JP2015196096A - 磁気共鳴イメージング装置、方法及びプログラム - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置、方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ＡＴＴの影響を抑えつつ、オフレゾナンスアーチファクトを低減することができる磁気共鳴イメージング装置、方法及びプログラムを提供する。【解決手段】磁気共鳴イメージング装置２０は、システム制御部２２と、シーケンス制御部３０と、データ処理部４２とを備える。システム制御部２２は、タグ領域とコントロール領域とをイメージング領域に対して対向する位置に設定する。シーケンス制御部３０は、タグ領域に対して第１のＲＦパルス及びスポイラー傾斜磁場を連続的に印加することによりタグ領域内の原子核の縦磁化成分を飽和させた状態で、イメージング領域から第１のＭＲ信号を収集し、コントロール領域に対して、中心周波数が第１のＲＦパルスの中心周波数と略同一の第２のＲＦパルスを連続的に印加して、イメージング領域から第２のＭＲ信号を収集する。データ処理部４２は、第１のＭＲ信号及び第２のＭＲ信号の差分に基づいて画像を生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置、方法及びプログラムに関する。
従来、磁気共鳴イメージング装置による撮像法として、ＡＳＬ（Arterial Spin Labeling）が知られている。ＡＳＬは、非造影ＭＲＡ（Magnetic Resonance Angiography）の適用において特に関心の高い手法である。また、ＡＳＬをベースとした異なる種類のＭＲＡとして、ＰＡＳＬ（Pulsed ASL）及びｐＣＡＳＬ（Pseudo-Continuous ASL）がある。ＰＡＳＬは、標識化に単一の反転パルスを用いる撮像法であり、動脈通過時間（Arterial Transit Time：ＡＴＴ）の影響を受けやすいことが知られている。また、ｐＣＡＳＬは、オフレゾナンスアーチファクトが生じやすいことが知られている。
米国特許第６，５６４，０８０号
Ｔａｎ他、「頭蓋内動脈の高速反転回復型磁気共鳴血管造影法（Fast Inversion Recovery Magnetic Resonance Angiography of the Intracranial Arteries）」、Magnetic Resonance in Medicine、６３：１６４８‐１６５８（２０１０） Ｄａｉ他、「パルス高周波及び傾斜磁場を用いた動脈スピン標識化の連続的フロー駆動反転（Continuous Flow-Driven Inversion for Arterial Spin Labeling Using Pulsed Radio Frequency and Gradient Fields）」、Magnetic Resonance in Medicine、６０：１４８８‐１４９７（２００８） Ｗｕ他、「疑似連続動脈スピン標識化及び加速３Ｄラジアル撮像を用いた非造影３次元頭蓋内磁気共鳴血管造影法（Noncontrast-Enhanced Three-Dimensional (3D) Intracranial MR Angiography Using Pseudocontinuous Arterial Spin Labeling and Accelerated 3D Radial Acquisition）」、Magnetic Resonance in Medicine、６９：７０８‐７１５（２０１３） 木村徳典、「Modified STAR using asymmetric inversion slabs（ＡＳＴＡＲ）法による非侵襲血流イメージング」、日本磁気共鳴医学会雑誌、２０巻、８号、３７４〜３８５ページ（２０００） Ｏｕｙａｎｇ他、「疑似連続移動に影響を受けない標識化手法（Pseudo-Continuous Transfer Insensitive Labeling Technique）」、Magnetic Resonance in Medicine、６６：７６８‐７７６（２０１１）
本発明が解決しようとする課題は、以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ＡＴＴの影響を抑えつつ、オフレゾナンスアーチファクトを低減することができる磁気共鳴イメージング装置、方法及びプログラムを提供することである。
実施形態に係る磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置は、システム制御部と、シーケンス制御部と、データ処理部とを備える。システム制御部は、タグ領域とコントロール領域とをイメージング領域に対して対向する位置に設定する。シーケンス制御部は、前記タグ領域に対して第１のＲＦパルス及びスポイラー傾斜磁場を連続的に印加することにより前記タグ領域内の原子核の縦磁化成分を飽和させた状態で、前記イメージング領域から第１のＭＲ信号を収集し、前記コントロール領域に対して、中心周波数が前記第１のＲＦパルスの中心周波数と略同一の第２のＲＦパルスを連続的に印加して、前記イメージング領域から第２のＭＲ信号を収集する。データ処理部は、前記第１のＭＲ信号及び前記第２のＭＲ信号の差分に基づいて画像を生成する。
図１は、一実施形態に係る改良されたＡＳＬイメージングに適したＭＲＩ装置の大まかな概略ブロック図である。 図２は、第１の従来のＡＳＬイメージング手法によるイメージング領域及びタグ領域の位置を示す概略図である。 図３Ａは、第２の従来のＡＳＬイメージング手法によるイメージング領域、タグ領域、及びコントロール領域の位置を示す概略図である。 図３Ｂは、第２の従来のＡＳＬイメージング手法によるタグパルスシーケンス及びコントロールパルスシーケンスを示す概略図である。 図４Ａは、第３の従来のＡＳＬイメージング手法によるイメージング領域、タグ領域、及びコントロール領域の位置を示す概略図である。 図４Ｂは、第３の従来のＡＳＬイメージング手法によるタグパルスシーケンス及びコントロールパルスシーケンスを示す概略図である。 図５は、一実施形態に係るイメージング領域、タグ領域、及びコントロール領域の位置を示す概略図である。 図６は、一実施形態に係るタグパルスシーケンス及びコントロールパルスシーケンスを示す概略図である。 図７は、一実施形態に係る改良されたＡＳＬイメージングの手法のフローチャートである。
図１に示すＭＲＩ装置２０は、ガントリ１０（概略断面で示す）と、これに接続された各種の関連システム構成要素とを有する。少なくともガントリ１０は、通常はシールドルーム内に配置される。図１に示すＭＲＩ装置２０の構造は、実質的に同軸の円筒形に配置された静磁場（Ｂ０）磁石１２と、Ｇｘ、Ｇｙ、及びＧｚの傾斜磁場コイルセット１４と、大型の全身用ＲＦ（Radio Frequency）コイル（Whole Body RF Coil：ＷＢＣ）アセンブリ１６とを有する。この円筒形に配置される要素の横軸に沿って、寝台１１によって支持された被検体９の頭部を実質的に取り囲むように、イメージングボリューム１８が示される。１又は複数のより小型のアレイＲＦコイル１９を、イメージングボリューム１８内で被検体９の頭部に、より近接して結合してもよい。当業者には明らかなように、表面コイル等のように、ＷＢＣと比較して小さいコイルやアレイコイルは、特定の身体部分（例えば、腕、肩、肘、手首、膝、脚、胸、背骨等）に合わせて設計されることが多い。以後、そのような小型ＲＦコイルを、アレイコイル（Array Coil：ＡＣ）又はフェーズドアレイコイル（Phased Array Coil：ＰＡＣ）と呼ぶ。これらは、ＲＦ信号をイメージングボリューム１８内に送信するように構成された少なくとも１つのコイルと、イメージングボリューム１８において、上記の例における被検体９の頭部等の被検体からのＲＦ信号を受信するように構成された複数の受信コイルとを含んでもよい。
ＭＲＩシステム制御部２２は、ディスプレイ２４、キーボード２６、及びプリンタ２８に接続された入出力ポートを有する。当然のことながら、ディスプレイ２４は、制御入力もできるようにタッチスクリーンタイプのものであってもよく、マウス等の入出力装置を設けてもよい。
ＭＲＩシステム制御部２２はＭＲＩシーケンス制御部３０に接続され、ＭＲＩシーケンス制御部３０は、Ｇｘ、Ｇｙ、及びＧｚの傾斜磁場コイルドライバ３２、ならびにＲＦ送信機３４及び送受信スイッチ３６（同じＲＦコイルが送信と受信の両方に使用される場合）を制御する。ＭＲＩシーケンス制御部３０は、パラレルイメージングを含むＭＲＩイメージング（核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance：ＮＭＲ）イメージングとしても知られている）技術を実装するための適切なプログラムコード構造３８を含む。以下に説明するように、診断ＭＲＩ画像の取得元であるタグ画像及びコントロール画像を得るために、所定のタグパルスシーケンス及び所定のコントロールパルスシーケンスを適用するようにＭＲＩシーケンス制御部３０を構成してもよい。また、ＭＲＩシーケンス制御部３０は、ＥＰＩイメージングやパラレルイメージング用に構成されてもよい。さらに、ＭＲＩシーケンス制御部３０により、１回以上の準備スキャン（プリスキャン）シーケンス、及びメインスキャンＭＲ画像（診断画像と呼ぶこともある）を取得するためのスキャンシーケンスを容易にできる。
ＭＲＩ装置２０は、ディスプレイ２４に送られる処理画像データを生成するために、入力をＭＲＩデータ処理部４２に送るＲＦ受信機４０を有する。また、ＭＲＩデータ処理部４２は、前に生成されたＭＲデータ、画像やマップ、システム構成パラメータ４６、ＭＲＩ画像再構成プログラムコード構造４４及び５０にアクセスするように構成される。
また図１に、ＭＲＩ装置２０が有するプログラム記憶装置５０の一般的な説明を示す。プログラム記憶装置５０では、（例えば、以下に説明するように、コントロール画像及びタグ画像の画像再構成や、差分画像の生成のための）格納されたプログラムコード構造が、ＭＲＩ装置２０の各種データ処理構成要素へアクセス可能な非一時的コンピュータ可読記憶媒体に格納される。当業者には明らかなように、プログラム記憶装置５０をセグメント化して、少なくとも一部分を、ＭＲＩ装置２０の処理コンピュータのうち、通常操作においてそのような格納されたプログラムコード構造を最優先で必要とする別のコンピュータに直接接続してもよい（すなわち、ＭＲＩシステム制御部２２に普通に格納したり直接接続したりするのではなく）。
実際に、当業者には明らかなように、図１は、後述する例示的実施形態を実現するために変更された典型的なＭＲＩ装置２０の非常に大まかな概略図を示したものである。システム構成要素は、様々な論理集合の「ボックス」に分割することができ、通常、多数のデジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor：ＤＳＰ）と、マイクロプロセッサと、専用処理回路（例えば、高速ＡＤ変換用、高速フーリエ変換用、アレイ処理用等）とを含む。これらのプロセッサの各々は、通常、クロック制御された「状態マシン」であり、物理データ処理回路は、クロックサイクル（又は、所定数のクロックサイクル）毎に、ある物理状態から別の物理状態に移る。
処理回路（例えば、ＣＰＵ、レジスタ、バッファ、演算装置）の物理状態が、操作過程であるクロックサイクルから別のクロックサイクルに徐々に変化するだけでなく、関連データ記憶媒体の物理状態（例えば、磁気記憶媒体内のビット記憶場所）も、このようなシステムの動作過程において、ある状態から別の状態に変換される。例えば、画像再構成処理や、時として以下に説明するようなコントロール画像及びタグ画像からの差分画像生成の終了時に、物理的記憶媒体内のコンピュータ可読でアクセス可能なデータ値の記憶場所の配列は、ある先行状態（例えば、全て一様に「０」値、又は全て「１」値）から新しい状態に変換され、そのような配列における物理的場所の物理状態は、最小値と最大値との間で変化して、実世界の物理的事象及び物理的条件（例えば、イメージングボリューム空間内の内部物理構造）を表す。当業者には明らかなように、命令レジスタに順次読み込まれＭＲＩ装置２０の１つ以上のＣＰＵによって実行されたときに、ＭＲＩ装置２０内で特定のシーケンスの動作状態を引き起こし遷移させる特定構造のコンピュータ制御プログラムコードと同様に、そのような格納データ値の配列は物理的構造を表し構成する。
ＭＲＡ（Magnetic Resonance Angiography）は、血管画像の取得に用いられるＭＲＩ技術のひとつである。ＭＲＡは、狭窄（異常に狭い箇所）等の異常を検出する目的で、動脈（時には静脈）の画像を生成するためによく用いられる。血流効果すなわちコントラストに基づく画像生成には、様々な手法が用いられる。造影法では、撮像する被検体に造影剤を注入する必要があるが、非造影ＭＲＡでは造影剤が不要である。
ある種類の非造影ＭＲＡでは、選択励起によって事前に飽和させた領域に流入する血液の流入効果を用いる。この種のＭＲＡには、いわゆるタイムオブフライト（Time-Of-Flight：ＴＯＦ）及びスピン標識法又はタグ付け法がある。ＴＯＦは非造影ＭＲＡのひとつであり、短いエコー時間と流速補正を用いて、血流を静止組織よりも明るく見せる。
ＡＳＬは、非造影ＭＲＡの適用において特に関心の高い手法である。ＴＯＦと同様に、ＡＳＬは撮像するボリュームに流入する血液に基づくが、ＡＳＬでは、別々のコントロールパルスシーケンスとタグパルスシーケンスとを用いて、流入する血液のスピンを別々に標識化（すなわちタグ付け）する。コントロールパルスシーケンス及びタグパルスシーケンスに基づいて、別々の画像が生成される。コントロールパルスシーケンスに基づいて生成される画像は「コントロール画像」と呼ばれ、タグパルスシーケンスに基づいて生成される画像は「タグ画像」と呼ばれる。コントロール画像からタグ画像の、又はタグ画像からコントロール画像の差分を取ることで、背景がほとんどないＭＲＡ画像を取得できる。
ＰＡＳＬ及びｐＣＡＳＬは、非特許文献において提案されている２つの異なる種類のＡＳＬベースのＭＲＡである。
非特許文献１には、ＰＡＳＬが記載されている。ＰＡＳＬでは、標識化に単一の反転パルスを用いる。具体的には、非特許文献１で説明される手法では、第１の反転サイクルにおいて非選択的反転パルスが印加されることで、反転された血液の信号を無効にするように反転時間（Inversion Time：ＴＩ）が選択される。第２の反転サイクルでは、選択的反転パルスが対象の軸方向イメージングスラブに印加される。反転スラブの近位にある血液は、第１の反転サイクルと同じＴＩに設定された所定の流入期間中、完全に又は強力に磁化されたままイメージングスラブに流入する。２つの反転サイクルから取得された信号間の複合差分により、イメージングスラブ内の静止組織が排除され、磁化された流入血液により血管造影図が生成される。
ただし、ＰＡＳＬ ＭＲＡは、ＴＩの選択に極めて影響されやすい。ＰＡＳＬをＭＲＡに適用する際の制限は、主に、標識化（タグ付け）されたスピンがタグスラブからイメージングスラブに流入するまでのＡＴＴが長く、変動することに起因する。
例えば、図２に示すように、健常者の脳において、ＰＡＳＬ ＭＲＡのタグスラブ２０４は通常幅が１０ｃｍより大きく、ＦＯＶ内の内頚動脈（Internal Carotid Artery：ＩＣＡ）全体及びウィリス動脈輪（Circle of Willis：ＣＯＷ）の一部をカバーする。したがって、タグスラブ２０４の上端（すなわち、イメージングスラブ２０２に近い端）からイメージングされる脳実質までのＡＴＴ（τｍｉｎ）は、イメージングスライス２０２の位置に応じて６５〜８００ｍｓであり、タグスラブ２０４の下端（すなわち、イメージングスラブ２０２から遠い端）から上端までのＡＴＴは、４００〜８００ｍｓ（τｍａｘ−τｍｉｎ）となる。τは、標識化された血液がイメージングスラブ２０２の中心点に到達するまでの時間として決定してもよい。ＰＡＳＬでは、イメージング領域内で十分に強力なＡＳＬ信号を生成する目的で、十分な量の血液がタグ付けされるよう、タグスラブがかなりの幅に設定される。
したがって、イメージングされる組織におけるＡＴＴが長くなり変動することから、ＰＡＳＬ ＭＲＡの適用には、一般に、Ｔ１回復によってタグが減衰することで、血液信号が低下したり、画像にボケが生じたりするという課題がある。
ｐＣＡＳＬでは、フリップ角の小さい一連の個々のパルスを用いて連続的なタグ付けを行う。非特許文献２及び非特許文献３には、ｐＣＡＳＬを用いたＭＲＡ技術が記載されている。ｐＣＡＳＬは、パルスＣＡＳＬとも呼ばれる。
図３Ａに、ｐＣＡＳＬの構成を示す。ｐＣＡＳＬでは、タグ面３０４をイメージング領域３０２下方のＩＣＡレベル付近に配置する。
ｐＣＡＳＬ ＭＲＡでは、細長いタグ面において連続タグ付けを行うので、ＡＴＴの影響を受けない。非特許文献２では、専用のハードウェアを必要としない連続タグ付けの手法を紹介している。ｐＣＡＳＬ ＭＲＡのタグ付け時間は１〜５秒に設定されるので、イメージング時には、イメージングスラブ内のタグ付けされた血液信号が定常状態になる。非特許文献３に記載の手法では、タグ付け段階のＲＦ位相周期は、標識面のスピンが同じ位相のＲＦパルスに向くように設定される。この状態で、この標識面を通過するスピンは断熱反転される。コントロール状態でのＲＦパルス列及び傾斜磁場は、標識化状態でのＲＦパルス列及び傾斜磁場と同じである一方、標識化面のスピンが、前のパルスに対してπの位相を有するＲＦパルスに向くように、ＲＦ位相が周期を成すので、通過するスピンへの影響が制限される。非特許文献３の実施では、持続時間５００ｍｓのハニング窓型ＲＦパルスが、１２００ｍｓの間隔で周期的に印加された。非特許文献２に記載のｐＣＡＳＬでは、持続時間５００μｓのハニング窓型ＲＦパルスを印加する。２つのハニングパルスの間隔は１５００μｓ、標識化持続時間は１．５秒である。しかしながら、ｐＣＡＳＬ ＭＲＡの主な課題のひとつとして、オフレゾナンスアーチファクトの影響を非常に受けやすいことがある。ｐＣＡＳＬにおけるオフレゾナンスアーチファクトは、頚部付近でタグ付けを行う頭蓋内への適用において特に顕著である。図３Ｂに、タグパルスシーケンス３１２及びコントロールパルスシーケンス３１４を有するｐＣＡＳＬパルスシーケンスの例を示す。図示のとおり、タグパルスシーケンス及びコントロールパルスシーケンスとして、それぞれ０°位相パルス（例えば、フリップ角約２０°）のシーケンス及び１８０°位相パルスのシーケンスを、同じ又は同様の傾斜磁場Ｇｚで印加する。ただし、ｐＣＡＳＬは多くのパラメータに影響される。
ＡＳＴＡＲ（Asymmetric Signal Targeting Alternating Radiofrequency）は、ＰＡＳＬのＳＴＡＲ（Signal Targeting Alternating Radiofrequency）の変形であり、コントロール部とタグ部との非対称な反転スラブを用いた灌流（すなわち、血流）の測定に用いられる（例えば、非特許文献４及び特許文献１を参照）。ここに、本明細書の一部を構成するものとして、特許文献１の内容を援用する。ＳＴＡＲには、静脈流入血の抑制や、タグとコントロールとの間の磁化移動効果の不一致に起因する静止組織信号の均衡化に関連する課題があるが、ＡＳＴＡＲはそのような課題をうまく克服している。
ＡＳＴＡＲの構成（例えば、タグ領域、コントロール領域、イメージング領域それぞれの位置）を図４Ａに示す。コントロールスラブ４０６が静脈を有する組織に重ならないように、コントロールスラブ４０６とタグスラブ４０４を、同じオフセットと変調周波数を保ったまま、イメージング領域４０２に対して空間的に非対称に配置してもよい。
ＡＳＴＡＲのパルスシーケンスを図４Ｂに示す。図示のとおり、タグパルスシーケンス４１２及びコントロールパルスシーケンス４１４が用いられ、それぞれタグスラブ４０４及びコントロールスラブ４０６に印加される。タグパルスシーケンス４１２は１つの選択的反転パルス（例えば、１８０°パルス）で構成され、コントロールパルスシーケンス４１４は、標識化パルスと同じ１つのパルスで構成されるが、振幅が大きい傾斜磁場で印加される。
本明細書に開示する実施形態は、ｐＡＳＴＡＲ（Pseudo-continuous ASTAR）と呼ばれる、ＭＲＡ用の新規のｐＣＡＳＬを含む。ｐＡＳＴＡＲは従来のＡＳＴＡＲの変形で、特に、ＰＡＳＬ ＭＲＡにおけるＡＴＴ感受性の課題を克服するとともに、ｐＣＡＳＬ ＭＲＡにおけるオフレゾナンスアーチファクトを低減するという利点がある。
本実施形態では、ＭＲＩシステム制御部２２が、タグ領域とコントロール領域とをイメージング領域に対して対向する位置に設定する。また、ＭＲＩシーケンス制御部３０が、タグ領域に対して第１のＲＦパルス（タグパルス）及びスポイラー傾斜磁場を連続的に印加することによりタグ領域内の原子核の縦磁化成分を飽和させた状態で、イメージング領域から第１のＭＲ信号を収集し、コントロール領域に対して、中心周波数が第１のＲＦパルスの中心周波数と略同一の第２のＲＦパルス（コントロールパルス）を連続的に印加して、イメージング領域から第２のＭＲ信号を収集する。また、ＭＲＩデータ処理部４２が、第１のＭＲ信号及び第２のＭＲ信号の差分に基づいて画像を生成する。
例として、頭蓋内ＭＲＡにおけるｐＡＳＴＡＲの構成を図５に示す。タグ領域の幅は、タグ領域からイメージング領域までの動脈通過時間が実質的に一様になるように設定される。例えば、ｐＡＳＴＡＲのタグスラブ５０４は非常に薄いスライス（約１〜５ｃｍ）に縮小され、タグ付け位置はＣＯＷ付近に配置される。この構成条件下では、タグスラブ５０４からイメージングスライス５０２までのＡＴＴはほぼ一様であり、ＩＣＡからＣＯＷまで余分なＡＴＴがかからないので、Ｔ１回復による信号損失が低減される。コントロールスラブ５０６は、例えば、コントロール領域によってマーキングされた血液が、例えば静脈を通ってイメージング領域に流入する領域の外側に配置される。
ｐＡＳＴＡＲのパルスシーケンスの例を図６に示す。ｐＡＳＴＡＲのパルスシーケンスは、タグパルスシーケンス６１２及びコントロールパルスシーケンス６１４を含む。ＡＳＴＡＲのシーケンス（例えば、図４Ｂに示すシーケンス）と比較すると、ｐＡＳＴＡＲのシーケンスには少なくとも３つの変更点がある。すなわち、（ａ）ＡＳＴＡＲは標識化に反転パルスを用いるのに対し、ｐＡＳＴＡＲは標識化にフリップ角が９０°〜１８０°の飽和パルスを用いること、（ｂ）ＡＳＴＡＲは単一の標識化パルスを用いるのに対し、ｐＡＳＴＡＲはタグパルスの繰り返しを用いて、振幅可変のスポイラー傾斜磁場及び遅延を適用し、タグパルスによるタグ付けの持続時間は１〜３秒の範囲であること、（ｃ）ＡＳＴＡＲは単一のコントロールパルスを用いるのに対し、ｐＡＳＴＡＲではコントロールパルスシーケンスにタグパルスシーケンスと同じ数の飽和パルスが含まれること、である。例えば、タグパルスシーケンスに含まれる飽和パルスとコントロールパルスシーケンスに含まれる飽和パルスとは、フリップ角が同じである。
ｐＡＳＴＡＲ及びその応用には、従来のＡＳＬ ＭＲＡと比較して多数の利点がある。ＰＡＳＬ ＭＲＡと比較すると、ｐＡＳＴＡＲ ＭＲＡでは連続的にタグ付けを行うため、ＡＴＴから実質的な影響を受けない。また、ｐＡＳＴＡＲでは、イメージングスラブのより近くにタグスライスを配置するので、タグスラブからイメージングスライスまでのＡＴＴが短縮され得る。また、ｐＡＳＴＡＲでは、タグ領域をイメージング領域のより近くに配置するので、Ｔ１回復による標識化された血液の信号損失が低減される。例えば、頭部の撮像では、タグ領域は、頚部よりイメージング領域に近い位置に設定される。
オフレゾナンス効果の影響を非常に受けやすいｐＣＡＳＬ及びｐＴＩＬＴ（非特許文献５）と比較すると、ｐＡＳＴＡＲは不均一な磁場によるアーチファクトの影響を比較的受けにくく、したがって標識化効率はＢ０の不均一性に実質的に影響されない。例えば、ｐＣＡＳＬで用いられる特定のＲＦパルスはＢ０の影響をかなり受けるが、ｐＡＳＴＡＲで用いられるＲＦパルスは、Ｂ０の不均一性の影響を比較的受けにくい。ＡＳＬ ＭＲＡのタグ付け場所は通常、磁場マップが不均一である頚部付近であるので、頭蓋内ＭＲＡイメージングにおいて特に効果的である。
さらに、スピン速度の作用におけるタグ付け効率が一様でない（例えば、速い血流では効率が高く、遅い血流では効率が低い）ｐＣＡＳＬと比較して、ｐＡＳＴＡＲの速度特性はより一様であり、速い血流と遅い血流の両方でタグ付け効率が実質的に同じである。このため、ｐＡＳＴＡＲは心電図同期を用いない用途にも利用可能である。
さらに、タグパルスの性質のためＲＦのデューティー比が５０％を超えるｐＣＡＳＬと比較すると、ｐＡＳＴＡＲはＲＦデューティー比が小さい（例えば、約２０％）ので、生成するＲＦパワーが小さい。このため、撮像対象により吸収されるＲＦパワーに対する比吸収率（Specific Absorption Rate：ＳＡＲ）が、より好ましいものとなる。
図７は、１又は複数の実施形態に係る、改良されたＡＳＬ画像を取得するための方法７００を示したものである。方法７００は、ＭＲＩシステム制御部２２、ＭＲＩシーケンス制御部３０、及び、ＭＲＩデータ処理部４２によって実行される。なお、方法７００の工程７０２〜７１４の１又は複数は、図７に示す順序以外の順序で実行してもよい。また、１又は複数の操作を実行しなくてもよく、１又は複数の操作を１又は複数の他の操作と組み合わせてもよい。
方法７００は工程７０２から始まる。工程７０４では、被検体及びＭＲＩ装置がｐＡＳＴＡＲを用いた撮像に向けて準備される。工程７０４には、ＭＲＩ装置の送信コイルや受信コイルに対して撮像対象の被検体又は被検体の部位を位置決めする工程や、撮像を行うために一般的なパラメータや構成オプションを設定する工程が含まれてもよい。
図５に関連して上述した例は、ｐＡＳＴＡＲを被検体の頭蓋内の一領域の撮像に適用したものである。しかしながら、ｐＡＳＴＡＲは、ＭＲＩ装置の構成と被検体の位置決めを適切に行えば、被検体の腎臓、脚、特定の筋肉等の部位の撮像にも適用可能である。以下に説明するように、所定の構成（例えば、タグスライスの厚さ、タグパルスの数、タグ付けの合計持続時間、タグパルス間の時間遅延）は、被検体画像の選択した特徴に基づいた方法で調整できる。例えば、撮像する身体又は臓器の特定部位の血流速度に応じて設定されたり、調整されたりしてもよい。
３Ｄイメージングの実施形態では、ＭＲＩシーケンス制御部３０が、効率が改善されるようなパルス間隔を決定するために、独立した準備スキャンとして、３Ｄシーケンスに対応する２ＤシーケンスをＲＦパルスの間隔を変更しながら実行して、第１のＲＦパルスの間隔を決定する。また、実施形態によっては、ＭＲＩシーケンス制御部３０が、独立した準備スキャンとして、３Ｄシーケンスに対応する２Ｄシーケンスをタグ領域の厚さを変更しながら実行して、タグパルスが印加されるタグ領域の厚さを決定する。
工程７０６では、ＭＲＩシステム制御部２２が、ｐＡＳＴＡＲによるタグ領域、コントロール領域、及びイメージング領域を設定する。一実施形態によると、タグ領域は、厚さ１〜５ｃｍに設定された薄いスライスである。タグ領域用に設定される他のパラメータには、被検体に対するタグ領域の場所、スライスの角度（例えば、ｚ軸に対する傾き）等がある。例えば、タグ領域の場所は、タグスライスの中心を識別することで特定してもよい。スライスの角度は、例えば、ｚ軸を被検体の体軸に対応するものとして、ｚ軸に対する角度で特定してもよい。初期設定では、各スライス（すなわち、タグ領域、イメージング領域、コントロール領域）は、ｚ軸を横断するように（すなわち、直角に）設定される。イメージング用途によっては、イメージング領域をｚ軸に対して直角以外の角度とすることが望ましい場合がある。例えば、頭蓋内領域及び髄腔内領域における脳脊髄液（CerebroSpinal Fluid：ＣＳＦ）の動き等の対象被検体を観察するために、タグ領域及びコントロール領域は、被検体に対して斜めに設定される。
コントロール領域及びイメージング領域についても、厚さ、場所、角度等をそれぞれ構成できる。また、実施形態によっては、イメージング領域に複数のスライスを構成してもよい。イメージング領域が２以上のスライスを有するように構成される場合、各スライスは個別のＭＲＩ画像となる。図５に、頭蓋内に適用する場合の、ｐＡＳＴＡＲに係るタグスラブ５０４、イメージングスライス５０２、及びコントロールスラブ５０６の配置の例を示す。スライスやスラブの厚さ、角度、場所等の構成は、撮像する特定の被検体に応じて別々に設定してもよい。例えば、タグスライス厚さの構成は、撮像する被検体に関連する血流速度に応じて異なってもよい。
タグ領域は、イメージング領域から特定の距離に配置される必要はなく、この距離（例えば、タグ領域のｚ軸中心からイメージング領域のｚ軸中心までの距離）は、被検体の体の撮像対象部位に応じて設定してもよい。タグ領域を薄くすると、最終画像に含まれるタグスライスのプロファイルエラーが、あるとしても最小限になる。一実施形態によると、コントロール領域は、イメージング領域へと伸びる静脈を含む領域の完全に外側に配置される。例えば、図５に示す頭蓋内への適用例では、コントロールスラブ５０６は静脈を含む脳の領域の完全に外側に配置される。
工程７０８では、ＭＲＩシステム制御部２２が、ｐＡＳＴＡＲによる少なくとも１つのパルスシーケンスを構成する。一実施形態によると、構成されたｐＡＳＴＡＲパルスシーケンスには、タグパルスシーケンス及びコントロールパルスシーケンスが含まれる。図６に、タグパルスシーケンス６１２及びコントロールパルスシーケンス６１４の例を示す。
実施形態によっては、タグパルスシーケンス及びコントロールパルスシーケンスは、それぞれイメージングパルス列を有するように構成される。このため、実施形態によっては、タグパルスシーケンスはタグパルス列及びイメージングパルス列を有し、コントロールパルスシーケンスはコントロールパルス列及びイメージングパルス列を有する。
タグパルス列に関して、タグパルスの数、タグパルス列の合計持続時間、及びタグパルス間の時間遅延は、撮像対象の被検体の血流速度に応じて調整できる。実施形態によっては、フリップ角やタグパルスのパルス幅を設定できる。
一実施形態によると、タグパルスシーケンス６１２は、１〜３秒の間隔で複数の短いパルスを印加する疑似連続タグ付けを含んでもよい。タグ付けの間隔を１〜３秒と比較的長くすると、そのタグ付けで完全な心臓周期をカバーできる。すなわち、タグパルスは、心臓周期より長い時間印加される。タグパルスの間隔は、撮像対象の被検体又は臓器の血流速度に応じた方法で、２０〜４０ｍｓに設定されてもよい。タグパルス間の間隔や、１つのタグパルス幅と２つのパルス間の間隔との合計を、撮像対象の臓器又は被検体の血流速度に反比例するように構成してもよい。複数の短いパルスには、フリップ角が９０°より大きく１８０°より小さい飽和パルスを用いる。
頭蓋内の血流の撮像にＭＲＡを適用する例では、タグスライスの厚さと、２つの連続したタグパルス間の間隔は、特に頭蓋内の血流と一致するように調整される。一実施形態によると、１つのタグ付けセグメントは、タグパルス（６ｍｓ）、振幅可変のスポイラー傾斜磁場（４ｍｓ）、及び連続したパルス間の時間遅延（２０ｍｓ）を含むので、この例の１回のタグ付けの持続時間は３０ｍｓである。合計で３秒のタグ付けを行うには、タグパルス列に１００回のタグ付けの繰り返しを含める。タグ領域の厚さを１ｃｍに構成する場合、タグ付けは０〜３３．３ｃｍ／秒の速度を感受する。この速度は、頭蓋内血流の通常範囲である。
また、例えば、タグパルスの数は、５つ未満に設定される。この場合に、各タグパルスのフリップ角は、それぞれの合計が９０°以上になるように設定される。例えば、タグパルスが４つの場合には、各タグパルスのフリップ角が２２．５°に設定される。また、例えば、タグ領域の幅は、同じ血液が２回タグ付けされないような長さに設定される。
工程７１０では、ＭＲＩシーケンス制御部３０が、構成されたタグパルスシーケンス及びコントロールパルスシーケンスを実行する。タグパルスシーケンスのタグパルス列がタグ領域に印加され、コントロールパルスシーケンスのコントロールパルス列がコントロール領域に印加される。コントロールパルスはタグパルスと対で機能し、イメージングスラブ内の磁化移動（Magnetization Transfer：ＭＴ）効果を打ち消すために印加される。一実施形態によると、タグパルス列又はコントロールパルス列の印加後、イメージングパルス列が印加されて、対応するタグ画像及びコントロール画像が取得される。その後、ｐＡＳＴＡＲにおいて、２Ｄ又は３Ｄフィールドエコー（Field Echo：ＦＥ）、高速フィールドエコー（Fast Field Echo：ＦＦＥ）、高速スピンエコー（Fast Spin Echo：ＦＳＥ）、定常状態ＦＳＥ（Steady State FSE：ＳＳＦＳＥ）、平衡定常状態自由歳差運動（Balanced Steady State Free Precision：ｂＳＳＦＰ）、超短エコー時間（Ultrashort Echo Time：ＵＴＥ）等のイメージングパルスシーケンスといった、任意のイメージングパルスシーケンスを用いることができる。特定の実施形態では、タグパルスシーケンスのイメージングパルス列と、コントロールパルスシーケンスのイメージングパルス列は、同一である。例えば、ＭＲＩシーケンス制御部３０は、タグパルスを連続的に印加した後にイメージングパルスを連続して印加するステップと、コントロールパルスを連続的に印加した後にイメージングパルスを連続的に印加するステップとを交互に実行する。
工程７１２では、ＭＲＩデータ処理部４２が、コントロール画像から対応するタグ画像の差分を取ることで、ＭＲＡ画像を生成する。実施形態によっては、最終画像に現れる磁化移動効果を最小限にするために、コントロール画像及びタグ画像のエコーデータが順次に取得されるよう、工程７１０及び７１２が実行される。ただし、コントロール画像及びタグ画像を他の順序で取得することもでき、実施形態として考慮される。上記で援用した非特許文献４に記載の１又は複数の手法を、コントロール画像及びタグ画像からの差分画像を決定するために、実施形態で用いてもよい。
工程７１４では、取得されたＭＲＡ画像は、ディスプレイ、格納装置、又はプリンタに出力されるか、他の装置に伝達されてさらに処理される。
新しいｐＡＳＴＡＲシーケンスは比較的単純な、例えば「通常の」飽和パルスを用いるので、タグ効率に対する血流速度の影響をあまり受けず、実行が容易であったりより良い結果が得られたりする。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ＡＴＴの影響を抑えつつ、オフレゾナンスアーチファクトを低減することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
２０ 磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置
２２ ＭＲＩシステム制御部
３０ ＭＲＩシーケンス制御部
４２ ＭＲＩデータ処理部

Claims (16)

  1. タグ領域とコントロール領域とをイメージング領域に対して対向する位置に設定するシステム制御部と、
    前記タグ領域に対して第１のＲＦパルス及びスポイラー傾斜磁場を連続的に印加することにより前記タグ領域内の原子核の縦磁化成分を飽和させた状態で、前記イメージング領域から第１のＭＲ信号を収集し、前記コントロール領域に対して、中心周波数が前記第１のＲＦパルスの中心周波数と略同一の第２のＲＦパルスを連続的に印加して、前記イメージング領域から第２のＭＲ信号を収集するシーケンス制御部と、
    前記第１のＭＲ信号及び前記第２のＭＲ信号の差分に基づいて画像を生成するデータ処理部と
    を備える、磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記第１のＲＦパルス及び前記第２のＲＦパルスは、それぞれ同じ数の飽和パルスを含む、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記第１のＲＦパルス及び前記第２のＲＦパルスそれぞれに含まれる飽和パルスは、フリップ角が９０°〜１８０°である、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記第１のＲＦパルス及び前記第２のＲＦパルスそれぞれに含まれる飽和パルスは、フリップ角が同じである、請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記スポイラー傾斜磁場として、振幅可変のスポイラー傾斜磁場が用いられる、請求項１〜４のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記タグ領域の幅は、前記タグ領域から前記イメージング領域までの動脈通過時間が実質的に一様になるように設定される、請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. 前記タグ領域は、厚さ１〜５ｃｍのスライスである、請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 前記第１のＲＦパルスによるタグ付けの持続時間は１〜３秒の範囲である、請求項１〜７のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  9. 前記第１のＲＦパルスの間隔は、撮像される被検体の特定部位の血流速度に応じて設定される、請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. 前記第１のＲＦパルスは、心臓周期より長い時間印加される、請求項１〜９のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  11. 前記タグ領域及び前記コントロール領域は、被検体に対して斜めに設定される、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  12. 前記シーケンス制御部は、前記第１のＲＦパルスを連続的に印加した後にイメージングパルスを連続して印加するステップと、前記第２のＲＦパルスを連続的に印加した後にイメージングパルスを連続的に印加するステップとを交互に実行する、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  13. 前記シーケンス制御部は、準備スキャンとして、３Ｄシーケンスに対応する２ＤシーケンスをＲＦパルスの間隔を変更しながら実行して、前記第１のＲＦパルスの間隔を決定する、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  14. 前記シーケンス制御部は、準備スキャンとして、３Ｄシーケンスに対応する２Ｄシーケンスをタグ領域の厚さを変更しながら実行して、前記第１のＲＦパルスが印加されるタグ領域の厚さを決定する、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
  15. タグ領域とコントロール領域とをイメージング領域に対して対向する位置に設定し、
    前記タグ領域に対して第１のＲＦパルス及びスポイラー傾斜磁場を連続的に印加することにより前記タグ領域内の原子核の縦磁化成分を飽和させた状態で、前記イメージング領域から第１のＭＲ信号を収集し、
    前記コントロール領域に対して、中心周波数が前記第１のＲＦパルスの中心周波数と略同一の第２のＲＦパルスを連続的に印加して、前記イメージング領域から第２のＭＲ信号を収集し、
    前記第１のＭＲ信号及び前記第２のＭＲ信号の差分に基づいて画像を生成する、
    ことを含む、磁気共鳴イメージング方法。
  16. コンピュータに、
    タグ領域とコントロール領域とをイメージング領域に対して対向する位置に設定し、
    前記タグ領域に対して第１のＲＦパルス及びスポイラー傾斜磁場を連続的に印加することにより前記タグ領域内の原子核の縦磁化成分を飽和させた状態で、前記イメージング領域から第１のＭＲ信号を収集し、
    前記コントロール領域に対して、中心周波数が前記第１のＲＦパルスの中心周波数と略同一の第２のＲＦパルスを連続的に印加して、前記イメージング領域から第２のＭＲ信号を収集し、
    前記第１のＭＲ信号及び前記第２のＭＲ信号の差分に基づいて画像を生成する、
    ことを実行させる、プログラム。
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