みなさん、こんにちは！
今回はk-spaceとTSE法の追加情報です。
k-spaceはMRIの中でも苦手な人が多い印象ですが、簡潔にお伝えしますね。
それでは始めましょう！
k空間(k-space)
k空間(k-space)はMR信号を保管する場所です。静磁場の中にある被写体にRFパルスや傾斜磁場を用いて収集した信号を保管します。そしてフーリエ変化をすることで画像にしています。
つまり被写体→k空間→MR画像となります。
k空間の中心部分(低周波成分)はコントラストに関わっていて、画像の白黒の色味を左右します。
k空間の周辺部(高周波成分)は空間分解能に関わっていて、画像のシャープさが左右されます。
k-space order
k-space orderとはk空間を埋める順番のことです。k空間の埋め方により動きに強い画像などを作成することが可能になります。代表的な4種類を紹介します。
Cartesian order
Cartesian orderは最も一般的なk空間の埋め方で、1行ごと順番に埋めていきます。
Cartesianは大きく2つに分けることができます。
Sequential orderの下からもしくは上から順番に埋めていく方法とCentric orderのk空間の真ん中を最初に埋めた後に１つ下もしくは上を埋めて徐々に外側を埋めていく方法です。
Radial order
Radial orderはk空間を放射状に埋めていく方法です。被写体の少々動いても良好な画像を取得することが可能です。
- １つ目の理由は1回の読み取りが短時間で独立している
- ２つ目の理由は全てのスキャンがk空間の真ん中をスキャンしている
- ３つ目は2つ目の理由と被るのですが、最も画像への影響が強いk空間の中心を高密度に得ることにより、各信号の補正が正確にできるのと、補正困難なデータを捨てることができるためで
Propeller
PropellerはRadial orderを改良したもので、BLADEとも呼ばれます。Radial orderでは角度を変えながら１行づつスキャンを行なっていましたが、時間短縮目的で複数行をスキャンします。
Radial orderと同じで動きに強いスキャン方法となります。k空間の中心部にのみならず、周辺部の信号も同時に得るのでより正確に補正が可能となります。
Spiral order
Spiral orderは螺旋状に信号を収集する方法です。
短時間で高分解能な画像が得られるだけでなく、k空間の中心部よりデータ収集することにより、最初の大きな信号を低周波成分に当てはめるので高いSNRとなります。
エルミート対称
k空間はエルミート対称を持っています。このエルミート対称とは、列と行を入れ替えて、各素数の虚部の符号を入れ替えると元に戻る関係の事です。
非常に分かりづらいですね。。
a +ibという式があると、虚部とは後ろの+ibの部分です。
この座標の第1象限のデータさえ取れれば、虚部の符号を入れ替えることで、第2象限〜第4象限の全てを埋めることが可能です。
つまり、理論上はk空間の中心部を含めた1/4の信号があれば画像を作成できますが、実際には不均一性や不正確性、アーチファクトにより正確なエルミート対称ではありません。なのでk空間の半分以上のデータを収集することで補正を行います。
ハーフフーリエ・部分フーリエ
k空間の半分+数行を収集し、残りは補正を入れ算出したデータでMR画像を作る方法です。
信号取得回数が半分強で済むので、撮像時間が約半分になります。しかし、実測データも半分程度なので、S/Nは約1/√2=70%となります。
以上を踏まえた上でTSE法の追加情報に移りたいと思います。
TSE法〜追加情報〜
それでは、前回説明できなかったTSE法の補足をします。
ブラーリング
TSE法は励起パルスの後に複数回の再収束パルスを照射分だけデータを収集できました。複数回の再収束パルスでデータは取集していますが、励起パルスは一回だけなので、信号は時間と共にT2減衰していきます。つまり、最初の再収束パルスで得た信号と、最後の方で得た信号では差が出てしまいます。
Turbo Factorが大きくなると、k空間内での信号差が大きくなり、ブラーリングと呼ばれるボケが生じます。
実効TE
SE法では毎回同じTEで信号を取得しているので、k空間内で信号の違いはありません。
しかし、TSE法では複数のTEの信号を取得するので、k空間内に複数のTEを持つ信号が混在します。そこで最もコントラストに反映するエコーのTEを実効TEと呼びます。
TSE法のSE法との違う部分
ブラーリング
各ショットの最後の方の信号はk空間の端に充填されます。k空間の端は高周波成分つまり、空間分解能に関わる部分でした。この部分に低い信号が入るので、ボケた画像になってしまいます。
TEの平均化
k空間の各行の信号は様々なTEで取得されます。実効TEがコントラストに強く影響していますが、TEは平均化され、T2コントラストが少し低下した画像になります。
T2フィルタリング
再収束パルスの数をETL(echo train length)もしくはTF(turbo factor)と呼びます。ETLが大きいと、信号収集中にT2減衰していきます。最後の方に得られる信号はT2の長い組織だけになってしまいます。つまり、T2の長い組織の信号が強調されることになります。
まとめ
それではまとめましょう。
- k空間はMR信号を保管する場所である
- 中心部はコントラストに関わり、周辺部は空間分解能に関わる
- k空間の埋め方は様々あり代表的なのが、Cartesian、Radial、Propeller、Spiralの4種類
- 理論上はk空間の中心部を含めた1/4の信号があれば良いが、実際には不均一性や不正確性、アーチファクトの補正が必要なため、k空間の半分以上のデータが必要
- TSE法では複数のTEの信号を取得するので、k空間内に複数のTEを持つ信号が混在する
- そこで最もコントラストに反映するエコーのTEを実効TEと呼ぶ
- ETL中にT2減衰が起きるので、ブラーリングやTEの平均化などが生じる
以上がk-spaceとTSE法の追加情報でした。
以上参考になれば幸いです。
それではまた!!
