ヒト脳幹のマッピング。3Tおよび7Tでの脳核と線維路

Mapping the human brainstem: Brain nuclei and fiber tracts at 3 T and 7 T.

• Sina Straub
• Benjamin R Knowles
• Sebastian Flassbeck
• Ruth Steiger
• Mark E Ladd
• Elke R Gizewski

抄録

脳幹の構造的高解像度画像化は、臨床現場において高い重要性を発揮する可能性がある。しかし、超高磁場磁気共鳴イメージング（MRI）は、利用可能性が限られているため、未だに使用が制限されている。そこで、ヒトの脳幹における定量的MRI技術（定量的帯磁率マッピング[QSM]、緩和測定[ , R ]、拡散テンソルイメージング[DTI]）と、3Tおよび7TにおけるT-およびプロトン密度(PD)重み付けイメージングを比較した。5名の健康なボランティア（平均年齢：21.5±1.9歳）を対象に、帯磁率マッピングとリラクソメトリのためのマルチエコー勾配エコーシーケンス、Rリラクソメトリのための磁化準備済みの2つの迅速取得勾配エコーシーケンス、PDおよびT-重み付けイメージングのためのターボスピンエコーシーケンス、DTIのためのリードアウト分割エコー平面シーケンスを用いて、3Tおよび7Tで測定した。帯磁率マップは、ラプラシアンベースの位相アンラップ、バックグラウンドフィールド除去のためのV-SHARP、双極子インバージョンのためのQSMアルゴリズムのストリーキングアーチファクト低減を用いて計算された。対雑音比(CNR)は、10の関心領域(VOI)について、3Tと7Tで測定した。7Tで取得したデータではCNRが高くなっていたが、4つのVOIではCNRが低くなっていた。しかし、4つのVOIでは7Tの方が低いCNRが観測された。QSMは、最も多くの構造を同定できるコントラストであることが示された。また、脳幹の内側縦筋膜のような非常に微細なトラクターの描出は、7Tで得られた感受性マップでのみ可能であった。DTIでは、いずれの磁場強度においても、主要なトラクト（大脳皮質、海綿体横線維、皮質脊髄路、中・上小脳前頭骨、前頭小脳路、錐体）が効果的に描出されていることがわかった。また、QSMのような定量的MRI法や、PDやT-weighted imagingを用いた詳細な脳幹の評価も3Tで可能であり、特に10.5msから52.5msまでの広いエコー時間の勾配エコーシーケンスから計算された帯磁率マッピングを用いることで、脳幹を詳細に評価することができる。しかし、微小な構造物のトレースには、超高磁場でのイメージングのメリットが大きい。

Structural high-resolution imaging of the brainstem can be of high importance in clinical practice. However, ultra-high field magnetic resonance imaging (MRI) is still restricted in use due to limited availability. Therefore, quantitative MRI techniques (quantitative susceptibility mapping [QSM], relaxation measurements [ , R ], diffusion tensor imaging [DTI]) and T - and proton density (PD)-weighted imaging in the human brainstem at 3 T and 7 T are compared. Five healthy volunteers (mean age: 21.5 ± 1.9 years) were measured at 3 T and 7 T using multi-echo gradient echo sequences for susceptibility mapping and relaxometry, magnetization-prepared 2 rapid acquisition gradient echo sequences for R relaxometry, turbo-spin echo sequences for PD- and T -weighted imaging and readout-segmented echo planar sequences for DTI. Susceptibility maps were computed using Laplacian-based phase unwrapping, V-SHARP for background field removal and the streaking artifact reduction for QSM algorithm for dipole inversion. Contrast-to-noise ratios (CNRs) were determined at 3 T and 7 T in ten volumes of interest (VOIs). Data acquired at 7 T showed higher CNR. However, in four VOIs, lower CNR was observed for at 7 T. QSM was shown to be the contrast with which the highest number of structures could be identified. The depiction of very fine tracts such as the medial longitudinal fasciculus throughout the brainstem was only possible in susceptibility maps acquired at 7 T. DTI effectively showed the main tracts (crus cerebri, transverse pontine fibers, corticospinal tract, middle and superior cerebellar peduncle, pontocerebellar tract, and pyramid) at both field strengths. Assessing the brainstem with quantitative MRI methods such as QSM, , as well as PD- and T -weighted imaging with great detail, is also possible at 3 T, especially when using susceptibility mapping calculated from a gradient echo sequence with a wide range of echo times from 10.5 to 52.5 ms. However, tracing smallest structures strongly benefits from imaging at ultra-high field.

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