JP5836263B2 - B1、b2低感度の高コントラストmri用の断熱磁化のプレパレーション - Google Patents
B1、b2低感度の高コントラストmri用の断熱磁化のプレパレーション Download PDFInfo
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Description
本出願は、2009年4月2日に出願された、Curtis A.Corum らによる「B1、B0低感度の高コントラストMRI用の断熱磁化のプレパレーション」と題する米国仮特許出願番号第61/166,067号(代理人整理番号600.729PRV)から米国特許法第119条(e)に対し優先権の利益を主張する。上記米国仮特許出願番号第61/166,067号の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、国立衛生研究所(NIH)よりの賞金番号BTRRP41RR008079にて、政府の支援を得てなされたものである。政府は本発明について一定の権利を有する。
図1は、磁気共鳴システム100のブロック図を含む。1つの実施例において、磁気共鳴システム100は、磁石105を有する画像システム100を表現する。1つの実施例において、システム100は、電子常磁性体共鳴システムを含む。磁石105は、バイアシング磁場を提供し得る。コイル115と被験体110は、磁石105の磁場の中に配置される。被験体110は、人体、動物、ファントムまたはその他標本を含む。コイル115は、時々アンテナとも呼ばれるが、送信コイル、受信コイル、別個の送信・受信コイル、または送受信コイルを含み得る。コイル115は送信/受信ユニット120及び処理装置(processor)130と連通する。様々な実施例において、コイル115は、被験体110に対して高周波(RF)信号を送受信する。送信/受信ユニット120は、送信/受信スイッチ、アナログデジタル変換器(ADC)、デジタルアナログ変換器(DAC),増幅器、フィルター、またはコイル115を励起し、コイル115から信号を受信するよう構成されたその他のモジュールを含み得る。送信/受信ユニット120は、処理装置(processor)330に連結する。
核磁気共鳴(NMR、または省略形で磁気共鳴MRとも呼ばれる)において、RF励起は、逐次的、同時的かつ任意的と記載され得る。連続波(CW)、パルス状、および確率的を含む、3つの異なる対応するNMR技術が使用される。
SWIFTは、図2Aに示す方法によってモデル化することができる。前記SWIFTは、少なくとも空間情報をエンコードするために使用される磁場勾配の新たな値(または向き)の設定に必要な時間分、パルス長さTpを超える、短い反復時間TRを有する周波数変調パルスのシーケンスを採用する。画像は3D逆投影法再構成を用いて処理される。1つの実施例において、双曲線正割族(HSnパルス)からの周波数変調パルスが使用される。図2Bにおいて、時間感度の振幅及び位相を有するN個の異なるサブパルス要素を含む1つの成形パルスが図示されている。FMパルス実行中、瞬時共鳴が到達されるまで、等色曲線が実効RF磁場ベクトルに続く。共鳴時、前記等色曲線がRFパルスの「ハグ」から解放されて、その後、小さな減衰変調を伴ってほぼ自由に前進し、スペクトルコンタミネーションを生ぜしめる。したがって、スピンシステム応答からスペクトル情報を抽出するために、確率的NMRにおいて、位相情報を回復する方法に類似の相互相関法を使用して、処理が行われる。TR<<T1のSWIFTの、理論的に達成可能な単位時間当たり信号対ノイズ比(SNR)は、パルスFTのそれと等しい。SWIFT取得中に、適用された画像勾配は、磁化率または不均一性ゆえに固有の全勾配を上回る。かかる状況のため、得られた画像は、横緩和から完全に独立しており、信号強度はT1とスピン密度にのみ依存する。最大T1コントラストは、実効フリップ角に依存し、感度とコントラストとを最大限調整するならば、エルンスト角を2倍も上回るフリップ角を有することとなる。フリップ角が極めて小さい場合、T1コントラストはごく僅かであり、かかるコントラストは全てスピン密度由来である。画像取得前に、または画像取得とインターリーブする適切な準備シーケンスによって、その他の種類のコントラストが到達され得る。
(a)高速:SWIFTは、再焦点パルスや勾配反転に関連する遅延ならびに取得時間と一体化する励起パルス時間を除去する。その他の高速画像シーケンス同様、SWIFTは、既存の画像化システムハードウェアや取得速度、空間分解能、及びSNRとの調整による制限を受ける。
(b)短いT2に対する高感度:SWIFTは、T2>1/SW(SW=スペクトル幅)を有する励起スピンに対して高感度を有する。特定して分解されるためには、T2>N/SWが満たされなければならないが、かかる条件は、SWを増大させることにより、固体に対しても理論的に実現可能である。
(c)低減したモーションアーチファクト:SWIFTには、「エコー時間」がないため、モーションアーチファクトに対して感度が低い。その他の高速シーケンスと比較して、勾配存在下の拡散や非代償性運動による信号の喪失が少ない。
(d)低減したダイナミックレンジ要件:異なる周波数が逐次的に励起されるため、結果生成された信号は、取得した信号より低減した振幅を有し、時間について分散される。これにより、デジタイザのダイナミックレンジをより効果的に利用し得る。
(e)静か:SWIFTは、投影画像間の勾配を変化させる際、小さなステップを使用するため、大きな雑音を生じる高速勾配スイッチングが回避され得る。また、SWIFTは、動的な検査において高い時間分解能を達成するため、迅速な更新モードにて動作し得る。投影再構成は、フーリエ画像とは異なり、各取得のk空間の中心をサンプリングするため、この疑似時間分解能が可能である。
磁化プレパレーション(MP)は、画像中にコントラストを生じさせるために使用され得る。SWIFTにおいて、定常状態は、手短に言えば、図3に示すようにMPブロックを導入することと解釈され得る。前記MPブロックとは、示された実施例において、反転プレパレーションのための断熱HS4R10パルスを含む。しかしながら、MP−SWIFTは、断熱状態を満たすパルス、満たさないパルスを含む、他種のパルスを使用することによって実施され得る。図3は、512SWIFT図間でインターリーブされた2つのHS4R10パルスを含むT2−MP−SWIFTシーケンスを例示する。
第四部では、静磁場のB1低感度T1強調画像化用断熱反転プレパレーションを使用したMP−SWIFTについて記載する。
MP−SWIFTは、4Tリサーチ用MRIスキャナ(Oxford 60cm磁石ボア、Siemens Sonata 4ガウス/cm勾配、Varian Inova console, vnmrj「クラシック」インターフェース)を用いて実施され得る。本明細書でデータが提供される実施例において、MP−SWIFTシーケンスは、反転プレパレーション用の断熱HS4R10パルスを利用し、その後ギャップ付きHSIベースのSWIFT読み出しを利用する。かかる断熱反転プレパレーションがSWIFT読み出しの256スポーク図毎に挿入される(合計96,000動径k空間スポーク)。
図4A、4B、及び4Cは、代表的な性能を示す。図4Aは、SWIFTシーケンスからのフィルタリングされていないスライスを示す。図4Bは、MP−SWIFTを、図4Cは、成人健常者の頭部MP−SWIFT/SWIFT比を示す。このシリーズにおける画像は、短いT2信号を示す。コントラストは、より長いT2信号によって支配される。図4Aは、グリッドソフトウェアを使用して256×265×256等方性公称分解能に再構成された、標準2°のフリップ角、62.5kHz、TR=4.9ms、8分、96,000ユニークラジアルfid図(スポーク)SWIFTデータセットを含む。図4Bは、MP−SWIFT、TI=1.1sの同じ公称スライスを含み、SWIFT読み出しの256図(約1.25s)以外は追加的回復時間を設けず、14分間の画像化時間でその他全てのパラメータは不変である。図4Cは、SWIFTならびにB1振動による強度変化を除去したMP−SWIFT/SWIFT比を示す。B1低感度は、超高磁場で特に有益である。
RAGEと異なり、SWIFTは励起と取得を同時に行う。このことは、縦状態に磁化しておくプレパレーションの選択に有利である。その他の標準的プレパレーション励起の組み合わせは、フリップバックを伴って使用され得る。SWIFT及びMP−SWIFTは、小児患者及び恐怖症の患者の画像化に使用され得る。
第五部では、脳内の4T断熱T2強調MP−SWIFTについて記載する。
本明細書は、SWIFT読み出しの図とインターリーブされた断熱二重反転磁化プレパレーション(MP)部分について記載する。本発明の内容は、T2−MP−SWIFTを使用する、脳内の62.5kHzバンド幅の高分解能臨床用T2強調画像を提供する。
T2−MP−SWIFTは、4T研究用MRIスキャナを使用して実行され得る。図3にて、MPブロックが概略的に示されている。T2−MP−SWIFTは、ギャップ付きHS1ベースのSWIFT読み出しが後続する、二重反転プレパレーション用の2つの断熱HS4R10パルスを利用する。断熱二重反転プレパレーションは、SWIFT読み出しの512スポーク図毎に挿入される(合計96,000動径k空間スポーク)。
図5A及び5Bは、SWIFT(図5A)及びT2−MP−SWIFT(図5B)から得られた成人健常者の頭部の代表的なスライスを示す。T2−MP−SWIFT画像は、いくつかの回復された短いT2信号を含み、コントラストはより長いT2信号によって支配される。図5Aは、標準2°のフリップ角、62.5kHz、TR=4.9ms、8分、グリッドソフトウェアを使用して256×265×256等方性公称分解能に再構成された96,000ユニークラジアルfid図(スポーク)SWIFTデータセットを含む。図5Bは、2つの30msのHS4R10の180°パルスを使用したT2−MP−SWIFTによる同じ公称スライスを含み、SWIFT読み出しの512図(約2.5s)以外は追加的回復時間を設けず、8分間を少し超える画像化時間でその他全てのパラメータは不変である。
画像コントラストは、T1、T2類似のコンポーネントを有する断熱T1ρである。その他の画像シーケンスと異なり、SWIFTは励起を取得と実質的に同時に実行する。このことは、磁化を長期的な状態におくプレパレーションの選択において有利である。その他の標準的プレパレーション励起の組み合わせは、フリップバックを伴って使用され得る。MP−SWIFT同様に、T2−MP−SWIFTは、小児患者及び恐怖症の患者の画像化に使用され得る。
以下は、図6に示すように、1つの実施例による方法600を記載する。
本発明の内容においては、例えばHS1、HS4、HS8、HSn及びBIR4(B1独立の再焦点)などの種々の断熱パルスプロフィールが使用され得る。断熱パルスは、振幅変調と周波数変調の双方がなされ、断熱条件を満たす。断熱パルスに加えて、本発明の内容は、非断熱プレパレーションパルスを使用して実行され得る。断熱プレパレーションパルスは、T2の消滅を回避するために使用され得る。
P1SSSS P1SSSS P1P2SSSS P1SSSSP1P2
P1SSSS P2SSSS P1SSSS P2
P1SS P1SS P1SS
Claims (14)
- 磁気共鳴スキャナ、及び
前記磁気共鳴スキャナに連結し、標本に対して励起シーケンスを提供するよう構成された処理装置を含むシステムであって、前記励起シーケンスが、掃引周波数及び掃引振幅を有するギャップ付きパルスを含み、前記処理装置が、前記励起シーケンス中に磁化プレパレーションブロックをインターリーブするように構成され、前記磁化プレパレーションブロックは、前記励起シーケンスの選択されたパルスエレメント間に設けられ、前記磁化プレパレーションブロックは、画像にコントラストを提供する為に構成された少なくとも1つのパルスを含み、かつ、前記処理装置が、前記画像作成時に使用するためにスピンシステムデータを取得するように構成され、
前記スピンシステムデータは、前記励起シーケンスと実質的に同時に取得され、前記少なくとも1つの磁化プレパレーションブロックは、少なくとも1つの断熱パルスを含んでいる、システム。 - 前記少なくとも1つの磁化プレパレーションブロックが双曲線正割パルスを含む、請求項1に記載のシステム。
- パルス長さTpを上回る反復時間TRにて周波数変調パルスの励起シーケンスを使用してMRデータを作成するステップと、
前記励起シーケンス中に磁化プレパレーションブロックを導入するステップであって、前記磁化プレパレーションブロックは、前記励起シーケンスの選択されたパルスエレメント間に設けられ、前記磁化プレパレーションブロックは、画像にコントラストを提供する為に構成された少なくとも1つのパルスを含むステップと、
MRデータを使用して前記画像を作成し、前記MRデータは、前記励起シーケンスと実質的に同時に取得され、磁化プレパレーションブロックを導入するステップは、断熱パルスを導入することを含むステップと
を含む方法。 - 前記励起シーケンスがSWIFTシーケンスを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記磁化プレパレーションブロックを導入するステップが、2以上の断熱パルスを導入するステップを含む、請求項3あるいは4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記磁化プレパレーションブロックを導入するステップが、T2強調コントラストを提供するためのパルスを選択するステップを含む、請求項3、4及び5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記磁化プレパレーションブロックを導入するステップが、B1場の変化に鈍感なパルスを選択するステップを含む、請求項3乃至6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記磁化プレパレーションブロックを導入するステップが、HS4パルスを導入するステップを含む、請求項3乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 周波数掃引パルスのシーケンスを使用して被検体を励起するステップと、
被検体を磁化プレパレーションブロックで励起するステップであって、前記磁化プレパレーションブロックは、前記励起シーケンスの選択されたパルスエレメント間に設けられ、前記磁化プレパレーションブロックは、画像にコントラストを提供する為に構成された少なくとも1つのパルスを含むステップと、
前記シーケンス中、少なくとも1つの所定のギャップ内でスピンシステムデータを取得するステップと、
前記スピンシステムデータを使用して前記画像を作成し、前記スピンシステムデータは、前記周波数掃引パルスのシーケンスと実質的に同時に取得され、前記被検体を磁化プレパレーションブロックで励起することは、少なくとも1つの断熱パルスで前記被検体を励起することを含むステップとを含む方法を実行するために保存されたコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体。 - 前記シーケンスを使用して被検体を励起するステップが、SWIFTを使用するステップを含む、請求項9に記載のコンピュータ可読媒体。
- 前記被検体を前記磁化プレパレーションブロックで励起するステップが、少なくとも1つのHS4パルスを提供するステップを含む、請求項9あるいは10のいずれか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
- 前記被検体を前記磁化プレパレーションブロックで励起するステップが、断熱二重反転プレパレーションをインターリーブするステップを含む、請求項9乃至11のいずれかに記載のコンピュータ可読媒体。
- 前記スピンシステムデータを取得するステップが、ラジアル画像データを取得するステップを含む、請求項9乃至12のいずれかに記載のコンピュータ可読媒体。
- 周波数掃引パルスのシーケンスを使用して被検体を励起するステップと、
パルス中、少なくとも1つの所定のギャップ内で第一スピンシステムデータを取得するステップと、
前記第一スピンシステムデータを使用して第一画像を作成するステップと、
被検体を磁化プレパレーションブロックで励起するステップであって、前記磁化プレパレーションブロックは、前記励起シーケンスの選択されたパルスエレメント間に設けられ、前記磁化プレパレーションブロックは、画像にコントラストを提供する為に構成された少なくとも1つのパルスを含むステップと、
前記磁化プレパレーションブロックを含むパルス中、少なくとも1つの所定のギャップ内で第二スピンシステムデータを取得するステップと、
前記第二スピンシステムデータを使用して第二画像を作成するステップと、
前記第一画像及び前記第二画像の比率に基づいて複合画像を作成し、前記第一のスピンシステムデータと前記第二のスピンシステムデータは、前記周波数掃引パルスのシーケンスと実質的に同時に取得され、前記磁化プレパレーションブロックで、前記被検体を励起することは、少なくとも1つの断熱パルスで前記被検体を励起することを含むステップを含む方法を実行するために保存されたコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体。
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