JP2015181851A - 磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気共鳴エラストグラフィのための新しいエコー取得方法を提供する。【解決手段】複数のデータ取得時間枠がデータ取得勾配軸上に設定される、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法及び装置が開示される。磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法及び装置は、従来技術においては使用されていない遊休時間を十分に使用して走査時間を短縮し、エコー信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することができる。【選択図】図３

Description

本発明は医療機器に関し、より詳細には磁気共鳴エラストグラフィに関する。

磁気共鳴エラストグラフィ（ＭＲＥ）の基本原理は、磁気共鳴技術を利用して外力下での体内の組織又は器官の質点変位を検出するものである。機械的な運動を生成するための励起装置を磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）機器に追加することにより、励起装置が体表面上に低周波剪断波を発生させ、運動感受性勾配パルス系列が傾斜磁場のｘ、ｙ又はｚ軸上に印加されている間、剪断波による媒体内の周期的変位が、受信信号内に周期的位相オフセットを発生させることになり、これから組織又は器官内部の種々の点の弾性係数の分布グラフ（即ち、弾性グラフ）を医療診断の基礎として得ることができる。図１は、ＭＲＥエコーデータ取得のための既存のステップを示し、これは、初めに読取り勾配軸を通してエコーデータを取得することによってＫ空間マップを得るステップと、次にＫ空間マップから磁気共鳴の位相図を得るステップと、最後に位相図から弾性グラフを得るステップとを含む。

高速グラジエントエコー系列（ＦＧＲＥ）に基づく既存の磁気共鳴エラストグラフィ（ＭＲＥ）において、パルス系列の繰返し時間（ＴＲ）は、一般に、上記の励起装置によって発生される低周波の周期の整数倍に設定される。例えば、励起装置が発生させる低周波の周波数が６０Ｈｚであるとき、ＴＲは１６．６ｍｓとなる。更にまた、幾つかの他の安全係数を考慮すると、ＭＲＥ製品パラメータの実際の設定中に、ＴＲは少なくともより長くなるように、例えば２５ｍｓに設定すべきである。これは、ＴＲの最小値を上記の低周波周期の２倍、即ち３３．３ｍｓに設定すべきであることを意味する。この結果、ＴＲ時間ごとに約８ｍｓが効率的に利用されないことになる。図２は、既存のＭＲＥエコーデータ取得における上記の持続時間の関係を示し、ここで、ｘ軸は読取り勾配方向を表し、ｙ軸は位相エンコード方向を表し、ｚ軸はスライス選択勾配を表し、正弦波２０２は励起装置によって放射される低周波を表す。図１から分かるように、従来技術においてｘ軸上に存在するエコー取得時間枠２０１は１つだけである。

更に、十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）レベルを保証するために、ＴＲは典型的には上記の低周波周期の３倍、即ち、５０ｍｓに設定される。これは、利用されない更に長い遊休時間を各ＴＲ内に生じさせる可能性がある。この場合、アレイ・スペース・センシティブ・エンコード技術（ＡＳＳＥＴ）が使用されないと、全走査時間は２６ｓとなり、アレイ・スペース・センシティブ・エンコード技術（ＡＳＳＥＴ）が使用されると、全走査時間は１３ｓとなる。ＡＳＳＥＴが使用されない場合、患者が２０ｓを超える走査時間の間息を止めることは困難であり、他方、ＡＳＳＥＴの使用は、かなりのＳＮＲ損失を生じさせることになる。走査時間が長過ぎることに伴う上記の問題は、既存のＭＲＥ製品の実装が、高速グラジエントエコー系列（ＦＧＲＥ）に基づくのではなく、その代りにエコープラナー撮像法（ＥＰＩ）を使用する傾向をもたらす。しかしながら、ＥＰＩにはかなりの画像歪みの問題があり、且つその実装は複雑である。

本発明によって解決すべき技術的問題は、信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善し、且つＭＲＥの走査時間を短縮して、従来技術における長過ぎる走査時間及び低いＳＮＲの問題を解決ことができる磁気共鳴エラストグラフィのための新しいエコー取得方法を提供することである。

この問題を解決するために、本発明は、データ取得勾配軸上に複数のデータ取得時間枠を設定するステップを含んだ、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法を提供する。

この問題を解決するために、本発明は更に、データ取得勾配軸上に複数のデータ取得時間枠を設定するための装置を備えた、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得装置を提供する。

従って、従来技術と比較して、本発明による磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法及び装置は、以下の技術的利点を有する。

１．エコーを取得するための複数のデータ取得時間枠がＴＲ内に設定されるので、従来技術においては使用されていない遊休時間を十分に利用することができる。

２．複数のエコーからの位相図が平均を取ることより合成されるので、ＭＲＥ走査に関する信号対雑音比が改善され、それゆえ走査時間が短縮される。

３．走査時間が短縮されるので、ＡＳＳＥＴを使用せずにＭＲＥ走査を完了することができ、それゆえ、患者の呼吸運動による、ＡＳＳＥＴにおける較正走査中の問題が回避される。

４．走査時間が短縮されるので、ＦＧＲＥに基づくＭＲＥ走査とＥＰＩに基づくＭＲＥ走査との間に比較可能性がある。

一般に、本発明によって示される技術的解決法は、どのような追加の間接費も伴うことなく信号対雑音比を向上させることができる。

従来技術における磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法のステップの概略図。 従来技術における磁気共鳴エラストグラフィのためのパルス系列と低周波との間の関係の概略図。 本発明による、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法のステップの概略図。 本発明による、磁気共鳴エラストグラフィのためのパルス系列と低周波との間の関係の概略図。 本発明による、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得装置の概略図。 従来技術及び本発明による、取得データの位相図及びその雑音の比較を示す概略図。 従来技術及び本発明による、選択された領域内の取得データの位相差の定量的比較を示す概略図。

添付の図面を参照しながら本発明を以下で更に説明する。

簡単にするために当業者には周知の幾つかの技術的特徴は省略する。

図３は、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコーデータ取得方法に含めることができるステップを示す。

ステップ３０１において、複数のデータ取得時間枠が、データ取得勾配軸上に設定される。

図４に示すように、ｘ、ｙ及びｚ軸は、磁気共鳴エラストグラフィにおける勾配軸であり、ｘ軸が読取り勾配方向を表し、即ち、ｘ軸はデータ取得勾配軸であり、ｙ軸が位相エンコード方向を表し、ｚ軸がスライス選択勾配方向を表すと仮定する。低周波剪断波は、図中、正弦波２０２によって示され、パルス系列の繰返し時間ＴＲは、正弦波２０２の周期の２倍に設定される。既存のデータ取得時間枠２０１に続いて、別のエコーデータ取得時間枠４０１が追加される。本発明の一実施形態によれば、新たに追加されたエコーデータ取得時間枠４０１は、当初のエコーデータ取得時間枠２０１に時間的に連続し、即ち、新たに追加されたエコーデータ取得時間枠４０１は、当初のエコーデータ取得時間枠２０１が終った直後に始まる。両者の間には時間間隔は存在しない。新たに追加されたエコーデータ取得時間枠４０１の極性は、当初のエコーデータ取得時間枠２０１の極性と同じ又は逆のいずれかとすることができる。図４は、極性が逆である例を示す。新たに追加されるエコーデータ取得時間枠４０１の持続時間は、データ取得時間枠４０１内で取得することが必要とされるデータ点の数を受信帯域幅で割って得られる値を下回らない。例えば、受信帯域幅が３１．２５ｋＨｚであり、１つのデータ取得時間枠内で９６の点を取得することが必要な場合、時間枠４０１の持続時間は、９６／３１．２５ｍｓ、即ち３．０７２ｍｓを下回らない。実際の適用において、エコーデータ取得時間枠４０１が台形であり、台形の頂部に位置する時間の間でのみデータ取得が行われ得ることを考慮すると、実際の持続時間は、約４ｍｓに設定することができる。

本発明の一実施形態によれば、エコーデータ取得時間枠４０１が新たに追加されるので、ｙ軸上のリフォーカス勾配パルス４０２及びｚ軸上の逆勾配パルス４０３の位置は、ｘ軸上の最後のデータ取得時間枠４０１の終点の後の位置に移動させるべきである。

本実施形態は、１つのエコーデータ取得時間枠４０１が追加される場合のみを示しているが、実際にはより多くのエコーデータ取得時間枠を追加することができることに言及しておくべきであろう。これらのエコーデータ取得時間枠は、連続していても又はそれらの間に時間間隔が存在してもよく、それらの極性は、同じに設定すること、例えば全て正に若しくは全て負に設定することもでき、又は２つの連続するエコーデータ取得時間枠の極性が逆（一方が正で一方が負）になるように設定することもできる。各々のデータ取得時間枠の持続時間は、そのデータ取得時間枠内で取得する必要があるデータ点の数を受信帯域幅で割って得られる値を下回らないようにすべきである。

ステップ３０２において、各々のデータ取得時間枠内で取得されたデータに関するＫ空間マップが得られる。本発明の一実施形態によれば、２つのデータ取得時間枠２０１及び４０１内で取得されたデータに関するＫ空間マップを、それぞれ得ることができる。

ステップ３０３において、各々のＫ空間マップに対応する単一エコー位相図が計算される。本発明の一実施形態によれば、両方のエコーデータ取得時間枠内のＫ空間マップに対して、それぞれフーリエ変換が施され、次いでそれらに対して、位相変調、位相減算及び位相接続が行われることにより、各々のエコーデータ取得時間枠内の単一エコー位相図が得られる。位相減算は、Ｂ０磁場、局所感受性及び渦電流の不整合によって生じる累積位相誤差を排除するためのものである。本発明の一実施形態によれば、位相減算は、各々の位相オフセットに対して、初めに運動エンコード勾配の極性が逆である２つのデータ取得を実行し、次いで２つのデータ取得からの位相に減算を適用することによって実施することができる。

ステップ３０４において、各々のＫ空間マップに対応する単一エコー位相図が計算される。本発明の一実施形態によれば、単一エコー位相図を重み付きで重ね合わせて、多重エコー位相図を得ることができる
上記のように処理された単一エコー位相図は、エコー時間（ＴＥ）に関わらず、運動によって生じる位相変化のみを含むので、これらの位相図を直接、重み付きで重ね合わせて、複数のエコーに対応する位相図を得ることができる。

本明細書で説明される重み付き重ね合わせは、全ての単一エコー位相図を単に相加平均することにより、又は、単一エコー位相図に異なる重みを与え、それにより重み付け重ね合わせを行うことにより、実施することができる。例えば、幾つかのより高品質の単一エコー位相図にはより大きい重みが与えられ、他方、幾つかのより低品質の単一エコー位相図にはより小さい重みが与えられる。

ステップ３０５において、多重エコー位相図を用いた計算により、組織の弾性分布グラフが得られる。本発明の一実施形態によれば、組織の弾性分布グラフ、即ち、硬さ分布グラフは、重み付き重ね合わせにより得られた多重エコー位相図を用いた計算によって得ることができる。

図５は、本発明による磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得装置５０１の概略図を示し、この装置は、データ取得勾配軸上に複数のデータ取得時間枠を設定するための装置５０２、各々のデータ取得時間枠内で取得されたデータに関するＫ空間マップを得るための装置５０３、各々のＫ空間マップに対応する単一エコー位相図を計算するための装置５０４、単一エコー位相図を重み付きで重ね合わせることによって多重エコー位相図を得るための装置５０５、及び多重エコー位相図から弾性分布グラフを計算するための装置５０６を含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、複数のデータ取得時間枠は連続していてもよく、又はそれらの間に時間間隔が存在してもよい。

本発明の一実施形態によれば、各々のデータ取得時間枠の持続時間は、そのデータ取得時間枠内で取得する必要があるデータ点の数を受信帯域幅で割って得られる値を下回らないようにすべきである
本発明の一実施形態によれば、複数のデータ取得時間枠の極性は、同じに、即ち全て正又は全て負にすることもでき、又は２つの連続するデータ取得時間枠の極性が逆になるようにすることもできる。

本発明の一実施形態によれば、各々のＫ空間マップに対応する単一エコー位相図を計算するための装置５０４は、２つのデータ取得を行うことによって単一エコー位相図を計算するための装置を更に含むことができ、その２つのデータ取得のための運動エンコード勾配の極性は逆である。

本発明の一実施形態によれば、各々のＫ空間マップに対応する単一エコー位相図を計算するための装置５０４は、２つのデータ取得からのデータに位相減算を適用することによって単一エコー位相図を計算するための装置を更に含むことができる。

実際のＭＲＥ機器に対する、本発明による技術的解決法のテスト結果を以下に示す。

初めに、このＦＧＲＥに基づくＭＲＥエコー系列を、複数のエコーデータを取得できるよう、図４に示すように構成する。次に、以下の走査パラメータを用いて２つのエコーのデータを取得する：ＦＯＶ＝３０ｃｍ、マトリクス・サイズ マトリクス＝２５６＊６４、ＲＢＷ＝３１．２５ｋＨｚ、ＴＲ／ＴＥ＝３３．２／２２．６ｍｓ、位相オフセット＝４単位、低周波の周波数＝６０Ｈｚ、及び走査時間＝１７ｓ。このようにして得られた１つのエコーの位相図及びその雑音を図６ｂに示し、位相差を図７ｂに示し、このようにして得られた２つのエコーの平均重ね合わせによる多重エコー位相図及びその雑音を図６ｃに示し、位相差を図７ｃに示す。比較のため、エコーデータ取得を、既存の技術によって同様に行い、その走査パラメータは上記と同じとするが、ＴＲは代りに５０ｍｓとし、全走査時間は２６ｓとする。このようにして得られた位相図及びその雑音を図６ａに示し、位相差を図７ａに示す。上記の３つの異なるタイプの走査の全てにおいて、取得は２回繰り返され、これらの２つのデータ取得のための運動エンコード勾配の極性は逆とする。これら２つのデータ取得の間の位相差は雑音と見なされ、これは平均位相により規格化され、基準スケールとして用いられる。

図６ｂは、そのＴＲが図６ａと比べて短縮されているので図６ａに比べてより大きい雑音揺らぎを示していることが分かり、図６ｃの多重エコー平均位相についての雑音レベルは、図６ｂに比べて多少改善されていることが分かり、これは、位相図を断面線でマーキングすることによって説明することができる。

２つの領域Ａ及びＢが、図７ａ、図７ｂ及び図７ｃにおいてそれぞれ選択される。規格化された後のこれら２つの選択された領域について雑音が計算され、その結果は以下の通りである。

図７ａの領域Ａの雑音は０．１５であり、図７ａの領域Ｂの雑音は０．１３である。

図７ｂの領域Ａの雑音は０．２０であり、図７ｂの領域Ｂの雑音は０．２５である。

図７ｃの領域Ａの雑音は０．１４であり、図７ｃの領域Ｂの雑音は０．１１である。

上記の定量的分析結果は図６の結果と一致し、即ち、ＴＲの短縮は、雑音の増加をもたらすことになるが、その代わり、本発明による複数のエコー取得は、このＳＮＲ損失を効率的に補償することができるのみならず、走査時間を３０％短縮した場合に従来技術と比べてＳＮＲをいくぶん向上させることもできる。

前述の実施形態は、限定的ではなく単に例証的なものであり、当業者であれば、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的な実施形態を設計することができることに留意されたい。本明細書で用いられる単語「含む」又は「備える」は、特許請求の範囲又は本明細書に記載された要素及びステップ以外の要素及びステップを排除するものではない。要素に先行する単語「ａ」又は「ａｎ」は、複数の要素の存在を排除するものではない。

２０１、４０１ エコーデータ取得時間枠
２０２ 正弦波
４０２ リフォーカス勾配パルス
４０３ 逆勾配パルス
５０１ エコー取得装置
５０２ 複数のデータ取得時間枠を設定するための装置
５０３ Ｋ空間マップを得るための装置
５０４ 単一エコー位相図を計算するための装置
５０５ 多重エコー位相図を得るための装置
５０６ 弾性分布グラフを計算するための装置

Claims (16)

1. データ取得勾配軸上に複数のデータ取得時間枠を設定するステップを含む、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得方法。
2. １）各々のデータ取得時間枠内で取得されたデータに関するＫ空間マップを得るステップと、
   ２）各々の前記Ｋ空間マップに対応する単一エコー位相図を計算するステップと、
   ３）前記単一エコー位相図を重み付きで重ね合わせることによって多重エコー位相図を得るステップと、
   ４）前記多重エコー位相図から弾性分布グラフを計算するステップと、
   を更に含む、請求項１に記載のエコー取得方法。
3. 前記複数のデータ取得時間枠が連続する、請求項１に記載のエコー取得方法。
4. 各々の前記データ取得時間枠の持続時間が、前記データ取得時間枠内で取得する必要があるデータ点の数を受信帯域幅で割って得られる値を下回らない、請求項１に記載のエコー取得方法。
5. 前記複数のデータ取得時間枠の極性が同じである、請求項１に記載のエコー取得方法。
6. 前記複数のデータ取得時間枠のうちの２つの隣接するデータ取得時間枠の極性が逆である、請求項１に記載のエコー取得方法。
7. 前記単一エコー位相図が、運動エンコード勾配の極性が逆である２つのデータ取得を実行することによって計算される、請求項２に記載のエコー取得方法。
8. 前記単一エコー位相図が、前記２つのデータ取得からのデータに位相減算を適用することによって計算される、請求項７に記載のエコー取得方法。
9. データ取得勾配軸上に複数のデータ取得時間枠を設定するための装置を含む、磁気共鳴エラストグラフィのためのエコー取得装置。
10. １）各々のデータ取得時間枠内で取得されたデータに関するＫ空間マップを得るための装置と、
    ２）各々の前記Ｋ空間マップに対応する単一エコー位相図を計算するための装置と、
    ３）前記単一エコー位相図を重み付きで重ね合わせることによって多重エコー位相図を得るための装置と、
    ４）前記多重エコー位相図から弾性分布グラフを計算するための装置と、
    を更に含む、請求項９に記載のエコー取得装置。
11. 前記複数のデータ取得時間枠が連続する、請求項９に記載のエコー取得装置。
12. 各々の前記データ取得時間枠の持続時間が、前記データ取得時間枠内で取得する必要があるデータ点の数を受信帯域幅で割って得られる値を下回らない、請求項９に記載のエコー取得装置。
13. 前記複数のデータ取得時間枠の極性が同じである、請求項９に記載のエコー取得装置。
14. 前記複数のデータ取得時間枠のうちの２つの隣接するデータ取得時間枠の極性が逆である、請求項９に記載のエコー取得装置。
15. 各々の前記Ｋ空間マップに対応する前記単一エコー位相図を計算するための前記装置が、運動エンコード勾配の極性が逆である２つのデータ取得を実行することによって前記単一エコー位相図を計算するための装置を更に含む、請求項１０に記載のエコー取得装置。
16. 各々の前記Ｋ空間マップに対応する前記単一エコー位相図を計算するための前記装置が、前記２つのデータ取得からのデータに位相減算を適用することによって前記単一エコー位相図を計算するための装置を更に含む、請求項１５に記載のエコー取得装置。