JP5078141B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、等方性拡散強調(isotropic diffusion weighting)のために選択された拡散強調傾斜磁場(motion-probing gradient:MPG)パルスを用いる磁気共鳴イメージング装置に関する。
磁気共鳴イメージング(MRI)は、実質的に核磁気共鳴(NMR)に敏感な原子核集団を有する被検体(人体など)の内部構造を示す、デジタル化した視覚的な画像を得るために広く受け入れられており、商業的に利用可能な技術である。MRIにおいて、核に強い主磁場(B0)を加えると、被検体のボリューム内の核が分極化され、イメージングされる。核は、特定のNMR(ラーモア)周波数において、高周波(RF)信号により励起される。被検体を取り囲んでいる局所的な磁場を空間的に変形させて、核からのRF応答を分析することにより、空間的位置の関数としてこれらの応答のマップまたは画像が生成され、表示可能となる。核応答の画像により、被検体の内部構造と他のプロパティとの非侵襲的ビューが得られる。
MPGパルスを用いて得られる磁気共鳴(MR)画像は、分子の自己拡散に敏感なコントラストを得ることができることが知られている(例えば、非特許文献1および非特許文献2を参照)。
生物学的組織内において、拡散は、一般に非等方性である。幾つかの重要な生理学的性質(例えば、組織繊維方向など)の研究のために、異なるMPG傾斜方向と強度とを有する多重データセットを取得することにより、生物学的システム内の水分子の拡散非等方性が測定され、イメージングされて、使用されている(例えば、非特許文献3および非特許文献4を参照)。ところが、脳卒中の診断のような多くの他の場合に、強い非等方性は、脳卒中の早期発見において良好な標識となる局所的な見掛けの拡散係数の基本的変化がマスクされることによって、診断を困難にすることがある(例えば、非特許文献5を参照)。そのような用途の場合、等方性拡散強調として知られた、拡散テンソルのトレースによる強調が代替として好適である。
等方性拡散強調は、一般的には、個別測定から得られた多重データセットを、異なる方向の拡散強調と組み合わせることにより達成される。その中で最も簡単な方法は、実験室基準フレームにおいて、3つの直交方向に沿った拡散強調で3つの個別測定を行うことである。これら複数の画像は、等方性拡散強調を生成するために組み合わせられる。このような方法を用いるときに発生する問題は、必要な多重データセットを集めるために、長時間を要するということである。
最近、シングルショットで等方性拡散強調を有する画像を得ることができる方法が開発された(例えば、非特許文献6を参照)。非特許文献6に記載された手法は、12対もの双極傾斜磁場の組み合わせを用いる。この方法は、実行は簡単であるものの、拡散強調の生成に関しては残念ながら非常に効率が悪い。単に一対の双極傾斜磁場パルスによるb値に対する、新規傾斜磁場パターンによって生成されるb値の比として効率を定義すると、上記の方法による最高効率は、約0.188である。これは、同一の拡散強調を得るために、230%(√(1/0.188))の傾斜磁場増加、あるいは170%(3√(1/0.188))の拡散強調時間の延長が必要であることを意味する。最適化された直交傾斜方式を用いても、上記の手法から得られる最高効率は、0.25にすぎない(非特許文献7および特許文献1を参照)。
一方、等方性傾斜強調が得られる傾斜磁場パターンを生成するために、数値技法を用いることが知られている(非特許文献8を参照)。この手法の長所は、はるかに高い拡散強調効率が得られることである。一方、短所は、(1)傾斜磁場パターンの生成に用いられる手続きが複雑であり、多くの計算能力を必要とする、(2)傾斜磁場パターンが、該パターンの生成時に仮定したパラメータと正確に同一のパラメータを有するシーケンスのみにしか適用することができない、ということである。シーケンス・パラメータが変化した場合、あるいは新しいシーケンスを使用する場合は、使用される傾斜磁場パターンは、再生成しなければならない。高い計算能力を高速で要求する複雑な手続きを適用するのは、実際には難しく、全く非現実的である。
米国特許第6,288,540号明細書 Stejskal E、Tanner J、「Spin diffusion measurements:spin echoes in the presence of time-dependent field gradient」、J.Chem.Phys.42:288-292(1965年) Le Bihan D、Breton E、Lallemand D、Grenier P、Cabanis E、Laval-Jeantlet M、「MR imaging of introvoxel incoherent motion:application to diffusion and perfusion in neurologic disorders」、RadioloGy 161:401-407(1986年) Basser PJ、Mattiello J、Le Bihan D、「MR diffusion tensor spectroscopy and imaging」、Biophys.J. 66:259-267(1994年) Xue R、van Zijl PC、Crain BJ、Solaiyappen M、Mori S、「In vivo three-dimensional reconstruction of rat brain axonal projections by diffusion tensor imaging」、Magn Reson Med. 42:1123-1127(1999年) Moseley ME、Cohen Y、Mintorovitch J、Chileuitt L、Shimizu H、Ducharczyk J、Wnedland MF、Weinstein PR、「Early detection of regional cerebral ischemia in cats:comparison of diffusion- and T2-weighted MRI and spectroscopy」、Magn Reson Med. 14:330-346(1990年) Mori S、van Zijl PCM、「Diffusion weighting by the trace of the diffusion tensor within a single scan」、Magn Reson Med. 33:41-52(1995年) Chen Z、Zhong J、「Optimized Orthogonal Gradient Thechnique For Fast Quantitative Diffusion MRI On A Clinical Scanner」 Wong EC、Cox RW、Song AW、「Optimized isotropic diffusion weighting」、Magn Reson Med. 34:139-143(1995年)
以上のように、傾斜磁場パターンを生成するための、簡単で効率的な方法と手続きが求められている。そのような手続きは、所望の特性を有する傾斜磁場パターンを生成するために、イメージングシーケンスにより使用された実際のパラメータで高速で用いることができなければならない。そのように生成された傾斜磁場パターンは、等方性拡散強調において、良好な効率を有しながら、商業的に利用可能な磁気共鳴イメージング装置にて具現することが容易でなければならない。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、等方性拡散強調のための適切な傾斜磁場パターンを利用した磁気共鳴イメージングを行うことにある。
本発明の第の態様による磁気共鳴イメージング装置は、被検体に静磁場を印加するための磁石と、磁気共鳴周波数における前記被検体との高周波カップリングのための少なくとも1つの高周波コイルと、前記被検体に傾斜磁場を印加するための傾斜磁場コイルと、前記被検体に高周波パルスを加えるために前記高周波コイルに印加する信号を生成する第1の生成手段と、前記被検体に前記傾斜磁場を加えるために前記傾斜磁場コイルに印加する信号を生成する第2の生成手段と、前記被検体の磁気共鳴により生じた磁気共鳴信号を増幅するために前記少なくとも1つの高周波コイルに連結された高周波アンプと、前記高周波アンプにより増幅されたのちの磁気共鳴信号を記録する記録手段と、前記記録手段により記録された前記磁気共鳴信号から前記被検体の磁気共鳴画像を演算する演算手段と、前記被検体に少なくとも1つの高周波再収束パルスを加える前に、前記被検体に第1のMPGパターンを加え、さらに、前記少なくとも1つの高周波再収束パルスを前記被検体に加えた後、前記被検体に第2のMPGパターンを加えるために前記第1および第2の生成手段を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段はさらに、前記第1および第2のMPGパターンを互いに対称とし、前記第1および第2のMPGパターンを、スキューパラメータ(ε)を特徴とするテンプレートに従って決定し、前記MPGパターンが適用されるイメージングシーケンスの他のパラメータの決定された値の関数として前記スキューパラメータ(ε)の最適値をリアルタイムで計算することにより等方性拡散強調を行う。
本発明の第の態様による磁気共鳴イメージング装置は、被検体に静磁場を印加するための磁石と、磁気共鳴周波数における前記被検体との高周波カップリングのための少なくとも1つの高周波コイルと、前記被検体に傾斜磁場を印加するための傾斜磁場コイルと、前記被検体に高周波パルスを加えるために前記高周波コイルに印加する信号を生成する第1の生成手段と、前記被検体に前記傾斜磁場を加えるために前記傾斜磁場コイルに印加する信号を生成する第2の生成手段と、前記被検体の磁気共鳴により生じた磁気共鳴信号を増幅するために前記少なくとも1つの高周波コイルに連結された高周波アンプと、前記高周波アンプにより増幅されたのちの磁気共鳴信号を記録する記録手段と、前記記録手段により記録された前記磁気共鳴信号から前記被検体の磁気共鳴画像を演算する演算手段と、前記被検体に少なくとも1つの高周波再収束パルスを加える前に、前記被検体に第1のMPGパターンを加え、さらに、前記少なくとも1つの高周波再収束パルスを前記被検体に加えた後、前記被検体に第2のMPGパターンを加えるために前記第1および第2の生成手段を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段はさらに、前記第1のMPGパターンを、互いに直交した第1、第2および第3の方向にそれぞれ沿って第1、第2および第3の成分を含むものとし、前記第2のMPGパターンを、前記第1、第2および第3の方向にそれぞれ沿って第1、第2および第3の成分を有するものとし、前記第2のMPGパターンの第1成分を、時間上で移動された前記第1のMPGパターンの第1成分と実質的に同一とし、前記第2のMPGパターンの第2成分を、時間上で逆転および移動された前記第1のMPGパターンの第2成分と実質的に同一とし、前記第2のMPGパターンの第3成分を、時間上で逆転および移動された前記第1のMPGパターンの第3成分と実質的に同一とし、前記第1および第2のMPGパターンの各成分が、クロスポイントを中心として反対極性を有する2つのローブからなる単一サイクルを有するものとし、それぞれの前記単一サイクルを、実質的に同一の区間を有するものとするとともに、前記第1のMPGパターンの第1成分のクロスポイントを、前記第1のMPGパターンの第1成分の単一サイクルの中間地点とし、等方性拡散強調のためにスキューパラメータ(ε)を調節し、このスキューパラメータ(ε)を、前記第1のMPGパターンの中間地点よりも前の時点に向かった前記第1のMPGパターンの第2成分の時間移動量と、前記第1のMPGパターンの中間地点よりも後の時点に向かった前記第1のMPGパターンの第3成分の時間移動量とを特定するものとする。
本発明によれば、等方性拡散強調のための適切な傾斜磁場パターンを利用した磁気共鳴イメージングを行うことが可能となる。
本発明は、多数の異なる形態に具現することができるが、ここでは、図示した実施形態を説明する。なお、本願の開示内容は、本発明に係る原理の例を提供するものであって、本発明を、ここに説明および図示した好ましい実施形態に制限しようとするものではない。
図1は本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置(MRI装置)1の構成を示す図である。このMRI装置1は、被検体13に静磁場(B0)を印加するための磁石10、3つの個別直交方向に沿って空間的に配置された物理的傾斜磁場(Gx、Gy、Gz)を印加するための傾斜磁場コイル14、並びに、イメージングされる被検体の選択された核に対してRF信号を、送信および受信するためのRFコイル15,16を含む。被検体13のイメージングされるべき一部が磁石とコイルの間のイメージング空間11内へ移動されるように、被検体13は寝台の可動テーブル12に載置され、これにより、MRI装置1のFOV(field of view)が規定される。
MRIデータを得るためにMRI装置1は、プログラミング可能なコンピュータ/プロセッサ19の制御下で、傾斜磁場シーケンス制御部17およびパルスシーケンス制御部18を介して、磁気傾斜およびRF章動パルスを生成する。そして、プロセッサ19は、傾斜磁場アンプ20、RF源26、RFアンプ21およびRFアンプ/検出器22を制御する。RFアンプ/検出器22は、MRI装置1のシールドされたガントリー9内に位置したRFコイル16と適切にインタフェースされている。受信されたMR応答は、デジタイザ23によってデジタル化されて、プロセッサ19に伝達される。プロセッサ19は、イメージング処理のためのアレイプロセッサ等と適切なコンピュータプログラム記憶媒体(不図示)とを含み得る。プログラムは、記憶され、MR信号データの取得および処理を制御するために、さらにはユーザ27によって操作される制御端末24のCRTに生成画像を表示するために選択的に利用される。制御端末24は、コンピュータ/プロセッサ19に作動制御を加えるための適切なキーボードスイッチなどを含んでもよい。さらに、画像は、プリンタ25により、フィルムまたは他の適切な媒体に直接記録することができる。
以上のように生成されたMR画像は、選択されたイメージングモードと、イメージングシーケンスのパラメータとによって影響を受ける。ある特定の適用において、このパラメータは、検査される被検体と、所望の画像コントラストを与える基本メカニズムとに応じて最適化される。
拡散強調傾斜磁場(MPG)パルスを用いることにより、磁気共鳴(MR)画像は、分子の自己拡散に敏感なコントラストを得ることができる。図2は、エコープラナー法のシーケンスに適用される、例示的な従来技術のMPG傾斜磁場パルスパターンを示している。図3は、拡散強調の後、いずれの特定のイメージング処理も行っていない、本発明の可能な一実施形態を示している。図2のシーケンスは、スライス選択傾斜磁場パルス42と同時に加えられた、90度スライス選択RFパルス31を含んでいる。それから、成分43、44、45を有する第1のMPGパターンを、3つの直交方向に沿ってそれぞれ加える。そして、180度RF再収束(リフォーカス)パルス46を、スライス選択傾斜磁場パルス47とともに加える。その後、成分48、49、50を有する第2のMPGパターンを、成分43、44、45の場合と同様に、3つの直交方向に沿ってそれぞれ加える。そして、被検体の磁気共鳴画像を生成するために、被検体からのMRI信号を空間エンコードおよび記録するイメージング処理を行う。図2における励起、等方性拡散強調および信号検出は、被検体の所望の磁気共鳴画像を生成するために、空間エンコードのためのイメージング処理に必要な回数だけ繰り返される。
図2は従来技術を示す。パターン43、44、45の代わりに図3に示されるパターン61、62、63を挿入し、パターン48、49、50の代わりに図3に示されるパターン64、65、66を挿入することにより、シングルショット等方性拡散強調MRIが可能となる、新たなシーケンスが得られる。図3に示されるMPGパターンを用いるイメージングシーケンスは、従来のスピンエコー(SE)、励起エコー(STE)、高速スピンエコー(FSE)、らせん状スキャン、あるいは、エコープラナーイメージング(EPI)のような多様な種類のうちのいずれかであってもよい。そのようなイメージングシーケンスは、被検体の1次元、2次元、または3次元の磁気共鳴画像を生成するための様々な種類のイメージング処理を用いることができる。
以上で紹介したように、単一スキャンで等方性拡散強調を得るためにMPGパターンを選択することが好ましい場合が、幾つかある。3つの直交方向のそれぞれに沿って信号減衰を同一とし、また、交差項(cross-term)拡散による信号減衰を除去しようとする場合、選択処理は、MPGパターンによって引き起こされる拡散のために、MR信号がどのように減衰されるかを考慮する。
一般的に、時間区間[0,τ]の間にMPGによって生成される拡散に起因する信号減衰は、次式で与えられる。
S(τ)=S(0)e-b・D
ここで、bおよびDは、それぞれ、以下のように与えられるみかけの拡散強調係数(apparent diffusion contrast:ADC)と拡散テンソルである。
Figure 0005078141
ここで、Gは磁場傾斜、γは核の磁気回転比を表わす。
以下の条件が満たされる場合、等方性拡散強調が達成される。
xy=bxz=byz=0
xx=byy=bzz=biso/3
ここで、bisoは、等方性ADCである。
よって、
Figure 0005078141
となる。
上述した条件と多様な係数の考察とに基づいて、最適効率で単一スキャン等方性拡散強調を得るために、図3に示したテンプレートに従うように、MPGパターンが選択される。中央の180度RFパルスによるスピンエコーの形成と関連してテンプレートを示しているが、MRI技術分野における当業者であれば、テンプレートが励起エコーシーケンスのような他の形態のイメージングシーケンスに利用され得ることは、容易に理解できるはずである。例えば、励起エコーシーケンスの場合、図3に示した中央の180度RFパルス46の代わりに、2つの連続した90度RFパルスを用いることができる。さらに、MPG成分(Gx、Gy、Gz)の直交方向(x、y、z)は、スライス選択、位相エンコードおよび読み取りのための直交傾斜磁場(GS、GP、GR)のそれぞれに揃えられるように選択することができる。すなわち、図3に示されるMPGパターン成分Gxは、図2に示した3つの直交傾斜磁場成分(GS、GP、GR)のうちのいずれか一成分のMPGのために用いることができ、MPGパターン成分Gy、Gzは、3つの直交傾斜磁場成分(GS、GP、GR)のうちの他の2成分のMPGのためにそれぞれ用いることができる。あるいは、MPG成分(Gx、Gy、Gz)の直交方向(x、y、z)は、イメージングのために選択された方向に関係無く、選択することもできる。例えば、MPG成分は、磁石座標方向に沿って揃えられて、画像は、傾斜方向を用いることができる。
図3に示されるテンプレートは、1つのシーケンスパラメータ(T)を有するが、これは、それぞれの軸(x、y、z)に対して第1のMPGサイクル(61、62、63)と第2のMPGサイクル(64、65、66)とを分離させる持続時間である。例えば、図3に示されるMPGパターン成分Gxは、図2の傾斜磁場成分GSのMPG43,48のために用いられ、第1のMPGサイクル61は、第1のMPG43の間に行われ、第2のMPGサイクル64は、第2のMPG48の間に行われる。τは、拡散強調の総持続時間であり、それぞれのMPGサイクル61、62、63、64、65、66は、1/2τの持続時間を有する。
MPGパターン成分Gxにおいて、第1のサイクル61は、共通中間地点67を中心に対称であり、反対極性を有する2つのローブを有し、第2のサイクル64も、共通中間地点70を中心に対称であり、反対極性を有する2つのローブを有する。第2のサイクル64は、持続時間T+1/2τだけ、時間上で移動された第1のサイクル61と実質的に同一である。
MPGパターン成分Gyにおいて、第1のサイクル62は、クロスポイント68を中心に反対極性を有する2つのローブを有し、第2のサイクル65は、クロスポイント71を中心に反対極性を有する2つのローブを有する。第2のサイクル65は、持続時間T+1/2τだけ、時間上で移動され、また時間上で逆転あるいは反転された第1のサイクル63と実質的に同一である。
MPGパターン成分Gzにおいて、第1のサイクル63は、クロスポイント69を中心に反対極性を有する2つのローブを有し、第2のサイクル66は、クロスポイント72を中心に反対極性を有する2つのローブを有する。第2のサイクル66は、持続時間T+1/2τだけ、時間上で移動され、また時間上で逆転あるいは反転された第1のサイクル63と実質的に同一である。
テンプレートは、1つの定数(λ0)および5つの変数(Gx、Gy、Gz、τ、ε)を有する。さらに、テンプレートは、3つの直交傾斜磁場方向(Gx、Gy、Gz)に対する3つのスルー時間(δx、δy、δz)を、それぞれ有する。λ0は、傾斜磁場パターンの最適効率を得るための計算を容易にするために選択される定数である。λ0は、0〜1であり、各サイクルの期間1/2τに対して、中間地点68、69の算術平均時間を特定する。λ0は、0〜1であり、クロスポイント68、69の算術平均時間を特定する。λ0=1/2の場合、クロスポイント68、69の算術平均時間は、中間地点67の時間である。
εは、傾斜磁場サイクル62と傾斜磁場サイクル63との間のスキュー量を特定するスキューパラメータである。より具体的にεは、クロスポイント68が、クロスポイント68、69の算術平均時間よりも、時間上、前方に(ε)(1/2τ)だけ移動し、また、クロスポイント69が、クロスポイント68、69の算術平均時間よりも、時間上、後方に同等量(ε)(1/2τ)だけ対応して移動したことを特定する。したがって、クロスポイント69は、クロスポイント68よりも(ε)(τ)だけ遅れる。
実際に、τはエコー時間(TE)と所望のbiso値をすべて考慮して決定される。εは、bの交差項(bxy、bxz、byz)を最小化するための最適化手続きで選択され、Gx、GyおよびGzは、単純に所望のbisoを得るためにパターンが予め最適化された後に、決定される。
T、τおよびδx、δy、δzの値は、傾斜磁場パターンが使用されるイメージングシーケンスに応じて設定される。Tは、図3に示した傾斜磁場テンプレートにおいて、第1の傾斜磁場パターンの終わりと第2の傾斜磁場パターンの始まりとの間の時間である。従来のスピンエコーシーケンスの場合、スピン再収束を行うために、この時間が必要となる。シミュレーテッドエコーシーケンスの場合、この時間は、第二番目の90度パルスの始まりよりも少し前に始まって、第三番目の90度パルスの終わりよりも少し後に終了する。
τは、イメージングシーケンスが拡散強調を行うのに備える持続時間である。この時間は、エコー時間(TE)にほとんど拘束される。
δx、δy、δzは、傾斜転換のために用いられるスルー時間である。δx、δy、δzの長さは、シーケンスとシステムを考慮して設定される。
対称であるため、図3に示される傾斜磁場パターンテンプレートは、そのテンプレートに用いられる他のパラメータに関係なく、無視可能なbxyおよびbxzを常に生成する。例えば、図4は、T=6ms、τ=60ms、δx=δy=δz=1ms、ε=0の場合、λ0の関数としてbxy(単位:s/mm2)を示している。
λ0は、効率の最適化のために用いられる。λ0の値は、経験的に設定することができるため、高速計算の間に検索する必要はない。λ0の値を検索する代わりに、拡散強調の最適効率が得られる値があらかじめ選択される。最高効率は、最大biso maxが得られる効率である。一例として、Tを、2.0msから10.0msまで、さらに、スルーを0.5msから1.5msまで変化させながら最適のλ0を完全に検索し、0.35〜0.39に制限された値を見出した。検索に基づき、λ0の値として0.37を選択した。
なお、最適化処理を、最小のbyzが得られるε値の検索に置き換えた。図5に示されているように、byzは、εに応じて単調に大きく変わる(T=6ms、τ=60ms、δx=δy=δz=1msおよびλ0=0.3の場合)。したがって、最適のε値を検索するために、単純な手続きを用いることができる。
図6は、図3に示されるテンプレートから、等方性拡散強調のための最適傾斜磁場パターンを生成するための一般的な手続きを示している。この手続きは、図1のコンピュータ/プロセッサ19により行われる計算を含んでいる。最初のステップ101において、与えられたイメージングシーケンスに対して、T、τおよび(δx、δy、δz)の値が決定される。少なくともτの値は、ユーザがTEを変更することにより直接あるいは間接に調節することができ、したがって、ユーザ(図1の符号27)は、本発明により計算されて、提示される、等方性拡散強調のための好ましい最大値biso maxを得ることができる。次に、ステップ102において、傾斜振幅Gx、Gy、Gzを、システム・ハードウェアに許容される、それぞれの最大傾斜磁場強度(Gx max、Gy max、Gx max)が設定される。
ステップ103において、所定の定数に設定されたλ0により、最小のbyzが得られるε値が検索される。ステップ104において、前記最適化した傾斜磁場パターンによって得られ、Gx max、Gy max、Gx maxにそれぞれ対応した最大b値bxx max、byy max、bxx maxが計算される。ステップ105において、bxx max、byy max、bxx maxのうちの最も小さいものから最大等方性b値biso maxが計算され、それが、要求される等方性b値biso expを選択するために、MRI装置1のユーザ27に提示される。ステップ106において、ユーザにより選択されたb値biso expに応じて傾斜磁場振幅Gx、Gy、Gzが計算される。最後に、ステップ107において、単一スキャンの等方性拡散強調で被検体をイメージングするために、最後の最適化された傾斜磁場パターンが、MRI装置1に適用される。
図7は、bマトリックスの計算を示している。最初のステップ111において、傾斜磁場パターンが、時間間隔(T+τ)を含む数値“N”(3つの傾斜チャネル(Gx、Gy、Gz)のそれぞれに対して)にデジタル化される。次に、ステップ112において、各数値ステップの時間間隔Δが、以下のように演算される。
Δ=(T+τ)/(N−1)
最後に、ステップ113において、bマトリックスエレメントを、数値積分により計算する。
Figure 0005078141
ここで、γは、核の磁気回転比である。
図8は、最適ε値の検索を示している。最初のステップ121において、パラメータε0が0に初期設定され、パラメータiが初期に1に初期設定される。ステップ122において、コンピュータ/プロセッサ19により、ε1=ε0+0.1/i2、およびε2=ε0+0.3/i2に設定される。ステップ123において、ε0、ε1、およびε2でbyzが計算され、byz(ε0)、byz(ε1)およびbyz(ε2)がそれぞれ得られる。ステップ124において、ε0が、ε0=(byz(ε2)・ε1−byz(ε1)・ε2)/(byz(ε2)−byz(ε1))に設定される。ステップ125において、byz(ε0)が充分小さくなるまで、iを一度に1ずつ増加しながら、ステップ122乃至124が繰り返される。最後のステップ126において、最終の繰り返し中のステップ124において演算されたε0値が、傾斜磁場パターンに対する最適ε値として記録される。
図9は、bxx max、byy maxおよびbxx maxの計算を示している。ステップ131において、Gx=Gx max、Gy=Gy max、Gz=Gx maxおよびεが図8の手続きによって決定された最適値に設定された上で、図7の方法を用いてbxx max、byy maxおよびbxx maxが計算される。
図10は、biso maxの計算を示している。ステップ141において、bxx max、byy maxおよびbxx maxのうちの最も小さいものから、次式により、biso expが計算される。
iso max=3・smallest{xx max,yy max,xx max}
図11は、Gx、Gy、およびGzの計算を示している。ステップ151において、ユーザが選択した値biso expと、bxx max、byy max、bxx max、Gx max、Gy max、Gx maxと、次式とにより、Gx、Gy、およびGzが計算される。
Figure 0005078141
以下において、具体的な例を挙げる。Gx max=Gy max=Gx max=17000Hz/cm、T=6ms、τ=80ms、δx=δy=δz=1ms、およびλ0=0.37と仮定すると、以上で説明した手続きにより、最適のε値=0.114、biso max=759s/mm2が得られる。
以上において、磁気共鳴イメージングの間に等方性拡散強調用の傾斜磁場パターンを現場にて生成するための、簡単でかつ効果的な方法および手続きを説明した。この手続きは、シーケンスパラメータの調節およびリアルタイム最適化のために被検体のイメージングの間に用いられ、被検体の磁気共鳴画像を向上するための好ましい特性を有する傾斜磁場パターンを生成することができる。
ここで、本発明の例示的な実施形態を説明したが、本発明は、ここで説明した好ましい実施形態に限定されるものではなく、本願に基づいて、当該技術分野における当業者が想到できる、均等な要素、変形、省略、組み合わせ(例えば、多様な実施形態の組み合わせ)を備えたすべての実施形態、修正および/または変更を含むものである。特許請求の範囲は、請求項に使われた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本発明の詳細な説明または本出願の手続きにおいて記載された例(この例は、制限的なものではない)に制限されない。例えば、本明細書において、用語「好ましくは」とは、制限的なものではなく、「好ましくは、〜しかし、これに限定されない」を意味する。本明細書と本出願の手続きにおいて、手段と機能との組み合わせ記載、またはステップと機能との組み合わせ記載は、特定の請求項の記載において、a)「〜する手段」、または「〜するステップ」が明確に記載され、b)対応する機能が明確に記載され、また、c)構成を支える構造、材料または作用が記載されていない場合に、用いられる。本明細書と本出願の手続きにおいて、用語「本発明」とは、本明細書中の1つ以上の態様を指すものとして用いられることがある。用語「本発明」とは、正確に同一のものとして不当に解釈されてはならず、すべての態様または実施形態を適用するものとして不当に解釈されてはならず(本発明は、多数の態様と実施形態を有するものとして理解するべきである)、さらに、本出願あるいは特許請求の範囲を制限するものとして不当に解釈されてもならない。本明細書と本出願の手続きにおいて、用語「実施形態」とは、任意の態様、形態、処理またはステップと、これらの組み合わせおよび/またはこれらの一部などを記述するために用いられることがある。幾つかの例において、多様な実施形態が重複の特徴を含むことがある。
本発明のMRI装置1の概略図である。 図1に示されるMRI装置1を用いた拡散強調MRIに関するブロック図である。 本発明の一態様によるMPGテンプレートを示した図である。 図3に示される傾斜磁場テンプレートのパラメータλ0の関数としてのADC bxyのグラフである。 図3に示される傾斜磁場テンプレートのスキューパラメータεの関数としてのADC byzのグラフである。 図3に示される傾斜磁場テンプレートの特定のパラメータを選択することにより、等方性拡散強調のための最適傾斜磁場パターンを製造するための手続きのフローチャートである。 数値積分によりADCマトリックスを計算するための手続きのフローチャートである。 図3に示される傾斜磁場テンプレートのスキューパラメータεの最適値を検索するための手続きのフローチャートである。 ADC bxx、byyおよびbzzの最大値を計算するための手続きのフローチャートである。 拡散強調の最大等方性値を計算するための手続きのフローチャートである。 図3に示される傾斜磁場テンプレートに従う傾斜磁場パターンの成分に対する振幅を計算するための手続きのフローチャートである。
符号の説明
9…ガントリー、10…磁石、11…イメージング空間、12…可動テーブル、13…被検体、14…傾斜磁場コイル、15,16…RFコイル、17…傾斜磁場シーケンス制御部、18…パルスシーケンス制御部、19…コンピュータ/プロセッサ、20…傾斜磁場アンプ、21…RFアンプ、22…RFアンプ/検出器、23…デジタイザ、24…制御端末、25…プリンタ、26…RF源。

Claims (10)

  1. 被検体に静磁場を印加するための磁石と、
    磁気共鳴周波数における前記被検体との高周波カップリングのための少なくとも1つの高周波コイルと、
    前記被検体に傾斜磁場を印加するための傾斜磁場コイルと、
    前記被検体に高周波パルスを加えるために前記高周波コイルに印加する信号を生成する第1の生成手段と、
    前記被検体に前記傾斜磁場を加えるために前記傾斜磁場コイルに印加する信号を生成する第2の生成手段と、
    前記被検体の磁気共鳴により生じた磁気共鳴信号を増幅するために前記少なくとも1つの高周波コイルに連結された高周波アンプと、
    前記高周波アンプにより増幅されたのちの磁気共鳴信号を記録する記録手段と、
    前記記録手段により記録された前記磁気共鳴信号から前記被検体の磁気共鳴画像を演算する演算手段と、
    前記被検体に少なくとも1つの高周波再収束パルスを加える前に、前記被検体に第1のMPGパターンを加え、さらに、前記少なくとも1つの高周波再収束パルスを前記被検体に加えた後、前記被検体に第2のMPGパターンを加えるために前記第1および第2の生成手段を制御する制御手段とを具備し、
    前記制御手段はさらに、
    前記第1および第2のMPGパターンを互いに対称とし、
    前記第1および第2のMPGパターンを、スキューパラメータ(ε)を特徴とするテンプレートに従って決定し、
    前記MPGパターンが適用されるイメージングシーケンスの他のパラメータの決定された値の関数として前記スキューパラメータ(ε)の最適値をリアルタイムで計算することにより等方性拡散強調を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  2. 前記制御手段は、前記スキューパラメータ(ε)の最適値を用いてADCの最大等方性値を計算し、このADCの最大等方性値を、ADCに要求される等方性値を選択するためにユーザに提示し、前記提示に基づいて前記ユーザにより選択された等方性値から前記第1および第2のMPGパターンの振幅を計算し、前記計算された振幅を有する前記第1および第2のMPGパターンを前記被検体に加えるように前記第2の生成手段を制御することを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 前記イメージングシーケンスの他のパラメータは、前記第1のMPGパターンと前記第2のMPGパターンとの間の持続時間を特定するパラメータ(T)と、前記第1のMPGパターンと前記第2のMPGパターンとの持続時間を特定するパラメータ(τ)と、少なくとも1つのスルーレートパラメータ(δ)とを含むことを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 前記第1のMPGパターンは、互いに直交した第1、第2および第3の方向にそれぞれ沿って第1、第2および第3の成分を含み、
    前記第2のMPGパターンは、前記第1、第2および第3の方向にそれぞれ沿って第1、第2および第3の成分を有し、
    前記第2のMPGパターンの第1成分は、時間上で移動された前記第1のMPGパターンの第1成分と実質的に同一であり、
    前記第2のMPGパターンの第2成分は、時間上で逆転および移動された前記第1のMPGパターンの第2成分と実質的に同一であり、
    前記第2のMPGパターンの第3成分は、時間上で逆転および移動された前記第1のMPGパターンの第3成分と実質的に同一であることを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  5. 前記第1および第2のMPGパターンの各成分は、クロスポイントを中心として反対極性を有する2つのローブからなる単一サイクルを有することを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 前記スキューパラメータ(ε)は、前記第1のMPGパターンにおける第2の成分と第3の成分とのクロスポイントの間の時間差を特定するものであることを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  7. それぞれの前記単一サイクルは、実質的に同一の区間を有し、前記第1のMPGパターンの第1成分のクロスポイントは、前記第1のMPGパターンの第1の成分の単一サイクルの中間地点であることを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  8. 被検体に静磁場を印加するための磁石と、
    磁気共鳴周波数における前記被検体との高周波カップリングのための少なくとも1つの高周波コイルと、
    前記被検体に傾斜磁場を印加するための傾斜磁場コイルと、
    前記被検体に高周波パルスを加えるために前記高周波コイルに印加する信号を生成する第1の生成手段と、
    前記被検体に前記傾斜磁場を加えるために前記傾斜磁場コイルに印加する信号を生成する第2の生成手段と、
    前記被検体の磁気共鳴により生じた磁気共鳴信号を増幅するために前記少なくとも1つの高周波コイルに連結された高周波アンプと、
    前記高周波アンプにより増幅されたのちの磁気共鳴信号を記録する記録手段と、
    前記記録手段により記録された前記磁気共鳴信号から前記被検体の磁気共鳴画像を演算する演算手段と、
    前記被検体に少なくとも1つの高周波再収束パルスを加える前に、前記被検体に第1のMPGパターンを加え、さらに、前記少なくとも1つの高周波再収束パルスを前記被検体に加えた後、前記被検体に第2のMPGパターンを加えるために前記第1および第2の生成手段を制御する制御手段とを具備し、
    前記制御手段はさらに、
    前記第1のMPGパターンを、互いに直交した第1、第2および第3の方向にそれぞれ沿って第1、第2および第3の成分を含むものとし、
    前記第2のMPGパターンを、前記第1、第2および第3の方向にそれぞれ沿って第1、第2および第3の成分を有するものとし、
    前記第2のMPGパターンの第1成分を、時間上で移動された前記第1のMPGパターンの第1成分と実質的に同一とし、
    前記第2のMPGパターンの第2成分を、時間上で逆転および移動された前記第1のMPGパターンの第2成分と実質的に同一とし、
    前記第2のMPGパターンの第3成分を、時間上で逆転および移動された前記第1のMPGパターンの第3成分と実質的に同一とし、
    前記第1および第2のMPGパターンの各成分が、クロスポイントを中心として反対極性を有する2つのローブからなる単一サイクルを有するものとし、
    それぞれの前記単一サイクルを、実質的に同一の区間を有するものとするとともに、前記第1のMPGパターンの第1成分のクロスポイントを、前記第1のMPGパターンの第1成分の単一サイクルの中間地点とし、
    等方性拡散強調のためにスキューパラメータ(ε)を調節し、このスキューパラメータ(ε)を、前記第1のMPGパターンの中間地点よりも前の時点に向かった前記第1のMPGパターンの第2成分の時間移動量と、前記第1のMPGパターンの中間地点よりも後の時点に向かった前記第1のMPGパターンの第3成分の時間移動量とを特定するものとすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
  9. 前記制御手段は、前記スキューパラメータ(ε)の調節した値を用いてADCの最大等方性値を計算し、このADCの最大等方性値を、ADCの要求される等方性値を選択するためにユーザに提示し、前記提示に基づいてユーザにより選択される等方性ADCから前記第1および第2のMPGパターンの振幅を計算し、前記計算された振幅を有する前記第1および第2のMPGパターンを前記被検体に加えることを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. 前記制御手段は、前記第1のMPGパターンと前記第2のMPGパターンとの間の持続時間を特定するパラメータ(T)と、前記第1のMPGパターンと前記第2のMPGパターンとの持続時間を特定するパラメータ(τ)と、少なくとも1つのスルーレートパラメータ(δ)とを含むシーケンスパラメータの与えられた値に基づいて、等方性拡散強調のための前記スキューパラメータ(ε)の最適値を演算することを特徴とする請求項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
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