JP4960563B2

JP4960563B2 - 狭窄重篤度の迅速評価のための方法及び装置

Info

Publication number: JP4960563B2
Application number: JP2001581142A
Authority: JP
Inventors: ホー，ビンセント・ビー; フー，トマス・クウォク−ファ
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2021-05-03
Also published as: JP2003531710A; US6317620B1; DE10191807T1; DE10191807B3; WO2001084171A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的には、被検体内の狭窄の重篤度を評価する技術に関し、さらに詳細には、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）テクノロジーを使用して狭窄の重篤度を迅速に評価する装置及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
心臓に血液を送る血管の狭まり、すなわち狭窄は、治療を施さないと突然死につながることがあるような心臓発作の原因の１つとしてよく知られている。こうした狭窄血管では、狭窄部の直ぐ下流側の領域は速いフロー速度及び／または複雑なフロー・パターンを特徴とすることが知られている。一般に、ある臓器に供給する血液を流す血管が狭まると、最終的には、最良の場合でも問題の臓器の機能が損なわれ、最悪の場合には臓器不全につながることになる。フローの定量的データがあれば容易に患者の診断や管理の支援となり得ると共に、疾患の処置の基本的理解に役立つ。血流の計測に利用可能な技法としては、造影剤による放射線写真撮影技法（投影による方法とコンピュータ断層（ＣＴ）による方法の両方がある）、超音波技法、核医学技法などを使用したイメージング・ベースの方法を含め多くの技法がある。放射線写真技法と核医学技法では電離放射線及び／または造影剤の使用が必要となる。幾つかの方法では、フローの特性に関して、実際の生体内では必ずしも真実でないような仮定を行うことが不可欠となるか、あるいは血管の断面積やフローの方向に関する知見が必要となる。
【０００３】
狭窄の機能上の重大性は、従来では、ドプラ超音波を用いて血管狭窄を横切るフロー軸方向の速度／圧力の傾斜を計測することにより決定している。傾斜が大きい程、その狭窄はより重大である。しかし、ドプラ超音波の使用は、できる限りゼロに近い（すなわち、血管と平行の）入射角で関心対象血管に超音波ビームを放出できるような音響ウィンドウを有することに依存する。さらに、ドプラ超音波ではＭＲテクノロジーを使用して作成されるような画質を得ることができない。さらに、超音波技法は、骨、過剰な脂肪や空気など邪魔になる組織のために、ある種の状況では適用が困難である。
【０００４】
位相コントラスト磁気共鳴アンギオグラフィ（ＭＲＡ）は、血流を画像化するための実際的で臨床上適用可能な技法の１つである。ＭＲＩでは、強い磁場内で被検体に対して無線周波数パルス及び磁場傾斜を印加し、観察可能な画像を作成している。人体組織内のプロトンなど、正味で核磁気モーメントを有する原子核を含む物質に均一な磁場（偏向磁場Ｂ₀）をかけると、組織内のスピンの個々の磁気モーメントは、この偏向磁場（ｚ方向に向いていると仮定している）と整列しようとするが、この磁場方向の周りをラーマー周波数として知られる特性周波数で歳差運動する。この物質（または組織）にラーマー周波数に等しい周波数で時間変化する磁場（励起磁場Ｂ₁）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわち、「縦方向磁化」）Ｍ_zは、ｘｙ平面内にくるように倒され（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭ_tが生成される。励起信号Ｂ₁を停止させた後（励起したスピンが基底状態まで戻るに連れて）励起したスピンにより信号が放出され、さらにこの信号を受信し処理して画像を形成することができる。
【０００５】
これらの信号を用いて画像を作成する際には、磁場傾斜（Ｇ_x、Ｇ_y及びＧ_z）が利用される。典型的には、画像化しようとする領域は、使用する具体的な位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させている一連の計測サイクルによりスキャンしている。得られたＭＲ信号はディジタル化され処理され、よく知られている多くの再構成技法のうちの１つを用いて画像が再構成される。
【０００６】
ＭＲＡでは、静止したスピンは影響を受けないままとし動いているスピンの横方向磁化には速度依存の位相シフトを与えるようなフロー・エンコーディング傾斜磁場パルスを利用している（ＭｏｒａｎＰ．Ｒ．「ＡＦｌｏｗＶｅｌｏｃｉｔｙＺｅｕｇｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｔｅｒｌａｃｅｆｏｒＮＭＲＩｍａｇｉｎｇｉｎＨｕｍａｎｓ」（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ１９８２；１：１９７〜２０３））。各位相コントラストの収集により２枚の画像が作成される。すなわち、被検体のプロトン密度に比例しさらにＴ₁強調を受けることもあるマグニチュード画像と、被検体の位相を表している画像とである。作成される位相画像は、動いているスピンからの情報のみを有しており、静止した組織からの信号は抑制されている。この技法を使用して、全心拍周期にわたる平均フローと、心拍周期内の一連の個別点との両者を表している画像が作成されている。位相コントラストＭＲ法では、フロー速度の大きさとさらにフローの方向を表す強度を有する位相画像を作成している。したがって、こうした画像は、血流の定性的観測と定量的計測の両方のために使用することができる。したがって、位相コントラストＭＲアンギオグラフィ及び静脈造影法が実際にフロー速度の定量的決定に適用できることは明らかである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ＭＲテクノロジーを使用して狭窄重篤度を迅速に評価するための方法及び装置が有ることが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＲＩを使用して狭窄の重篤度を迅速に評価するための、上述の問題を解決しているシステム及び方法に関するものである。
【０００９】
本発明は、血流力学的に重要な狭窄が、フロー軸を横切った狭窄の長さ方向の大きな圧力傾斜または速度傾斜により特徴付けできるという事実を利用している。本発明は、ユーザが速度エンコーディング傾斜の値（ＶＥＮＣ）及び速度エンコーディング傾斜値の方向を制御できるようにしているリアルタイムのイメージング・パルス・シーケンスを使用している。次いで、フロー速度エイリアシングの発現とＶＥＮＣ設定とを相関させることにより、狭窄を横切るピーク速度を迅速に決定できる。好ましい実施の一形態では、使用するパルス・シーケンスは、２Ｄ高速傾斜エコーパルス・シーケンスにおいてフロー感作性のバイポーラ傾斜波形を有している。この好ましい実施形態では同時発生のフロー感作性の傾斜を使用しているため、さらに、合成したフロー感作方向をユーザによりリアルタイムで回転させることができる。フロー・エンコーディング傾斜の振幅は、そのＶＥＮＣ値が狭窄を横切るピークフロー速度に対応する点であるフローに関連するエイリアシングの発現が観測されるまで増加させ、次いで、このＶＥＮＣ値を狭窄の重篤度の指示値として使用する。
【００１０】
したがって、本発明の一態様によれば、狭窄を横切るピークフロー速度を決定する方法は、狭窄血管を特定すること、並びに、ＶＥＮＣ値のユーザ制御を可能にするようにこの狭窄血管にリアルタイムの位相コントラスト・イメージングのパルス・シーケンスを印加すること、を含む。本方法は、そのＶＥＮＣ値をフロー速度エイリアシングの発現と相関させることにより狭窄血管内のピークフロー速度を決定することを含む。このパルス・シーケンスは、ユーザがフロー感作性の傾斜をリアルタイムで回転させることができるように同時発生のフロー感作性の傾斜を備えることが好ましく、フロー感作のためのバイポーラ傾斜波形を有する２Ｄ高速傾斜エコーパルス・シーケンスであることがさらに好ましい。ピークフロー速度の決定の際に、フロー関連のエイリアシングが検出されるまでフロー・エンコーディング傾斜の振幅を増加させる。
【００１１】
本発明の別の態様では、狭窄が疑われる第１の場所を特定すること、並びに狭窄を疑われる第１の場所に位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンスを印加することを含むような、狭窄重篤度の迅速評価のための方法を開示する。印加するパルス・シーケンスはリアルタイム・ユーザ制御のＶＥＮＣ値を有している。次に、本方法は、ユーザがフロー関連のエイリアシングを観測するまでＶＥＮＣ値を増加させてパルス・シーケンスを再印加すること、並びに、続いてこのＶＥＮＣ値を狭窄を疑われる第１の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録すること、を含む。次に、本方法は、そのＶＥＮＣ値をリセットすること、狭窄を疑われる第２の場所にパルス・シーケンスを印加すること、さらにユーザがフロー関連のエイリアシングを観測するまでそのＶＥＮＣ値を増加させパルス・シーケンスを再印加すること、を含む。次いで、このＶＥＮＣ値は、狭窄を疑われる第２の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録される。本方法は第１の場所のＶＥＮＣ値を第２の場所のＶＥＮＣ値と比較して疑われる狭窄の重篤度を決定することが好ましい。
【００１２】
本発明の別の態様では、偏向磁場をかけるためにマグネットのボアの周りに配置した多数の傾斜コイルと、ＲＦ送受信器システムと、ＭＲ画像を収集するためにＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリに送信するようにパルス制御モジュールにより制御されているＲＦ変調器と、を有するＭＲＩシステムを含むような、狭窄重篤度を迅速に評価するためのＭＲＩ装置を開示する。本ＭＲＩ装置は、ＭＲＩシステムを起動させ狭窄血管にフロー感作性の傾斜を有するリアルタイムの位相コントラスト・パルス・シーケンスを印加させると共に、ユーザ入力により速度エンコーディング傾斜（ＶＥＮＣ）の値を調整可能とするようにプログラムされたコンピュータを含む。さらに、このコンピュータは、調整したＶＥＮＣ値を印加してフロー関連のエイリアシングが明白であるか否かを判定するようにプログラムされている。明白であるか否かの判定は、ユーザ入力を用いるか自動比較アルゴリズムを介するかのいずれかにより達成することができる。このコンピュータは、ユーザがＶＥＮＣ値を調整できるようにする動作と、調整したＶＥＮＣ値を適用する動作と、フロー関連のエイリアシングが明白であるか否かを判定する動作とを、ＶＥＮＣ値により狭窄を横切るピークフロー速度に対応する判定可能なフロー関連のエイリアシングが得られるまで反復するようにプログラムされている。
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、上述の方法を、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上に固着させたコンピュータ・プログラムで実現しており、このプログラムは、実行させた際に、コンピュータに対して、狭窄が疑われる第１の場所にユーザにより制御可能なＶＥＮＣ値を有する位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンスを印加させ、さらにそのＶＥＮＣ値をユーザ選択に基づいて変更しパルス・シーケンスをフロー関連のエイリアシングが検出されるまで再印加させている。次いで、本コンピュータ・プログラムは、このＶＥＮＣ値を狭窄を疑われる第１の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録し、次いで狭窄が疑われる第２の場所に別の位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンスを印加する。ここでも、ＶＥＮＣ値はユーザ選択に基づいて変更し、フロー関連のエイリアシングが検出されるまでパルス・シーケンスを再印加する。このＶＥＮＣ値は狭窄を疑われる第２の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録し、次いでこれらのＶＥＮＣ値を比較して疑われる狭窄の重篤度を決定することができる。
【００１４】
本発明に関するその他の様々な特徴、目的及び利点は以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【００１５】
図面では、本発明を実施するように目下のところ企図されている好適な形態を図示している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明を組み込んでいる好ましいＭＲＩシステム１０の主要コンポーネントを表している。本システムの動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及びディスプレイ１６を含むオペレータ・コンソール１２から制御を受けている。コンソール１２は、オペレータが画像の作成及びスクリーン１６上への画像表示を制御できるようにする独立のコンピュータ・システム２０と、リンク１８を介して連絡している。コンピュータ・システム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに連絡している多くのモジュールを含んでいる。これらのモジュールには、画像プロセッサ・モジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、並びに当技術分野でフレーム・バッファとして知られている画像データ・アレイを記憶するためのメモリ・モジュール２６が含まれている。コンピュータ・システム２０は、画像データ及びプログラムを記憶するためにディスク記憶装置２８、テープ駆動装置３０やその他任意の形態をしたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体とリンクしており、さらに高速シリアル・リンク３４を介して独立のシステム制御部３２と連絡している。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチスクリーン、光学読取り棒、音声制御器、その他同様のデバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は、対話式の幾何学的指定をするために使用することができる。
【００１７】
システム制御部３２は、バックプレーン３２ａにより互いに接続させたモジュールからなる組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール３６や、シリアル・リンク４０を介してオペレータ・コンソール１２に接続させたパルス発生器モジュール３８が含まれる。システム制御部３２は、実行すべきスキャン・シーケンスを指示するオペレータからのコマンドを、リンク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、各システム・コンポーネントを操作して所望のスキャン・シーケンスを実行させ、発生したＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示しているデータを発生させている。パルス発生器モジュール３８は、スキャン中に発生させた傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために、１組の傾斜増幅器４２と接続させている。パルス発生器モジュール３８はさらに、患者に接続した多数の異なるセンサからの信号（例えば、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号）を受け取っている生理学的収集制御器４４から患者データを受け取っている。パルス発生器モジュール３８はスキャン室インタフェース回路４６と接続させており、スキャン室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネット系の状態に関連する様々なセンサからの信号を受け取っている。このスキャン室インタフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患者を所望の位置に移動させるコマンドを受け取っている。
【００１８】
パルス発生器モジュール３８が発生させる傾斜波形は、Ｇ_x増幅器、Ｇ_y増幅器及びＧ_z増幅器を有する傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間的エンコーディングに使用する磁場傾斜を生成させるように一般に指定されるようなアセンブリ内の対応する傾斜磁場コイル５０を励起させている。傾斜磁場コイル・アセンブリ５０は、偏向用マグネット５４及び全身用ＲＦコイル５６を含んでいるマグネット・アセンブリ５２の一部を形成している。システム制御部３２内の送受信器モジュール５８は、ＲＦ増幅器６０により増幅を受け送受信スイッチ６２によりＲＦコイル５６に結合させたパルスを発生している。患者内の励起された原子核が放出して得た信号は、同じＲＦコイル５６により検知し、送受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることができる。増幅されたＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器６０をコイル５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器６４を電気的に接続させる。送受信スイッチ６２によりさらに、送信モードと受信モードのいずれに関しても同じ単独のＲＦコイル（例えば、表面コイル）を使用することが可能となる。
【００１９】
ＲＦコイル５６により取り込まれたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、システム制御部３２内のメモリ・モジュール６６に転送される。スキャンが完了すると、未処理のｋ空間データのアレイがメモリ・モジュール６６に収集されている。この未処理のｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ空間データ・アレイの形に配列し直す。さらに、これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データのアレイにするように動作するアレイ・プロセッサ６８に入力される。この画像データはシリアル・リンク３４を介してコンピュータ・システム２０に送られ、コンピュータ・システム２０において画像データはディスク記憶装置２８内に記憶される。オペレータ・コンソール１２から受け取ったコマンドに応答して、この画像データはテープ駆動装置３０上にアーカイブしたり、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータ・コンソール１２に伝達したりディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。
【００２０】
本発明は、狭窄を横切るピークフロー速度を決定してその狭窄の重篤度を迅速に評価するために使用されるような、上記で参照したＭＲシステム、あるいは、ＭＲ画像を取得するための同様の任意のシステムや同等のシステムでの使用に適した方法及びシステムを含む。
【００２１】
図２を参照すると、粘稠の血液１０２がその内部を長手方向に通過している血管１００の模式図を表している。血管１００は、流入口の役割をする第１の端部１０４と流出口の役割をする第２の端部１０６とを有するように表している。端部１０４と端部１０６の間には狭窄（すなわち、狭窄部位）１０８がある。本発明は、流出端１０６での血流速度Ｖ２が流入口１０４での血流速度Ｖ１を超える（すなわち、Ｖ２＞Ｖ１）こと、並びに、これに応じて、流出端１０６での血圧Ｐ２が流入端１０４での血圧Ｐ１未満となる（すなわち、Ｐ２＜Ｐ１）こと、を利用している。一般に、血管１００などの狭窄血管において、血管の流出端１０６内で狭窄１０８の直ぐ下流側に位置している領域１１０は、速い血流速度や複雑な血流パターンを有することにより特徴付けられる。さらに、狭窄の程度が大きい領域では、領域１１０に現れるフロー・パターンが層流（ｌａｍｉｎａｒ）でなくなり、渦流（すなわち、エディ）の発生を含め複雑なフロー・パターンを呈する。
【００２２】
本発明は、血流力学的に重要な狭窄はフロー軸を横切るその長さ方向の速度傾斜が大きいことにより特徴付けできるという事実を利用している。さらに、狭窄の血流力学的重篤度は狭窄部位を通過する速度傾斜の変化により等級付けできる。等級付けのために、本発明は、リアルタイムの位相コントラストＭＲ画像パルス・シーケンスを利用し、その位相差を処理してこうした狭窄を横切るピークフロー速度を評価している。したがって、ユーザによって、速度エンコーディング傾斜の方向及び速度エンコーディング傾斜の値（以下、ＶＥＮＣ値と呼ぶ）を制御することが可能となる。一般に、このＶＥＮＣ値をフロー関連のエイリアシングの発現が観測されるまで増加させることにより、フロー速度エイリアシングの発現をＶＥＮＣ設定と相関させて狭窄を横切るピーク速度を決定することができる。幾つかの場合では、Ｔ₁時間を短縮しその信号強度を強め、これにより信号対雑音比を増加させるために、さらに造影剤を投与することが好ましいことがある。この結果、本発明による狭窄の重篤度評価の有用性が相応に高まることになる。
【００２３】
本発明に従って、図３は、本方法及び図１のＭＲＩ装置のコンピュータに導入するようにプログラムされたソフトウェアを示している流れ図である。開始（１２０）されると、周知のようにして、患者がＭＲＩ検査を受けるように準備される（１２２）。患者及び／またはＭＲ装置は、狭窄が疑われる血管部位でＭＲ画像が収集されるように配置させる（１２４）。上述したように、また図４を参照しながらさらに説明するように、リアルタイムの位相コントラスト・パルス・シーケンスを用い、そのフロー感作の方向をフローの方向（すなわち、狭窄を横切るフロー軸）と一致させる（１２６）。この時点では、ＶＥＮＣ値は、その値未満ではフロー速度エイリアシングが起こらないことが分かっているような値に設定しているか（１２８）、あるいは、エイリアシングが観測されないようなＶＥＮＣ値を設定するために画像を収集することができる。図５は、こうしたフロー関連のエイリアシングの一例を示している。図５は、図２に示した血管など血管１００の断面図である。フロー関連のエイリアシングが全くなければ、血管１００は、参照番号１８２で示すように、再構成ＭＲ画像内で一面が白くなって現れる。血管内の位相の変化もスムーズとなる。しかし、フロー関連のエイリアシングが発現した後（これについては、以下で数学的により詳細に説明する）では、エイリアシング部分１８４が暗くなった部分（灰色の濃淡か黒色のいずれか）として出現する。エイリアシング部分１８４は、図５に示すように血管１００のある部分の全体として現れることや、血管１００の帯状部分やある狭い部分として現れることがある。さらに、フロー関連のエイリアシングの発現は、血管内の位相の急激な変化により特徴付けることができる。いずれの場合であっても、ＶＥＮＣ値をエイリアシング点まで増加させたときに、血管内の急激な灰色化（ｇｒａｙｉｎｇ）に関して何らかの指示が得られる。
【００２４】
図３に戻ると、ＶＥＮＣ値の設定後（１２８）、画像を収集し（１３０）、ＶＥＮＣ値を増加させ（１３２）、再び画像を収集する（１３４）。次いで、この画像を用いて狭窄血管でフロー関連のエイリアシングが発生しているか否かを判定する（１３６）。エイリアシングが発生していない場合（１３８）は、収集した画像（１３４）にフロー関連のエイリアシングが観測されるまで（１３６、１４０）ＶＥＮＣ値を段階的に増加させる（１３２）。次いで、フロー関連のエイリアシングの発現（１３６、１４０）を起こしたＶＥＮＣ値（１３２）を記録する（１４２）。狭窄血管に沿った別の位置で別のデータ組を収集する（１４４）ことが望ましい場合は、狭窄血管に沿って収集場所を移動させ（１４６）、上述の過程をＭＲオペレータが希望するだけ反復させる。すなわち、そのスピンを再度狭窄を横切るフロー感作の方向に一致させ（１２６）、ＶＥＮＣ値をリセットし（１２８）、画像を収集し（１３０）、さらに収集した画像（１３４）にエイリアシングが観測されるまで（１３６、１４０）ＶＥＮＣ値を増加させる（１３２）。ＶＥＮＣ値を再度記録（１４２）した後は、ＭＲオペレータは十分なデータを収集できており（１４４、１４８）、次いで、狭窄の重篤度及び／または狭窄の正確な場所を決定するために、相関させたＶＥＮＣ値の比較（１５０）が可能となる。次いで、検査は終了となる（１５２）。
【００２５】
図４は、本発明で使用する位相コントラスト・イメージングのパルス・シーケンス１６０を表している。この好ましい実施形態で示すように、フロー感作性の傾斜１６２、１６４及び１６６は比較的同時刻に発生し、これによりユーザはフロー感作性の傾斜の方向をリアルタイムで回転させることができる。図４では実質的に整列したフロー感作性の傾斜を表しているが、フロー感作性の傾斜の配置で重要な点は、これらが全体のパルス・シーケンス１６０に関して比較的同時発生とすることであることを理解されたい。フロー感作性の傾斜１６２、１６４及び１６６は、パルス・エンコーディング傾斜１６８と読み出し傾斜１７０の間で比較的同時刻に発生させることが好ましい。位相エンコーディング傾斜１７２及び１７４、並びに傾斜クラッシャ１７６、１７８及びＲＦパルス１８０は、それぞれ基準点として表したものである。
【００２６】
次に、ＶＥＮＣ値計算について簡単に要約説明することにする。単一のバイポーラ傾斜波形に関する１次モーメントの値は、次式により与えられる。
【００２７】
【数１】

【００２８】
上式（式１）において、Ａはバイポーラ傾斜波形のユニポーラ部分の面積、またＴはそのバイポーラ傾斜波形を構成しているそれぞれが反対の極性をもつ図４に示すような２つのユニポーラ・ローブ間の時間的離隔、である。バイポーラ傾斜波形が発生させて得られる位相は次式で与えられる。
【００２９】
【数２】

【００３０】
【外１】

【００３１】
は速度である。位相差処理で計測される位相は次式（式３）より得られる。
【００３２】
【数３】

【００３３】
ＶＥＮＣ値はこの具体的な速度において、対応する位相シフトがπラジアンとなるような値であるため、バイポーラ波形の１次モーメントは次式（式４）のように調整される。
【００３４】
【数４】

【００３５】
このＶＥＮＣ値を超える速度に対しては、その位相差は｜π｜を超えており、したがって、エイリアシングが生じる。次いで、上述したように、このＶＥＮＣ値をピークフロー速度の指示値として使用する。狭窄重篤度の程度はＶＥＮＣ値の増加に伴いより大きいものと判定される。
【００３６】
以下の記述では、位相コントラスト・イメージングに関してより十分に説明する。ある特定の方向に磁場傾斜が印加されているとすると、スピン集合により累積された位相はこの集合の運動方程式と印加した傾斜磁場の関数、すなわち、次式（式５）となる。
【００３７】
【数５】

【００３８】
【外２】

【００３９】
は次式（式６）で示すような運動ベクトルである。
【００４０】
【数６】

【００４１】
ここで、第１項は時刻ｔ＝０におけるスピン集合の初期位置を表しており、またこれ以外の項は一定速度、加速度による運動、並びにより高次の運動を表している。より高次の運動は、一定の速度成分が支配的であるため、本説明では無視できる。
【００４２】
速度と位相の相互作用に関してより十分な理解を得るために、（式５）は次のように展開することができる。
【００４３】
【数７】

【００４４】
上式（式７）において、Ｍ₀及びＭ₁はそれぞれ０次及び１次の傾斜モーメントを表している。Ｇ（ｔ）が単一のユニポーラ傾斜ローブであれば、あるボクセル（ｖｏｌｕｍｅｅｌｅｍｅｎｔ）内の位相は（式７）により得られることになる。この傾斜に直ぐ続いて、符号が反対の同一のユニポーラ傾斜を印加すると、この第２の傾斜ローブによる位相は次式（式８）により得られる。
【００４５】
【数８】

【００４６】
０次モーメントは単に傾斜ローブの下側の面積であるから、Ｍ₀’は−Ｍ₀に等しくなる。同じ面積を有するが符号が反対の２つのユニポーラ・ローブを組み合わせると、本質的に単一のバイポーラ傾斜波形となる。しかし、１次モーメントは時間により重み付けされた積分値となり、Ｍ₁’は−Ｍ₁と等しくない。したがって、合成したバイポーラ傾斜ローブが累積させる位相は、（式７）と（式８）の和となり、次式（式９）により得られる。
【００４７】
【数９】

【００４８】
ここで印加したバイポーラ傾斜からの位相の累積は初期位置と独立であり、速度に正比例することに留意されたい。バイポーラ傾斜は正味の面積がゼロとなり、静止した組織に対しては影響を与えない。したがって、普遍性を損なうことなく、Ｇ（ｔ）を、その位相が単に次の（式２）で与えられるような単一のバイポーラ波形と見なすことができる。
【００４９】
１回の実験が完了すると、バイポーラ傾斜による１回の収集で、その位相が印加した傾斜の方向の流れを表している（式２）で得られるような位相である１枚の画像が提供される。しかし、残留うず電流、磁場均一性及び磁化率は、静止した組織に対しても非ゼロ位相の空間的変動に寄与している。位相の空間的変動はフロー関連のものではなく、画像全体にわたって大きな変動となる可能性がある。この問題を回避するために、（バイポーラ傾斜をトグルさせて）符号が反対のバイポーラ傾斜による２枚の画像でサブトラクションを行う。静止した組織による非ゼロ位相はすべて相殺され、２回の収集で累積された位相差をもつ画像が残される。第２の収集に対するバイポーラ波形を反転させることにより、この後続の収集の位相は（式２）の否定（ｎｅｇａｔｉｏｎ）（すなわち、φ₂＝−φ₁）となり、また、Ｍ_1,acq2＝−Ｍ_1,acq1＝−Ｍ₁となる。次いで、サブトラクション画像の位相差は次式（式１０）で得られる。
【００５０】
【数１０】

【００５１】
この場合、
【００５２】
【数１１】

【００５３】
（式１１）とする。
【００５４】
【外３】

【００５５】
の符号が反転すると、Δφの符号もこれに応じて変化することは明らかである。したがって、位相差画像の大きさにより、その符号がフローの方向を示すようなフロー速度の１つの尺度が提供される。
【００５６】
位相差画像（サブトラクション後）は、各ピクセルにおける（式１０）の値を表示している。（式１０）で与えられる位相シフトは速度と１次の傾斜モーメントの差（式１１）に比例する。Δφがπラジアン（すなわち、１８０度）を超えるか、ある位相が異なる別の位相として誤って表示されると、図５に示すようなエイリアシングが起こる。例えば、＋１９０度の位相差は、−１７０度の位相差、さらには−５３０度の位相差と区別できない。したがって、大きな速度をもつスピンがより低い速度を有するものとして表示されたり、あるいは、ある方向に流れるスピンをその反対方向に流れるものとして不正確に表示されることがある。この現象のことを、本明細書では速度フロー・エイリアシングと呼んでおり、画像のｗａｒｐ−ａｒｏｕｎｄに相当する。
【００５７】
フロー関連のエイリアシング点を見つけるには、先ず（式１０）の位相シフトを±１８０度（±πラジアン）以内にもってくる。次いで、フロー関連のエイリアシングが発現するまでＶＥＮＣ値のダイアルを上げることにより、ピーク速度を上述のようにして決定することができる。
【００５８】
このように、本発明は、狭窄重篤度を評価する血管を位置特定すること、フロー・エンコーディング傾斜のユーザ制御を可能とするようにこの血管に対してリアルタイムの位相コントラスト・イメージングのパルス・シーケンスを印加すること、並びにフロー・エンコーディング傾斜をフロー速度エイリアシングの発現と相関させることにより狭窄血管内のピークフロー速度を決定すること、を含むような、狭窄を横切るピークフロー速度の決定方法を含む。上述のように、パルス・シーケンスは比較的同時刻に発生するフロー感作性の傾斜を有することが好ましく、これによりユーザはフロー感作性の傾斜をリアルタイムで回転させることができる。
【００５９】
本発明はさらに、血管内で狭窄が疑われる第１の場所を特定すること、並びにこの狭窄を疑われる第１の場所に位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンスを印加することを含むような、狭窄重篤度を迅速に評価する方法を含む。上述したように、パルス・シーケンスはリアルタイムでユーザ制御されたＶＥＮＣ値を有するため、本方法は、ユーザ制御のＶＥＮＣ値を増加させること、及びこのパルス・シーケンスをユーザがフロー関連のエイリアシングを観測するまで再印加することを含む。次いで、当該のＶＥＮＣ値を狭窄を疑われる第１の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録する。次いで、ＶＥＮＣ値をリセットし、狭窄を疑われる第２の場所にパルス・シーケンスを印加する。この場合にも、本方法は、ユーザがフロー関連のエイリアシングを観測するまでユーザ制御のＶＥＮＣ値を増加させてパルス・シーケンスを再印加すること、また次いで、このＶＥＮＣ値を狭窄を疑われる第２の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録すること、を含む。次に、本方法は、第１の場所で収集したＶＥＮＣ値を第２の場所で収集したＶＥＮＣ値と比較し、疑われる狭窄の重篤度を決定することを含む。このパルス・シーケンスは、比較的同時刻に発生するフロー感作性のバイポーラ傾斜波形を有する２次元高速傾斜エコーパルス・シーケンスであることが好ましい。さらに、本方法は、合成したフロー感作性の傾斜をユーザによりリアルタイムで回転させることを可能とすることを含むことができる。上述したように、信号強度及び得られる分解能を向上させるため造影剤を投与することが望ましい。
【００６０】
上述の方法は、偏向磁場を印加するためにマグネットのボアの周りに配置させた複数の傾斜コイルと、ＲＦ送受信器システムと、ＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリに送信してＭＲ画像を収集するためにパルス・モジュールにより制御されるＲＦスイッチと、を有するＭＲＩシステムを含むような、狭窄重篤度を迅速に評価できるＭＲＩ装置に組み込まれる。コンピュータは、比較的同時刻に発生するフロー感作性の傾斜を有するリアルタイムの位相コントラスト・パルス・シーケンスを狭窄が疑われる血管に印加し、かつユーザが速度エンコーディング傾斜のＶＥＮＣ値を調整できるようにプログラムされている。このコンピュータはさらに、調整したＶＥＮＣ値のパルス・シーケンスを印加し、かつフロー関連のエイリアシングが明白であるか否かを判定するようにプログラムされている。次いで、このプログラムは、ユーザによるＶＥＮＣ値の調整を可能にする動作と、このＶＥＮＣ値によりパルス・シーケンスを印加する動作と、フロー関連のエイリアシングが発生したか否かを判定する動作とを、疑われる狭窄を横切るピークフロー速度に対応する判定可能なフロー関連のエイリアシングが選択したＶＥＮＣ値により提供されるまで反復する。この好ましい実施形態では、フロー関連のエイリアシングの発現をＭＲオペレータにより観測（すなわち、検出）しているが、本発明の範囲内において、コンピュータによりエイリアシングを判定させるような適当なアルゴリズムを本発明の範囲で実現することも企図している。
【００６１】
本発明はさらに、コンピュータで実行させた際に、そのコンピュータに対して、狭窄を疑われる第１の場所に、ユーザにより制御可能なＶＥＮＣ値を有する位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンスを印加すること、次いでフロー関連のエイリアシングが検出されるまでこのＶＥＮＣ値をユーザ入力に基づいて変更しパルス・シーケンスを再印加すること、を行わせるような命令を有するコンピュータ・プログラムをその上に格納しているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含む。次いで、このＶＥＮＣ値は、狭窄を疑われる第１の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録される。狭窄を疑われる第２の場所に、別の位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンスを印加し、この場合も、フロー関連のエイリアシングが検出されるまで、このＶＥＮＣ値をユーザ入力に基づいて変更し再適用する。フロー関連のエイリアシングを起こしたＶＥＮＣ値は、コンピュータにより、狭窄を疑われる第２の場所を横切るピークフロー速度の指示値として記録させる。次いで、コンピュータは、第１の場所のＶＥＮＣ値と第２の場所のＶＥＮＣ値とを比較し、疑われる狭窄の重篤度を決定する。
【００６２】
ここで、速度計測値に対するこのリアルタイムの方法によりさらに、後続の２Ｄまたは３Ｄの診断用位相コントラストＭＲＡの収集のためのＶＥＮＣの適正値または理想値の決定が促進されかつ改良されることは、当業者には容易に明らかであろう。適正なＶＥＮＣ設定により、信号エイリアシングに関連する画像アーチファクトを最小限にし、かつ位相コントラストＭＲＡ画像上の血管信号を最適化できる。さらに、これによって、不適切なＶＥＮＣの付与（ＶＥＮＣ値が高すぎる、または低すぎる）に続いて位相コントラストＭＲＡが反復される可能性が低下する。
【００６３】
本発明を好ましい実施形態について記載してきたが、明示的に記述した以外に、添付の特許請求の範囲の域内で等価、代替及び修正が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用するためのＭＲイメージング・システムのブロック概要図である。
【図２】本発明を狭窄重篤度の評価に適用する対象となる、患者の例示的な狭窄血管の模式図である。
【図３】本発明の実施の一形態の流れ図である。
【図４】本発明で使用するＭＲイメージング・パルス・シーケンスのタイミング図である。
【図５】フロー速度エイリアシングを示している血管の断面模式図である。
【符号の説明】
１０ＭＲＩシステム
１２オペレータ・コンソール
１３入力デバイス
１４制御パネル
１６スクリーン、ディスプレイ
１８リンク
２０コンピュータ・システム
２０ａバックプレーン
２２画像プロセッサ・モジュール
２４ＣＰＵモジュール
２６メモリ・モジュール
２８ディスク記憶装置
３０テープ駆動装置
３２システム制御部
３２ａバックプレーン
３４高速シリアル・リンク
３６ＣＰＵモジュール
３８パルス発生器モジュール
４０シリアル・リンク
４２傾斜増幅器
４４生理学的収集制御器
４６スキャン室インタフェース回路
４８患者位置決めシステム
５０傾斜磁場コイル・アセンブリ
５２マグネット・アセンブリ
５４偏向用マグネット
５６全身用ＲＦコイル
５８送受信器モジュール
６０ＲＦ増幅器
６２送受信スイッチ
６４前置増幅器
６６メモリ・モジュール
６８アレイ・プロセッサ
１００血管
１０２血液
１０４流入口、第１の端部
１０６流出端、第２の端部
１０８狭窄、狭窄部位
１１０狭窄の直ぐ下流側の領域
１６０位相コントラスト・イメージングのパルス・シーケンス
１６２、１６４、１６６フロー感作性の傾斜
１６８パルス・エンコーディング傾斜
１７０読み出し傾斜
１７２、１７４位相エンコーディング傾斜
１７６、１７８傾斜クラッシャ
１８０ＲＦパルス
１８２エイリアシングのない部分
１８４エイリアシング部分
Ｐ１流入端での血圧
Ｐ２流出端での血圧
Ｖ１流入端での血流速度
Ｖ２流出端での血流速度

Claims

狭窄重篤度を迅速に評価するＭＲＩ装置であって、偏向磁場を印加するためにマグネット（５２）のボアの周りに配置させた複数の傾斜コイル（５０）と、ＲＦ送受信器システム（５８）と、ＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリ（５６）に送信してＭＲ画像を収集するためにパルス・モジュール（３８）により制御されるＲＦスイッチ（６２）と、を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム（１０）と、コンピュータ（２０）であって、（Ａ）比較的同時刻に発生するフロー感作性の傾斜（１６２、１６４、１６６）を有するようなリアルタイムの位相コントラスト・パルス・シーケンス（１６０）を狭窄が疑われる血管（１００、１０８）に印加する動作と、（Ｂ）ユーザに対して、速度エンコーディング傾斜のＶＥＮＣ値の調整（１３２）を可能とする動作と、（Ｃ）ユーザによる調整に従って前記ＶＥＮＣ値をもつパルス・シーケンスを印加する動作（１３４）と、（Ｄ）フロー関連のエイリアシングが明白であるか否かを判定する動作（１３６）と、（Ｅ）前記ＶＥＮＣ値により疑われる狭窄（１０８）を横切るピークフロー速度に対応する判定可能なフロー関連のエイリアシング（１４０）が提供されるまで、前記動作（Ｂ）から動作（Ｄ）までを反復する動作と、を行うようにプログラムされたコンピュータ（２０）と、を備えるＭＲＩ装置。
前記コンピュータ（２０）がさらに、フロー感作性の傾斜のリアルタイムでの回転を可能とするようにプログラムされている、請求項１に記載の装置。
前記コンピュータ（２０）がさらに、フロー関連のエイリアシングが観測可能（１４０）となるまでＶＥＮＣ値の振幅を増加させる（１３２）ようにプログラムされている、請求項１に記載の装置。
コンピュータにより実行させた際に、コンピュータに対して、狭窄を疑われる第１の場所（１００、１０８）に、ユーザにより制御可能なＶＥＮＣ値を有する位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンス（１６０）を印加すること、前記ＶＥＮＣ値をユーザ入力に基づいて変更し（１３２）、フロー関連のエイリアシングが検出される（１３６、１４０）までパルス・シーケンスを再印加する（１３４）こと、前記ＶＥＮＣ値を狭窄を疑われる第１の場所（１０８）を横切るピークフロー速度の指示値として記録する（１４２）こと、狭窄を疑われる第２の場所（１０８）に、ユーザにより制御可能なＶＥＮＣ値を有する別の位相コントラストＭＲイメージング・パルス・シーケンス（１６８）を印加すること、前記ＶＥＮＣ値をユーザ入力に基づいて変更し（１３２）、フロー関連のエイリアシングが検出される（１３６、１４０）までパルス・シーケンスを再印加する（１３４）こと、前記ＶＥＮＣ値を狭窄を疑われる第２の場所（１０８）を横切るピークフロー速度の指示値として記録する（１４２）こと、第１の場所のＶＥＮＣ値を第２の場所のＶＥＮＣ値と比較（１５０）し、疑われる狭窄の重篤度（１０８）を決定すること、を行わせるような命令を含んだコンピュータ・プログラムをその上に格納しているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（２８）。
前記コンピュータ・プログラムはさらに、コンピュータ（２０）に対して、比較的同時刻に発生するフロー感作性のバイポーラ傾斜波形（１６２、１６４、１６６）を有するような２Ｄ高速傾斜エコーパルス・シーケンス（１６０）としてＭＲパルス・シーケンスを生成させかつ印加させている、請求項４に記載のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（２８）。
前記コンピュータ・プログラムはさらに、コンピュータ（２０）に対して、速度エンコーディング傾斜の振幅を増加させることによりＶＥＮＣ値がピークフロー速度（１４０）に対応するまでＶＥＮＣ値を増加（１３２）させ、これにより狭窄の重篤度を特定させている、請求項４に記載のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（２８）。
前記コンピュータ・プログラムはさらに、コンピュータ（２０）に対して、ユーザによる合成したフロー感作性の傾斜（１６２、１６４、１６６）のリアルタイムでの回転を可能にさせている、請求項４に記載のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（２８）。