JP2006501919A - 磁気共鳴方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、静止した略均一な主磁場の中に配置された体の少なくとも一部分の磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）の方法に関連する。この方法によれば、体の一部は最初はＴ₂準備シーケンス（Ｔ２ＰＲＥ）を受ける。その後、２次元ナビゲータ・シーケンス（ＮＡＶ）が印加され、ＭＲナビゲータ信号が測定される。続いて、一連のＭＲ撮像信号が撮像シーケンス（ＴＦＥ）によって発生される。これらのＭＲ撮像信号は、そこからＭＲ画像を再構成するよう測定される。高いＴ₂強調を与え、ナビゲータの完全な機能を保証する、Ｔ₂強調撮像のためのＭＲＩ方法を与えるよう、本発明は、２次元ナビゲータ・シーケンス（ＮＡＶ）の照射の前に２次元ナビゲータ回復シーケンス（ＮＡＶＲＥ）を印加することを提案する。

Description

本発明は、静止した略均一な主磁場の中に配置された体の少なくとも一部分を磁気共鳴撮像する方法であって、
（ａ）当該部分にＴ₂準備シーケンスを受けさせる段階と、
（ｂ）当該部分に２次元ナビゲータ・シーケンスを更に受けさせる段階と、
（ｃ）ＭＲナビゲータ信号を測定する段階と、
（ｄ）当該部分に撮像シーケンスを受けさせることにより一連のＭＲ撮像信号を発生させる段階と、
（ｅ）当該信号からＭＲ画像を再構成するよう当該ＭＲ撮像信号を測定する段階とを有する方法に関連する。

更に、本発明は、この方法を実行する磁気共鳴撮像装置に関連する。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）では、ＲＦ及び傾斜磁場パルスから構成されるパルスシーケンスは、磁気共鳴信号を発生するよう対象（患者）に印加され、これらの磁気共鳴信号は、そこから情報を取得し、対象の画像を再構成するために走査される。その初期の開発以来、ＭＲＩの臨床的に関連のある適用分野は非常に大きく成長している。ＭＲＩは、体の殆ど全ての部分に適用されえ、人間の体の多くの重要な機能に関する情報を得るのに使用されうる。ＭＲＩスキャン中に印加されるパルスシーケンスは、対象の中の位置及び向き、寸法、解像度、信号対雑音比、コントラスト、動きに対する感度等の、再構成された画像の特性を完全に決定する。ＭＲＩ装置の操作者は、適切なシーケンスを選び、夫々の用途に対してそのパラメータを調整及び最適化せねばならない。

上述の種類の公知の方法は、特に冠動脈ＭＲＡといった磁気共鳴血管造影法（ＭＲＡ）に使用されうる。

Ｔ₂強調撮像シーケンスは、優れた軟組織コントラストを与えるため、一般的な臨床用途に用いられる。公知の撮像方法は、初期コントラスト準備期間を有し、この期間中、所望のコントラストに従って縦磁化が準備される。このようなＴ₂準備シーケンスは、Ｔ₂強調画像の生成を可能とする。これは特に冠動脈ＭＲＡにおいて有用であり、なぜならば冠状動脈中の血液と心筋の間の強調されたコントラストが得られるからである（いわゆるbright blood法）。

心臓の呼吸運動は心臓ＭＲ撮像の画質を非常に劣化させうるため、これらのアーチファクトを減少させるよう、ＭＲナビゲータ信号に基づくゲーティング及び画像補正が導入された。かかるＭＲナビゲータ信号により、横隔膜の位置が監視され、適切なゲーティングアルゴリズムのための入力として用いられる。更に、ナビゲータ信号の情報は、画質を改善させるよう動き補正を行うために使用されうる。

ＭＲナビゲータ信号を整合させるために、いわゆる２次元ＲＦパルスが使用されうる。これらは例えばペンシル・ビーム形状等の空間的に制限された体積を励起し、これはグラジエント・エコーを用いて読み出される。これは、体の検査されている部分の動きを一方向に沿って監視することを可能とする。冠状ＭＲＡでは、ナビゲータ体積は、通常は、横隔膜の動きが肝臓と肺の間の画像コントラストによって観察されうるよう、右の片側横隔膜の動きのドームに局所化される。

上述の２次元ＲＦパルスは、高速傾斜磁場スイッチングと組み合わされて照射される整形されたＲＦパルスから構成される。この技術は２次元の任意に整形されたプロファイルの励起を容易とすることがわかっている。

ＭＲナビゲータ信号のＴ₂準備及び測定に続いて、通常は、ＲＦパルス及び傾斜磁場パルスの適切な撮像シーケンスによって一連の位相エンコードされたスピンエコーが発生する。これらのスピンエコーは、例えば２次元フーリエ変換によって、ＭＲ画像をそこから再構成するためのＭＲ撮像信号として測定される。

上述の種類のＴ₂強調ＭＲＡ手順は、例えば、非特許文献１に記載されている。非特許文献１の方法によれば、まず、血液と筋肉の間に所望のコントラストを得るために、Ｔ₂準備シーケンスが適用される。その後、患者は、胸部の壁からの信号寄与の抑制のためのいわゆる領域飽和パルスを受ける。次の段階は、２次元ナビゲータ・シーケンスの印加と、ＭＲナビゲータ信号の測定である。非特許文献１によれば、次に、いわゆる３次元ＴＦＥ−ＥＰＩシーケンスである実際の撮像シーケンスの前に、脂肪抑制のために分光飽和反転回復シーケンスが使用される。

この公知の方法では、ナビゲータ信号が撮像シーケンスの直前にあることが有利である。非特許文献２では、ナビゲータと撮像シーケンスの間の遅延を最小限とすることが重要であることが示されている。しかし、公知の方法の主な欠点のうちの１つは、初期Ｔ₂準備が、ＭＲナビゲータ信号の発生及び整合を妨害することである。これは、患者の呼吸運動中に横隔膜の動きを監視するのに用いられる肺−肝臓の境界の縦磁化が、先行するＴ₂準備シーケンスによりかなり減少されるためである。結果として、ナビゲータは、十分な画質の診断画像が発生されえないよう、横隔膜の位置の検出に失敗することがある。これは、特に、ナビゲータの位置に依存して、長いＴ₂を有する胆嚢等の肝臓内の構造が明るいナビゲータ信号を生成する場合は有効である。これらの信号は、用いられるアルゴリズムによって誤って解釈されやすい。
アール・エム・ボトナー（R.M.Botnar）外、「冠状ＭＲＡのための高速３次元アプローチ」、Journal of Magnetic Resonance Imaging、第１０巻、第８２１乃至８２５頁、１９９９年） スプエントラップ（Spuentrup）外、「The Impact of Navigator Timing Parameters and Navigator Spatial Resolution on 3D Coronary Magnetic Resonance Angiography」、Journal of Magnetic Resonance Imaging, 第１４巻、第３１１乃至３１８頁、２００１年 エム・ステューバー（M. Stuber）外、「Three-Dimensional High-Resolution Fast Spin-Echo Coronary Magnetic Resonance Angiography」、Magnetic Resonance in Medicine、第４５巻、第２０６乃至２１１頁、２００１年

従って、ＭＲナビゲータ信号の質を制限することなくＴ₂コントラスト強調撮像を可能とするＭＲＩ方法が必要であることが容易に認められる。従って、本発明は、高いＴ₂コントラストを与えると共に、ナビゲータの完全な機能を保証するＴ₂強調撮像の方法を提供することを主な目的とする。

本発明によれば、上記目的は、段階（ｂ）において部分に２次元ナビゲータ・シーケンスを受けさせる前に、部分に２次元ナビゲータ回復シーケンスを更に受けさせることによって達成される。

本発明は、強調されたＴ₂コントラストで高速断層撮影走査を行うことを可能とする。本発明の方法はＭＲＡのために特に有益であるが、いかなるナビゲータ・ベースの撮像技術に適用されてもよい。撮像手順の構造は、上述の公知の方法と同様である。しかし、本質的な相違点は、実際の２次元ナビゲータ・シーケンスの前に発生される２次元ナビゲータ回復シーケンスの印加である。本発明の２次元ナビゲータ回復シーケンスは、Ｔ₂準備シーケンスがＭＲナビゲータ信号に与える影響が大きく補償されるよう選択された、ＲＦパルス及び傾斜磁場パルスを有する。この補償は、効果的に行われることができ、なぜならば、２次元ナビゲータ回復シーケンスを用いると、各磁化を特定の制限された体積内で選択的に操作することが可能であり、これは続いて上述のように２次元ナビゲータ・シーケンスによってサンプリングされるからである。

２次元ナビゲータ回復シーケンスの適用は、非特許文献３により、異なる状況について知られている。しかし、本発明とは対照的に、非特許文献３は、核磁化の非選択的な反転のための初期ＲＦパルスの後に磁化の再反転のための選択的な反転パルスが続く、いわゆるblack blood技術について扱うものである。初期パルスの後、関心領域において流入する血液の信号無効化を容易とするよう反転の遅延がある。非特許文献３によれば、ナビゲータの位置で縦磁化を局所的に再反転する（回復する）２次元ナビゲータ回復シーケンスが行われる。この公知の方法は、明らかに、本発明の目的であるような高いＴ₂コントラスト及び良く機能するナビゲータを伴うＴ₂強調撮像を可能とするものではない。

本発明の方法によれば、Ｔ₂準備シーケンスは、異なった横緩和時間を有する組織間でコントラストを強調するよう、緩和期間によって離された少なくとも２つのＲＦパルスを有するのであれば実際的である。望ましくは９０°パルスである初期ＲＦパルスを用いて、均衡磁化は横磁化へ変換される。長いＴ₂を有する組織の磁化のみが、続く緩和期間を生き延びる。緩和期間の後、残る横磁化は、Ｔ₂準備シーケンスのいわゆる「tip-up」ＲＦパルス（これも望ましくは９０°のフリップ角を有する）によって縦磁化へ戻るよう変換される。また、Ｔ₂準備シーケンスは、偶数個の略１８０°のＲＦパルスを更に有することが可能であり、従って、主磁場の局所不均一性による横磁化の予備的な損失を防止する。

少なくとも２つの整形されたＲＦパルスと、整形されたＲＦパルスの照射中に切り換えられる少なくとも１つの傾斜磁場パルスとを有する２次元ナビゲータ・シーケンスは、空間的に制限されたナビゲータ体積内で核磁化の励起を可能とするために、本発明の方法によって適用されるのに適している。このようにして、２次元ナビゲータ回復シーケンスは、ナビゲータ体積内の横磁化を縦磁化へ選択的に変換するＴ₂準備シーケンスの緩和期間中に印加されうる。この手順は、Ｔ₂準備シーケンスと２次元ナビゲータ・シーケンスの同時印加を可能とし、これは撮像手順の速度に関して特に有利である。２次元ナビゲータ回復シーケンスについては、これをＴ₂準備シーケンスへ統合することによって、追加的な時間は必要でない。実際には、Ｔ₂準備シーケンスの初期ＲＦパルスによって発生する横磁化は、２次元ナビゲータ回復シーケンスによって縦磁化へすぐに変換して戻される。緩和期間の終わりにおいて、この縦磁化は、再び横磁化へ変換され、Ｔ₂準備シーケンスの非選択的なtip-upパルスによって縦磁化へ回復されうるようにされる。

実際上は、本発明のＭＲナビゲータ信号は、撮像シーケンスのゲーティング及び／又は撮像シーケンスのパラメータの調整及び／又はＭＲ信号の補正に有利に使用されうる。画質に関して、撮像体積（いわゆるスライス追跡）のゲーティング及び適応動き補正の両方が行われる場合、良い結果が得られる。

撮像速度に関して、本発明の方法の撮像シーケンスが、ターボ・フィールド・エコー・シーケンスであれば特に有用である。実際は、部分ｋ空間取得により３次元ＴＦＥ−ＥＰＩシーケンスで良い結果が得られる。

本発明の方法を、定常の略均一な主磁場の中に配置された体の少なくとも一部分を磁気共鳴撮像する装置に組み込むことは容易に可能である。かかるＭＲＩスキャナは、主磁場を作る手段と、主磁場に重畳される傾斜磁場を生成する手段と、体へＲＦパルスを放射する手段と、傾斜磁場及びＲＦパルスの生成を制御する制御手段と、ＲＦパルス及びスイッチングされた傾斜磁場のシーケンスによって生成される磁気共鳴信号を受信及びサンプリングする手段と、信号サンプルから画像を形成する再構成手段とを有する。本発明によれば、通常はメモリ及びプログラム制御を有するマイクロコンピュータである制御手段は、本発明の上述の方法による撮像手順の記述でプログラミングすることを含む。撮像手順のＥＣＧゲーティングのために、患者の体からのＥＣＧゲーティングデータを整合させるＥＣＧ手段が提供されうる。これらのＥＣＧデータは、ＭＲＩスキャナの制御手段によって処理されうる。

本発明は更に、請求項１０に定義するコンピュータプログラムに関連する。ＭＲシステムのコンピュータにロードされたときは、ＭＲシステムが本発明の方法を実行することを可能とする。本発明によるコンピュータプログラムは、磁気共鳴撮像システムが、本発明の磁気共鳴撮像方法を実行することに関する技術的な効果を達成することを可能とする。コンピュータプログラムは、磁気共鳴撮像システムのマイクロプロセッサのコンピュータにロードされる。本発明のコンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭといったデータ担体上に与えられてもよく、又はワールド・ワイド・ウェブ等のデータネットワーク上で利用可能とされてもよい。

以下の図面は、本発明の望ましい実施例を開示する。しかしながら、図面は、図示のためだけのものであって、本発明の制限を定めるものではないことが理解されるべきである。

図１に本発明の方法によるシーケンス設計を示す。図１は、無線周波パルスＲＦと、３つの直交方向の傾斜磁場パルスＧＸ、ＧＹ、ＧＺの時間的な連続を示す図である。静止した略均一な主磁場に配置された患者は、本発明のＭＲＩ手順中にこれらのパルスを受ける。

シーケンスは、２つの非選択的なＲＦパルスα_Xを有するＴ₂準備シーケンスＴ２ＰＲＥで始まる。長いＴ₂を有する組織の核磁化のみが、シーケンスの緩和期間Ｔ２ＰＲＥを生き延びる。この磁化は、第２のα_Xパルスで縦磁化へ変換される。Ｔ₂準備シーケンスＴ２ＰＲＥは更に、主磁場の局所不均一性による横磁化の予備的な損失を防止するために、２つの１８０°_YＲＦパルスを更に有する。

図１に更に示すように、２次元ナビゲータ・シーケンスＮＡＶは、シーケンスＴ２ＰＲＥの後に印加される。シーケンスＮＡＶは、その間に傾斜磁場パルスＧＸ、ＧＹが素早く切り換えられる整形されたＲＦパルスから構成される２次元パルスを有する。例えば患者の右横隔膜のドームにおけるペンシルビーム整形されたナビゲータ体積等の制限された２次元空間プロファイルは、これらのパルスによって励起される。２次元ナビゲータシーケンスＮＡＶの終わりにおいて、ＭＲナビゲータ信号は傾斜磁場ＧＺの存在下で測定され、それによりナビゲータ体積の１次元画像の再構成を可能とする。この画像は、呼吸中の患者の横隔膜の位置を監視するのに使用されうる。

一連のＭＲ撮像信号は、患者にターボ・フィールド・エコー・シーケンスＴＦＥを受けさせることによって発生される。これらの信号は、測定され、例えば患者の冠状動脈等の診断ＭＲ画像の再構成に用いられる。シーケンスＮＡＶ中に測定されたナビゲータ信号は、撮像シーケンスＴＦＥのゲーティングのために、及び再構成されたＭＲ画像の補正のために使用される。

本発明によれば、２次元ナビゲータ・シーケンスＮＡＶの前に２次元ナビゲータ回復シーケンスＮＡＶＲＥが印加される。図１中、シーケンスＮＡＶＲＥは、追加的なパルスの印加とともに時間を失わないようシーケンスＴ２ＰＲＥに組み込まれる。２次元ナビゲータ回復シーケンスＮＡＶＲＥは、第１のα_Xパルスの直後に照射される第１の２次元パルスを有し、それにより、初期ＲＦパルスα_Xによって発生されたナビゲータ体積の横磁化を縦磁化へ戻すよう選択的に変換する。この縦磁化は、励起間中、横磁化によって影響を受けない。シーケンスＮＡＶＲＥの第２の２次元パルスは、第２のα_Xパルスの直前に印加される。ナビゲータ体積の縦磁化は、再び横磁化へ変換され、Ｔ₂準備シーケンスＴ２ＰＲＥの第２の「tip-up」α_Xパルスによって縦磁化へ回復されるようにされる。結果として、ナビゲータ体積の核磁化は、Ｔ₂コントラスト強調シーケンスＴ２ＰＲＥによって実質的には妨害されない。

図２中、磁気共鳴撮像装置１を図示する。装置１は、静止した均一な主磁場を発生する一組の主磁場コイル２と、制御可能な強さを有し選択された方向に勾配を有する追加的な磁場を重畳するための３組の傾斜磁場コイル３、４、５とを有する。従来通り、主磁場の方向は、ｚ方向と称され、それに対して垂直な２つの方向はｘ方向及びｙ方向と称される。傾斜磁場コイルは、電源１１を介して付勢される。装置１は、更に、放射線送信器６、体７へ無線周波数（ＲＦ）パルスを発するためのアンテナ又はコイル、ＲＦパルスを発生し変調するための変調器８に結合された放射線送信器６を更に有する。また、ＭＲ信号を受信する受信器が設けられ、受信器は送信器６と同一であっても別個のものであってもよい。送信器と受信器が図２に示すものと物理的に同じアンテナ又はコイルであれば、送信されるべきパルスから受信信号を分離するために、送受信スイッチ９が設けられる。受信されたＭＲ信号は、復調器１０へ入力される。傾斜磁場コイル３、４、５用の復調器８、送信器６、及び電源１１は、上述のＲＦパルスのシーケンス及び対応する傾斜磁場パルスシーケンスを発生するよう制御システム１２によって制御される。制御システムは、通常は、メモリ及びプログラム制御を有するマイクロコンピュータである。これは、本発明の実際的な実施のために、上述の方法に従った撮像手順の記述でプログラミングすることを含む。復調器１０は、受信されたエコー信号を、例えば視覚ディスプレイユニット１５上で可視とされうる画像へ変換するための、例えばコンピュータといったデータ処理ユニット１４に結合される。制御システム１２に接続された、例えば適当なキーボードといった入力手段１６があり、これは装置の操作者が撮像手順のパラメータを対話式に調整することを可能とする。

本発明によるパルスシーケンスを示す図である。 本発明によるＭＲＩスキャナの実施例を示す図である。

Claims (10)

1. 静止した略均一な主磁場の中に配置された体の少なくとも一部分を磁気共鳴撮像する方法であって、
   （ａ）前記部分にＴ₂準備シーケンスを受けさせる段階と、
   （ｂ）前記部分に２次元ナビゲータ・シーケンスを更に受けさせる段階と、
   （ｃ）ＭＲナビゲータ信号を測定する段階と、
   （ｄ）前記部分に撮像シーケンス（ＴＦＥ）を受けさせることにより一連のＭＲ撮像信号を発生させる段階と、
   （ｅ）前記信号からＭＲ画像を再構成するよう前記ＭＲ撮像信号を測定する段階とを有し、
   前記段階（ｂ）において前記部分に前記２次元ナビゲータ・シーケンスを受けさせる前に、前記部分に２次元ナビゲータ回復シーケンスを更に受けさせることを特徴とする、方法。
2. 前記Ｔ₂準備シーケンスは、異なった横緩和時間を有する組織間でコントラストを強調するよう、緩和期間によって離された少なくとも２つのＲＦパルスを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記２次元ナビゲータ・シーケンスは、少なくとも１つの整形されたＲＦパルスと、空間的に制限されたナビゲータ体積内で核磁化を励起するよう前記整形されたＲＦパルスの照射中に切り換えられる少なくとも１つの傾斜磁場パルスとを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 前記２次元ナビゲータ回復シーケンスは、前記ナビゲータ体積内の横磁化を縦磁化へ選択的に変換するよう、前記緩和期間中に印加されることを特徴とする、請求項２又は３記載の方法。
5. 前記Ｔ₂準備シーケンスは、偶数個の約１８０°のＲＦパルスを更に有することを特徴とする、請求項２記載の方法。
6. 前記ＭＲナビゲータ信号は、前記撮像シーケンスのゲーティング及び／又は前記撮像シーケンスのパラメータの調整及び／又は前記ＭＲ信号の補正に用いられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
7. 前記撮像シーケンスは、ターボ・フィールド・エコー・シーケンスであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
8. 定常の略均一な主磁場の中に配置された体の少なくとも一部分を磁気共鳴撮像する装置であって、前記装置は、
   前記主磁場を作る手段と、前記主磁場に重畳される傾斜磁場を生成する手段と、前記体へＲＦパルスを放射する手段と、前記傾斜磁場及び前記ＲＦパルスの生成を制御する制御手段と、ＲＦパルス及びスイッチングされた傾斜磁場のシーケンスによって生成される磁気共鳴信号を受信及びサンプリングする手段と、前記信号サンプルから画像を形成する再構成手段とを有し、
   前記制御手段は、請求項１に記載の方法による撮像手順の記述でプログラミングすることを含む、装置。
9. 前記体からのＥＣＧデータを整合させるＥＣＧ手段を有し、前記ＥＣＧデータは前記撮像手順をゲーティングするよう前記制御手段によって処理されることを特徴とする、請求項８記載の装置。
10. （ａ）検査されるべき対象の部分にＴ₂準備シーケンスを受けさせる段階と、
    （ｂ）前記部分に２次元ナビゲータ・シーケンスを更に受けさせる段階と、
    （ｃ）ＭＲナビゲータ信号を測定する段階と、
    （ｄ）前記部分に撮像シーケンスを受けさせることにより一連のＭＲ撮像信号を発生させる段階と、
    （ｅ）前記信号からＭＲ画像を再構成するよう前記ＭＲ撮像信号を測定する段階とを行うための命令を含むコンピュータプログラムであって、
    前記段階（ｂ）において前記部分に前記２次元ナビゲータ・シーケンスを受けさせる前に、前記部分に２次元ナビゲータ回復シーケンスを更に受けさせるための命令を更に有することを特徴とする、コンピュータプログラム。

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