3T胎児MRIにおける高誘電率パッドを用いた画質向上とSAR低減

産婦人科学 医学 医用画像学
胎児MRI 高誘電率パッド 画質向上 SAR低減 3T MRI

高誘電率パッドを用いた3T胎児MRIにおける画質向上とSAR低減の研究

背景紹介

医学画像技術の進歩に伴い、胎児MRI（磁気共鳴画像）は出生前診断においてますます広く利用されるようになっています。超音波検査と比較して、MRIはより高い軟組織分解能とコントラストを提供し、特に胎児の脳、肺、脊椎などの複雑な構造の画像化において顕著な利点を持っています。しかし、磁場強度が高くなるにつれ、3T MRIは胎児画像化において2つの技術的課題に直面しています。1つは誘電効果による画質の低下、もう1つは比吸収率（Specific Absorption Rate, SAR）の増加です。SARの増加は胎児と母体に潜在的な熱的リスクをもたらすだけでなく、画像パラメータの調整を制限し、画質とスキャン時間に影響を与える可能性があります。

これらの問題を解決するため、研究者たちは3T胎児MRIにおける高誘電率（High Dielectric Constant, HDC）パッドの応用を探求し始めました。HDCパッドは、高周波場の波長を調整することで、高周波場の均一性を改善し、誘電アーチファクトを減少させ、SAR値を低減することができます。これまでの電磁シミュレーション研究では、HDCパッドが3T MRIにおいて有効であることが示されていましたが、妊婦の実際のスキャンにおける効果はまだ十分に検証されていませんでした。したがって、本研究は3T胎児MRIにおいてHDCパッドが画質を向上させ、SARを低減する臨床効果を評価することを目的としています。

論文の出典

本論文はZhengyang Zhu、Xunwen Xue、Tang Tangら複数の著者によって共同執筆され、著者チームは南京大学付属鼓楼病院、中国科学院深圳先進技術研究院、ユナイテッド・イメージング・ヘルスケア・グループなど複数の機関に所属しています。論文は2025年に『Journal of Magnetic Resonance Imaging』誌に掲載され、タイトルは「Improving Image Quality and Decreasing SAR with High Dielectric Constant Pads in 3T Fetal MRI」です。

研究プロセスと結果

研究対象と実験設計

本研究は前向き単一施設観察研究であり、合計168名の妊婦参加者を募集しました。そのうち128名はバランス型定常状態自由歳差運動シーケンス（Balanced Steady-State Free Precession, bSSFP）スキャンを受け、40名は単一ショット高速スピンエコーシーケンス（Single-Shot Fast Spin-Echo, SSFSE）スキャンを受けました。参加者の臨床的特徴には、妊娠週数（Gestational Age, GA）、羊水指数（Amniotic Fluid Index, AFI）、腹囲（Abdominal Circumference, AC）、体格指数（Body Mass Index, BMI）、および胎児の位置などが含まれます。

HDCパッドの設計と製造

研究チームは、チタン酸バリウム（BaTiO3）と重水（D2O）を4:1の比率で混合した高誘電率材料を設計し、350 mm × 40 mm × 15 mmのサイズのプラスチックバッグ10個に充填し、最終的にHDCパッドを作成しました。このパッドの相対誘電率と導電率はそれぞれ223.699および0.372 S/mでした。

MRIスキャンと画像分析

すべての参加者はまずHDCパッドを使用して軸方向、冠状方向、矢状方向のスキャンを受け、その後HDCパッドを外して再スキャンを行いました。画質分析には定量分析（信号対雑音比SNRとコントラスト対雑音比CNR）と定性分析（3人の放射線科医による画質、誘電アーチファクト、診断信頼度の評価）が含まれます。さらに、全身総SAR値も記録されました。

主な結果

  1. 画質の向上：

    • bSSFPシーケンスでは、HDCパッド使用後、SNRは平均41.45％向上し、CNRは平均54.05％向上しました。
    • SSFSEシーケンスでは、SNRは平均258.76％向上し、CNRは平均459.55％向上しました。
    • 定性分析では、HDCパッド使用後、全体的な画質、誘電アーチファクトの減少、診断信頼度がすべて有意に改善されました。

  2. SAR値の低減：

    • bSSFPシーケンスでは、全身総SAR値が32.60％低減しました。
    • SSFSEシーケンスでは、全身総SAR値が15.40％低減しました。

  3. 臨床的特徴と画質変化の相関：

    • 画質変化と参加者の臨床的特徴（妊娠週数、羊水指数、腹囲など）との間に有意な相関は見られませんでした。

結論と意義

本研究は、3T胎児MRIにおいてHDCパッドを使用することで、画質が大幅に向上し、誘電アーチファクトが減少し、SAR値が低減されることを示しました。この発見は、HDCパッドの臨床応用を強く支持するものであり、特に胎児MRIの安全性と画質向上において重要な価値を持っています。

研究のハイライト

  1. 革新性：本研究は、臨床環境で初めてHDCパッドの3T胎児MRIにおける効果を検証し、これまでの電磁シミュレーション研究と実際の応用とのギャップを埋めました。
  2. 実用性：HDCパッドの設計はシンプルで操作が容易であり、スキャンの複雑さを増すことなく画質と安全性を大幅に改善できます。
  3. 広範な適用性：研究結果は、HDCパッドが異なる妊娠週数、腹囲、胎児位置の妊婦においても良好な効果を示すことを示しており、広範な臨床応用の可能性を持っています。

今後の展望

本研究は積極的な結果を得ましたが、いくつかの限界もあります。例えば、HDCパッドは自作の装置であり、その再現性と標準化された生産についてはさらなる研究が必要です。また、今後の研究では、HDCパッドが他のMRIシーケンスにおいてどのような効果を持つか、および異なるメーカーのMRI装置との互換性について探求することができます。

本研究の成果は、3T胎児MRIの技術的改善に新たな視点を提供し、今後の臨床応用において広く利用されることが期待されます。