[論文レビュー] 3He Lung Imaging in an Open Access, Very-Low-Field Human MRI System

R. W. Mair, Mirko I. Hrovat+8 more|ArXiv.org|Mar 18, 2004

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 32被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、5 mT未満の非常に低磁場（<5 mT）で、オープン構造を有する安価でアクセスしやすいMRIシステムを用いて、簡易電磁石を用いた在来型3He肺画像診断を実現した。このシステムにより、仰向けや立位といった多様な被検者姿勢での機能的肺画像診断が可能となり、従来の高磁場MRIが重力に起因する制限を受けるのを克服した。1名の被検者から得られた2次元画像では、4 mmの平面内分解能が達成された。

ABSTRACT

The human lung and its functions are extremely sensitive to gravity, however the conventional high-field magnets used for most laser-polarized 3He MRI of the human lung restrict subjects to lying horizontally. Imaging of human lungs using inhaled laser-polarized 3He gas is demonstrated in an open-access very-low-magnetic-field (&lt; 5 mT) MRI instrument. This prototype device employs a simple, low-cost electromagnet, with an open geometry that allows variation of the orientation of the imaging subject in a two-dimensional plane. As a demonstration, two-dimensional lung images were acquired with 4 mm in-plane resolution from a subject in two orientations: lying supine, and sitting in a vertical position with one arm raised. Experience with this prototype device will guide optimization of a second-generation very-low-field imager to enable studies of human pulmonary physiology as a function of subject orientation.

研究の動機と目的

• 非伝統的な被検者姿勢に適した、低コストでオープンアクセス可能なMRIシステムの開発。
• 従来の高磁場MRIが被検者を仰向けに制限するという制限を克服し、重力依存性肺機能の研究を可能にする。
• レーザー極性化3Heガスを換気対比剤として用いて、被検者姿勢に応じた肺生理の画像診断を可能にする。
• 簡易的で低磁場の電磁石を用いたオープンジオメトリのシステムが、診断品質の肺画像診断に適しているかの妥当性を検証する。

提案手法

• 被検者姿勢の自由度を高めるために、オープンで水平方向のボア構造を有する非常に低磁場（5 mT未満）MRIシステムを用いる。
• 3He MRIに適した安定的かつ均一な磁場を生成するため、自作の低コスト電磁石を採用する。
• T2*-重畳画像法で肺信号を強化するため、レーザー極性化3Heガスを吸入する換気対比剤として用いる。
• 4 mmの平面内分解能を達成する2次元画像診断シーケンスを実装し、機能的肺換気パターンを捉える。
• 仰向けおよび片腕を挙上した立位という2つの異なる被検者姿勢で画像を取得し、換気への重力の影響を評価する。
• 第二世代の非常に低磁場画像診断装置を肺生理学的研究に最適化するための設計改善を導くために、プロトタイプシステムを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5 mT未満の非常に低磁場で、オープンアクセス可能なMRIシステムにおいて、3He肺画像診断が成功裏に実施可能か？
• RQ2 このシステムのオープンジオメトリが、立位および仰向けでの肺換気画像診断に意味のある情報を提供できるか？
• RQ3 非常に低磁場強度下でも、レーザー極性化3Heガスが診断品質の肺画像診断に十分な信号対雑音比を提供できるか？
• RQ4 被検者姿勢が、この低磁場システムにおける3He MRIで可視化される換気分布にどのように影響するか？
• RQ5 低コストでオープンなMRIシステムが、肺機能の重力依存的変化を研究するための実用的プラットフォームとして成立するか？

主な発見

• プロトタイプの非常に低磁場MRIシステムは、被検者1名から4 mmの平面内分解能を達成した2次元3He肺画像を正常に取得した。
• 仰向けおよび立位の両方の姿勢で画像診断が可能であり、重力依存性換気パターンの研究が可能であることを示した。
• 非常に低い磁場強度下でも、レーザー極性化3Heガスが機能的肺画像診断に十分な信号を提供した。
• システムのオープン構造により、片腕を挙上した座位など、非仰向けの姿勢での被検者に対する安全かつ実用的なスキャンが可能となった。
• 低コストで非常に低磁場のMRIを用いた肺生理学的研究における被検者姿勢の影響を検証する可能性が裏付けられた。
• 本研究は、縦断的および重力依存性肺機能研究に最適化された第二世代システムの開発の基盤を提供した。