JP2003111746A - T2/t2*の重み付けを低減した中位の磁場強度における水分および脂肪のmr画像の区別および識別 - Google Patents
T2/t2*の重み付けを低減した中位の磁場強度における水分および脂肪のmr画像の区別および識別Info
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Abstract
して識別するための磁気共鳴画像化(magnetic resonan
ce imaging, MRI)方法を提供する。 【解決手段】 最初に画像データを収集して、水分およ
び脂肪信号が第1のエコー画像において直交し、かつ第
2のエコー画像において平行/反平行している、2つの
エコー画像を得る。背景磁場の非一様性の効果を取除い
て、水分および脂肪の画像を互いに区別する。区別され
た水分および脂肪の画像を歳差運動の周波数の差にした
がって識別する。
Description
(magnetic resonance, MR)イメージング(magnetic r
esonance imaging, MRI)の技術に関する。とくに、本
発明は、水分/脂肪の区別された画像を生成するための
方法、とくにT2/T2 *の重み付けの低減された水分
/脂肪成分のMR画像を生成して識別する方法に関す
る。
と水分部とを容易に見分けることができる画像を生成す
るためのMRI技術に関する。MRIは、人間の患者の
内臓および体の他の部分の画像を非侵襲的に生成するの
にしばしば使用される。患者のMR画像では、水分部と
脂肪部とを判別することが望まれる。MRイメージング
の技術を使用して水分部と脂肪部とを判別するのは難し
い。中位の磁場強度における3点ディクソン方法(Thre
e-Point Dixon method)は、水分および脂肪の画像を区
別するための選択方法である。水分および脂肪の画像を
区別するための当初のディクソン方法は、分極している
静磁場B0の非一様性を正確に補償できることに依存し
ている。
磁場B0の非一様性によって問題が発生する。この問題
に対して従来のアプローチでは、一回または多数の走査
の間に得られる追加の情報を利用した(しかし各走査に
は、若干の関連する欠点があった)。1つのこのような
従来のアプローチは、米国特許第5,909,119号(“Metho
d and Apparatus for Providing Separate Fat and Wat
er MRI Images In A Single Acquisition Scan”)に記
載されている。
来のアプローチでは、脂肪部と水分部とを適切に対比す
るMR画像を生成するのに完全には成功していない。い
くつかのアプローチには時間がかかり、少なくとも3回
のMR走査が必要である。これらのアプローチは長い収
集時間を伴ない、走査期間中に患者が動くときに発生す
る動作の問題に影響され易い。単一の走査を使用する
(走査期間の短い)アプローチでは、最小エコー期間が
長く、重くT2/T2 *を重み付けされた画像のコント
ラストが生成される。強いT1の重み付けが望ましいと
きは、重いT2/T2 *の重み付けは望ましくない。第
5,909,119号に記載されているような単一走査のアプロ
ーチでは、水分および脂肪の画像の区別後に、水分およ
び脂肪の核の画像を独特に識別しない。その代わりに、
水分および脂肪の核の画像を識別するには、解剖学的情
報に依存してユーザが介入する必要がある。したがっ
て、水分部と脂肪部とを独特に識別し、T2/T2 *の
重み付けの低減された水分および脂肪の画像を供給でき
るMRIの技術が、長い間求められてきた。本発明では
これらの要求を実現した。
は、正味(net)の磁気モーメントをもつ原子核、例え
ば水素へ核ラーモア周波数(nuclei Lamor frequency)
のRFを送るときに発生する核磁気共鳴(nuclear magn
etic resonance, NMR)の作用を使用する。患者へRF
を与えると、患者の身体内の原子核の核スピンモーメン
トに作用する。患者の中の核の正味の磁気モーメントは
最初に、(例えば、一般的にMRIのイメージングボリ
ュームの対向する側部またはソレノイド低温超伝導電磁
石(solenoid cryogenic superconducting electromagn
et)内の磁極によって生成される)強力な静磁場B0に
よって磁気的にアラインされる。静磁場B0は、イメー
ジングボリュームのX、Y、Z方向に生成される勾配磁
場(gradient magnetic field)に変わる。B0の磁場
とスピンアラインメントしている選択された核は、ラー
モア周波数のNMRのRF伝送の垂直磁場によって章動
する。このような核の集団は、章動によって磁場B0の
方向から傾く(tip)。
0によって示されている)一定の核は、静磁場B0によ
って“Z'”軸とアラインしていて、RF信号が核に加
えられると、X'−Y'面へ回転する。次に核は、図1の
円を描いている矢印によって示されているように(この
矢印はZ'軸の周りを規準ラーモア共鳴周波数で回転す
る基準系である)X'−Y'面において歳差運動する。
号の目標領域において2以上の核種を傾ける。章動する
RF信号が核を傾けた直後に、全ての核種中のスピンし
ている核は互いに同位相である。全てのNMRの核種中
の回転磁気モーメントは最初にほぼ同時に‘Y’軸の周
りを回転する。しかしながら、NMRの章動しているR
Fパルスが終了した後で、核種の各々は、それ自身の特
性速度で‘Z’軸の周りを自由に歳差運動し始める。
る各核種の位相は、核が位置付けられている物理的また
は化学的環境のようなパラメータによって異なる。例え
ば、脂肪内の核は、水分内の核と異なるレートで歳差運
動をする。水分内の核と脂肪内の核との間におけるこの
位相の差を検出し、それを使用して、MR画像内で水分
と脂肪とを判別する。MRIの画像化のパルス列には、
磁場勾配もあり、これは空間内で異なる局所的な共鳴周
波数によってモーメントをデフェーズ(dephase)す
る。核スピンモーメントにおけるこれらの位相の差は、
RF受信機によって検出され、これを使用して元の核の
位置およびタイプを判断する。
laxation)”プロセスでは、X'−Y'面における磁気モ
ーメントの位相のコヒーレント成分を減衰し、Z'成分
は平衡の大きさ、すなわちM0を回復する。これらのプ
ロセスは、通常は、それぞれT2およびT1の減衰時間
と呼ばれる時間係数の指数によって特徴付けられる。磁
気共鳴信号は、X'−Y'面と共存する面における磁束振
動(flux oscillation)によって見るとき、これらのプ
ロセスの両者は、時間の関数として信号強度を低減す
る。
分の相対位相は、Y'軸上でアラインし始めるが、次第
に広がって、分散してX'−Y'面内の全回転領域を満た
す。例えば、モーメントM2の核は、M0と同時に最初
にY'軸と交差するが、M2はM0よりも速くスピンす
るので、デフェージング期間の間に図1に示した位置へ
徐々に移動する。対照的に、M1は、M0およびM2の
両者よりも緩慢にスピンし、したがってデフェージング
期間中にそれらよりも遅れ始める。磁気モーメントの相
対位相がX'−Y'面において分散する(すなわち、位相
のコヒーレンスを失なう)とき、検出可能なNMRの応
答信号の強度は減衰しプロセスはしばしばT2 *緩和と
呼ばれる。
よびT1の減衰時間を測定することによって部分的に得
ることができる。さらに加えて、核が完全にデフェーズ
する前に、別のRF信号(例えば、180°の信号)が
磁気モーメントを(例えば、180°反転した位置へ)
傾けることができる。このRF信号は、3つの核種のス
ピンしている磁気モーメントM0、M1、およびM2を
反転させ、したがってここでは最も速いモーメントM2
はモーメントM0よりも(リードするのではなく)遅
れ、さらに加えて、ここでは最も遅いモーメントM1よ
りも遅れる。その結果、より速いモーメントM2は最も
遅いモーメントM1に再び追いついて、追い越し、その
間に種々の磁気モーメントは位相のコヒーレンスを回復
するので、正味の磁気モーメントにおける変化から、い
わゆる“スピンエコー”のNMRRF応答を検出するこ
とができる。全ての手続きは、T1およびT2の緩和プ
ロセスが磁気モーメントの検出可能なX'−Y'成分を破
壊する前に完了しなければならない。
2の緩和減衰がMX'Y'を破壊する前に磁場勾配の反転
が完了するという条件で磁場勾配を反転させることによ
っても、検出可能なNMRのRFの応答エコーを形成す
ることができる。これは、一般的に磁場エコー(field e
cho)、勾配エコー(gradient echo)、レーストラックエ
コー(racetrack echo)と呼ばれる。
位相関係の相違は、流体または水分ベースの組織から脂
肪成分の組織のMRI画像を区別する情報として使用す
ることができる(これらの目的において、“水分ベース
の組織”と“流体”とは同義で使用される)。水分およ
び脂肪のMR画像が含む診断情報は同じであっても、ま
たは異なっていてもよいが、それらがMRI画像におい
て重ね合わされるとき、しばしば互いの解釈と衝突し、
合成のMR画像を適切に解釈するのが困難になる。脂肪
ベースまたは水分ベースのみのNMRの核種の別々のM
R画像から、若干異なる診断情報を得ることもできる。
強い磁場強度では、選択的な励起または非励起のアプロ
ーチを使用して、水分および脂肪の画像の区別または脂
肪信号の抑制を達成することができる。しかしながら、
中位または弱い磁場強度では、化学シフトの選択性に基
づくアプローチは、非実際的になるか、さもなければ不
可能になる。全ての磁場強度において、水分/脂肪の画
像の区別の難しさは、磁場の非一様性が大きいときは、
さらに悪化する。
は弱い磁場のシステムでは、水分信号と脂肪信号との間
の周波数の区別は相当に低減されるので、実際のMR画
像化応用において脂肪および水分の画像を区別する難し
さは、中位または弱い磁場のシステムにおいてとくに真
である。3点ディクソン方法は、その特徴において中位
または弱い磁場の応用に対して期待がもてる。3点ディ
クソン方法では、単一のスピンエコーのシーケンスを使
用するが、水分/脂肪を区別するために3つの画像、す
なわち1つの同相の画像と2つの位相のずれた画像とを
得ることに依存する。3つの画像を得るには、比較的に
長い走査期間が必要である。このような長い走査期間
は、動きの問題に影響され易い。
の画像を得るための3つのデータ収集方式を示してい
る。簡単にするために、スライスの選択は示されていな
い。3つの異なる走査を使用して、3つのスピンエコー
信号S0、Sπ、S-πを生成する。第1の走査では、
90°のパルスの次には、時間Tにおいて180°のパ
ルスが続き、スピンエコーS0が得られる。次の走査で
は、90°のパルスの次には、時間Tよりも時間τだけ
早い時に180°のパルスが続き、スピンエコーSπが
得られる。最後の走査では、別の90°のパルスの次に
は、時間Tよりも時間τだけ遅い時に180°のパルス
が続き、スピンエコーS-πが得られる。ディクソン方
法は、Glover、他による文献(“Three-Point Dixon Te
chnique for True Water Fat Decompositions with B
0 Inhomogeneity Corrected”, 18Magnetic Resonance
in Medicine, 371-383 (1991))、およびWilliams、他
による文献(“True Water and Fat MR Imaging With U
se of Multiple-Echo Acquisition”, 173 Radiology 2
49-253 (1989))、およびYeung、他による文献(“Sepa
ration of True Fat and Water Images By Correcting
Magnetic Field Inhomogeneity In Situ”, 159 Radiol
ogy 783-786 (1986))に記載されており、これらはここ
では参考文献として取り上げており、部分的に後述で概
要を示している。
v)(なお、Δvは水分信号と脂肪信号との間の周波数
の差である)にしたがって判断される。τの値は、それ
ぞれ脂肪内の核と水分内の核との間の位相が(1)同
相、(2)πだけずれている、または(3)−πだけず
れているの何れかを満たすように選択される。図3a、
3b、および3cでは、3つの異なる収集方式における
回転フレーム内のMR信号を模式的に示している。Hard
y、他のJMRI(1995)に記載されているように、π
以外の他の位相差も使用することができる。さらに加え
て、勾配反転によって生成された磁場エコーから、S0
を求めることができる。S0はRFが生成したスピンエ
コーである必要はない。
水分ベースと脂肪ベースの別の画像を計算するには、次
の3つのNMRのRFの応答、すなわち、 S0=位相がコヒーレントな脂肪および水分のNMRの
核種をもつ第1のNMR応答、 Sθ=第1(例えば、“正”)の方向において脂肪およ
び水分のNMRの核種間に所定の差をもつ第2のNMR
応答、および、 S-θ=反対(例えば、“負”)の方向において脂肪お
よび水分のNMRの核種間に同じ所定の位相差をもつ第
3のNMR応答が必要である。
と、NMRの脂肪の核種またはNMRの水分の核種、お
よびこの両者の別個のMR画像を求めることができる。
く記載した3点ディクソン方法の例示的な実施形態をよ
り明確に記載する。磁場が一様でないとき、MR信号
は、次のように記載することができる。
びS-πから判断することができる: φ=1/2arg(Sπ・S* -π) なお、“arg”は複素数の位相角を生成する。
waterおよびIfat)は次の式にしたがって再構
成することができる:
e mapping)によって判断される。SπおよびS-πから
φを計算することには、(1)Sπ・S-π *の主位相
値を画素ごとに評価して、主位相マップをアンラップ
(unwrap)した主位相マップを得て、真の位相マップを
得ることを含む。
る水分/脂肪の区別は、上述の3点ディクソン方法を使
用して、既にほぼ成功している。さらに加えて、上述の
特許第5,909,119号に記載したように、単一走査の3点
ディクソン方法(水分および脂肪の信号がエコー間時間
(inter-echo time, ΔTE))中にπの位相差を生じ
る)では、1回のみの励起パルスによって走査時間を相
当に低減した後で、3つの連続するNMRのエコー信号
を得ることができる。
号データを得るために、単一走査の3点ディクソン画像
化方法を使用している。3点ディクソンの画像化では、
スライス選択の励起パルスの次に、3つの別々の勾配の
再集束した信号エコー(three separate gradient-refo
cused signal-echoes)を得る。各信号エコーは、加え
られた読み出された勾配のタイミングおよび極性を制御
することによって得ることができる。信号エコー
(S1,S2,S3)間の時間(ΔTE)は、水分信号
と脂肪信号との間の化学シフトの差にしたがって選択さ
れ、その結果2つの信号は、エコー間の時間中にπラジ
アン(180°)の角度差をそれらの間に生成する。区
別後に脂肪および水分の画像を独特に識別するのは、こ
の180°の角度差では難しくなる理由を次に記載す
る。
生データ(k空間データ)を複素周波数のドメインデー
タ、すなわち“画像ドメイン”のデータと呼ばれるデー
タへフーリエ変換した後に、導かれる領域成長位相アン
ラッピング技術(guided region-growing phase unwrap
ping technique)を使用して、S1およびS3の信号エ
コーから補償位相を得ることによって、背景磁場の非一
様性を補償する。次に得られた画像データは、S1およ
びS3から判断された補償位相にしたがって修正され
る。最後に、水分および脂肪の信号は修正された画像デ
ータから区別され、水分のみの画像か、脂肪のみの画像
を生成する。
水分および脂肪の信号が平行または反平行しているエコ
ー画像、すなわちいわゆるサンプリング対称であるエコ
ー画像を得て、処理する。したがって、特許第5,909,11
9号において教示したアプローチを使用して得られる3
つのエコー画像は、次のように記載することができる:
位相角を修正するために、特許第5,909,119号に記載さ
れている方法では、arg(S3・S1 *)からφを判
断するのに、相当な努力をしている。主位相値から真の
φを判断するために、構成された位相画像、すなわちP
=arg(S3・S1 *)は、特許第5,909,119号に記
載されている複素数のシード指向の領域成長アルゴリズ
ム(complex seed-oriented region-growing algorith
m)を使用して、位相をアンラップされる。
つシード画素の化学成分(chemicalcomposition)に依
存する、すなわちそれが水分が主である(W>F)か、
または脂肪が主である(F>W)かに依存するアプロー
チでは、アンラップされた位相画像は次の2つの可能性
をもつ:
ローチでは、水分および脂肪の信号は対称であり、全て
のエコー画像において平行または反平行である。この位
相対称のために、水分および脂肪の核の歳差運動の周波
数間の差に関する情報は失われる。さらに加えて、水分
信号と脂肪信号を自動的に判別するのに使用可能な他の
情報はない。特許第5,909,119号では、位相をアンラッ
ピングするためのシード画素は水分が主であると仮定し
て記載している。水分および脂肪の画像は区別される
が、区別された水分および脂肪の画像を正確に識別する
のに使用される、解剖学的な差のような他の情報が必要
である。
判別して、独特に識別し、比較的に軽いT2およびT2
*の重み付けでこれを行うためのMRI技術が開発され
た。このMRI技術では、特許第5,909,119号に記載さ
れているような水分信号と脂肪信号とを判別するための
従来の技術のサンプリング対称を破った。サンプリング
対称とは、全てのエコー信号の中心において平行(同位
相)または反平行(180°の位相ずれ)の何れかの水
分信号および脂肪信号から画像データを得ることを示
す。サンプリング対称を破るために、この技術では、そ
れぞれ、直交(90°の位相ずれ)および平行/反平行
の水分信号および脂肪信号から2つのエコー画像を得
る。サンプリング対称を破り、2つのエコー画像を捕捉
することによって、この技術では、より短い時間期間で
エコー信号を得て、T2およびT2 *の重み付けを低減
することができる。水分信号と脂肪信号とが直交してい
るエコー信号を捕捉することによって、別途記載するよ
うに、水分および脂肪の画像は、歳差運動の周波数にお
ける差にしたがって絶対的に識別することができる。
を使用して水分および脂肪の磁気共鳴(magnetic reson
ance MR)画像を区別および識別する方法であって、 a)第1のMRのエコー信号において水分信号と脂肪信
号とが直交していて、第2のMRのエコー信号において
水分信号と脂肪信号とが平行または反平行しているとき
に、少なくとも第1のMRのエコー信号および第2のM
Rのエコー信号とから核磁気共鳴(nuclear magnetic r
esonance, NMR)の画像データを得るステップと、 b)シード誘導位相アンラッピングアルゴリズム(seed
-guided phase unwrapping algorithm)を、第2のMR
のエコー信号から得た画像データへ適用することによっ
て、第2のMRのエコー信号から背景の主磁場の磁場マ
ップを得るステップと、 c)アンラップされた磁場マップにしたがって背景磁場
の非一様性の効果を取除いて、修正された第1のMRの
エコー信号と修正された第2のMRのエコー信号とを得
るステップと、 d)データ収集のシーケンスパラメータにしたがって修
正された第1のMRエコー画像の中間データを計算する
ステップと、 e)中間データの虚数部を加算するステップと、 f)位相のアンラッピングに適用するのに使用されるシ
ード基準が、中間データの虚数部の和の極性に基づい
て、水分が主であるか、または脂肪が主であるかを判別
するステップと、 g)シード基準が水分が主であるか、または脂肪が主で
あるかに基づいて、修正された第1および第2のMRエ
コー画像から水分および脂肪の画像を判断するステップ
とを含む方法である。
の虚数部の和がゼロよりも相当に小さい方法である。
使用して水分および脂肪の磁気共鳴(magnetic resonan
ce MR)画像を区別および識別する方法であって、 a)第1のMRのエコー信号において水分信号と脂肪信
号とが直交していて、第2のMRのエコー信号において
水分信号と脂肪信号とが平行または反平行しているとき
に、少なくとも第1のMRのエコー信号および第2のM
Rのエコー信号とから核磁気共鳴(nuclear magnetic r
esonance, NMR)の画像データを得るステップと、 b)P=1/2λunwrap{arg(S2xS2)}
にしたがって、シード誘導位相アンラッピングアルゴリ
ズム(seed-guided phase unwrapping algorithm)を、
第2のMRのエコー信号から得た画像データへ適用する
ことによって、第2のMRのエコー信号から背景の主磁
場の磁場マップを得るステップと、 c)アンラップされた磁場マップにしたがって背景磁場
の非一様性の効果を取除いて、修正された第1のMRの
エコー信号と修正された第2のMRのエコー信号とを得
るステップと、 d)データ収集のシーケンスパラメータにしたがって修
正された第1のMRエコー画像の中間データを計算する
ステップと、 e)中間データの虚数部を加算するステップと、 f)位相のアンラッピングに適用するのに使用されるシ
ード基準が、中間データの虚数部の和の極性に基づい
て、水分が主であるか、または脂肪が主であるかを判別
するステップと、 g)シード基準が水分が主であるか、または脂肪が主で
あるかに基づいて、修正された第1および第2のMRエ
コー画像から水分および脂肪の画像を判断するステップ
とを含む方法である。
は、添付の図面を個々に参照した現在の好ましい実施形
態の詳細な記述を注意深く検討することによって理解さ
れるであろう。
定の位相で特定の周波数で歳差運動する(precess)。異
なる直交方向において勾配磁場を核へ加えることによっ
て、歳差運動の周波数および位相を使用して、核を空間
的にコード化することができる。1つの直交方向におい
て、核の“スライス”が励起される。このスライス内で
は、選択された核の歳差運動の周波数を使用して、第1
の方向において核を空間的にコード化し、かつ選択され
た核の歳差運動の位相を使用して、第2の(または別
の)方向において核を空間的にコード化して、残りの二
次元のスライスからMR信号を抽出する。生成されたM
R信号の複素周波数および位相を解析することによっ
て、選択されたスライス内の核密度に関する情報を判断
することができる。
のようなMRIシステムの一例には、東芝OPART
(商標)MRIシステムがある。このようなMRIシス
テムは大型の分極磁気構造(large polarizing magnet
structure)10を含み、大型分極磁気構造10は患者のイ
メージングボリューム12内の実質的に一様な均質の分極
磁場B0を生成する。適切なキャリッジ(carriage)14
は、イメージングボリューム内に患者13の解剖学的構造
の目的の部分を挿入する。電磁勾配コイル15によって磁
気勾配が選択的に生成される。RFの核の章動パルスが
RFコイル16によってイメージングボリューム内の患者
の組織へ送られる。MR信号を構成しているRF応答
は、患者の組織から適切なRF検出コイル構造16を介し
て受信される。
ムは、プログラマブルコンピュータアレイプロセッサ20
の制御のもとで、MRIパルスシーケンス制御装置18を
介して磁気勾配およびRF章動パルスを生成する。アレ
イプロセッサおよび関係するコンピュータ画像プロセッ
サ22は、水分/脂肪のコンピュータソフトウエアプログ
ラム24を実行する。アレイプロセッサ20およびシーケン
ス制御装置18は、勾配パルス増幅器ドライバ26、RF送
信機回路(RF transmitter circuit, RF XM TR)28、お
よびRF受信機回路(RF receiver circuit, RF RCVR)30
を制御する。MR増幅器信号受信機回路30は、遮蔽され
たMRIシステムのガントリ内に位置するMR信号のR
Fコイル16と適切にインターフェイスしている。
れて、画像プロセッサ22へ送られ、画像プロセッサ22
は、通常は適切なコンピュータプログラムメモリ媒体
(図示されていない)を含み、コンピュータプログラム
メモリ媒体内には、MR信号データの捕捉および処理を
制御し、かつ制御端末32のCRT上に画像表示を生成す
るプログラムが記憶されていて、選択的に利用される。
制御端末は、画像化のシーケンス制御装置18上でオペレ
ータの制御を実行するための適切なキーボードスイッチ
およびこれに類するものを含んでいてもよい。画像は、
プリントデバイス34によってフィルムまたは他の適切な
媒体上に直接に記録することもできる。
連して、通常はオペレータには、制御端末上でMRIシ
ーケンスおよびデータ処理技術の選択メニューを示され
る。MRIシステムのオペレータが使用できる選択肢の
1つは、単一走査の3点ディクソンMRI画像化シーケ
ンスを使用して水分/脂肪成分の画像を生成するための
プログラム24、および画像生成についての過去のデータ
収集方法を実行するプログラムである。別途記載する特
定のデータ処理方法および本明細書に記載した開示の全
てを考慮して、システムコンピュータ/画像プロセッサ
のための適切なコンピュータプログラムまたはこのよう
な特定の指令を生成して、本発明の上述のプロセスを実
行することは、当業者の能力で十分に可能である。
コー画像S1およびS2が得られる。エコー画像を得る
には、多数の走査によって可能であるが、単一の走査シ
ーケンスによって得られることが好ましい。収集シーケ
ンスを制御して、スピン緩和を無視すると、MRのエコ
ー信号S1およびS2は次の式によって記載することが
できる:
てS2から判断される: P=1/2λunwrap{arg(S2xS2)} なお、arg()は複素数入力の主位相角を得る演算で
あり、“unwrap”は主値から真の位相角を得る位
相のアンラッピングのためのアルゴリズムを表わす。本
発明の好ましい実施形態では、位相のアンラッピング
は、第5,909,119号に記載されているような、多項式モ
デルによって導かれるシード指向の領域成長アルゴリズ
ムによって実行される。しかしながら別の実施形態で
は、背景の主要な磁場は、1組の球調和関数(spherica
l harmonics)によって表わされて、測定される。球調
和関数の測定された係数は記憶され、位相アンラッピン
グのシード指向の領域成長アルゴリズムを導くための多
項式モデルと置換するために読出(recall)される。
およびS2から取除いて、S1'およびS2'を生成す
る:
として何れの化学成分が使用されたかに依存して、磁場
の非一様の位相を削除した後で、スピンエコー画像(S
1',S2')の2つの可能な場合(場合1および場合
2)を次に記載する:
数データの中間マトリックスを次の式にしたがって計算
する:
合、すなわち水分中心の基準の場合1と脂肪中心の基準
の場合2との間ではっきりと異なる。S1''の虚数部
は、場合1においては相当に負である一方で、場合2に
おいては相当に正である。S1''の虚数部を加算するこ
とによって、場合1および場合2は、次の式に示すよう
に、和の極性を検査することによって判別することがで
きる:
と、場合1と場合2とに場合を割り当て、次の式から水
分および脂肪の画像を構成する:
よび脂肪の画像を区別して識別するための完全なデータ
処理手続きを模式的にまとめた。
磁場エコーのシーケンスであり、n 1=0およびn2=
1、したがってλ=2の条件で、2つのエコー画像を得
る。0.35テスラにおいて、水分および脂肪を区別す
るにはTE1=4.75msおよびTE2=9.50m
sである。このシーケンスは、二次元(two-dimensiona
l, 2D)または三次元(three-dimensional, 3D)の
画像化モードで使用することができる。図8および9
は、このような2Dおよび3Dのデータ収集のためのパ
ルスシーケンサのダイヤグラムである。
の画像化シーケンスは、基本的に、スライス選択勾配パ
ルスGsliceおよび位相コード化勾配パルスGpe
の生成に伴なうRFの核の章動(“励起”)パルス40、
次に3つの適切に時間合せされた読み出し勾配パルスG
read42から成り、その結果1対のスピンエコー、S
1およびS2が得られる。
2=−1、およびλ=2であるときに、スピンエコーS
1およびS2を得るための2つのエコーのスピンエコー
のシーケンスである。S1およびS2は、真のスピンエ
コーの位置からそれぞれτおよび2τだけ時間的に先に
得られる。0.35テスラでは、τ=4.75ミリ秒で
あり、したがってλ=2である。
めに、他のMRIのパルスシーケンスを使用することが
できる。このようなシーケンスの1つは、エコー平面ま
たはエコー体積の画像化(echo-volume imaging, EPI)
のシーケンスである。EPIのエコー信号は、本発明に
したがってS1およびS2に対応する2つのグループに
分けることができる。さらに別のシーケンスは、高速ス
ピンエコー(fast spin-echo, FSE)のシーケンスであ
り、本発明にしたがってS1およびS2に対応する2つ
のエコー信号を、それぞれRFの再び焦点を合わせるパ
ルスごとに得ることができる。
形態であると考えられているものに関係して記載した
が、記載された実施形態に制限されず、逆に、さらに解
析せずに本発明の趣旨を十分に明らかにすることを意図
されていて、本発明に記載されていない実施形態でも、
最新の知識を適用することによって、従来技術の観点か
ら、その技術へ直ぐに寄与できるものの全体的および特
定的な態様の本質的な特性を全体的に構成している特徴
を省くことなく種々の応用において本発明を容易に採用
することができ、したがってこのような本発明の採用
は、特許請求の範囲に相当するものの意味および範囲内
に含まれるべきであり、かつそのように意図されている
ことが分かるであろう。
ング技術(sequencing technique)の時間ドメインのグ
ラフ。
ケンス図((a)、(b)、(c))。
技術のシーケンス図。
のに必要な、中間データS1''の回転フレームの模式
図。
を区別して識別するためのデータ処理手続きのフローチ
ャート。
磁場エコーのMRのシーケンシング技術のシーケンス
図。
磁場エコーのMRのシーケンシング技術のシーケンス
図。
Claims (28)
- 【請求項1】 MRI装置を使用して水分および脂肪の
磁気共鳴(magneticresonance MR)画像を区別および識
別する方法であって、 a)第1のMRのエコー信号(S1)において水分信号
と脂肪信号とが直交していて、第2のMRのエコー信号
(S2)において水分信号と脂肪信号とが平行または反
平行しているときに、少なくとも第1のMRのエコー信
号および第2のMRのエコー信号とから核磁気共鳴(nu
clear magnetic resonance, NMR)の画像データを得る
ステップと、 b)P=1/2λunwrap{arg(S2xS2)}
にしたがって、シード誘導位相アンラッピングアルゴリ
ズム(seed-guided phase unwrapping algorithm)を、
第2のMRのエコー信号から得た画像データへ適用する
ことによって、第2のMRのエコー信号から背景の主磁
場(P)の磁場マップを得るステップと、 c)アンラップされた磁場マップにしたがって背景磁場
の非一様性の効果を取除いて、修正された第1のMRの
エコー信号(S1')と修正された第2のMRのエコー
信号(S2')とを得るステップと、 d)データ収集のシーケンスパラメータにしたがって修
正された第1のMRのエコー信号の中間データを計算す
るステップと、 e)中間データの虚数部を加算するステップと、 f)位相のアンラッピングに適用するのに使用されるシ
ード基準が、中間データの虚数部の和の極性に基づい
て、水分が主であるか、または脂肪が主であるかを判別
するステップと、 g)シード基準が水分が主であるか、または脂肪が主で
あるかに基づいて、修正された第1および第2のMRエ
コー画像から水分および脂肪の画像を判断するステップ
とを含む方法。 - 【請求項2】 第1のMRのエコー信号がS1’=S1
eiPにしたがって判断され、修正された第2のMRの
エコー信号がS2’=S2eiλPにしたがって判断さ
れる請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 中間データが、複素数データの中間マト
リックスである請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 複素数データの中間マトリックス
(S1’’)が、次に示すアルゴリズム、すなわち、 【数1】 にしたがって判断される請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 シード基準が脂肪中心であるときは、 【数2】 請求項1記載の方法。
- 【請求項6】 中間データの虚数部の和が、ゼロよりも
大きい請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 シード基準が水分中心であるときは、 【数3】 請求項1記載の方法。
- 【請求項8】 虚数部の和がゼロよりも小さい請求項7
記載の方法。 - 【請求項9】 水分および脂肪の信号が、第1のMRの
エコー信号において位相が90°ずれていて、第2のM
Rのエコー信号において同相であるか、または180°
位相がずれている請求項1記載の方法。 - 【請求項10】 方法のステップが、複数の第1および
第2のMRのエコー信号に対して繰返される請求項1記
載の方法。 - 【請求項11】 第1のMRのエコー信号および第2の
MRのエコー信号が、エコー平面またはエコー体積の画
像化MRパルスシーケンスから得られる請求項1記載の
方法。 - 【請求項12】 第1のMRのエコー信号および第2の
MRのエコー信号が、高速スピンエコーMRパルスシー
ケンスから得られる請求項1記載の方法。 - 【請求項13】 第1のMRのエコー信号および第2の
MRのエコー信号が、磁場エコーMRパルスシーケンス
から得られる請求項1記載の方法。 - 【請求項14】 第1のMRのエコー信号および第2の
MRのエコー信号が、スピンエコーMRパルスシーケン
スから得られる請求項1記載の方法。 - 【請求項15】 水分および脂肪の磁気共鳴画像を識別
する方法であって、 a)第1のMRのエコー信号(S1)において水分およ
び脂肪の信号が直交しており、第2のMRのエコー信号
(S2)において水分および脂肪の信号が平行または反
平行しているとき、第1のMRのエコー信号および第2
のMRのエコー信号から核磁気共鳴画像データを得るス
テップと、 b)位相アンラッピングアルゴリズムを適用して、背景
磁場の非一様性を修正することによって、修正された第
1のMRのエコー信号(S1’)および修正された第2
のMRのエコー信号(S2’)を生成するステップと、 c)修正された第1のMRのエコー信号に対して複素数
データの中間マトリックスを判断するステップと、 d)複素数データの中間マトリックスにしたがって、位
相アンラッピングアルゴリズムにおいて使用されている
基準が水分中心であるか、または脂肪中心であるかを判
別するステップと、 e)基準が水分中心であるか、または脂肪中心であるか
が分かると、修正された第1および第2のMRのエコー
信号から水分画像および脂肪画像を生成するステップと
を含む方法。 - 【請求項16】 複素数データの中間マトリックス(S
1’’)が、次のアルゴリズム、すなわち、 【数4】 によって判断される請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 シード基準が脂肪中心であるときは、 【数5】 請求項15記載の方法。
- 【請求項18】 中間データの虚数部の和が、ゼロより
も大きい請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 基準が水分中心であるときは、 【数6】 請求項15記載の方法。
- 【請求項20】 中間データの虚数部の和が、ゼロより
も小さい請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 水分および脂肪の信号が、第1のMR
のエコー信号において位相が90°ずれていて、第2の
MRのエコー信号において同相であるか、または180
°位相がずれている請求項15記載の方法。 - 【請求項22】 方法のステップが、複数の第1および
第2のMRのエコー信号に対して繰返される請求項15
記載の方法。 - 【請求項23】 第1のMRのエコー信号および第2の
MRのエコー信号が、エコー平面またはエコー体積の画
像化MRパルスシーケンスから得られる請求項15記載
の方法。 - 【請求項24】 第1のMRのエコー信号(S1)およ
び第2のMRのエコー信号(S2)が、高速スピンエコ
ーMRパルスシーケンスから得られる請求項15記載の
方法。 - 【請求項25】 第1のMRのエコー信号および第2の
MRのエコー信号が、磁場エコーMRパルスシーケンス
から得られる請求項15記載の方法。 - 【請求項26】 第1のMRのエコー信号および第2の
MRのエコー信号が、スピンエコーMRパルスシーケン
スから得られる請求項15記載の方法。 - 【請求項27】 MRI装置を使用して水分および脂肪
の磁気共鳴(magnetic resonance MR)画像を区別およ
び識別する方法であって、 a)第1のMRのエコー信号において水分信号と脂肪信
号とが直交していて、第2のMRのエコー信号において
水分信号と脂肪信号とが平行または反平行していると
き、少なくとも第1のMRのエコー信号および第2のM
Rのエコー信号とから核磁気共鳴(nuclear magnetic r
esonance, NMR)の画像データを得るステップと、 b)シード誘導位相アンラッピングアルゴリズム(seed
-guided phase unwrapping algorithm)を、第2のMR
のエコー信号から得た画像データへ適用することによっ
て、第2のMRのエコー信号から背景の主磁場の磁場マ
ップを得るステップと、 c)磁場マップにしたがって背景磁場の非一様性の効果
を取除いて、修正された第1のMRのエコー信号と修正
された第2のMRのエコー信号とを得るステップと、 d)データ収集のシーケンスパラメータにしたがって修
正された第1のMRエコー画像の中間データを計算する
ステップと、 e)中間データの虚数部を加算するステップと、 f)位相のアンラッピングに適用するのに使用されるシ
ード基準が、中間データの虚数部の和の極性に基づい
て、水分が主であるか、または脂肪が主であるかを判別
するステップと、 g)シード基準が水分が主であるか、または脂肪が主で
あるかに基づいて、修正された第1および第2のMRエ
コー画像から水分および脂肪の画像を判断するステップ
とを含む方法。 - 【請求項28】 MRI装置を使用して水分および脂肪
の磁気共鳴(magnetic resonance MR)画像を区別およ
び識別する方法であって、 a)第1のMRのエコー信号(S1)において水分信号
と脂肪信号とが直交していて、第2のMRのエコー信号
(S2)において水分信号と脂肪信号とが平行または反
平行していて、かつエコー信号を、次の式、すなわち、 【数7】 のように規定したときに、少なくとも第1のMRのエコ
ー信号および第2のMRのエコー信号とから核磁気共鳴
(nuclear magnetic resonance, NMR)の画像データを
得るステップと、 b) 【数8】 にしたがって、シード誘導位相アンラッピングアルゴリ
ズム(seed-guided phase unwrapping algorithm)を、
第2のMRのエコー信号から得た画像データへ適用する
ことによって、第2のMRのエコー信号から背景の主磁
場(P)の磁場マップを得るステップと、 c)アンラップされた磁場マップにしたがって背景磁場
の非一様性の効果を取除いて、修正された第1のMRの
エコー信号(S1')と修正された第2のMRのエコー
信号(S2')とを得るステップと、 d)データ収集のシーケンスパラメータにしたがって修
正された第1のMRのエコー信号の中間データを計算す
るステップと、 e)中間データの虚数部を加算するステップと、 f)位相のアンラッピングに適用するのに使用されるシ
ード基準が、中間データの虚数部の和の極性に基づい
て、水分が主であるか、または脂肪が主であるかを判別
するステップと、 g)シード基準が水分が主であるか、または脂肪が主で
あるかに基づいて、修正された第1および第2のMRエ
コー画像から水分および脂肪の画像を判断するステップ
とを含む方法。
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