JP2009501601A - 磁気共鳴スペクトロスコピー - Google Patents

Abstract

分極磁界内に含まれる関心対象１０３からＭＲ分光データを取得するための磁石システム１０２を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム１０１が、記述されている。ＭＲＩシステム１０１は、分極磁界を生成するための複数の磁極面を有する。複数の磁極面１０４は、例えば人間患者、ダミー又はイメージングファントムのような関心対象１０３が導き入れられうるギャップを与える。ギャップは、一般に、磁石１０２の磁極面１０４の間で介入プロシージャが実施されることを可能にするに十分に大きい。

Description

本発明は、分極磁界内に含まれる関心対象からＭＲ分光データを取得するための磁石システムを有する磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムに関する。

本発明は、更に、分極磁界を生成するステップと、分極磁界内に含まれる関心対象からＭＲ分光データを取得するステップと、を含む、ＭＲ分光データを取得する方法に関する。

本発明は、更に、処理ユニット及びメモリを有するコンピュータ装置によってロードされるコンピュータプログラム製品であって、ＭＲＩシステムからＭＲ分光データを取得するための命令であって、ロードされたのち、ＭＲＩシステムが前記方法を実施することを可能にする命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。

磁石システムは、それぞれ「筒形」及び「オープン」システムとも呼ばれる「ボア」タイプ及び「ギャップ」タイプのシステムに広く分類されることができる。ボアタイプのシステムにおいて、ソレノイド磁石は、それ自体の縦軸及びシステムの柱形ボアの一般の縦軸に沿って、分極磁界Ｂ_０を生成する。ギャップタイプのシステムにおいて、Ｂ_０磁界は、磁極面の対の間のオープンな領域に生成される。いずれのケースにおいても、Ｂ_０磁界の方向は、一般に、ｚ軸と示される。分極磁界Ｂ_０は、磁界内に配される対象（オブジェクト）の核磁気スピン系を分極する。ＭＲ信号を生成するために、分極されたスピン系は、まず、ｚ軸と直角をなす、ＭＲ励起信号又はラジオ周波数（ＲＦ）磁界Ｂ_１を印加することによって、励起される。ＲＦ励起パルスは、ｚ軸とのアライメントから外れるように磁化を傾け、その巨視的な磁気モーメントベクトルがｚ軸の周りを歳差運動するようにする。歳差運動する磁気モーメントは、次に、ｚ軸に垂直に配されたピックアップ又は受信器コイルにおいて、ＲＦ ＭＲ信号を生成する。

ＭＲ画像を生成するために、勾配パルスが、一般に、３つの空間次元に沿ってスピンを局所化するようにｘ、ｙ及びｚ軸方向に沿って印加され、ＭＲ信号が、１又は複数の読み出し勾配パルスの存在下において取得される。対象の関心領域における特定の核の空間分布を示す画像が、知られている後処理技法を使用して生成される。概して、水素核（^１Ｈ）がイメージングされるが、他のＭＲ検出可能な核が、画像を生成するために使用されることもできる。

ＭＲスペクトロスコピーの場合、ＭＲ信号は、読み出し勾配パルスがない状態で取得されるが、他の勾配パルスが、信号取得の前にスピンを準備するために使用されることができる。取得されるＭＲ信号は、処理され、通常、それぞれ異なるＭＲ検出可能な核の共鳴周波数の相違に基づく情報を含むスペクトルの形で表示される。実際に、僅かに異なる共鳴周波数で共鳴する単一の種又は元素のＭＲ検出可能な核からのそれぞれ異なる信号が、スペクトルを生成するために取得される。共鳴周波数のわずかな相違は、異なる化学的環境に存在する核から生じる。この周波数差は、数百万Ｈｚのレートで歳差運動するＭＲ信号と比較して数ヘルツ（Ｈｚ）のオーダーであるので、ｐｐｍ（parts per million、百万分率）の単位で測定される。

数ｐｐｍ間隔で生じるさまざまなＭＲ信号を詳細に描くことを可能にするために、ＭＲ分光システムは、より高い磁界強度から利益を得る。このようなシステムは、更に、Ｂ_０磁界の均一性に一層厳しい要求を課す。ボアタイプの磁石は、概して、ギャップタイプのシステムと比較して、より高い電界強度及びより良い磁界均一性を有する。それゆえ、ＭＲスペクトロスコピーのギャップタイプのシステムの使用に対する従来技術の偏見がある。加えて、ＭＲスペクトロスコピーのために１．５Ｔより低い分極磁界強度を有するＭＲイメージングシステムを使用することに対する偏見もある。

ＭＲスペクトロスコピーのギャップタイプの磁石システム並びに低磁界及び中間磁界ＭＲＩシステムの使用に対する偏見は、雑誌「Search」（Issue No. 47, Spring 2001）掲載のMelissa Minkinによる「Open vs. Closed MRI: Options for Brain Tumor Patients」というタイトルの論文に見つけられることができ、上記論文は、「...オープンＭＲＩは、なお、機能的ＭＲＩ検査のような進歩した技術を実施する能力に欠けている」と述べている。次の段落は、「磁気共鳴スペクトロスコピー（ＭＲ）は、高磁界システムに限定される別の技法である」と続けて述べている。

偏見の付加の証拠は、Susil RC、Menard C他による刊行物「Transrectal Prostate Biopsy and Fiducial Marker Placementin a Standard 1.5T MRI Scanner」（Journal of Radiology 2004 （in review))に見つけられ、上記刊行物は、「従来の作業は、低磁界強度（例えば０．２又は０．５Ｔ）のオープンスキャナ構造（６−８）において実施されていた」と述べている。これらのシステムは、患者への一層容易なアクセスを提供するが、最高品質のＭＲ画像を生成せず、機能的分光イメージングのための制限された可能性を有し、利用可能性の広さは狭い。

２００１年６月開催のNHS Scotland Property & Environment Forumによる磁気共鳴イメージングに関するScottish Health Guidance Noteは、「高磁界ＭＲＩシステムは、細胞代謝に関するインビボの生化学的情報を提供する磁気共鳴スペクトロスコピーを実施することもできる」と記載している。文書の後半のポイントにおいて、「高磁界」は「１．５Ｔ又はそれ以上」と規定されている。

１．５Ｔ又はそれ以上と明らかに規定されるＭＲスペクトロスコピーのための高磁界強度の要求に関する偏見についての更なる証拠は、欧州特許出願公開第０８５２４０Ａ１号明細書に開示されている。

欧州特許出願公開第０８５２４０Ａ１号明細書は、大きい透明な材料セクション及び低い主磁界の強さを有する主磁界磁石の実施例を記述しており、その中で、主磁界磁石は、高い磁界を生成することができる小型磁石と組み合わせられている。小型磁石は、大型磁石の外側の非作動位置と大型磁石内の作動位置との間で移動されることができるように、その小型磁石を可動にする手段を有する。主磁界磁石は、介入ＭＲイメージングのために使用され、小型磁石は、ＭＲスペクトロスコピーのために使用される。

従来技術の問題は、ＭＲスペクトロスコピーの能力をもつ小型磁石が、磁石内で実施されるべき介入プロシージャを容易にするほど十分に大きくないことである。

従って、本発明の目的は、ＭＲスペクトロスコピーを可能にするとともに、介入プロシージャがＭＲＩシステム内で実施されることを可能にするＭＲＩシステムを提供することである。

この目的は、ＭＲＩシステムが、分極磁界を生成するための複数の磁極面を有する、冒頭の段落に説明したＭＲＩシステムによって達成される。複数の磁極面は、例えば人間の患者又はダミー又はイメージングファントムのような関心対象が導き入れられることができるギャップ（間隙）を提供する。ギャップは、一般に、磁石の磁極面間において介入プロシージャが実施されることを許すに十分大きい。

本発明のこれら及び他の見地は、従属請求項に規定される以下の好適な実施例に基づいて更に詳しく述べられる。

ＭＲスペクトロスコピーのための磁界均質性要求は、ＭＲＩのものと比較して、より厳しいので、ＭＲＩシステムの好適な一実施例は、ＭＲ分光データを取得するための領域を示すインジケータを有する。この領域は、以下、分光ボリュームと呼ばれる。インジケータは、例えば、一組のレーザビームのような光学的手段又は患者テーブル上の物理的マーカのような機械的手段でありうる。

別の好適な実施例は、分光ボリューム内に、例えば患者身体、イメージングファントム、動物又はダミーの選択された一部のような関心対象を位置付けるために、磁石システム内に配されるポジショナを有する。ポジショナは、好適には、関心対象を動かないようにする抑制装置である。代替例として、ポジショナは、分光ボリューム内に関心対象を保持しながら、例えば頸部、膝、肘又は身体の他の一部である関心対象の運動又はその周りの運動を可能にする装置であってもよい。代替例として、ポジショナは、関心対象の荷重又は応力観察を可能にする抵抗デバイスであってもよい。

本発明の他の目的は、介入プロシージャがＭＲＩシステム内で実施されることを可能にするＭＲＩシステムから、ＭＲ分光データを取得する方法を提供することである。

この目的は、分極磁界がＭＲＩシステムの複数の磁極面間に生成される、冒頭の段落に記述される方法によって達成される。

方法の他の実施例は、従属請求項５及び６に規定される。

本発明の他の目的は、ＭＲＩシステムにおいて介入プロシージャが実施されることを可能にするＭＲＩシステムから、ＭＲ分光データを取得するための命令を含む、コンピュータ装置によってロードされるコンピュータプログラム製品を提供することである。

この目的は、分極磁界が、ＭＲＩシステムの複数の磁極面間に生成される、冒頭の段落に記述されるコンピュータプログラム製品によって達成される。

本発明のこれら及び他の見地は、添付の図面を参照して、以下の実施例に基づいて、例示によって以下に詳しく記述される。

さまざまな図において使用される対応する参照数字は、これらの図の対応する構造を表すことに留意すべきである。

図１は、本発明による機構のブロック図である。図１は、磁石１０２を有する、オープンＭＲＩシステムとも呼ばれるギャップタイプのＭＲＩシステム１０１を示している。磁石１０２は、好適には、関心対象１０３が導き入れられる磁極面間の空隙を有する２つの磁極面１０４を有する。ＭＲＩシステムは、勾配ドライバユニット１１５に接続される複数の勾配コイル１１４を有する。ＭＲＩシステム１０１は、更に、ＲＦコイルドライバユニット１１６に接続される送受信ＲＦコイル１１３を有する。制御ユニット１１７は、再構成ユニット１１８、表示ユニット１１９、勾配ドライバユニット１１５及びＲＦコイルドライバユニット１１６の動作を制御する。

磁極面１０４は、例えば１．０Ｔの静磁界強度を空隙中に生成する。人間、動物又はイメージングファントムのような関心対象１０３が、空隙中に配置される。ＭＲイメージングを可能にするために、静磁界に重ねられる時間可変の磁界勾配が、勾配ドライバユニット１１５によって供給される電流に応じて、複数の勾配システム１１４によって生成される。制御ユニット１１７は、勾配コイルを流れる電流の特性、特に電流の強度、持続時間及び方向を制御する。ＲＦコイル１１３は、関心対象１０３にＲＦ励起パルスを生成し、ＲＦ励起パルスに応じて関心対象１０３によって生成されるＭＲ信号を受け取る。ＭＲスペクトロスコピーの場合、自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号が、一般にＲＦコイル１１３によって受け取られ、ＭＲイメージングの場合、勾配によって呼び起こされるエコー又はスピンエコーが、一般に受け取られる。ＲＦコイルドライバユニット１１６は、ＲＦ励起パルスを送信するためにＲＦコイル１１３に電流を供給し、ＲＦコイル１１３によって受け取られるＭＲ信号を増幅する。送信されるＲＦ励起パルスの特性、特にそれらの強度及び持続時間は、制御ユニット１１７によって制御される。送信及び受信コイルは、本実施例において１つのユニットとして示されているが、送信及び受信のための別個のコイルを有することも可能であることに留意すべきである。送信、受信又はそれらの両方のための複数のＲＦコイル１１３を有することもまた可能である。ＲＦコイル１１３は、磁石１０２に一体化されてもよく、又は別個の表面コイルであってもよい。受信された信号は、再構成ユニット１１８によって再構成され、表示ユニット１１９上に表示される。ＦＩＤ信号は、一般に、再構成ユニット１１８によって１次元フーリエ変換され、スペクトルとして表示され、エコーは、２次元フーリエ変換され、２次元画像として表示される。

ギャップタイプのシステムの利点は、ある人が例えば患者である関心対象の近くにいることができ、データ取得中に患者に安心感を与えることができるという事実により、患者の快適さを高めることである。これは、小児科の患者を調べる間、特に有利である。

図２は、インジケータが、分光ボリュームの境界を示すために提供される、本発明の有利な実施例を示している。インジケータは、例えば、複数のレーザビームを含む光学システム２０６でありうる。代替例として、インジケータは、例えば患者テーブルでありうる移送システム２０８上の機械的なマーカ又はマーキング２０７でありうる。インジケータ２０６、２０７は、更に、例えば２つの磁石１０２を接続する一般的なＣアーム（図示せず）のような、ＭＲＩシステムの他の部分上に位置付けられてもよい。代替例として、インジケータは、ＭＲＩシステムに着脱可能に取り付けられることができる別個のユニットの一部でありうる。例えばｘ−ｙ面内の境界を示すように配される１つのインジケータ及びｘ−ｚ面内の境界を示すように配される第２のインジケータを含む、複数のインジケータを３次元空間に適切に分布させることによって、３つの空間次元のすべてにおいて分光ボリュームの境界を画定することが可能である。

ＭＲスペクトロスコピーは、ＭＲイメージングと比較して、より均質な磁界を必要とすることが知られている。例えば、ＭＲイメージングは、一般に約５０ｃｍ^３のボリュームにおいて、ピークツーピークの約１０ｐｐｍの均質性を有する磁界を必要とする。ＭＲスペクトロスコピーは、より小さいボリュームにあってもよいが、一般に、ピークツーピークの１ｐｐｍより小さい均質性を必要とする。スペクトロスコピー又はイメージングのための最適な均質性のこのボリュームは、その特定のアプリケーションに関して「スイートスポット」と呼ばれる。磁界均質性は、人がスイートスポットから離れるときに低下することが知られている。インジケータ２０６、２０７は、こうして、分光ボリュームの範囲、すなわちスペクトロスコピーの場合の「スイートスポット」を示す。このようなインジケータは、オペレータが、例えばデータ取得の開始前に、関心領域が分光ボリューム内に含まれていることを確認するために有用でありうる。

インジケータ２０６、２０７は更に、移動可能であり、ＭＲＩシステム１０１にそれらの現在位置のフィードバックを提供し、それゆえ、システムソフトウェアは、関心対象１０３の関心領域が分光ボリュームを越えて延在する場合に、オペレータに警告することができる。オペレータは、利用可能なランドマーキング又は参照設備を使用して、磁石１０２内に関心領域を位置付けるとき、光学的、機械的又は他のインジケータ２０６、２０７が、ＭＲ分光データが取得されるべき関心領域の範囲に移動されることができる。インジケータ２０６、２０７によって指定される所望の関心領域の範囲が、分光ボリュームの外側にある場合、システムソフトウェアは、関心領域を調整するようオペレータに警告することができる。代替例として、ソフトウェアは、ＭＲ分光データが領域から取得される前に、分光ボリュームを越えて延在する領域が、分光ボリューム内に自動的に入れられるようなやり方で、患者テーブル２０８を制御することができる。

図３は、ポジショナ３０９が、この事例では膝３１０である関心対象の少なくとも一部を分光ボリューム内に位置付けるために使用される、本発明の他の有利な実施例を示している。このようなポジショナ３０９は、関心領域を動かないようにし、分光ボリューム内に関心領域を拘束するストラップの組でありうる。代替例として、ポジショナ３０９は、分光ボリューム内に関心領域を拘束しながら、関心領域の運動を可能にする装置でありうる。例えば、ポジショナは、腕、脚、肩、股関節部等の曲げのような四肢の動きを許し、それぞれ異なる位置においてそれらをイメージングすることを可能にする。更に、ポジショナは、被検体が、磁石内に位置付けられたままで、さまざまな運動を実施することを可能にする。さまざまな代謝物に関する前記運動の効果を調べるために、運動の間と後に、ＭＲ分光データが収集される。

図４は、複数のポジショナ４０９、４１１が、複数の関心領域４１０、４１２を拘束するために使用される、他の有利な実施例を示している。ＭＲＩシステムは、さまざまな関心領域４１０、４１２からＭＲ分光データを自動的に収集するようにプログラムされることができる。例えば、２つのポジショナ４０９、４１１が、患者の２つの膝４１０、４１２を位置付けるために使用される場合、ＭＲＩシステムは、まず片膝４１０からＭＲ分光データを収集し、そののち、第２のポジショナ４１１（及びそれゆえ第２の膝４１２）が分光ボリューム内に入るまで、患者テーブルをシフトし、次いで、第２の膝４１２からＭＲ分光データを収集するようにプログラムされることができる。患者テーブルが、通常のＭＲＩシステムにおいて可能である軸方向の移動に加えて又それと組み合わせられて、左右方向に移動されうることが、ギャップタイプの磁石システムの利点である。それゆえ、特に人間の患者の２つの膝又は２つの肩のような左右方向に隔てられた関心領域を検査しながら、ギャップタイプの磁石システム上の介入プロシージャと組み合わせられたＭＲ分光検査を行うことが有利である。

図５は、本発明の方法の有利な実施例を示しており、その方法は、ＭＲＩシステムの複数の磁極面間で分極磁界を生成するステップ５２１と、分極磁界内に関心対象を位置付けるステップ５２２と、分光ボリュームに含まれるように関心領域の位置を調整するステップ５２３と、関心領域が分光ボリューム内に含まれているかどうか確認するステップ５２４と、関心領域からＭＲ分光データを取得するステップ５２５と、を含む。ステップ５２３及び５２４は、必要であれば、関心領域が分光ボリュームに含まれるまで繰り返される。

図６は、複数の関心領域から分光データを収集するための本発明の方法の有利な実施例を示しており、その方法は、ＭＲＩシステムの複数の磁極面間に分極磁界を生成するステップ６２１と、複数のポジショナに、関心対象の複数の関心領域を置くステップ６２２と、分極磁界内に、関心領域を含むポジショナを位置付けるステップ６２３と、関心領域が分光ボリューム内に含まれるように、関心領域を含むポジショナの位置を調整するステップ６２４と、関心領域が分光ボリュームに含まれているかどうか確認するステップ６２５と、関心領域からＭＲ分光データを取得するステップ６２６と、を含む。方法は、走査されるべき付加の関心領域があるかどうか確認するステップ６２７に続く。付加の関心領域が走査される必要があると決定される場合、ステップ６２４及び６２５は、以降の関心領域を含む以降のポジショナが分光ボリュームに含まれるまで、繰り返される。次の関心領域から分光データを取得するステップ６２６が、繰り返される。ステップ６２７の結果が、もはや走査されるべき関心領域がないことを示すとき、方法は終了される。

図７は、コンピュータ処理ユニット７２０及びメモリユニット７２１を有するコンピュータ装置によってロードされるコンピュータプログラム製品の実施例を示している。コンピュータ処理ユニット７２０は、ＭＲＩシステム１０１が、ＭＲＩシステム１０１の複数の磁極面１０４間に分極磁界を生成し、分極磁界に重ねられる時間可変の勾配磁界を生成し、分極磁界に含まれる関心対象１０３にＲＦ励起パルスを生成し、分極磁界に含まれる関心対象１０３からＭＲ分光又はＭＲイメージングデータを取得し、再構成ユニット１１８において、取得されたＭＲ分光又はＭＲイメージングデータを再構成し、表示ユニット１１９に再構成されたデータを表示することを可能にするための命令を生成し、制御ユニット１１７に入力する。

本発明の方法の記述された実施例の順序は強制的ではない。当業者は、本発明によって意図される概念から逸脱することなくスレッディングモデル、マルチプロセッサシステム又は複数のプロセスを使用して、ステップの順序を変更することができ又は並行してステップを実施することができる。

上述の実施例は、本発明を制限するものではなく説明するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施例を設計することができることに留意すべきである。請求項において、括弧内に置かれるいかなる参照符号も、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する、含む」なる語の使用は、請求項に挙げられるもの以外の構成要素又はステップの存在を除外しない。構成要素に先行する不定冠詞の使用は、このような構成要素の複数の存在を除外しない。本発明は、いくつかの別個の構成要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実現されることができる。いくつかの手段を列挙するシステムの請求項において、これらの手段のいくつかは、同じ１つのコンピュータ可読ソフトウェア又はハードウェアアイテムによって具体化されることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

本願において用いられる「ＭＲＩシステム」なる語は、ＭＲイメージングシステムに制限されず、一般にＭＲシステムをカバーすることに留意すべきである。

ギャップタイプのＭＲＩシステムが、ＭＲＩシステムに含まれる関心対象からＭＲ分光データを取得するように配される、本発明による機構のブロック図。 それぞれ異なるインジケータが、ＭＲＩシステムに含まれる分光ボリュームの境界を示す、本発明の好適な実施例を概略的に示す図。 ポジショナが、ＭＲＩシステムに含まれる分光ボリューム内に関心対象の少なくとも一部を位置付けるために使用される、本発明の好適な実施例を概略的に示す図。 複数のポジショナが、ＭＲＩシステムに含まれる分光ボリューム内に複数の関心対象を位置付けるために使用される、本発明の好適な実施例を概略的に示す図。 ギャップタイプのＭＲＩシステムの分極磁界に含まれる関心対象から、ＭＲ分光データを取得する方法の好適な実施例を概略的に示す図。 ギャップタイプのＭＲＩシステムの分極磁界に含まれる関心対象の複数の関心領域から、ＭＲ分光データを取得する方法の好適な実施例を概略的に示す図。 本発明によるコンピュータプログラム製品の好適な実施例を概略的に示す図。

Claims (7)

1. 分極磁界内に含まれる関心対象から磁気共鳴分光データを取得するための磁石システムを有する磁気共鳴イメージングシステムであって、前記分極磁界を生成するための複数の磁極面を有する磁気共鳴イメージングシステム。
2. 前記磁気共鳴分光データを取得する領域を示すインジケータを更に有し、前記領域が、前記分極磁界内に含まれる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記磁気共鳴分光データを取得する前記領域内に、前記関心対象の少なくとも一部を位置付けるポジショナを更に有する、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. 磁気共鳴分光データを取得する方法であって、
   分極磁界を生成するステップと、
   前記分極磁界内に含まれる関心対象から磁気共鳴分光データを取得するステップと、
   を含み、前記分極磁界は、磁気共鳴イメージングシステムの複数の磁極面の間に生成される、方法。
5. 前記磁気共鳴分光データを取得する領域を示すステップを更に含み、前記領域は、前記分極磁界内に含まれる、請求項４に記載の方法。
6. 前記磁気共鳴分光データを取得する前記領域内に、前記関心対象の少なくとも一部を位置付けるステップを更に含む、請求項４又は請求項５に記載の方法。
7. 処理ユニット及びメモリを有するコンピュータ装置によってロードされるコンピュータプログラムであって、
   磁気共鳴イメージングシステムから磁気共鳴分光データを取得するための命令であって、ロードされたのち、前記磁気共鳴イメージングシステムが、分極磁界を生成する処理と、前記分極磁界内に含まれる関心対象から磁気共鳴分光データを取得する処理と、を実行することを可能にする命令を含み、
   前記分極磁界は、前記磁気共鳴イメージングシステムの複数の磁極面の間に生成される、コンピュータプログラム。

Images