超強磁場による高分解能MRI

高分解能MRIのニーズは高いが強磁場発生と高感度RFプローブの性能に依存するため、市販の装置は手の届かない価格となり普及は進まないのが現状である。

 

ミシガン工科大学の研究チームは、マイクロストリップ・パッチ・アンテナ(MPA)に触発された構造のRFプローブが、現在使用されている従来の表面コイルと比較して、MRIの高分解能化できることを発見した(Gandji et al., IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (2018))。

周波数が高くなると波長が短くなり、磁場は均一性が失われるが、高解像度画像では均一性が重要になるため、新しいRFプローブを開発した。下図は市販の高分解能MRIのイメージ(14T)。一般のMRIに比べて、圧倒的な空間分解能が特徴である。

 

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Credit: bruker

 

MRIは、コイルまたは鳥かご型構造を有するプローブを介して磁場内に高周波パルスを発生させることによって動作する。下図はファントム内に均一な磁場を作り出すためのRFプローブ:単一のマルチ誘電体パッチ表面プローブ(左上)、2つの誘電体パッチプローブ(左下)に配置された体積プローブを示している。

従来のコイルには周波数限界があり必要とする磁場を均一にすることはできないが、MPAはパッチ電極と接地面電極との間に形成された空洞内で波が振動する代わりのものであり、バードケージコイルは複雑になるが、パッチベースのプローブは、比較的単純な構造を維持しながら、より高いマイクロ波範囲で高性能を提供することができる。

 

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Credit: Navid Pourramzan Gandji

 

高周波が人体に与える影響のため、人間に対しては最大7Tの強さの磁場が許容されるが、研究チームが開発した新型RFプローブを備えた21.1Tの超高磁場は、動物モデルや組織試料に使用できるため、超強磁場の高分解能MRIは生体機能MRI(fMRI)として従来機の限界を越えた生体イメージングを可能とする。

 

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