JP5597342B2 - 幾つかのｒｆ周波数での磁気共鳴イメージング - Google Patents

Description

本発明は、異なる原子核から磁気共鳴信号を取得する磁気共鳴イメージングシステムに関する。

上記のような磁気共鳴イメージングシステムは特許文献１によって知られている。

介入的磁気共鳴血管造影における既知の磁気共鳴イメージングシステムは、¹⁹F物質を含む複合物を造影剤として使用する磁気共鳴方法に従って動作する。既知の方法は陽子のＲＦ周波数帯で原子核¹⁹Fが有する、陽子と比較して適度な感度を利用している。介入器具の内腔は¹⁹F造影剤で充填される。従来のＲＦ周波数帯で取得された磁気共鳴信号から再構成される磁気共鳴画像は、介入器具が患者の体内に導入されるとき、介入器具を患者の生体構造に対して相対的に表示する。従って、介入器具の位置は磁気共鳴画像から見出される。すなわち、介入器具の位置が患者の体内で特定される。
米国特許第６５７４４９７号明細書

本発明は、複数の原子核に対して既知の磁気共鳴イメージングシステムより優れた磁気共鳴撮像能力を有する磁気共鳴イメージングシステムを提供することを目的とする。本発明はさらに、複数の原子核に関する磁気共鳴信号の効率的な取得を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明に従った磁気共鳴イメージングシステムは、
磁気共鳴信号を収集する受信機系、及び
前記受信機系を制御し、磁気共鳴信号を幾つかの収集セグメントにて収集する収集シーケンスを実行させる制御系であり、それぞれのグループの収集セグメント群が異なるＲＦ受信機周波数帯域の磁気共鳴信号の収集を含む、ところの制御系、
を有する。

それぞれのグループの取得セグメント群において、異なる磁気回転比を有する異なる原子核から磁気共鳴信号が収集される。異なる原子核に対してセグメント化（分割）して磁気共鳴信号を収集することは非常に効率的である。セグメント化手法により、異なる原子量と異なる原子番号とを含み得る異種の原子核、すなわち、異なる磁気回転比を有する原子核それぞれからの磁気共鳴信号の収集を別々に最適化し、調整することが可能になる。とりわけ、ある１つの種類の原子核に適用され得る要求は、セグメント化された収集においては、その他の種類の原子核への要求と干渉しない。とりわけ、異なるグループからのセグメント群は交互になるように、或いはインターリーブされるように収集される。すなわち、１つのグループのその固有のＲＦ受信機周波数帯域でのセグメント群の収集同士の間に、他のグループのその固有の異なるＲＦ受信機周波数帯域でのセグメント群の収集が行われる。この手法はまた‘時間スライス収集’とも呼ばれる。一方のグループのセグメント群の磁気共鳴信号から、問題とする種類の原子核に担われた情報が再構成される。故に、本発明に従って、それぞれの原子核に担われた異種の情報を再構成することが可能である。例えば、被検者の生体構造の撮像が陽子磁気共鳴イメージングに基づいて実行され、ターゲットを定めた造影剤の撮像が¹⁹F磁気共鳴イメージングに基づいて実現される。また、カテーテル等の侵襲的器具の位置特定も、例えば¹⁹F磁気共鳴イメージングに基づいて行われる。そのため、カテーテルは¹⁹F複合物で充填された１つ又は幾つかの貯蔵器を備える。あるいは、カテーテル内腔内、又はカテーテル末端部の膨張性バルーン内に¹⁹F複合物が導入される。
陽子以外の原子核に基づく磁気共鳴イメージングは被検者の代謝作用に関する情報を収集するのに有用であり、とりわけ、³¹Pの磁気共鳴イメージングは代謝過程の直接撮像に用いられる。

異なるグループのセグメント群の同時取得、すなわち、時間的に少なくとも部分的に重なり合った収集によって、幾つかのグループからセグメント群の磁気共鳴信号を効率的に収集することができる。この同時収集は、異なるグループのセグメント群のＲＦ受信機周波数帯域が少なくとも最小限の隔たりをもって離れているとき首尾よく動作する。典型的な用途で予想される原子核の磁気回転比と、主磁場強度が0.2Tを超えることとを考えると、今日の磁気共鳴イメージングシステムはそれぞれの原子核に関連する異なるグループのセグメント群のＲＦ受信機周波数帯域を十分に分離することができ、周波数の隔たりは実用上問題とならない。とりわけ、高速撮像シーケンスは0.2kHzから1MHzの範囲の読み出し帯域と、典型的に10kHz未満のスライス選択帯域とを使用する。これらの条件下では、異種の原子核のＲＦ受信機周波数帯域の最小隔たりは、低磁場（0.2T）（オープン）磁気共鳴イメージングシステムにおいてさえも、そのＲＦ受信機周波数帯域の１つの信号に関するＭＲ信号帯域を（遙かに）上回る。さらに、第１の原子核のＲＦ周波数における如何なるＲＦ励起も、２つの原子核間のＪカップリングが無視できる限り、その他の原子核に関して透過性である。

本発明のこれら及び他の態様について、従属請求項に定められる実施形態を参照してさらに詳述する。

本発明の更なる一態様によれば、ＲＦ励起及び読み出しが幾つかの励起グループから与えられる。個々のグループからのＲＦ励起及び読み出しは異なるＲＦ周波数帯域を含む。特に、異なるグループからのＲＦ励起及び読み出しは交互にされ、或いはインターリーブされる。しばしば、それぞれの励起グループからのＲＦ励起及び読み出しを交互にすること、又はインターリーブすることが、セグメント収集を交互にすること、又はインターリーブすることに対応して適用される。特に、ＲＦ周波数帯域が少なくとも最小限の隔たりをもって離れているとき、異なるグループからのＲＦ励起及び読み出しは同時に、又は時間的に少なくとも部分的に重なり合って適用されてもよい。異なる励起グループからのそれぞれのＲＦ周波数帯域でのＲＦ励起を交互にすること、インターリーブすること又は同時に適用することにより、セグメント群の収集効率が向上される。特に優れた結果が得られるのは、定常状態の撮像収集が為されるように１つ以上の収集セグメントが所定のフリップ角でのそれぞれのＲＦ励起を含むときである。一連のＲＦ励起のフリップ角が交互に入れ替わる符号を有するとき、磁場の不均一性、及び傾斜磁場の非線形性への感度が低減され、これらの不均一性及び非線形性は磁気共鳴画像において単に軽度の擾乱をもたらすのみとなる。20°から60°の範囲のフリップ角で十分な画質が実現される点で優れた結果が得られる。また、この範囲内のフリップ角では、ＳＡＲも許容可能な安全限界（safety limit）内に保たれる。

本発明の更なる一態様によれば、それぞれの原子核の磁気回転比の値の差が、それぞれの原子核の磁気共鳴信号の波数ベクトルに対する時間的な傾斜磁場積分の効果に差をもたらすことを考慮に入れる段階が取り入れられる。とりわけ、重要な結果は、所与のＭＲ励起帯域又はサンプリング帯域において、視野は問題とする原子核の磁気回転比に反比例することである。本発明に係る一手段は、より低いＲＦ受信機周波数帯域の磁気共鳴信号について、ある程度のオーバーサンプリングを行うこと、及び磁気共鳴画像の再構成においてこのオーバーサンプリングを考慮に入れることを含む。二種以上の原子核が含まれるとき、ＲＦ受信機周波数帯域が低いほど、程度のより大きいオーバーサンプリングが適用される。これにより、異種の原子核からの磁気共鳴信号を空間エンコードするために、一組の時間的傾斜磁場、傾斜パルスを使用することが可能になる。有利には、本発明に係る磁気共鳴イメージングシステムは、それぞれの原子核種類に対して視野を設定し、且つ設定された視野に応じて少なくとも１つの種類の原子核に対してオーバーサンプリングの程度を設定する補正モジュールを備える。

本発明の更なる一態様によれば、ＲＦ励起と磁気共鳴信号の収集とが（部分的に）同時に実行される。従って、１つの周波数帯域でのＲＦ励起と、異なるＲＦ周波数帯域でのＲＦ励起により例えばエコーとして発生される磁気共鳴信号の収集とが、ある程度並列して行われる。これにより、様々な種類の原子核からの磁気共鳴信号の生成・収集効率が向上される。それぞれのＲＦ周波数帯域が十分に分離されているとき、非常に優れた結果が得られる。特に、例えばＪカップリングが小さい、或いは無い（等核又は異核）ことにより、個々の種類の原子核での単一の共鳴が発生するような異種の原子核を含む化学物質が選択可能である。例えば、全ての原子核が化学的に等価であるペルフルオロカーボン（perfluorocarbon）が選択されてもよい。ペルフルオロカーボンでは全ての¹⁹F原子核が化学的に等価であり、単一の¹⁹F共鳴が観察され、ゴースト画像が除去される。これらのペルフルオロカーボンはカテーテル等の介入器具の位置を特定するマーカー化合物として用いるのに好適である。

本発明の次の一態様によれば、異なる複数のグループのセグメント群からの磁気共鳴信号からそれぞれのグループの磁気共鳴画像が再構成される。すなわち、それぞれの原子核種類からの磁気共鳴信号からそれぞれのグループの磁気共鳴画像が再構成される。個々のグループの磁気共鳴画像は、それぞれの原子核種類の画像に関する画像情報に関連するものである。これらのそれぞれの原子核種類の情報は様々な様式で提示され得る。例えば、異種の原子核に関する磁気共鳴画像が高フレーム速度で順次に表示される。これは、異種の原子核に関する情報を示す画像を観察する者の注意を引くものである。実際に、全体で毎秒約20フレームのフレーム速度にて優れた結果が得られる。すなわち、二種類の原子核での時間スライス収集においては、原子核の種類当たり毎秒10フレームを上回るフレーム速度にて優れた結果が得られる。

他の実施形態では、それぞれのセグメント群からの磁気共鳴信号、すなわち、異種の原子核に関する磁気共鳴画像（の部分）から合成された磁気共鳴合成画像が形成される。磁気共鳴合成画像において、異なる周波数帯域に由来する情報、すなわち、異種の原子核に関する情報が異なる色又は異なる画像テクスチャで提示されると、情報を見るのに都合がよい。

本発明はまた磁気共鳴イメージング方法に関する。本発明に係る磁気共鳴イメージング方法は２以上の原子核に関する磁気共鳴信号の効率的な収集を実現するものである。本発明は更にコンピュータプログラムに関する。磁気共鳴イメージングシステムに含まれるコンピュータに本発明に係るコンピュータプログラムがインストールされると、磁気共鳴イメージングシステムは本発明に従って動作し、２以上の原子核に関する磁気共鳴信号の効率的な収集を実現することができる。

本発明のこれら及び他の態様は以下で説明される実施形態及び添付図面を参照することにより明らかとなるであろう。

図１は、本発明が用いられる磁気共鳴イメージングシステムを示している。磁気共鳴イメージングシステムは一組の主コイル10を有し、主コイル10は安定で均一な磁場を生成する。主コイルは、例えば、トンネル形状の検査空間を囲むように構成されている。被検者はこのトンネル形状の検査空間に滑るように入れられる患者支持台に載せられる。磁気共鳴イメージングシステムはまた多数の傾斜コイル11、12を有し、傾斜コイル11、12は空間変化を示す磁場、すなわち、個々の方向に時間的に傾斜する形態の磁場を均一磁場に重ね合わせるように生成する。傾斜コイル11、12は制御可能な電源ユニット21に接続され、電源ユニット21を用いて電流を与えることによりエネルギー供給される。このため電源ユニットは、適当な時間的形状の傾斜パルス（‘傾斜波’とも呼ばれる）を生成するように傾斜コイルに電流供給する傾斜増幅電子回路に適合される。傾斜の強さ、方向及び期間は電源ユニットの制御によって制御される。磁気共鳴イメージングシステムはまた、それぞれ、ＲＦ励起パルスを生成し、磁気共鳴信号を受け取る、送信及び受信コイル13、16を含んでいる。送信コイル13は好ましくは、検査対象（の一部）を取り囲み得るボディコイル13として構成される。ボディコイルは、通常、被検者30が磁気共鳴イメージングシステム内に置かれるとき、被検者30がボディコイル13によって囲まれるように磁気共鳴イメージングシステム内に配置される。ボディコイル13はＲＦ励起パルス及びＲＦリフォーカシングパルスの送信のための送信アンテナとしての役割を果たす。好ましくは、ボディコイル13は空間的に均一な強度分布の送信ＲＦパルス（RFS）を伴う。通常、同一のコイル又はアンテナが交互に送信コイル及び受信コイルとして用いられる。本発明は、異なるＲＦ周波数帯域に対して二重／多重調整された若しくは調整可能な送信コイル配列、又は複数の独立な送信コイルの何れかで動作する。また、¹⁹Fカテーテルの追跡目的に関して、空間均一性の必要性が緩和される場合がある。

さらに、送信及び受信コイルは通常はコイル形状をしているが、送信及び受信コイルがＲＦ電磁信号用の送信及び受信アンテナとして機能するような他の形状も実現可能である。送信及び受信コイル13は送信・受信電子回路15に接続されている。

代わりに、別個の受信及び／又は送信コイル16を使用することも可能である。例えば、表面コイル16が受信及び／又は送信コイルとして使用可能である。上記表面コイルは比較的小さい容積でも高感度となる。表面コイル等の受信コイルは復調器（DMD）24に接続され、受信された磁気共鳴信号（MS）は復調器24によって復調される。復調された磁気共鳴信号（DMS）は再構成ユニット（REC）に与えられる。受信コイルは前置増幅器23に接続されている。前置増幅器23は受信コイル16によって受信されたＲＦ共鳴信号（MS）を増幅し、増幅されたＲＦ共鳴信号は復調器24に与えられる。復調器24は増幅されたＲＦ共鳴信号を復調する。復調された共鳴信号は、撮像された対象部分内の局所スピン密度に関する実情報を含んでいる。また、送信・受信回路15は変調器22に接続されている。変調器22及び送信・受信回路15は、ＲＦの励起パルス及びリフォーカシングパルスを送信するように送信コイル13を作動させる。再構成ユニットは復調された磁気共鳴信号（DMS）から１つ又は複数の画像信号を導出する。その画像信号は検査対象の撮像部分の画像情報を表す。再構成ユニット25は、実用上、復調された磁気共鳴信号から撮像対象部分の画像情報を表す画像信号を導出するようにプログラムされたデジタル画像処理ユニット25として構成されることが好ましい。再構成ユニットの出力上の信号はモニター26に与えられ、モニター26は磁気共鳴画像を表示し得る。また、再構成ユニット25からの信号は更なる処理を待つ間、バッファユニット27に保存されることも可能である。

本発明に従った磁気共鳴イメージングシステムはまた、例えば（マイクロ）プロセッサを含むコンピュータの形態の、制御ユニット（CTR）20を備えている。制御ユニット20はＲＦ励起及び時間的な傾斜磁場の印加を制御する。制御ユニット20は受信機システムを制御し、異なるＲＦ受信機周波数帯域の磁気共鳴信号の収集セグメント群を収集する。制御ユニット20はまたＲＦ励起システムを制御し、異なるＲＦ励起周波数帯域のＲＦ励起を生成する。さらに、制御ユニットは画像情報がモニター26に表示される様式を制御するように整えられる。ビデオ制御ユニット（V/C）28が再構成ユニット及びモニターを制御するために設けられている。ビデオ制御ユニット28は、再構成ユニット25によって生成された画像信号のモニター26による処理方法を制御する。画像が如何にして形成され表示されるかについての情報が、制御ユニット20によってビデオ制御ユニット28に供給される。このため、本発明に従ったコンピュータプログラムが、例えば制御ユニット20、ビデオ制御ユニット28及び再構成ユニット25にロードされる。

一般に、受信機の帯域（Δω）、印加される傾斜磁場強度（G）及び視野（FOV）は、各々の種類（i）の原子核に対して、FOVⁱ＝Δωⁱ／γⁱGⁱという関係があり、受信機の帯域はサンプリング速度（1/t_s）とΔω＝2π／t_sという関係がある。異種の原子核から磁気共鳴信号が同時取得されるとき、磁場強度は等しく、それぞれの原子核種類の受信機帯域をΔω^j／Δω^k＝γ^j／γ^kとなるように適合することにより異種の原子核に対して等しい大きさの視野が実現され得る。この動作モードにおいては、より大きな磁気回転比を有する種類の原子核についてオーバーサンプリングが行われる。あるいは、FOV^j／FOV^k＝γ^k／γ^jに従って視野の大きさの違いを犠牲にすれば、異種の原子核に対して等しいサンプリング速度が使用可能となる。低γの原子核に関する結果画像に発生し得るエイリアシング（aliasing）は一般に問題とならない。なぜなら、専用の（陽子ではない）材料のＭＲ信号の位置は、特定の構造又は位置に限定されることが多いからである。身体構造のロードマップ上に重ね合わされた画像の中心部分のみを示すこと、又は、より大きいγを有する原子核に対してより大きいFOVと一致する全てのレプリカを表示することが可能である。ユーザは関心あるレプリカを選択してもよく、そのとき、システムはそのレプリカを選択的に表示することが可能である。

図２及び３は、本発明で用いられる磁気共鳴収集シーケンスを示している。図２は２つの時間トレースを示している。一方の時間トレースは或るＲＦ励起周波数帯域の第１のＲＦ励起RF1で始まり、時間的な読み出し傾斜場G1がそれに続いている。次のＲＦ励起RF2が異なるＲＦ周波数帯域で印加され、もう１つの時間的な読み出し傾斜場G2がそれに続いている。実際には位相エンコード傾斜場が印加されるが、単純化のため図示されていない。それぞれの読み出し傾斜場G1及びG2の期間中に、磁気共鳴信号MR1及びMR2のそれぞれの収集セグメント群が収集される。図３に示される実施形態では、それぞれの収集セグメント群は同時に収集される。このため、それぞれのＲＦ励起帯域のＲＦ励起RF1、RF2が同時に、或いは僅かな期間内に印加される。磁気共鳴信号MR1及びMR2のそれぞれの収集セグメント群は、同一の読み出し傾斜場Gの印加中に収集される。

最適化シーケンスでは、ＲＦ励起RF1及びRF2の互いへの相互作用は無視し得る。なぜなら、ＲＦ周波数は十分に分離されており、原子核１はRF1に関して透過的であり、逆もまた同様だからである。当業者に明らかであるように、無視できない唯一の要素は適切なエコー形成及び／又は無効化（spoiling）である。なぜなら、原子核１に関するセグメント収集で発生される傾斜場は原子核２に関する位相展開（phase evolution）に影響し、逆もまた同様だからである。

本発明が用いられる磁気共鳴イメージングシステムを示す図である。 本発明で用いられる磁気共鳴収集シーケンスを表すグラフである。 本発明で用いられる磁気共鳴収集シーケンスを表すグラフである。

Claims (11)

1. 磁気共鳴信号を収集する受信機系、
   エンコーディング傾斜磁場を印加する傾斜系、
   収集された前記磁気共鳴信号から磁気共鳴画像を再構成する再構成ユニット、及び
   複数の収集セグメントにセグメント化された収集シーケンスを実行して、該複数の収集セグメントにて前記磁気共鳴信号を収集するよう前記受信機系を制御する制御系であり、
   各収集セグメントにて、１つ又は複数の磁気共鳴信号が収集され、
   前記複数の収集セグメントは、各グループが１つのＲＦ受信機周波数帯域に関連付けられた複数のグループに編成され、それぞれのグループの収集セグメントが、グループごとに異なるＲＦ受信機周波数帯域での磁気共鳴信号の収集を含む、
   制御系、
   を有し、
   前記制御系は、より低いＲＦ受信機周波数帯域の信号収集においてオーバーサンプリングを実行するように構成されており、且つ
   前記再構成ユニットは、それぞれのＲＦ受信機周波数帯域での前記オーバーサンプリングに応じたそれぞれのＲＦ受信機周波数帯域での視野を設定する補正モジュールを含んでいる、
   磁気共鳴イメージングシステム。
2. 前記収集シーケンスが、異なるグループの収集セグメントを交互にした、あるいはインターリーブした、複数の収集セグメントを含む、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
3. 前記収集シーケンスが、異なるグループの収集セグメントを同時にした複数の収集セグメントを含み、且つ
   これらの異なるグループの収集セグメントの、前記異なる前記ＲＦ受信機周波数帯域が、異なる磁気回転比を有する異種の原子核に関連付けられている、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
4. ＲＦ励起系、及び
   前記ＲＦ励起系を制御するようにも構成されている前記制御系、
   を含む請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステムであって、
   前記複数の収集シーケンスが、各励起グループが１つのＲＦ励起周波数帯域に関連付けられた複数の励起グループからのＲＦ励起を含み、それにより、該複数の励起グループはそれぞれ異なるＲＦ励起周波数帯域でのＲＦ励起を含む、
   磁気共鳴イメージングシステム。
5. 少なくとも１つの収集セグメントが、符号が交互に入れ替わる所定のフリップ角の一連のＲＦ励起を含む、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
6. 前記制御系が、或るＲＦ受信機周波数帯域からの磁気共鳴エコー信号の収集中に或るＲＦ励起周波数帯域でのＲＦ励起を実行させるよう、前記ＲＦ励起系を制御するように構成され、該ＲＦ励起周波数帯域と該ＲＦ受信機周波数帯域とは異なる、請求項４に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
7. 前記再構成ユニットによって再構成された磁気共鳴画像を表示する表示系をさらに含む請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステムであって、
   前記再構成ユニットが、収集されたそれぞれのグループの収集セグメントからの磁気共鳴信号からそれぞれの磁気共鳴画像を再構成するように構成されており、且つ
   前記表示系がそれぞれの磁気共鳴画像を約２０ｆｐｓのフレーム速度で順次に表示する、
   磁気共鳴イメージングシステム。
8. 前記再構成ユニットが、収集された複数のグループの収集セグメントからの磁気共鳴信号から、磁気共鳴合成画像を再構成するように構成され、あるいは収集されたそれぞれのグループの収集セグメントからの磁気共鳴信号からのそれぞれの磁気共鳴画像から、磁気共鳴合成画像を構成するように構成されている、請求項７に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
9. 前記表示系がそれぞれのＲＦ受信機周波数帯域からの画像情報を異なる様式で、特に異なる色で、表示するように構成されている、請求項７に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
10. 複数の収集セグメントにセグメント化された収集シーケンスを実行して、該複数の収集セグメントにて磁気共鳴信号を収集し、各収集セグメントにて、１つ又は複数の磁気共鳴信号が収集され、且つエンコーディング傾斜磁場が印加され、
    前記複数の収集セグメントは、各グループが１つのＲＦ受信機周波数帯域に関連付けられた複数のグループに編成され、
    それぞれのグループの収集セグメントが、グループごとに異なるＲＦ受信機周波数帯域での磁気共鳴信号の収集を含み、
    収集された前記磁気共鳴信号から磁気共鳴画像を再構成し、
    より低いＲＦ受信機周波数帯域の信号収集においてオーバーサンプリングを実行し、且つ
    前記再構成において、それぞれのＲＦ受信機周波数帯域での前記オーバーサンプリングに応じたそれぞれのＲＦ受信機周波数帯域での視野を設定する、
    ことを有する磁気共鳴イメージング方法。
11. 複数の収集セグメントにセグメント化された収集シーケンスを実行して、該複数の収集セグメントにて磁気共鳴信号を収集し、各収集セグメントにて、１つ又は複数の磁気共鳴信号が収集され、且つエンコーディング傾斜磁場が印加され、
    前記複数の収集セグメントは、各グループが１つのＲＦ受信機周波数帯域に関連付けられた複数のグループに編成され、
    それぞれのグループの収集セグメントが、グループごとに異なるＲＦ受信機周波数帯域での磁気共鳴信号の収集を含み、
    収集された前記磁気共鳴信号から磁気共鳴画像を再構成し、
    より低いＲＦ受信機周波数帯域の信号収集においてオーバーサンプリングを実行し、且つ
    前記再構成において、それぞれのＲＦ受信機周波数帯域での前記オーバーサンプリングに応じたそれぞれのＲＦ受信機周波数帯域での視野を設定する、
    ための命令を有するコンピュータプログラム。
    

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