Case Study Vantage Galan 3T

Vantage Galan 3T / Supreme Editionは3T MRIの新境地を切り拓くのか？

山城 尊靖 技師 箕面市立病院 医療技術局 放射線部 副技師長

箕面市立病院

箕面市立病院は、大阪府北部地域に位置する病床数317床の地域中核病院です。1981年の開院以来、病院の理念に基づき、患者中心の、安心安全で、質の高い医療を提供し、地域医療に貢献することを使命としてきました。
2024年4月、2台あるMRIのうち他社製3T MRIを、deep learning reconstruction（DLR）を搭載したキヤノンメディカルシステムズ社製3T DLR-MRIであるVantage Galan 3T / Supreme Edition（以下、Supreme）へ更新し、本装置を臨床で活用しています。導入後数か月のSupreme使用経験について、臨床画像を交えながらケーススタディをご紹介します。

なぜVantage Galan 3T / Supreme Editionなのか？

我々が、3T MRIのいくつかの候補機種の中からSupremeを選んだ主な理由は3つある。まず1つ目の理由は、Supremeが、キヤノンメディカルシステムズが新しく自社開発した、優れた静磁場均一性を持つ高性能マグネット（0.05ppm / 30cm DSV）を実装している点である。この新マグネットによって、従来の3T MRIに比べ、一度に広範囲（最大55×55×50cm3）の撮像が可能になるだけでなく、より均一な脂肪抑制画像や、磁化率の影響で生じる歪みを低減した拡散強調画像を得ることができると期待した（図1）。
2つ目の理由は、Supremeが2種類のDLR技術を搭載している点である。1つがノイズ除去を目的としたDLR技術のAdvanced intelligent Clear-IQ Engine*（以下、AiCE）[1]、そしてもう1つが解像度を向上させる“超解像”を目的としたDLR技術のPrecise IQ Engine*（以下、PIQE）である[2]。特に、PIQEは、ノイズ除去+アップサンプリングのための2つのニューラルネットワーク（deep convolutional neural network; DCNN）を用いており、これらDCNNを介すことで、低SNR＆低解像度の画像から、高SNR＆高解像度の画像を生成することが可能である（図2）。そのためPIQEを用いれば、撮像時間や画質（分解能・SNR）に関わる位相方向のマトリックス数を、よりフレキシブルに調整できるようになり、従来技術に比べて、さらなる高速化や画質向上が期待できる革新的なアプローチになると考えた。また、PIQEは、過去に撮像した画像に対して後から再々構成ができる点も特長の1つだ。撮像後でもデノイズ強度を調整し、効率的に画質を最適化できることは、我々ユーザーにとって使いやすい仕様であると考えた。
3つ目の理由は、SupremeがMRシアターに対応している点である。MRシアターは、ボア内のドーム型スクリーンに臨場感のある映像を立体投影し、患者がそれを見ながら検査を受けられる映像システムだ。このシステムがあれば、閉所恐怖症患者だけでなく小児患者でも不安を軽減しながらMRI検査を受けられる可能性があると考えた。
これらの選定理由から、我々はSupremeが当院の理念に最もふさわしい3T MRIであると結論付け、導入するに至ったのである。

マグネットの優れた静磁場均一性が臨床画像に与える影響

MRIのマグネットの静磁場均一性は画質に直結する。選定時にも期待した通り、特に脂肪抑制画像において、優れた静磁場均一性を持つSupremeのマグネットの恩恵を感じている。一般的に、CHESS法やSPAIR法をベースとする脂肪抑制法を用いると、特に形状が複雑で空気を多く含む部位（頸部、乳房、骨盤など）や磁場中心から外れたオフセンター部位（肩関節など）では、磁場不均一の影響を受けやすく脂肪抑制効果はムラになりやすい[3]。
図3に、Supreme稼働初日に撮像した乳癌再発症例の臨床画像を示す。SPAIR併用T2強調画像において、病変を観察するのに十分かつ均一な脂肪抑制効果が得られていることがわかる。本症例では、過去に患者が左乳房に生じた癌の部分切除術を受けていたため、乳房形状は左右非対称であった。従来のMRIでは、特に左右非対称の形状を持つ乳房において、シミングの際に水と脂肪の周波数ピークを分離することが難しく、脂肪抑制ムラに苦慮することがしばしばあった。しかしながら、Supremeでは、図3に示した通り全体的にムラがほとんどない脂肪抑制画像を得ることができている。それゆえ、我々は、この均一な脂肪抑制効果がSupremeの高性能マグネットと周波数ピークを正確に分離するアクティブシミングの精度の高さに起因するものだろうと確信している。
さらに、Supremeでは、Dixon法を含むさまざまな高精度脂肪抑制法を使うことができる。その中でもEnhanced Fat Free法は、脂肪抑制ムラを低減するために2発のCHESSパルスを印加するキヤノン独自の脂肪抑制法であり[4]、特に乳房のダイナミック造影MRIで最も重宝している。
ゆえに、Supremeの最大の強みは、優れた静磁場均一性を持つマグネットとさまざまな高精度脂肪抑制法のオプションを組み合わせることで得られる“安定した脂肪抑制効果”であるといえるだろう。

PIQEによってもたらされる高速化のための革新的なアプローチ

MRI検査における最大の課題の1つが、長い撮像時間だ。さらに、この撮像時間と画質の間にはトレードオフの関係がある。MRI撮像を高速化するためには、撮像時間に寄与する位相エンコードステップ数（収集データ数）を規則的もしくはランダムに間引く、パラレルイメージング法や圧縮センシング法などの高速撮像技術を使うことが一般的だ。しかしながら、これらの高速撮像技術は、収集画像のSNR低下を招くため、ある程度SNRを担保したプロトコルに対してのみ使うことが望ましい。
高速撮像技術以外の高速化のアプローチとして、我々はよく位相方向のマトリックス数を減らすことがあるが、それは面内分解能の低下に繋がってしまう。キヤノンのDLR技術であるPIQEはこういったケースで最も有用であると考える。なぜなら、PIQEは再構成によって最大3倍まで面内分解能を向上させることができるからだ。言い換えれば、PIQEによって、面内分解能を維持しながら高速化が可能になるのである。さらに興味深いことに、このアプローチは、位相方向のマトリックス数を減らすことで収集ピクセルサイズが大きくなるため、従来の高速撮像技術とは異なり、逆にSNRを向上させることができる。撮像時間と画質（面内分解能・SNR）に寄与する位相方向のマトリックス数をフレキシブルに調整できるようなアプローチは過去に例を見たことがない。加えて、このアプローチは、撮像前に単に位相方向のマトリックス数を調整するだけなので、従来高速撮像技術に特有の展開アーチファクトが発生しない。
このように、PIQEは、撮像時間、面内分解能、SNR、アーチファクトを同時に改善できるという点で、これまでの常識を打ち破る画期的な技術であるといえるだろう。

PIQEを用いた前立腺MRIにおける短時間・高画質の両立

前立腺癌の診断において、MRIは、局所領域の癌のステージングや生検施行の指標となる主要なモダリティの1つである。そのため、前立腺MRIの撮像および読影の標準化を目的としてProstate Imaging-Reporting and Data System(PI-RADS®)が開発されている[5]。PI-RADS® v2.1のスコアリングシステムにもあるように、形態評価（T2強調画像）に加えて、機能評価（拡散強調画像およびダイナミック造影MRI）を組み合わせた診断法である“マルチパラメトリックMRI”は、前立腺MRIにおいて果たす役割は大きい。そして、このマルチパラメトリックMRIの画質は前立腺癌の診断の質（diagnostic quality）と関連するとの報告がある[6]。それゆえ、マルチパラメトリックMRIにおいて、高画質な画像を得ることは、我々診療放射線技師にとっての至上命題であるといえるだろう。
MRIの画質を最適化するためには、SNR・空間分解能・コントラスト分解能・撮像時間におけるトレードオフのバランスをとることが求められる。例えば、高速スピンエコー法をベースとするT2強調画像において、ブラーリングを抑制しコントラスト分解能を向上させるためには、可能な限りecho train length（ETL）を減らすことが望まれるが、その結果、撮像時間の延長をきたし呼吸などの影響による体動アーチファクトが発生しやすくなる。
図4に前立腺のマルチパラメトリックMRIの臨床画像を示す。PIQEによって、ETLを増やす代わりに位相方向のマトリックス数を減らすことができるので、SNRを担保しつつ、およそ2分まで撮像時間を短縮し、高分解能なT2強調画像（再構成分解能：0.2×0.2×2mm3）を得ることができた。また、SNRを担保することで、受信バンド幅のような他の撮像パラメータを変える選択肢が広がり、例えば、骨盤領域のMRIにおける呼吸性の体動アーチファクトを低減するためのパラメータ設定が可能となる。
このように、マルチパラメトリックMRIにおいてPIQEを用いることで、従来よりも短時間でありながら、PI-RADS®が推奨するよりも高い空間分解能を維持した高品質なT2強調画像を得ることができるのである。

ボアの中にいることを感じさせない臨場感ある検査体験

当院は、MRI検査を受ける患者に対し、やさしい検査環境を提供することを目指している。その点において、検査中、ボア内に臨場感のある映像を映し出し患者の気を紛らわすことができるMRシアターは重要な役割を果たしてくれている。さらにMRシアターは、任意の動画コンテンツを流すことができるため、その点も患者の不安軽減に繋がっている。実際に、MRシアターで気を紛らわせることで、これまでMRI検査を受けることができなかった患者が検査を受けることができたケースが何例かあった。
将来展望として、我々は、呼吸抑制などの副作用が懸念される鎮静剤を用いずに小児MRI検査が可能になるのではないかと期待している。

Supremeのさらなる新境地を求めて

本ケーススタディでは、Supremeユーザーとしての使用経験を述べた。特に、今回紹介した高性能マグネット、PIQEなどのDLR技術（図６）、MRシアターは当院のMRI検査に大きな変化をもたらしていると感じている。これは、もし他機種を導入していれば感じることはできなかった変化だろう。
しかしながら、本ケーススタディは、Supremeに更新して数か月の使用経験の一部しか反映できていない。まだSupremeで取り組むべきチャレンジはあるものの、そのポテンシャルに対する期待値は高い。
今後も、キヤノンメディカルシステムズの盤石なアフターフォローとともに、Zoom DWIなどの他のアプリケーションも活用しながら、Supremeならではのユニークな臨床価値を見出し続けていきたい。
参考文献
  1. KIDOH, Shinoda, et al. Deep Learning Based Noise Reduction for Brain MR Imaging: Tests on Phantoms and Healthy Volunteers. Magnetic Resonance in Medical Sciences, 2020, 19 (3): 195-206.
  2. MATSUO, Kensei, et al. Feasibility study of super-resolution deep learning-based reconstruction using k-space data in brain diffusion-weighted images. Neuroradiology, 2023, 65.11: 1619-1629.
  3. DEL GRANDE, Filippo, et al. Fat-suppression techniques for 3-T MR imaging of the musculoskeletal system. Radiographics, 2014, 34.1: 217-233.
  4. MIYAZAKI, Wheaton, et al. Enhanced Fat Suppression Technique for Breast Imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2013, 38:981-986.
  5. TURKBEY, Baris, et al. Prostate imaging reporting and data system version 2.1: 2019 update of prostate imaging reporting and data system version 2. European Urology, 2019, 76.3: 340-351.
  6. GIGANTI, Allen, et al. Prostate Imaging Quality (PI-QUAL): A New Quality Control Scoring System for Multiparametric Magnetic Resonance Imaging of the Prostate from the PRECISION trial. European Urology Oncology, 2020, 3:615-619

＊本システムは画像再構成に用いるネットワーク構築にDeep Learningを使用しており、本システム自体に自己学習機能を有しておりません。
＊DLR:Deep Learning Reconstruction

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一般的名称 超電導磁石式全身用ＭＲ装置
販売名 MR 装置 Vantage Galan 3T MRT─3020
認証番号 228ADBZX00066000