JP4266415B2 - 磁気共鳴分光法で純水基準の干渉する側波帯を除去するように信号を処理する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に磁気共鳴分光法に関するものであり、更に詳しくは寄生信号の干渉を低減したボリューム分光法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
ボリューム局在化磁気共鳴分光法は、特に脳内の化学的変化の拡散を招く異常の検出のための有効な日常的な診療手段になってきている。関心のあるボリューム（体積）内のコリン、クレアチンおよびＮＡＡのような代謝物質のスピンを直接励起して、誘導エコーの使用およびカー・パーセル・エコーの使用を含む三次元選択を達成するための幾つかの技術が知られている。これらの技術は１回の走査で局在化スペクトルを求める。例えば、ポイント分解分光法（ＰＲＥＳＳ；米国特許第４，４８０，２２８号明細書参照）では、３パルスの系列が使用され、各々のパルスは周波数選択性である。多くの重要な診療用途でのプロトン磁気共鳴分光イメージング（ＭＲＳＩ）は、限られたボリュームの励起の位相符号化に基づいている。典型的には、このボリューム励起はＰＲＥＳＳを使用して達成され、これは３つの直交スライスを二重スピン・エコーの形態で利用して、関心のある特定の領域を選択する。
【０００３】
代謝物質信号中には強い水信号が存在し、水信号は外来の作用による位相および周波数誤差を補正するために使用される。しかしながら、残留水のコヒーレント側波帯が局在化プロトン分光法における代謝物質の測定に干渉することがある。典型的には、代謝物質および残留水信号の低周波歪みが、未抑圧水基準を使用して補正されるが、２０Ｈｚ以上の高調波歪みは代謝物質信号周波数の範囲内にあり、この方法では必然的に補正されない。音響および渦電流結合効果を含めて、寄生側波帯の潜在的な源は多数ある。問題を引き起こす側波帯は、インビボ（生体内）プロトン化学シフト周波数範囲（１．５テスラで３０Ｈｚ〜２０Ｈｚ）と一致するものであり、１０ｍｓより大きい時定数を持ち、且つ０．２％より大きいピーク・ピーク値を持つ。これらの側波帯は磁石および勾配磁界システムに左右され、またパルス系列およびＴＥに左右される。ＴＥ３５における典型的なプローブＰ（ＰＲＥＳＳ）スペクトルでは、これらの側波帯は関心のあるスペクトル領域全体にわたって観察され、大きさは０．１％から１．０％以上までの範囲に及ぶ。典型的な減衰定数はＴＥ１４４スペクトルにおいて重大な問題を引き起こさないように選択される。それらはまた、水が完全に抑圧された場合は何ら問題を生じない。しかしながら、この条件は、水抑圧自動化における制約により、またより重要なことには、非常に長い時定数の渦電流効果、Ｂ₀ 磁界のドリフトおよび患者の運動による時間的な（フレーム毎の）位相および周波数誤差を補正するために比較的強い残留水信号を必要とすることにより、制限される。従って、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に影響を与えずに、これらの側波帯をそれ以外は有用な水信号から除去することが必要である。
【０００４】
従来、周波数に独立なライン形状誤差を補正するために使用された多数のライン形状補正方法があるが、これらの方法では、基準信号が抽出され、理想的な信号によって除算され、次いで生のスペクトルを補正するために乗数として使用されている。この方式は、基準ライン形状を抽出する方法に非常に敏感であり、しばしば余分なノイズを導入する。
【０００５】
【発明の概要】
本発明によれば、残留水の干渉する側波帯を除去するために、純水基準信号の適切にスケーリングした部分を、部分的に抑圧された磁気基準信号から減算する。
【０００６】
渦電流効果、Ｂ₀ 磁界のドリフトおよび患者の運動のような外来の源からの水信号の高い周波数の歪みが、抑圧方法の周波数選択性とは関係なく、主水信号ピークの残留振幅によりスケーリングされることを見出した。そこで未抑圧の信号から部分的に抑圧した水スペクトルを減算したものが、関心のある代謝物質信号を相殺して、水ライン基準およびその寄生側波帯のみを残す。その結果の信号は側波帯を持つ純水基準である。
【０００７】
本発明の好ましい実施態様では、未抑圧の磁気共鳴水基準信号が部分的水抑圧データと共に取得される。これらの水基準およびデータに、Ｍｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ３１：３６５−３７３（１９９４）に所載のウェブ（Ｗｅｂｂ）等の論文に記載のように、低周波水位相補正が適用される。次いで、水位相補正され部分的に抑圧されたデータを水位相補正された未抑圧のデータから減算することにより、代謝物質信号データのない純水基準が得られる。水位相補正され部分的に抑圧されたデータはサンプリング時間にわたって積分され、次いで純水基準のサンプリング時間にわたる積分値によって除算される。その商の実成分が乗数Ｒとして取り出される。次いで、乗数Ｒと純水基準との積を、Ｂ₀補正され部分的に抑圧されたデータから減算することにより、スプリアス水信号が除去される。
【０００８】
本発明の構成、目的および特徴は、添付の図面を参照した以下の説明および特許請求の範囲からより完全に理解されよう。
本願発明の一形態においては、磁気共鳴分光法で、純水基準の干渉する側波帯を除去するように信号を処理する方法であって、
（ａ）未抑圧磁気共鳴信号データを求めるステップ、
（ｂ）部分的水抑圧磁気信号データを求めるステップ、および
（ｃ）スケーリングした純水基準データを未抑圧データから減算して、干渉する側波帯およびスプリアス水信号を低減するステップを含んでいることを特徴とする信号処理方法が提供される。
本願発明の他の一形態においては、前記ステップ（ａ）が複数のフレームを平均化して平均化データを求めることを含み、前記ステップ（ｂ）が平均純水基準を求めることを含んでいる。
本願発明の他の一形態においては、前記ステップ（ｂ）が、前記平均化データおよび前記平均純水基準に低周波水位相補正を適用して、水位相補正されたデータおよび水位相補正された未抑圧データを求めることを含んでいる。
本願発明の他の一形態においては、前記ステップ（ｃ）が、前記水位相補正されたデータのサンプリング時間にわたる積分値を、純水基準のサンプリング時間にわたる積分値によって除算して、純水基準データをスケーリングするための乗数係数を求めることを含んでいる。
本願発明の他の一形態においては、前記乗数係数が商の実成分であり、前記サンプリング時間にわたる積分が、純吸収ゼロ周波数水信号のフーリエ選択である。
本願発明の他の一形態においては、磁気共鳴分光法で、純水基準の干渉する側波帯を除去するように信号を処理する装置であって、（ａ）未抑圧磁気共鳴信号データを求める手段、（ｂ）部分的水抑圧磁気信号データを求める手段、および（ｃ）スケーリングした純水基準データを未抑圧データから減算して、干渉する側波帯およびスプリアス水信号を低減する手段を含んでいることを特徴とする信号処理装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、未抑圧データ、本発明に従って得られた純水基準、および適切にスケーリングした純水基準を未抑圧データから減算することによってスプリアス水信号を除去した未抑圧データを周波数（Ｈｚおよびｐｐｍ）に対して示すグラフである。
【００１０】
一番上の曲線で表されている通常の未抑圧データは、２０Ｈｚと１００Ｈｚとの間の広い正のベースライン歪み、および１０８Ｈｚにおける鋭い負の側波帯を示す。これらは組み合わさって、測定される代謝物質の見かけのレベル、特にコリン、クレアチンおよびＮＡＡの相対量を歪ませる、真中の点線の曲線で表されているスペクトルは残留水の大きさに対して適切にスケーリングされた純水基準である。一番下の曲線で表されているスペクトルは、適切にスケーリングした純水基準を減算した後のデータを示す。
【００１１】
このデータは下記の式で表すことが出来る。
［１］ 未抑圧データ＝信号（Ｈ₂Ｏ）＋信号（代謝物質）＋ノイズ（基準）
［２］ 部分的抑圧データ＝信号（残留Ｈ₂Ｏ）＋信号（代謝物質）＋ノイズ（データ）
「３」 純水＝未抑圧データ−部分的抑圧データ＝信号（Ｈ₂Ｏ−残留）＋ＲＭＳ（ノイズ（基準）−ノイズ（データ））
［４］ ＰＷＳ補正されたデータ＝信号（代謝物質）＋ノイズ（データ）−Ｒ（ノイズ（純水））
［５］ Ｒ＝∫信号（残留Ｈ₂Ｏ）／∫信号（純水）＜０．１
【００１２】
水補正データのノイズからの何らかの測定可能な影響を避けるために、水抑圧は最小限１０：１にすべきである。これは過大な要件ではない。この場合、水磁化の過回転（＋Ｍｚ）は、「純水基準」が過回転における残余分だけ増大して乗数Ｒを小さくするので、不足回転（＋Ｍｚ）よりも僅かに良好である。
【００１３】
乗数Ｒを求める際、サンプリング時間にわたる積分は、事実上、前のステップにおける水位相補正によって保証される、純吸収ゼロ周波数水信号のフーリエ選択である。このステップは、代謝物質が部分的水抑圧ＦＩＤまたはエコーの有意な部分である場合、小さい残留水信号の推定において特に重要である。上述のように、本発明の方法は時間領域で完全に作用するが、等価な手順を周波数領域で構成することが出来る。
【００１４】
本発明はオフライン処理パッケージｓａｇｅ／ｉｄｌでＰＲＯＢＥ Ｒｅｃｏｎにおいて実現され、インビボおよびファントム・データの両方で試験された。この方法のインビボ例が図１に示されている。
【００１５】
本発明を特定の好ましい実施態様について詳述したが、上記の好ましい実施態様は例示の目的で開示したもので、本発明を制限するものと解すべきではない。当業者には特許請求の範囲に記載した本発明の真の精神および範囲内で種々の変形、変更および置換をなし得よう。
【図面の簡単な説明】
【図１】未抑圧データ、純水基準、および適切にスケーリングした純水基準を未抑圧データから減算した残余を周波数（Ｈｚ）に対して示すグラフである。
【図２】図１のデータを周波数（ｐｐｍ）に対して示すグラフである。

Claims (3)

1. 磁気共鳴分光法で、純水基準の干渉する側波帯を除去するように信号を処理する装置において、
   （ａ）未抑圧磁気共鳴信号データを求める手段、
   （ｂ）部分的水抑圧磁気信号データを求める手段、
   （ｃ）前記未抑圧磁気共鳴信号データから前記部分的水抑圧磁気信号データを減算することにより純水基準データ求める手段、および
   （ｄ）スケーリングした前記純水基準データをＢ_０補正され部分的に抑圧されたデータから減算して、干渉する側波帯およびスプリアス水信号を低減する手段を含んでいることを特徴とする信号処理装置。
2. 前記手段（ｄ）が、前記水位相補正されたデータのサンプリング時間にわたる積分値を、純水基準のサンプリング時間にわたる積分値によって除算して、純水基準データをスケーリングするための乗数係数を求める、請求項１記載の信号処理装置。
3. 前記乗数係数が商の実成分である請求項２記載の信号処理装置。

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