JP2015033583A - 水のｔ１時間と脂肪のｔ１時間を求める方法および磁気共鳴装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気共鳴装置により、被検査対象物の予め決められたボリューム部分における水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求める。【解決手段】第１のフリップ角を有する高周波パルス３１から出発して少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ1〜ＴＥ3）で第１のエコーを検出し、ディクソン法により第１のエコーに関係してボリューム部分のボクセル当りの第１の水磁化および第１の脂肪磁化を求める。第２のフリップ角を有する高周波パルス３１から出発して少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ1〜ＴＥ3）で第２のエコーを検出し、ディクソン法により第２のエコーに関係してボリューム部分のボクセル当りの第２の水磁化および第２の脂肪磁化を求める。各ボクセルの第１の水磁化および第１の脂肪磁化、第１のフリップ角、各ボクセルの第２の水磁化および第２の脂肪磁化、第２のフリップ角に関係してボクセル当りの水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求める。【選択図】図３

Description

本発明は、予め決められたボリューム部分のボクセル当りの水のＴ１時間（縦緩和時間）と脂肪のＴ１時間（縦緩和時間）を別々に求める方法および磁気共鳴装置に関する。

従来技術によれば、いわゆるディクソン法を使用して水信号と脂肪信号とを分離することが知られている。ディクソン法は脂肪と水の共鳴周波数の差を利用する。共鳴周波数が異なるために水の磁化と脂肪の磁化との位相関係がエコー時間（高周波励起パルスと検出されたエコーとの間の時間間隔）に関係する。たとえば第１のエコー時間は水磁化と脂肪磁化とが同位相（in phase）にあるように選定され、第２のエコー時間は水磁化と脂肪磁化とが１８０°の位相関係（opposed-phase）にあるように選定されると、第１のエコー時間で検出された磁化Ｍ₁に対しては次の式（１）が成立し、第２のエコー時間で検出された磁化Ｍ₂に対しては次の式（２）が成立する。

なお、Ｗは水磁化（すなわち水分子により惹起される磁化）であり、Ｆは脂肪磁化（すなわち脂肪分子により惹起される磁化）に相当する。式（１）、（２）は、最終的に水磁化Ｗおよび脂肪磁化Ｆを求めるために次の式（３）、（４）に変換される。

ディクソン法によれば３つ以上の異なるエコー時間でもエコーを検出することができ、この３つ以上の磁化に基づいて水磁化および脂肪磁化を別々に求めることができる。３つ以上のエコーの取得に際しては２つの磁化のほかにしばしば横Ｔ２^*緩和のような付加的な効果が考慮されおよび／または求められる。総括すれば、ディクソン法は、異なるエコー時間で各ボクセルに対して求められるもしくは明らかにされている少なくとも２つの磁化から出発して、これらのエコー時間から明らかになったこれらの磁化の位相関係に基づき、ボクセル当りの水磁化および脂肪磁化および場合によっては横緩和時間Ｔ２^*を求めるものである。

勿論ディクソン法は弱点も有する。たとえばディクソン法はＴ₁緩和効果の影響を受けやすい。この弱点は従来技術ではしばしば小さいフリップ角（＜１０°）の高周波励起パルスの使用により対処しているが、これはなかんずく信号雑音比が小さいことを甘受しなければならない。

本発明の課題は、予め決められたボリューム部分における水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求めることにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１による水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求める方法、請求項１２による水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求めるための磁気共鳴装置、請求項１４によるコンピュータプログラム製品および請求項１５による電子的に読み取り可能なデータキャリアにより解決される。従属請求項は本発明の好適な有利な実施形態を規定するものである。

本発明によれば、磁気共鳴装置による被検査対象物の予め決められたボリューム部分における水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求める方法が提供される。この場合、水もしくは脂肪のＴ１時間とは水もしくは脂肪の縦緩和時間を意味する。本発明による方法は次のステップを有する。
・グラジエントエコーを作るために種々異なるエコー時間で傾斜磁場を印加するステップ。
換言すれば、ＭＲデータを取得するためにグラジエントエコーシーケンスを使用する。
・２つ以上の異なるエコー時間で第１のフリップ角を有する高周波パルスにより第１のエコーを検出するステップ。
換言すれば、種々異なるエコー時間で第１のフリップ角を有する高周波励起パルスのそれぞれの後でグラジエントエコーを検出する。
・この第１のエコーに関係してディクソン法によりボリューム部分のボクセル当りの第１の水磁化および第１の脂肪磁化を求めるステップ。
・同様にして２つ以上の異なるエコー時間で第２のフリップ角を有する高周波パルスにより第２のエコーを検出するステップ。
・この第２のエコーから出発してディクソン法によりボリューム部分のボクセル当りの第２の水磁化および第２の脂肪磁化を求めるステップ。
・それぞれのフリップ角に属する各ボクセル当りの（第１または第２の）水磁化およびそれぞれのフリップ角に属する各ボクセル当りの（第１または第２の）脂肪磁化に関係して並びにそれぞれの（第１または第２の）フリップ角に関係してボクセル当りの水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるつまり算出するステップ。

ここで指摘すべきことは、本発明によれば、本発明方法を別のフリップ角で繰り返し行い、それによりそれぞれ使用されるフリップ角についてボリューム部分のボクセル当りの別の水磁化および脂肪磁化を得ることができることである。

したがって本発明方法は種々異なるエコー時間で複数のフリップ角についてグラジエントエコーを検出する。この場合より大きなフリップ角（＞１０°）も使用できる。中間結果としてこの場合種々異なるエコー時間および種々異なるフリップ角についてそれぞれボクセル当りの磁化が明らかになる。本発明方法がｎ個の異なるエコー時間およびｍ個の異なるフリップ角で実施されれば、したがってボクセル当りｎ×ｍ個の磁化が明らかになる。

次いでディクソン法により各フリップ角について明らかになったｎ個の磁化に関係して各フリップ角について各ボクセル当りの水磁化および脂肪磁化は、各ボクセルについて求められた水磁化および脂肪磁化の数がフリップ角の数に一致するように求められる。

特に第１および第２のエコー（または別のエコー）の検出のために５個以上のエコー時間が使用されるときには、この時間的に隣接する２つのエコー時間の間には同じ時間間隔（実際にはたとえば１ｍｓ）が存在し得る。これらのエコー時間は等間隔エコー時間とも呼ばれる。この場合これらのエコー時間のうちの最短のエコー時間は有利には使用される磁気共鳴装置により実現される最短のエコー時間に一致する。

本発明の別の実施形態によれば、エコー時間は、水信号と脂肪信号との間の位相差に関して単位円上に均一の分布が生じるように選定される。このため水信号と脂肪信号の間の位相差φは次の式（５）

に相応し得る。なお、ｆは自然数、ｎは異なるエコー時間の数である。

３つの異なるエコー時間の場合には、位相差もしくは位相シフトは第１のエコー時間では１２０°（２４０°）、第２のエコー時間では２４０°（４８０°）、第３のエコー時間では３６０°（７２０°）になり得る。

簡略化された実施形態によれば、本発明方法は次のステップを有する。
・第１のフリップ角をそれぞれ有する複数の高周波励起パルスを印加するステップ。
・第１のフリップ角を有する１つの高周波励起パルスの後の第１のエコー時間にグラジエントエコーを読み出すステップ。
・第１のフリップ角を有する１つの高周波励起パルスの後の第２のエコー時間にグラジエントエコーを読み出すステップ。
・第２のフリップ角をそれぞれ有する複数の高周波励起パルスを印加するステップ。
・第２のフリップ角を有する１つの高周波励起パルスの後の第１のエコー時間にグラジエントエコーを読み出すステップ。
・第２のフリップ角を有する１つの高周波励起パルスの後の第２のエコー時間にグラジエントエコーを読み出すステップ。

なお、第２のフリップ角は第１のフリップ角と異なり、第１のエコー時間は第２のエコー時間と異なる。

勿論別のフリップ角および別のエコー時間を採用もしくは使用することもできる。

本発明によれば、１つの高周波励起パルスの後に、次の高周波励起パルスを印加する前に１つのグラジエントエコーだけを検出もしくは読み出すことが可能である。なかんずく本発明によれば、１つもしくは同じ高周波励起パルスの後に、次の高周波励起パルスを印加する前に複数のグラジエントエコーを読み出すことも可能である。

本発明の１つの実施形態によれば、方法は付加的に次のステップを含むことができる。
・第１のフリップ角を有する１つの高周波パルスの後の別のエコー時間にグラジエントエコーを読み出すステップ。
・第２のフリップ角を有する１つの高周波パルスの後の別のエコー時間にグラジエントエコーを読み出すステップ。
・別のエコー時間で検出されるグラジエントエコーに関係してボクセル当りのＴ２^*時間を求める。

この実施形態も３つ以上のフリップ角で実施可能である。上記の別のエコー時間は、水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるために（初期に）使用されるエコー時間（たとえば第１および第２のエコー時間）とは異なる。

従来技術ではディクソン法は、３つ以上のエコーを使用する際に水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間のほかに水と脂肪を同じに見なすＴ２^*時間も求めることを可能にする。４つ以上のエコーを使用する際には水および脂肪について別々にそれぞれのＴ２^*時間を求めることができる。これは特に同時に求められる水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間の精度の改良にも導く。

本発明の別の実施形態によれば、方法は次のステップを含む。
・第１のフリップ角を有する高周波パルスの後の第１のエコー時間に検出されるグラジエントエコーに関係してボリューム部分の第１のＭＲ画像を再構成するステップ。
・第１のフリップ角を有する高周波パルスの後の第２のエコー時間に検出されるグラジエントエコーに関係してボリューム部分の第２のＭＲ画像を再構成するステップ。
・第２のフリップ角を有する高周波パルスの後の第１のエコー時間に検出されるグラジエントエコーに関係してボリューム部分の第３のＭＲ画像を再構成するステップ。
・第２のフリップ角を有する高周波パルスの後の第２のエコー時間に検出されるグラジエントエコーに関係してボリューム部分の第４のＭＲ画像を再構成するステップ。
・第１、第２、第３、第４の画像をレジストレーション（位置合わせ）するステップ。
・ディクソン法により第１および第２の画像の対応するボクセルのデータに関係してボクセル当りの第１の水磁化および第１の脂肪磁化を求めるステップ。
・ディクソン法により第３および第４の画像の対応するボクセルのデータに関係してボクセル当りの第２の水磁化および第２の脂肪磁化を求めるステップ。

この実施形態は、ディクソン法が特にボクセル当りに求められた磁化に一致する再構成された画像のピクセル値に基づいていることを示す。この場合エコー時間およびフリップ角に関し上述の条件が守られている限りどのようなＫ空間セグメントが個々の画像に対し検出されるかは問題にならない。換言すれば、複数の画像のうちの１つ画像に対してグラジエントエコーを検出する際に複数の画像のうちの別の１つの画像に対してグラジエントエコーを検出する際とは別のＫ空間セグメントを走査することができる。

ボクセル当り求められる水磁化Ｍ_Wは、このボクセルにおける水に対する縦緩和Ｔ₁、_W、繰り返し時間または反復時間Ｔ_R、このボクセルにおける水密度ρ_Wおよびフリップ角αにたとえば次の式（６）に示すように関係する。

同様にしてボクセル当り求められる脂肪磁化Ｍ_Fは、このボクセルにおける脂肪に対する縦緩和Ｔ1、_F、繰り返し時間Ｔ_R、このボクセルにおける脂肪密度ρ_Fおよびフリップ角αに、たとえば次の式（７）に示すように関係する。

式（６）、（７）の前提は、水磁化Ｍ_Wおよび脂肪磁化Ｍ_Fがいわゆるステディステイト信号であることである。この場合ステディステイト信号とは、ダイナミック平衡における磁化で測定される信号である。

異なるフリップ角を用いるが同じ繰り返し時間Ｔ_Rを用いる少なくとも２つの測定で水磁化および脂肪磁化が存在すれば、式（６）、（７）によりボクセル当りの水のＴ１時間Ｔ1、_Wおよび脂肪のＴ１時間Ｔ1、_Fだけでなく、水密度ρ_Wおよび脂肪密度ρ_Fも求められる。なお、密度とは特にプロトン密度(通常はモル単位で測定)である。水および脂肪のＴ１時間が明らかであるので、水密度もしくは脂肪密度はそれぞれＴ１時間から解放された水密度もしくは脂肪密度である（すなわち求められた水密度もしくは脂肪密度はＴ１効果を除去される）。エコーの測定は多くの特性（たとえば受信アンテナの感度）に関係するので、水密度もしくは脂肪密度はこの場合特に同じ単位で測定されるが、この単位はしかし特定されていない。

この理由から、求められた水密度および脂肪密度はなかんずく次の式（８）、（９）により対応するボクセル内の水成分ＷＡおよび脂肪成分ＦＡを求めるために好適である。

これらの式においてρ_Wは水密度、ρ_Fは脂肪密度であり、水密度および脂肪密度に対して同一であるが特定されていない密度単位が有利には相殺され、組織内の水もしくは脂肪の成分が求められる。

水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間並びに場合によっては水密度および脂肪密度を求めるために、特に種々異なるフリップ角で求められた磁化の水成分および脂肪成分は別々に式（６）および式（７）における各信号モデルにフィット（適合）される。このため通常は最適化関数が作られ、この関数は信号モデルに対するデータの一致を記述しそれぞれの緩和時間（Ｔ１時間）およびそれぞれのプロトン密度（水密度もしくは脂肪密度）に関係する。なかんずくこのためデータと信号モデルとの間にＬｐノルムまたはカイ二乗が提供される。これらの値は種々の数学的アルゴリズムで最適化され、多くの場合マルカート・レベンバークアルゴリズムが使用される。

たとえば数値的に有効な技術は次の式

（ここでＭは磁化、添え字ｉは測定されたすべてのフリップ角ρの合計）を変数ｘ、ｙで最適化することにある。式（６）もしくは（７）の採用のもとに求められる変数は以下のように表わされる。

既知の反復時間ＴＲにより、これからＴ１（Ｔ１時間）およびρ（水密度もしくは脂肪密度）が計算される。水および脂肪に対し本方法を別々に実施すれば、それぞれ水についてのＴ１時間Ｔ₁,_W、脂肪についてのＴ１時間Ｔ₁,_F、水密度ρ_Wおよび脂肪密度ρ_Fが求められる。

本発明方法を改良するために実際のフリップ角が求められ、これが高周波励起パルスを作るために調整されたフリップ角の代わりに水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるために使用される。このため各ボクセルに対する特殊な測定シーケンスによりこの測定シーケンスの高周波励起パルスに対して調整される同じ設定フリップ角β_nomから出発して実際のフリップ角が求められるので、いわば予め決められたボリューム部分についてのフリップ角マップが作られる。次の式（１０）

により各ボクセルｘについて、実際のフリップ角α（ｘ）が、実際の高周波励起パルスに対して調整されたフリップ角α_nom、特殊な測定シーケンスに対して調整された設定フリップ角β_nom、および相応のボクセルに対して測定シーケンスにより検出されたフリップ角β（ｘ）に応じて算出される。

調整された（たとえば第１もしくは第２の）フリップ角の代わりに実際のフリップ角を使用することにより、ボクセル当りの水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めることおよび場合によって水および脂肪についてボクセル当りの密度を求めることがより正確に行われるので有利である。

本発明は、水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間をボクセル当り別々に求めるためにディクソン法を、Ｔ１時間を求めるのに公知である方法と組み合わせる。本発明によりディクソン法のＢ１不均一性に対する感度に有利に対処できるので、水および脂肪の求められたＴ１時間は現存するＢ１不均一性の影響は殆ど受けない。

そのうえ本発明により密度も水および脂肪に対してボクセル当り別々に求めることができる。

水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるために、エコーは少なくとも２つの異なるエコー時間でそれぞれ少なくとも２つの異なるフリップ角について検出される必要がある。付加的にＴ２^*時間を考慮するかまたは求めるべきときには、エコーは少なくとも３つの異なるエコー時間でそれぞれ異なるフリップ角について求める必要がある。

本発明において水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるための磁気共鳴装置も提供される。この磁気共鳴装置は、静磁場磁石と、傾斜磁場システムと、１つまたは複数の高周波アンテナと、傾斜磁場システムおよび高周波アンテナを制御し、高周波アンテナにより取得した測定信号を受信し、測定信号を評価し並びにＭＲデータを作成するための制御装置とを含む。この磁気共鳴装置は、複数の両極性の傾斜磁場を印加してグラジエントエコーを作り、第１のフリップ角とこれとは異なる第２のフリップ角とを有する高周波パルスを印加し、第１のエコーを、少なくとも２つの異なるエコー時間で第１のフリップ角を有する高周波パルスから出発して検出し、ボリューム部分のボクセル当りの第１の水磁化および第１の脂肪磁化を第１のエコーに関係してディクソン法で求め、第２のエコーを、少なくとも２つの異なるエコー時間で第２のフリップ角を有する高周波パルスから出発して検出し、ボリューム部分のボクセル当りの第２の水磁化および第２の脂肪磁化を第２のエコーに関係してディクソン法で求め、各ボクセルの第１の水磁化、各ボクセルの第１の脂肪磁化、第１のフリップ角、各ボクセルの第２の水磁化、各ボクセルの第２の脂肪磁化、第２のフリップ角に関係して各ボクセルの水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるように構成されている。

本発明による磁気共鳴装置の利点は上述した本発明方法の利点にほぼ相応するので、ここでは繰り返さないことにする。

さらに本発明は、磁気共鳴装置のプログラム可能な制御装置もしくは計算ユニットの記憶装置にロードすることができるコンピュータプログラム製品、特にソフトウエアを対象とする。このコンピュータプログラム製品により、この製品が制御装置において実行されればすべてまたは種々の本発明方法の上述の実施形態を実施できる。この場合コンピュータプログラム製品は本発明方法の実施形態を実現するためのプログラム手段、たとえばライブラリおよび補助機能を必要とする。換言すればコンピュータプログラム製品を対象とする請求項により本発明方法の上述の実施形態を実施できるもしくはこれらの実施形態を実施するソフトウエアが保護の対象になる。なお、ソフトウエアとは、コンパイルおよびリンクまたは解釈のみを必要とするソースコード（たとえばＣ＋＋）であるか、または実行のためになおも相応する計算ユニットもしくは制御装置にロードする必要のあるソフトウエアコードである。

最後に本発明はたとえばＤＶＤなどの電子的に解読できるデータキャリア、磁気テープまたは電子的に解読可能な制御情報、特にソフトウエア(上述参照)が記憶されるＵＳＢメモリを開示する。これらの制御情報(ソフトウエア)がデータキャリアにより読まれ、磁気共鳴装置の制御装置もしくは計算ユニットに記憶されれば、上述の方法の本発明によるすべての実施形態が実施可能である。

本発明は特にＭＲ画像の再構成に好適であり、ボクセル当り水信号と脂肪信号とを非常に正確に区別することができる。勿論本発明はこれらの有利な応用範囲に限定されるものではない。なぜなら本発明によりたとえば水および脂肪のＴ１時間並びに水信号および脂肪信号もボクセル当りに非常に正確に求めることができるからである。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を基に本発明を詳述する。

図１は本発明による磁気共鳴装置の概略構成図である。 図２は水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求めるための本発明のシーケンスである。 図３は水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求めるための本発明の別のシーケンスである。 図４は水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求めるための本発明のフローチャートである。

図１は（磁気共鳴イメージング装置もしくは核スピントモグラフィ装置の）磁気共鳴装置５の概略構成図である。この場合静磁場磁石１は、磁気共鳴装置５内のベッド２３上に横臥して検査を受けるたとえば人体の被検査部分である対象物Ｏのボリューム部分における核スピンの偏極もしくは整列のための時間的に一定の強い磁場を作る。核スピン共鳴測定に必要な静磁場の高い均一性は、人体の被検査部分が配置されているたとえば球状の測定ボリュームＭ内に規定されている。均一性の要求を支援するためおよび特に時間的に変化する影響を除去するために適当な箇所にいわゆる強磁性材料から成るシム板が設置される。時間的に変化する影響はシムコイル２により除去される。

静磁場磁石１には３つの部分巻線から成る円筒状の傾斜磁場システム３が装入されている。各部分巻線は増幅器によりカルテシアン座標系の各方向に直線状（また時間的に可変な）傾斜磁場を作るための電流を供給される。傾斜磁場システム３の第１の部分巻線はこの場合ｘ方向に傾斜磁場Ｇ_xを作り、第２の部分巻線はｙ方向に傾斜磁場Ｇ_yを作り、第３の部分巻線はｚ方向に傾斜磁場Ｇ_zを作る。増幅器はデジタル−アナログ変換器ＤＡＣを有しており、この変換器は傾斜磁場パルスを時間的に正確に作るためにシーケンス制御装置１８により制御される。

傾斜磁場システム３内には１つまたは複数の高周波アンテナ４があり、これは高周波電力増幅器から発せられる高周波パルスを被検査対象物Ｏつまり対象物Ｏの被検査部分の核の励起および核スピンの整列のため交番磁場に変換する。各高周波アンテナ４は、環状に好適にはリニア状またはマトリクス状にコンポーネントコイルを配置した形の１つまたは複数の高周波送信コイルおよび１つまたは複数の高周波受信コイルから成る。各高周波アンテナ４の高周波受信コイルにより、歳差運動している核スピンから出る交番磁場、すなわち通常は１つまたは複数の高周波パルスおよび１つまたは複数の傾斜磁場パルスから成るパルスシーケンスから惹起される核スピンエコー信号が電圧（測定信号）に変換され、この電圧は増幅器７を介して高周波システム２２の高周波受信チャネル８に導かれる。磁気共鳴装置５の制御装置１０の一部である高周波システム２２はさらに送信チャネル９を有しており、この送信チャネル９では磁気核共鳴の励起のための高周波パルスが作られる。各高周波パルスはシステムコンピュータ２０により予め与えられるパルスシーケンスに基づきシーケンス制御装置１８においてデジタル的に複素数の列として表示される。この複素数列は実部および虚部としてそれぞれ入力１２を介して高周波システム２２のデジタル−アナログ変換器に、およびそこから送信チャネル９に導かれる。送信チャネル９ではパルスシーケンスが高周波キャリア信号に変調され、その基本周波数が中心周波数に相当するようにされる。

送信動作から受信動作への切換は送信−受信切換器６を介して行われる。高周波アンテナ４の高周波送信コイルは高周波パルスを核スピンの励起のために測定ボリュームＭに照射し、発生したエコー信号は高周波受信コイルを介して走査される。相応して得られた核共鳴信号は高周波システム２２の（第１の復調器の）受信チャネル８‘において位相敏感に中間周波数に復調され、アナログ−デジタル変換器ＡＤＣでデジタル化され、出力１１を介して送出される。この信号はさらに周波数０に復調される。周波数０への復調および実部と虚部の分離はデジタルドメインでデジタル化後に第２の複調器８で行われる。画像コンピュータ１７によりこのようにして得られた測定データからＭＲ画像つまり三次元画像データセットが再構成される。測定データ、画像データおよび制御プログラムの管理はシステムコンピュータ２０を介して行われる。制御プログラムを予め与えられることによりシーケンス制御装置１８はそれぞれ所望のパルスシーケンスの発生およびＫ空間の相応する走査をコントロールする。特にシーケンス制御装置１８は傾斜磁場の時間的に正確な切換、所定の位相振幅を有する高周波パルスの送出並びに核共鳴信号の受信を制御する。高周波システム２２およびシーケンス制御装置１８に対する時間基準はシンセサイザ１９により得られる。たとえばＤＶＤ２１に記憶されるＭＲ画像を作るための相応の制御プログラムの選定並びに作られたＭＲ画像の表示は、キーボード１５、マウス１６および画像ディスプレイ１４を有する端末１３で行われる。

図２は本発明によるグラジエントエコーシーケンスを示す。最初にフリップ角αを有する高周波励起パルス３１が印加され、同時にスライス選択傾斜磁場Ｇｚが発生する。高周波励起パルス３１の後にスライス選択傾斜磁場Ｇｚの極性が変化することにより励起の際に生じた位相特性は反転させられる。同時にスピンは周波数エンコード傾斜磁場Ｇｘの印加により拡げられる（周波数エンコード傾斜磁場Ｇｘのこの部分はリワインダ３３としても知られている。）。同様に高周波励起パルス３１の後に印加された位相エンコード傾斜磁場Ｇｙは空間エンコーディングとして用いられる。周波数エンコード傾斜磁場Ｇｘの極性の変化により、予め拡げられたスピンは再び同位相にもたらされるかもしくはリフェージングされ、それによってグラジエントエコー３４になる。周波数エンコード傾斜磁場Ｇｘ（図２）が正の極性を有する間に、ｘ方向にＫ空間行を読み取るため測定データが検出される。

周波数エンコード傾斜磁場Ｇｘもしくは測定データの検出後に横磁化を除去するためスポイラーグラジエント３２が印加される。このスポイラーグラジエント３２の後に次の高周波励起パルス３１が印加され、これによりグラジエントエコーシーケンスの次の周期が開始する。

エコー時間Ｔ_Eは高周波励起パルス３１からグラジエントエコー３４まで測定され、このエコーは周波数エンコード傾斜磁場Ｇｘの正の成分の時間的中心（図２による）に生じる。繰り返し時間つまり反復時間Ｔ_Rは２つの時間的に隣接する高周波励起パルス３１の間の時間的間隔を決定する。

図３は本発明による別のグラジエントエコーシーケンスを示す。簡略化のため図３には周波数エンコード傾斜磁場とスポイラーグラジエントだけが１つの軸上に示されている。図２とは違って同じ高周波励起パルス３１（図３の左端）から出発して３つのグラジエントエコー４１〜４３が検出されることが伺える。このため図２と同様に高周波励起パルス３１の後でいわゆるリワインダ３３が、第１のグラジエントエコー４１の測定データを検出するために周波数エンコード傾斜磁場がその極性を変更する前に印加される。周波数エンコード傾斜磁場の極性のさらなる変更後に第２のグラジエントエコー４２の測定データが検出され、最後に周波数エンコード傾斜磁場の極性のさらなる変更後に第３のグラジエントエコー４３の測定データが検出される。

リワインダは開始時にのみもしくは高周波励起パルス３１の直後に必要である。なぜならいわば極性のそれぞれの変更後には周波数エンコード傾斜磁場の第２の半分が検出すべき次のグラジエントエコーのためにこのリワインダの役割を果たすからである。

したがって、図２に示したグラジエントエコーシーケンスでは高周波励起パルス３１の後に１つのグラジエントエコー３４だけが検出されるのに対し、図３に示したグラジエントエコーシーケンスでは３つのグラジエントエコー４１〜４３がエコー時間ＴＥ₁〜ＴＥ₃で検出される。図２に示したグラジエントエコーシーケンスを用いて、図３に示したグラジエントエコーシーケンスと同じ測定データを検出するためには、したがって図２に示したグラジエントエコーシーケンスは３回実施されなければならず、その際周波数エンコード傾斜磁場Ｇｘは、１回はエコー時間ＴＥ₁で、１回はエコー時間ＴＥ₂で、１回はエコー時間ＴＥ₃でグラジエントエコーが作られて検出されるように調整されなければならないであろう。

ここで注意すべきことは、スライス選択傾斜磁場Ｇｚ（図２）でもまたは別の位相エンコード傾斜磁場Ｇｙ（図示せず）でも作業ができることである。

図４は本発明の方法のフローチャートを示す。

第１のステップＳ１では第１のフリップ角を有するグラジエントエコーシーケンスが印加され、これは印加された高周波励起パルス３１が第１のフリップ角を有することを意味する。第２のステップＳ２では第１のエコー（正確にはグラジエントエコー）が第１のエコー時間でおよびそれとは異なる第２のエコー時間で検出される。同様にして第３のステップＳ３では第１のフリップ角とは異なる第２のフリップ角を有するグラジエントエコーシーケンスが印加され、これは印加された高周波励起パルス３１が第２のフリップ角を有することを意味する。第４のステップでは第２のエコーが第１のエコー時間でおよび第２のエコー時間で検出される。

第５のステップでは第１のエコーおよび第２のエコーから４つのＭＲ画像が再構成される。より詳しく言えば、第１のフリップ角を有する高周波励起パルス３１から出発して第１のエコー時間で検出されるエコーから第１のＭＲ画像が再構成され、第１のフリップ角を有する高周波励起パルス３１から出発して第２のエコー時間で検出されるエコーから第２のＭＲ画像が再構成される。同様に第２のフリップ角を有する高周波励起パルス３１から出発して第１のエコー時間で検出されるエコーから第３のＭＲ画像が再構成され、第２のフリップ角を有する高周波励起パルス３１から出発して第２のエコー時間で検出されるエコーから第４のＭＲ画像が再構成される。

次にステップＳ６では第１の画像および第２の画像からディクソン法によりボクセル当りの第１の水磁化と第１の脂肪磁化が求められる。同様にしてステップＳ７で第３の画像および第４の画像からディクソン法によりボクセル当りの第２の水磁化と第２の脂肪磁化が求められる。

たとえば式（６）、（７）によりステップＳ８で第１および第２の水磁化並びに第１および第２の脂肪磁化に関係してボリューム部分のボクセル当りの水の密度と、脂肪の密度と、水および脂肪のＴ１時間とを別々に求めることができる。

１ 静磁場磁石
２ シムコイル
３ グラジエント磁界系
４ 高周波アンテナ
５ 磁気共鳴装置
６ 送信・受信切換器
７ 増幅器
８ 復調器
８' 受信チャネル
９ 送信チャネル
１０ 制御装置
１１ 出力
１２ 入力
１３ 端末
１４ ディスプレイ
１５ キーボード
１６ マウス
１７ 画像コンピュータ
１８ シーケンス制御装置
１９ シンセサイザ
２０ システムコンピュータ
２１ ＤＶＤ
２２ 高周波システム
２３ ベッド
Ｏ 被検査対象物
Ｍ 測定ボリューム
ＤＡＣ デジタル-アナログ変換器
ＡＤＣ アナログ・デジタル変換器

Claims (15)

1. 磁気共鳴装置（５）により被検査対象物（Ｏ）の予め決められたボリューム部分における水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求める方法において、この方法が次のステップ：
   複数のエコー時間（ＴＥ₁〜ＴＥ₃）においてグラジエントエコー（３４）を作るため傾斜磁場（Ｇ_X）を印加するステップ、
   第１のフリップ角を有する高周波パルス（３１）から出発して少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ₁〜ＴＥ₃）で第１のエコー（３４）を検出するステップ、
   ディクソン法により第１のエコー（３４）に関係してボリューム部分のボクセル当りの第１の水磁化および第１の脂肪磁化を求めるステップ、
   第２のフリップ角を有する高周波パルス（３１）から出発して少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ₁〜ＴＥ₃）で第２のエコー（３４）を検出するステップ、
   ディクソン法により第２のエコー（３４）に関係してボリューム部分のボクセル当りの第２の水磁化および第２の脂肪磁化を求めるステップ、
   各ボクセルの第１の水磁化、各ボクセルの第１の脂肪磁化、第１のフリップ角、各ボクセルの第２の水磁化、各ボクセルの第２の脂肪磁化および第２のフリップ角に関係して、ボクセル当りの水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求めるステップ
   を有する水のＴ１時間と脂肪のＴ１時間を求める方法。
2. 第１のエコーおよび／または第２のエコーが検出される少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ₁〜ＴＥ₃）の時間的に隣接する２つのエコー時間の間に同じ時間間隔が存在することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 時間間隔は、この時間間隔の間に発生する水信号と脂肪信号の間の位相差φが次の式
   

   

   に相当するように選定され、ｆは自然数、ｎは少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ₁〜ＴＥ₃）の数であることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 第１のフリップ角を有する複数の高周波パルス（３１）を印加するステップ、
   第１のフリップ角を有する１つの高周波パルス（３１）の後の第１のエコー時間（ＴＥ₁）にエコー（３４）を読み出すステップ、
   第１のフリップ角を有する１つの高周波パルス（３１）の後の第２のエコー時間（ＴＥ₂）にエコー（３４）を読み出すステップ、
   第２のフリップ角を有する複数の高周波パルス（３１）を印加するステップ、
   第２のフリップ角を有する１つの高周波パルス（３１）の後の第１のエコー時間（ＴＥ₁）にエコー（３４）を読み出すステップ、
   第２のフリップ角を有する１つの高周波パルス（３１）の後の第２のエコー時間（ＴＥ₂）にエコー（３４）を読み出すステップ
   を含み、第２のフリップ角は第１のフリップ角と異なり、第１のエコー時間（ＴＥ₁）は第２のエコー時間（ＴＥ₂）と異なる
   ことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
5. 同じ高周波パルス(３１)の後に次の高周波パルス（３１）が印加される前に複数のエコー（３４）が検出されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. さらに、
   第１のフリップ角を有する１つの高周波パルス（３１）の後の次のエコー時間（ＴＥ₃）にエコー（３４）を読み出すステップ、
   第２のフリップ角を有する１つの高周波パルス（３１）の後の次のエコー時間（ＴＥ₃）にエコー（３４）を読み出すステップ、
   を含み、前記次のエコー時間（ＴＥ₃）は第１のエコー時間（ＴＥ₁）および第２のエコー時間（ＴＥ₂）と異なり、前記次のエコー時間（ＴＥ₃）で検出されるエコー（３４）に関係してボクセル当りのＴ２^*時間が求められる
   ことを特徴とする請求項４または５記載の方法。
7. 第１のフリップ角を有する高周波パルス（３１）の後の第１のエコー時間（ＴＥ₁）に検出されるエコー（３４）に関係してボリューム部分の第１の画像が再構成され、
   第１のフリップ角を有する高周波パルス（３１）の後の第２のエコー時間（ＴＥ₂）に検出されるエコー（３４）に関係してボリューム部分の第２の画像が再構成され、
   第２のフリップ角を有する高周波パルス（３１）の後の第１のエコー時間（ＴＥ₁）に検出されるエコー（３４）に関係してボリューム部分の第３の画像が再構成され、
   第２のフリップ角を有する高周波パルス（３１）の後の第２のエコー時間（ＴＥ₂）に検出されるエコー（３４）に関係してボリューム部分の第４の画像が再構成され、
   第１の画像、第２の画像、第３の画像および第４の画像が互いにレジストレーションされ、
   ボクセル当りの第１の水磁化および第１の脂肪磁化が第１の画像および第２の画像のボクセルのデータに関係してディクソン法により求められ、
   ボクセル当りの第２の水磁化および第２の脂肪磁化が第３の画像および第４の画像のボクセルのデータに関係してディクソン法により求められる
   ことを特徴とする請求項４から６の１つに記載の方法。
8. 水磁化Ｍ_Wについての次の式
   

   

   から出発して、および脂肪磁化Ｍ_Fについての次の式
   

   

   から出発して水のＴ１時間Ｔ₁,_Wおよび脂肪のＴ１時間Ｔ₁,_Fが求められ、Ｔ_Rは時間的に連続する２つの高周波パルス（３１）の間の時間間隔、ρ_Wはボクセル内の水密度、ρ_Fはボクセル内の脂肪密度、αはフリップ角であることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の方法。
9. 各ボクセルの第１の水磁化、各ボクセルの第１の脂肪磁化、第１のフリップ角、各ボクセルの第２の水磁化、各ボクセルの第２の脂肪磁化、第２のフリップ角に関係して各ボクセルについての水密度および脂肪密度が求められることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の方法。
10. 水密度ρ_Wおよび脂肪密度ρ_Fに関係して次の式
    

    

    により各ボクセル内の水成分ＷＡが求められ、および／または
    水密度ρ_Wおよび脂肪密度ρ_Fに関係して次の式
    

    

    により各ボクセル内の脂肪成分ＦＡが求められることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 同じフリップ角β_nomを有する高周波励起パルスから出発して各ボクセルｘで調整されるフリップ角β（ｘ）が求められ、
    次の式
    

    

    により各ボクセルにおける実際のフリップ角α（ｘ）が、エコー（３４）の検出のためにそれぞれ印加されるフリップ角α_nomを有する高周波パルス（３１）に関係して計算され、
    実際のフリップ角が、水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求める際にそれぞれ第１および第２のフリップ角の代わりに使用されることを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の方法。
12. 被検査対象物（Ｏ）の予め決められたボリューム部分における水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるための磁気共鳴装置において、
    磁気共鳴装置（５）が静磁場磁石（１）と、傾斜磁場システム（３）と、少なくとも１つの高周波アンテナ（４）と、傾斜磁場システム（３）および少なくとも１つの高周波アンテナ（４）を制御し少なくとも１つの高周波アンテナ（４）により取得された測定信号を受信し測定信号を評価しＭＲデータを作るための制御装置（１０）とを有し、
    磁気共鳴装置（５）が、複数のグラジエントエコー（３４）を作るため複数の傾斜磁場（Ｇｘ）を印加し、第１のフリップ角およびこの第１のフリップ角とは異なる第２のフリップ角を有する高周波パルス（３１）を印加し、第１のフリップ角を有する高周波パルス（３１）から出発して少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ₁〜ＴＥ₃）に第１のエコー（３４）を検出し、ボリューム部分のボクセル当りの第１の水磁化および第１の脂肪磁化を第１のエコー（３４）に関係してディクソン法により求め、第２のフリップ角を有する高周波パルス（３１）から出発して少なくとも２つの異なるエコー時間（ＴＥ₁〜ＴＥ₃）に第２のエコー（３４）を検出し、ボリューム部分のボクセル当りの第２の水磁化および第２の脂肪磁化を第２のエコー（３４）に関係してディクソン法により求め、および各ボクセルの第１の水磁化、各ボクセルの第１の脂肪磁化、第１のフリップ角、各ボクセルの第２の水磁化、各ボクセルの第２の脂肪磁化、第２のフリップ角に関係して、各ボクセルの水のＴ１時間および脂肪のＴ１時間を求めるように構成されることを特徴とする磁気共鳴装置。
13. 磁気共鳴装置（５）が請求項１から１１の１つによる方法を実施するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載の磁気共鳴装置。
14. プログラムを有し磁気共鳴装置（５）のプログラム可能な制御装置（１０）の記憶装置に直接ロード可能であり、プログラムが磁気共鳴装置（５）の制御装置（１０）で実施されるときに請求項１から１１の１つに記載の方法のすべてのステップを実施するプログラム手段を有するコンピュータプログラム製品。
15. データキャリア（２１）を使用する際に磁気共鳴装置（５）の制御装置（１０）において請求項１から１１の１つに記載の方法を実施するように構成された電子的に読み取り可能な制御情報を記憶した電子的に読み取り可能なデータキャリア。

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