Visualization of the pulsation of cerebral artery aneurysms with ultra-high field (7T) MRI

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K22498
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 赤坂 太 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (00883224)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 超高磁場MRI / 7T / 脳動脈瘤 / 拍動 / GRASP

Outline of Annual Research Achievements

本研究では信号ノイズ比に優れる超高磁場(7T)MRIを用いて、ラジアルスキャンと圧縮センシングを用いたGRASPと呼ばれる最新の撮像法を脳血管画像用に改良し、脳動脈瘤の拍動を３次元動画として詳細に描出することで定量的に評価可能な手法を開発することを目指し、以下を段階的に実施した。
1. 拍動ファントムの作成。4つの穴を開けたU字型チューブを光造形方式3Dプリンタで印刷し、穴部分を超柔軟硬度0°ゴムチューブおよびカバーで覆ってケーブルタイで固定することで、脳血管および拍動動脈瘤を模擬した。ファントムはMRIボア内に留置可能なアクリル製の容器に固定し、MRI室外の脈動ポンプとチューブで接続した。ポンプの拍動を60心拍/分に設定し、定流速を調整することで、直径2-4mmの異なる直径の模擬動脈瘤を最大約2mm程の振幅で安定的に拍動させることに成功した。
2. GRASP再構成アルゴリズムの実装・改良。ポンプから生成される拍動に同期したパルス信号あるいはパルスオキシメータより測定される被験者の脈波情報を読み込み、記録されたタイムスタンプの情報を元に心拍に同期した画像を再構成するようプログラムを改変した。またラジアルスキャン特有の渦電流等による傾斜磁場遅延に起因するアーチファクトを補正するアルゴリズムを実装した。
3. 改良したGRASPを用いて7T MRIでファントムを撮像。約12分程度の連続撮像データから、GRASP再構成で1心拍を任意の時間的解像度(約50-1000ミリ秒)に分割し、0.5立方ミリの空間的解像度の３次元動画として2mmの壁運動の描出に成功した。
以上の成果より、さらにコントラストノイズ比を改善し実際の脳動脈瘤患者の拍動を定量的に測定すれば破裂率の正確な予測に繋がると考える。