T2-star"T2*Spoiled gradient recalled echo (GRE) with a long echo time and small flip angle[74]Low signal from hemosiderin deposits (pictured) and hemorrhages.[74]
Susceptibility-weightedSWISpoiled gradient recalled echo (GRE), fully flow compensated, long echo time, combines phase image with magnitude image[75]少量の出血（写真はびまん性軸索損傷）またはカルシウムの検出。[ 75 ]
反転回復 短いタウ反転回復かき混ぜる脂肪の信号がゼロになる反転時間を設定して脂肪を抑制する。 [ 76 ]浮腫がある場合、例えばより重度の疲労骨折の場合などに高信号となる。[ 77 ]写真はシンスプリント：
流体減衰反転回復フレア流体をゼロにする反転時間を設定して流体を抑制するラクナ梗塞、多発性硬化症（MS）プラーク、くも膜下出血、髄膜炎における高信号（写真）。[ 78 ]
二重反転回復ディレクター2回の反転による脳脊髄液と白質の同時抑制。 [ 79 ]多発性硬化症プラークの高信号（写真）。[ 79 ]
拡散強調画像（DWI）従来の飲酒運転水分子のブラウン運動の測定。 [ 80 ]脳梗塞後数分以内に高信号となる（写真）。[ 81 ]
見かけの拡散係数ADC従来のDWI画像を異なるDWI重み付けで複数回撮影することでT2重み付けが減少し、その変化は拡散に対応する。[ 82 ]脳梗塞後数分で信号が低下（写真）。[ 83 ]
拡散テンソルDTI主に神経線維の方向への水分子の全体的なより大きなブラウン運動によるトラクトグラフィー（写真参照）。 [ 84 ]
灌流強調画像（PWI） 動的磁化率コントラストDSCガドリニウム造影剤注入による磁化率誘導信号損失の経時的変化を測定します。[ 86 ]
  • 血流の測定を提供します
  • 脳梗塞では、梗塞部とその周辺部で灌流が低下し、造影剤の到達が遅れます（写真）。[ 87 ]
動脈スピンラベリングアメリカ手話イメージングスラブの下の動脈血を磁気標識し、その後関心領域に入る。[ 88 ]ガドリニウム造影剤を必要としない。[ 89 ]
ダイナミックコントラスト強化DCEガドリニウム造影剤ボーラスによって誘発されるスピン格子緩和（T1）の短縮の時間的変化を測定する。[ 90 ]Gd造影剤の取り込みが速いことは他の特徴と相まって悪性腫瘍を示唆する（写真）。[ 91 ]
機能的MRI（fMRI）血中酸素濃度依存画像大胆なヘモグロビンの酸素飽和度依存性磁性の変​​化は組織の活動を反映する。[ 92 ]手術前に割り当てられたタスク（話す、指を動かすなど）を実行することで脳活動を局在化させる。認知研究にも使用される。[ 93 ]
磁気共鳴血管造影（MRA）と静脈造影飛行時間TOF撮像領域に入る血液はまだ磁気飽和していないため、短いエコー時間と流量補正を使用すると、はるかに高い信号が得られます。 動脈瘤、狭窄、解離の検出[ 94 ]
位相コントラスト磁気共鳴画像法PC-MRA同じ大きさで反対方向の2つの勾配は、スピンの速度に比例する位相シフトをエンコードするために使用されます。[ 95 ]動脈瘤、狭窄、解離の検出（写真）。[ 94 ]（VIPR）

特殊な構成

磁気共鳴分光法

磁気共鳴分光法（MRS）は、体組織中の様々な代謝物のレベルを測定するために用いられ、様々な単一ボクセル法や画像化技術を用いて測定することができます。 [ 96 ] MR信号は、「励起」される同位体の異なる分子配列に対応する共鳴スペクトルを生成します。このシグネチャーは、特定の代謝疾患、特に脳に影響を与える疾患の診断に用いられます。 [ 97 ]また、腫瘍の代謝に関する情報の提供にも用いられます。[ 98 ]

磁気共鳴分光イメージング（MRSI）は、分光法とイメージング法の両方を組み合わせて、サンプルまたは患者の内部から空間的に局在したスペクトルを生成します。空間分解能ははるかに低い（利用可能なSNRによって制限される）が、各ボクセルのスペクトルには多くの代謝物に関する情報が含まれています。利用可能な信号は空間情報とスペクトル情報をエンコードするために使用されるため、MRSIでは、より高い磁場強度（3T以上）でのみ達成可能な高いSNRが必要です。[ 99 ]非常に高い磁場強度のMRIの調達と維持のコストが高いため[ 100 ] 、その人気を妨げています。しかし、最近の圧縮センシングベースのソフトウェアアルゴリズム（例：SAMV [ 101 ] ）は、それほど高い磁場強度を必要とせずに 超解像を実現することが提案されています。

リアルタイム

50ミリ秒の解像度で人間の心臓をリアルタイムMRIで撮影
22ミリ秒解像度での人間の心臓（2腔像）のリアルタイムMRI [ 102 ]
歌唱中の声道のリアルタイムMRI （解像度40ミリ秒）

リアルタイム磁気共鳴画像法（RT-MRI）は、動く物体をリアルタイムで連続的に監視する技術です。従来、リアルタイムMRIは画質や時間分解能が低いという欠点がありました。しかし、反復再構成アルゴリズムによってその限界が解消されました。ラジアルFLASH MRI（リアルタイム）は、面内分解能1.5～2.0 mmの画像に対して、時間分解能20～30ミリ秒を実現します。[ 103 ]リアルタイムMRIでは、関節や心臓の疾患に関する情報も得られます。多くの場合、MRI検査は患者にとってより簡単で快適になり、特に呼吸を落ち着かせることができない患者[ 104 ]や不整脈のある患者にとっては効果的です。

バランス定常自由歳差運動（bSSFP）画像は、 FLASH MRIよりも血液プールと心筋との間の画像コントラストが優れているが、B0不均一性が強い場合には重度のバンドアーティファクトが発生するという欠点がある。[ 104 ]

介入MRI

MRIは患者と検査技師に悪影響を与えないため、MRIスキャナーで撮影した画像を用いて低侵襲性処置を行う介入放射線学に適しています。このような処置では、強磁性器具は使用されません。[ 105 ]

介入MRIの専門分野として成長著しいのが、手術中にMRIを用いる術中MRIです。一部の特殊なMRIシステムでは、手術と同時撮影が可能です。より一般的には、手術を一時的に中断し、MRIで手術の成功度を評価したり、その後の手術の指針を得たりします。[ 106 ]

磁気共鳴誘導集束超音波

誘導療法では、高強度焦点式超音波（HIFU）ビームを組織に集束させ、MR熱画像法を用いて制御します。集束部における高エネルギーにより、温度は65 ℃（150℉）以上に上昇し、組織を完全に破壊します。この技術により、病変組織の精密なアブレーションが可能になります。MR画像は対象組織の3次元画像を提供し、超音波エネルギーを正確に集束させることができます。MR画像は、治療部位の定量的かつリアルタイムの熱画像を提供します。これにより、医師は超音波エネルギーの各サイクルで生成される温度が目的の組織内で熱アブレーションを引き起こすのに十分であることを確認でき、不十分な場合は、効果的な治療を確実に行うためにパラメータを調整することができます。[ 107 ]

多核イメージング

水素は、生物組織に大量に存在し、高い磁気回転比によって強い信号が得られるため、MRI で最も頻繁に画像化される原子核です。ただし、正味の核スピンを持つ原子核であれば、どのような原子核でもMRI で画像化できる可能性があります。このような原子核には、重水素、ヘリウム 3、リチウム 7、炭素 13、フッ素19 、酸素 17、ナトリウム23 、リン31 、キセノン 129などがあります。2 H、23 Na、31 P は体内に自然に豊富に存在するため、直接画像化できます。自然に豊富に存在する重水素は、濃度が 15 mM 前後で画像化できますが、ガンマ線感度と四極子緩和 (NMR)が低いという欠点があります。ただし、重水素画像化では化学シフト スペクトルがまばらであるため、代謝物選択画像化用にカスタマイズされたマルチバンド選択 RF パルスを開発することができます。このように、炭素13を用いた代謝イメージングと同様の代謝イメージングが、重水素代謝イメージング（DMI）によって可能となり、生体内代謝プロセスの解明に役立ちます。また、重水素のT2値が短いため、信号の平均化が速く、その物理的欠点の一部を補うことができます。3 Heや129 Xeなどの気体同位体は、核密度が低すぎて通常の条件下では有用な信号が得られないため、過分極させてから吸入する必要があります。17 Oや19 Fは、十分な量を液体（例えば、17 O-水）で投与できるため、過分極は必要ありません。[ 108 ]ヘリウムやキセノンを使用すると、これらの元素は通常、生体組織には存在しないため、背景ノイズが低減し、画像自体のコントラストが向上するという利点があります。[ 109 ]

さらに、正味の核スピンを持ち、水素原子と結合しているあらゆる原子の核は、水素原子と結合している低磁気回転比の核ではなく、高磁気回転比の水素原子核を画像化する異核磁化移動MRIによって画像化できる可能性がある。[ 110 ]原理的には、異核磁化移動MRIは特定の化学結合の有無を検出するために使用できる。[ 111 ] [ 112 ]

多核イメージングは​​、現在、主に研究技術として用いられています。しかし、潜在的な応用としては、機能イメージングや1 H MRIでよく見えない臓器（肺や骨など）のイメージング、あるいは代替造影剤としての応用が考えられます。吸入された過分極3 Heは、肺内の気腔の分布を画像化するために使用できます。13 Cを含む注射液や、過分極129 Xeの安定化バブルは、血管造影や灌流イメージングの造影剤として研究されています。31 Pは、骨密度や骨構造に関する情報に加え、脳の機能イメージングにも役立つ可能性があります。多核イメージングは​​、双極性障害などの疾患を持つ患者にとって重要な薬剤として使用されているリチウムのヒト脳内分布を可視化する可能性を秘めています。[ 113 ]

MRIによる分子イメージング

MRIは空間分解能が非常に高いという利点があり、形態学的画像と機能的画像に非常に適しています。しかし、MRIにはいくつかの欠点もあります。まず、MRIの感度は約10-3 ～ 10-5モル/ Lであり、他の種類の画像と比較すると非常に制限的になる可能性があります。この問題は、室温での核スピン状態間の個体差が非常に小さいことに起因します。例えば、臨床MRIの典型的な磁場強度である1.5テスラでは、高エネルギー状態と低エネルギー状態の差は200万個あたり約9分子です。MR感度を向上させるための改善には、磁場強度の増加や、光ポンピングまたは動的核分極による過分極化などがあります。また、感度を向上させる化学交換に基づくさまざまな信号増幅方式もあります。[ 114 ]

MRIを用いた疾患バイオマーカーの分子イメージングには、特異性が高く緩和能（感度）の高い標的MRI造影剤が必要である。これまで、MRIによる分子イメージングを実現するための標的MRI造影剤の開発に多くの研究が行われてきた。一般的に、ペプチド、抗体、または小さなリガンド、およびHER-2アフィボディなどの小さなタンパク質ドメインが標的化を達成するために適用されてきた。造影剤の感度を高めるために、これらの標的化部分は通常、高ペイロードMRI造影剤または緩和能の高いMRI造影剤に結合されている。[ 115 ]ユニークなmRNAおよび遺伝子転写因子タンパク質の遺伝子作用を示すために、新しいクラスの遺伝子標的MR造影剤が導入されている。[ 116 ] [ 117 ]これらの新しい造影剤は、ユニークなmRNA、マイクロRNA、およびウイルスを持つ細胞や、生きた脳の炎症に対する組織反応を追跡できる。[ 118 ] MRは、TaqMan分析、光学顕微鏡および電子顕微鏡と正の相関関係にある遺伝子発現の変化を報告[ 119 ]

パラレルMRI

磁場勾配を順次適用して MRI データを収集するには時間がかかります。最も合理化されたMRI シーケンスでも、勾配の切り替え速度には物理的および生理学的な限界があります。並列 MRI は、従来の順次方式ではなく、データの一部を同時に収集することでこれらの限界を回避します。これは、それぞれが体の異なる「ビュー」を持つ無線周波数 (RF) 検出コイルのアレイを使用して実現されます。削減された一連の勾配ステップが適用され、残りの空間情報は、既知の空間感度パターンに基づいてさまざまなコイルからの信号を組み合わせることで埋められます。結果として生じる加速度は、コイルの数と信号対雑音比 (加速度が増加すると低下する) によって制限されますが、適切なコイルアレイ構成を使用すると、一般的に 2 ～ 4 倍の加速度が達成され、特殊なコイルアレイを使用すると大幅に高い加速度が実証されています。並列 MRI は、ほとんどのMRI シーケンスで使用できます。

検出器アレイを使用してイメージングを加速する初期の提案が数多くあったが、MRI分野ではほとんど注目されなかったが、1996～1997年に空間高調波同時取得（SMASH）技術が導入されて以来、パラレルイメージングが広く開発および応用されるようになった。[ 120 ]感度エンコード（SENSE）[ 121 ]および一般化自動較正部分的パラレル取得（GRAPPA）[ 122 ]技術は、今日最も一般的に使用されているパラレルイメージング法である。パラレルMRIの登場により、画像再構成およびRFコイル設計の広範な研究開発が行われ、市販のMRシステムで使用できる受信チャンネル数が急速に増加した。パラレルMRIは現在、さまざまな身体部位のMRI検査や臨床または研究用途で日常的に使用されている。

定量的MRI

ほとんどのMRIは、特定のパラメータによって「重み付け」された信号強度の相対的な変化の空間マップを取得することにより、MRデータの定性的な解釈に重点を置いています。[ 123 ]定量的な方法では、正確な組織緩和測定パラメータ値または磁場の空間マップを決定したり、特定の空間的特徴のサイズを測定したりします。

定量的 MRI 法の例は次のとおりです。

定量的MRIはMR画像と解釈の再現性を高めることを目的としていますが、歴史的にはより長いスキャン時間を必要とします。[ 123 ]

定量的MRI（またはqMRI）は、より具体的には、1回の撮影セッションで複数の組織緩和測定パラメータをマッピングするマルチパラメータ定量的MRIを指すこともあります。[ 129 ]マルチパラメータ定量的MRIをより高速化する取り組みにより、各パラメータごとに別々のエンコード方法をシーケンスに組み込むか、 [ 130 ] MR信号の進化をマルチパラメータモデルに適合させることにより、複数のパラメータを同時にマッピングするシーケンスが作成されました。 [ 131 ] [ 128 ]

超偏極ガスMRI

従来のMRIでは、磁場によって励起される陽子を含む水分子が少ないため、肺組織の画像品質が低下します。超分極ガスを用いたMRI検査では、肺の換気障害を特定できます。検査前に、患者はヘリウムまたは窒素の緩衝ガスと混合した超分極キセノンを吸入します。その結果得られる肺画像は、従来のMRIよりもはるかに高品質です。

安全性

MRIは一般的に安全な技術ですが、安全手順の不備や人為的ミスにより傷害が起こる可能性があります。[ 132 ] MRIの禁忌には、ほとんどの人工内耳と心臓ペースメーカー、破片​​、眼内の金属異物などがあります。妊娠中の磁気共鳴画像法は、少なくとも第2および第3トリメスターでは造影剤なしで行えば安全と思われます。[ 133 ] MRIは電離放射線を使用しないため、CTとMRIのどちらでも同じ情報が得られる場合は、一般的にMRIがCTよりも好まれます。 [ 134 ]患者によっては閉所恐怖症を経験し、鎮静またはMRIプロトコルの短縮が必要になる場合があります。[ 135 ] [ 136 ]画像取得中の傾斜磁場コイルの振幅と急速な切り替えは、末梢神経刺激を引き起こす可能性があります。[ 137 ]

外部ビデオ
video iconMRIの磁石に投げつけられた磁性体

MRIは強力な磁石を使用するため、磁性体が高速で移動し、飛散の危険があり、致命的な事故を引き起こす可能性があります。[ 138 ]しかし、毎年世界中で何百万件ものMRI検査が行われているため、[ 139 ]死亡事故は非常にまれです。[ 140 ]

MRI装置は最大120dB (A)の大きな騒音を発生することがあります。[ 141 ]これにより難聴、耳鳴り、聴覚過敏を引き起こす可能性があるため、検査中はMRIスキャナー室内にいるすべての人が適切な聴覚保護具を着用することが不可欠です。

過剰使用

医学会は、医師が患者にMRI検査を行うべき時期に関するガイドラインを発行し、過剰な使用を推奨していません。MRIは健康上の問題を検出したり診断を確定したりすることができますが、医学会は患者の訴えに対する診断や治療計画を立てる際に、MRIを最初の検査として用いるべきではないと推奨することがよくあります。よくある例としては、腰痛の原因究明にMRIを用いる場合が挙げられます。例えば、米国内科学会は、MRIを含む画像診断は患者にとって良い結果をもたらす可能性が低いため、MRI検査を推奨していません。[ 26 ] [ 27 ]

遺物

モーションアーティファクト（頸椎T1冠状断像）[ 142 ]

MRIアーティファクトとは、視覚的なアーティファクト、すなわち画像表示における異常現象のことです。磁気共鳴画像（MRI）検査では様々なアーティファクトが発生する可能性があり、診断の質に影響を与えるものもあれば、病理と混同されるものもあります。アーティファクトは、患者関連、信号処理依存、ハードウェア（装置）関連に分類できます。[ 142 ]

非医療用

MRIは、主に化学物質の日常的な分析に産業的に利用されています。核磁気共鳴技術は、例えば食品中の水分と脂肪の比率の測定、配管内の腐食性流体の流れのモニタリング、触媒などの分子構造の研究などにも利用されています。[ 1 ]

MRIは非侵襲性かつ非損傷性であるため、植物の解剖学的構造、水分輸送プロセス、水分収支を研究するために使用できます。[ 143 ]また、獣医学の放射線診断にも応用されています。これ以外では、動物学ではコストが高いため利用が限られていますが、多くの種に使用できます。[ 144 ]

古生物学では化石の構造を調べるために使用されます。[ 145 ]

法医学的画像診断は、手作業による剖検では得られない、剖検のグラフィックな記録を提供します。CTスキャンは骨格や実質の変化を全身で迅速に画像化しますが、MR画像診断は軟部組織の病変をより正確に再現します。[ 146 ]とはいえ、MRIはより高価で、利用に時間がかかります。[ 146 ]さらに、MR画像診断の品質は10℃以下では低下します。[ 147 ]

歴史

1971年、ストーニーブルック大学でポール・ラウターバーは、3次元すべてにおける磁場勾配と逆投影法を用いてNMR画像を作成しました。彼は1973年にNature誌に2本の水管の画像を発表しました[ 148 ]。続いて生きた動物であるハマグリの画像、そして1974年にはマウスの胸腔の画像を発表しました。ラウターバーはこの画像化手法をゼウグマトグラフィーと呼びましたが、この用語は後に(N)MR画像化に置き換えられました[ 1 ] 。 1970年代後半には、ノッティンガム大学の物理学者ピーター・マンスフィールドとポール・ラウターバーが、エコープラナー画像化（EPI）法などのMRI関連技術を開発しました[ 149 ]。

レイモンド・ダマディアンの核磁気共鳴（NMR）に関する研究はMRIに組み込まれ、最初のスキャナーの1つが作られました。[ 150 ]

膨大な計算能力を必要とする実用的なMRIの開発には、半導体技術の進歩が不可欠でした。これは、単一の集積回路チップ上に集積されるトランジスタ数の急速な増加によって可能になりました。[ 151 ]マンスフィールドとラウターバーは、「磁気共鳴画像法に関する発見」により、2003年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。[ 152 ]

参照

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