超音波モーターの存在下での磁気共鳴画像の信号対雑音比の評価

背景：磁気共鳴イメージング（MRI）ガイダンスを使用した安全なロボット支援介入には、支援デバイスの正確な制御が必要であり、現在利用可能なほとんどのツールはMRI互換性がありません。高精度を得るには、高磁場（3 t以上）で使用するために既存のMRIセーフアクチュエーターを特徴付けて開発する必要があります。超音波モーター（USM）はMRIセーフアクチュエーターと見なされており、高磁場スキャナーの近くで使用できますが、その存在はMR画像を妨げます。MRイメージは、患者の体の病理学に関する貴重な情報を提供しますが、一般的に粒状タイプの騒音は画像の質を低下させ、既存の病理学的問題の真の評価を危険にさらします。モーター構造の導体材料に誘導される渦電流は、モーターが画像の等孔に近い場合、ノイズ源になります。3-TスキャナーのMR画像の信号対雑音比（SNR）に対するUSMの影響を評価することを目指しました。SNRは、モーターが「オフ」状態にあるときに、モーター（x、y、z）の3つの方向について、横方向の4つの画像シーケンスについて比較されました。SNRは、モーター誘導アーティファクトを最小限に抑えるために使用される3つのアーティファクト削減方法を評価するために評価されました。 結果：SNRの範囲は、XおよびYの向きのモーターに近いスライスに対して5〜10 dBの範囲で、モーターから遠く離れたスライスの場合は15〜20 dBに増加しました。すべての場合におけるスライスのSNRを平均すると、約10 dBのSNR損失が得られました。最大SNRはZ方向で測定されました。この場合、SNRの損失は、他の運動方向の損失とほぼ同じで、約10 dBでしたが、範囲は約20〜40 dBでした。 結論：特定のスキャンパラメーターの選択は、運動発生アーティファクトを減らすために必要です。これらのパラメーターには、スライス選択と帯域幅が含まれます。USMによって作動するMRI互換支援デバイスの開発において、この研究では、USMがイメージ化されている（約40 mm以内）にUSMが近くで動作している場合に最適化されたSNR値を実現するために、最小帯域幅で約3 mmのスライス厚を使用することを推奨しています。SNRは、信号平均の数を増やすことでさらに強化できますが、これはスキャン期間の増加のコストでのみ達成されます。

BACKGROUND: Safe robot-assisted intervention using magnetic resonance imaging (MRI) guidance requires the precise control of assistive devices, and most currently available tools are rarely MRI-compatible. To obtain high precision, it is necessary to characterize and develop existing MRI-safe actuators for use in a high magnetic field (≥3 T). Although an ultrasonic motor (USM) is considered to be an MRI-safe actuator, and can be used in the vicinity of a high field scanner, its presence interferes with MR images. Although an MR image provides valuable information regarding the pathology of a patient's body, noise, generally of a granular type, decreases the quality of the image and jeopardizes the true evaluation of any existing pathological issues. An eddy current induced in the conductor material of the motor structure can be a source of noise when the motor is close to the isocenter of the image. We aimed to assess the effects of a USM on the signal-to-noise ratio (SNR) of MR images in a 3-T scanner. The SNR was compared for four image sequences in transverse directions for three orientations of the motor (x, y, and z) when the motor was in the "off" state. The SNR was evaluated to assess three artifact reduction methods used to minimize the motor-induced artifacts. RESULTS: The SNR had a range of 5-10 dB for slices close to the motor in the x and y orientations, and increased to 15-20 dB for slices far from the motor. Averaging the SNR for slices in all cases gave an SNR loss of about 10 dB. The maximum SNR was measured in the z orientation. In this case, the SNR loss was almost the same as that of other motor orientations, approximately 10 dB, but with a higher range, approximately 20-40 dB. CONCLUSIONS: The selection of certain scanning parameters is necessary for reducing motor-generated artifacts. These parameters include slice selection and bandwidth. In developing any MRI-compatible assisted device actuated by a USM, this study recommends the use of an approximately 3-mm slice thickness with minimum bandwidth to achieve optimized SNR values when a USM is operating close to (within approximately 40 mm) the region being imaged. The SNR can be further enhanced by increasing the number of signal averages, but this is achieved only at the cost of increased scan duration.