JP6599733B2 - 磁気共鳴装置およびプログラム - Google Patents
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Description
前記スキャンにおいて、RFパルスを有する複数のシーケンスを実行するスキャン手段であって、前記シーケンスごとに前記RFパルスの周波数が異なるように、前記複数のシーケンスを実行するスキャン手段と、
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成手段と、
水の共鳴周波数からのずれを表すオフセット周波数を変数として含む偶関数であって、オフセット周波数の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換手段により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング手段と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算手段と、
を有する磁気共鳴装置である。
前記スキャンにおいて、複数のRFパルスを含むパルスセットを有する複数のシーケンスを実行するスキャン手段であって、前記複数のRFパルスのうちのp番目のRFパルスの位相とp+1番目のRFパルスの位相との位相差が前記シーケンスごとに異なるように、前記複数のRFパルスの位相をサイクルさせているスキャン手段と、
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成手段と、
RFパルスの位相差を変数として含む偶関数であって、前記位相差の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換手段により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング手段と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算手段と、
を有する磁気共鳴装置である。
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成処理と、
水の共鳴周波数からのずれを表すオフセット周波数を変数として含む偶関数であって、オフセット周波数の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換処理と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換処理により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング処理と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成処理と、
RFパルスの位相差を変数として含む偶関数であって、前記位相差の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換処理と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換処理により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング処理と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
図1は、本発明の第1の形態の磁気共鳴装置の概略図である。
磁気共鳴装置(以下、「MR装置」と呼ぶ。MR:Magnetic Resonance)1は、マグネット2、テーブル3、受信RFコイル(以下、「受信コイル」と呼ぶ)4などを有している。
勾配磁場電源7は、制御部5から受け取ったデータに基づいて、勾配コイル23に電流を供給する。
Zスペクトル作成手段91は、画像作成手段90により得られた画像に基づいて、Zスペクトルを作成する。
スペクトル変換手段92は、Zスペクトルを、後述するCPEスペクトルFCPE(Δωa)(例えば、図9参照)に変換する。CPEスペクトルFCPE(Δωa)は第1のスペクトルに相当する。
i値設定手段94は、CEST項の数を表すiの値を設定する。
CRZスペクトル作成手段96は、ZスペクトルからCEST波形が除去されたスペクトル(後述するCRZスペクトル)を作成する。
(c0,cMT)計算手段98は、第2のフィッティング手段97により計算された係数の値に基づいて、ベースライン項に含まれる係数(c0,cMT)の値を計算する。ベースライン項に含まれる係数(c0,cMT)については後述する。
判断手段100は、スペクトル変換手段92により得られたCPEスペクトルFCPE(Δωa)に、CESTの影響を受けた他の信号成分の波形が含まれているか否かを判断する。
スペクトル比較手段102は、スペクトル推定手段101により推定された理想的なZスペクトルと、Zスペクトル作成手段91により作成されたZスペクトルとを比較し、理想的なZスペクトルによってZスペクトルが再現されているか否かを判断する。
時定数計算手段105は、後述する時定数kの値を計算する。
図1に戻って説明を続ける。
MR装置1は、上記のように構成されている。
図3の上側には、スキャンが実行されるスライスSLの位置が示されている。図3において、x軸、y軸、およびz軸は、それぞれ、被検体のRL方向(左右方向)、AP方向(前後方向)、およびSI方向(頭尾方向)に対応している。第1の形態では、スライスSLは、被検体の脳を横切るように設定されている。尚、第1の形態では、説明の便宜上、スライスSLは1枚のみが設定されるとする。図3では、スライスSLはアキシャル面であるが、アキシャル面に限定されることはなく、コロナル面、サジタル面、又はオブリーク面であってもよい。
v回目のシーケンスSEVは、連続波のRFパルスCWと、横磁化を消失させるためのキラー勾配パルスGcと、シングルショット法によりデータを収集するためのデータ収集セグメントDAQとを含んでいる。本形態では、RFパルスCWの周波数f[Hz]は、f=fvに設定されている。連続波のRFパルスCWを印加した後、キラー勾配パルスGcが印加され、キラー勾配パルスGcを印加した後にデータ収集セグメントDAQが実行される。脂肪抑制をする場合、データ収集セグメントは、水を選択的に励起するRFパルスを使用することができる。
図5(a1)は、Zスペクトルの波形を概略的に示す図である。Zスペクトルの横軸は、水の共鳴周波数からのずれを表すオフセット周波数Δωaである。Δωaは、Δωa=2π(f−fw)[rad/sec]で計算される。ここで、fwは、水の共鳴周波数である。
Mza:シーケンスSEVのデータ収集セグメントDAQ(図4参照)の直前における自由水プールに含まれるプロトンの縦磁化の大きさ
M0 a:RFパルスWCおよびキラー勾配パルスGcを印加せずにデータ収集セグメントDAQを実行する場合において、データ収集セグメントDAQの直前における自由水プールに含まれるプロトンの磁化の大きさである。
尚、文字の添え字「a」は、自由水(free water)に起因することを表している。
Δωc:CESTの影響を受けた信号成分(CEST波形)のピークが現れるオフセット周波数[radian/sec]
ka:自由水プールからCESTプールへの磁化移動(Magnetization Transfer)の時定数[Hz]
k:CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数[Hz]
γ:磁気回転比
B1:送信磁場の強度
図6(a1)はZスペクトルの波形の概略図、図6(a2)はZスペクトルをCEST波形P1とベースライン波形P2とに分けて示した図である。
第1の形態では、ZスペクトルをCPEスペクトルに変換し、CPEスペクトルを用いて時定数k(式19参照)の値を求める。以下に、CPEスペクトルを用いて時定数kの値を求める方法について具体的に説明する。
ステップST1では、スキャンSC(図4参照)が実行される。スキャンSCでは、シーケンスSE1〜SErが実行される。制御部5(図1参照)は、各シーケンスに含まれているRFパルスのデータを送信器6に送り、各シーケンスに含まれている勾配パルスのデータを勾配磁場電源7に送る。送信器6は、制御部5から受け取ったデータに基づいてRFコイル24に電流を供給し、勾配磁場電源7は、制御部5から受け取ったデータに基づいて勾配コイル23に電流を供給する。したがって、RFコイル24はRFパルスを印加し、勾配コイル23は勾配パルスを印加する。シーケンスSE1〜SErの各々が実行されるたびに、スライスSL(図6参照)からMR信号が発生する。このMR信号は受信コイル4(図1参照)で受信される。受信コイル4は、MR信号を受信し、MR信号の情報を含むアナログ信号を出力する。受信器8は、受信コイル4から受け取った信号に対して、検波などの信号処理を行い、信号処理により得られたデータを処理装置9に出力する。
Zスペクトルを作成した後、ステップST3に進む。
図14の上側には、CPEスペクトルFCPE(Δωa)およびスペクトルFCPE_1(Δωa)が示されており、図14の下側には、CPEスペクトルFCPE(Δωa)とスペクトルFCPE_1(Δωa)との差分スペクトルD(Δωa)が示されている。
ステップST71では、CRZスペクトル作成手段96が、式(22)を用いて、ZスペクトルからCEST波形が除去されたCRZスペクトルZCRZを作成する。ただし、i=2に設定されているので、式(22)は、以下の式で表される。
判断手段100は、CPEスペクトルFCPE(Δωa)から、スペクトルFCPE_2(Δωa)を差分し、差分スペクトルD(Δωa)を求め、差分スペクトルD(Δωa)と閾値TH1およびTH2とを比較する。
図20では、差分スペクトルD(Δωa)には、オフセット周波数Δωc,3の付近に、閾値TH1を超えたピークP3が現れている。したがって、判断手段100は、CPEスペクトルFCPE(Δωa)に他のCEST波形が含まれていると判断する。CPEスペクトルFCPE(Δωa)に他のCEST波形が含まれていると判断された場合、ステップST10に進み、他のCEST波形のピークが現れるオフセット周波数Δωc,3を検出する。オフセット周波数Δωc,3を検出した後、ステップST11に進み、iがインクリメントされ、CPEスペクトルFCPE(Δωa)の近似式(27)に新たなCEST項FL,3(Δωa)が追加される。そして、ステップST6〜ST9が実行される。したがって、ステップST9において、CPEスペクトルFCPE(Δωa)に他のCEST波形が含まれていると判断されるたびに、CPEスペクトルFCPE(Δωa)の近似式に新たなCEST項が追加され、ステップST6〜ST9が実行される。例えば、ステップST9において、CPEスペクトルFCPE(Δωa)にj個目のCEST波形が含まれていると判断された場合について考えてみる。この場合、ステップST11においてi=jに設定されるので、CPEスペクトルFCPE(Δωa)の近似式は、以下の式で表される。
ステップST151では、i値設定手段94が、CEST項の数を表すiを、初期値(i=1)に設定する。i=1に設定した後、ステップST152に進む。
CEST項FL,1(Δωa)は、i=1であるので、式(19)のiにi=1を代入する。したがって、式(19)は以下の式で表される。
図29は、CEST項FL,2(Δωa)に関する時定数kの値を計算する方法の説明図である。
CEST項FL,2(Δωa)は、i=2であるので、式(19)のiにi=2を代入する。したがって、式(19)は以下の式で表される。
第1の形態では、連続波のRFパルスを有するシーケンスを用いた例について説明したが、第2の形態では、複数のプリパレーションパルスを有するシーケンスを用いた例について説明する。
尚、第2の形態のMR装置は、第1の形態のMR装置と同じである。
v回目のシーケンスSEVは、m個のプリパレーションパルスと、データ収集セグメントDAQとを有している。各プリパレーションパルスは、RFパルスXと、縦磁化を定常状態にするためのキラー勾配パルスGcとを含んでいる。RFパルスXの周波数fは、f=fvに設定されている。プリパレーションパルスを繰り返し実行し、第mのプリパレーションパルスが実行された後に、シングルショット法によりデータを収集するためのデータ収集セグメントDAQが実行される。
第3の形態では、RFパルスの位相をサイクルさせるフェーズサイクリング法によりデータを収集するシーケンスを用いた例について説明する。
第3の形態における処理装置9は、第1の形態における処理装置9と比較すると、以下の点(1)および(2)が異なっている。
(2)第3の形態では、処理装置9は周波数変換手段105を有している。周波数変換手段105は、位相差を周波数に変換する。
次に、第3の形態で使用されるシーケンスについて説明する。
v回目のシーケンスSEVは、第1〜第mのパルスセットSet1〜Setm、キラー勾配パルスGc、およびデータ収集セグメントDAQを有している。以下では、先ず、第1〜第mのパルスセットSet1〜Setmについて説明する。尚、第1〜第mのパルスセットSet1〜Setmは同じ構成であるので、第1〜第mのパルスセットSet1〜Setmの説明に当たっては、代表して第1のパルスセットSet1を取り上げて説明する。
第1のパルスセットSet1は、r個のRFパルスX1〜Xrを有している。RFパルスX1〜Xrは、正のRFパルスと負のRFパルスが交互に現れるように構成されている。RFパルスX1〜Xrは、時間間隔T_iterで印加される。符号「X1」〜「Xr」の下に記載されている「φ1」〜「φr」は、RFパルスの位相を表している。
また、第3の形態でも、式(19)を用いることにより、時定数kの値を計算することができる。
2 マグネット
3 テーブル
3a クレードル
4 受信コイル
5 制御部
6 送信器
7 勾配磁場電源
8 受信器
9 処理装置
10 記憶部
11 操作部
12 表示部
13 被検体
21 収容空間
22 超伝導コイル
23 勾配コイル
24 RFコイル
21 収容空間
90 画像作成手段
91 Zスペクトル作成手段
92 スペクトル変換手段
93 検出手段
94 i値設定手段
95 第1のフィッティング手段
96 CRZスペクトル作成手段
97 第2のフィッティング手段
98 (c0,cMT)計算手段
99 スペクトル計算手段
100 判断手段
101 スペクトル推定手段
102 スペクトル比較手段
103 カウント手段
104 時定数計算手段
105 周波数変換手段
Claims (18)
- CEST(化学交換飽和移動)により生じる磁化の移動を反映した情報を取得するためのスキャンを実行する磁気共鳴装置であって、
前記スキャンにおいて、RFパルスを有する複数のシーケンスを実行するスキャン手段であって、前記シーケンスごとに前記RFパルスの周波数が異なるように、前記複数のシーケンスを実行するスキャン手段と、
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成手段と、
水の共鳴周波数からのずれを表すオフセット周波数を変数として含む偶関数であって、オフセット周波数の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換手段により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング手段と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算手段と、
を有する磁気共鳴装置。 - 前記オフセット周波数をΔωaで表し、前記偶関数をF(Δωa)で表すと、
前記CEST項は、前記偶関数F(Δωa)を用いて表される、請求項1に記載の磁気共鳴装置。 - 前記CEST項は、前記第1の係数の他に第2の係数を含み、
前記ピークの高さは、前記第1の係数と前記第2の係数とを用いて表される、請求項2に記載の磁気共鳴装置。 - 前記CEST項は、前記第1の波形のピークが現れる周波数を表す第3の係数を含む、請求項3に記載の磁気共鳴装置。
- 前記近似式はn個のCEST項を有し、
前記n個のCEST項のうちの第iのCEST項は、3つの係数a1,i、a2,i、およびΔωc,iを含んでおり、
a2,iは前記第1の係数を表し、a1,iは前記第2の係数を表し、Δωc,iは前記第3の係数を表し、
a1,i/a2,iは前記ピークの高さを表し、2√a2,iは前記ピークの半値幅を表す、請求項4に記載の磁気共鳴装置。 - 前記第iのCEST項は、前記3つの係数a1,i、a2,i、Δωc,iおよび前記偶関数F(Δωa)を用いて、以下の式で表される、請求項5に記載の磁気共鳴装置。
F(Δωa−Δωc,i):前記偶関数F(Δωa)のΔωaをΔωa−Δωc,iに置き換えることにより得られる関数 - CEST(化学交換飽和移動)により生じる磁化の移動を反映した情報を取得するためのスキャンを実行する磁気共鳴装置であって、
前記スキャンにおいて、複数のRFパルスを含むパルスセットを有する複数のシーケンスを実行するスキャン手段であって、前記複数のRFパルスのうちのp番目のRFパルスの位相とp+1番目のRFパルスの位相との位相差が前記シーケンスごとに異なるように、前記複数のRFパルスの位相をサイクルさせているスキャン手段と、
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成手段と、
RFパルスの位相差を変数として含む偶関数であって、前記位相差の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換手段と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換手段により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング手段と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算手段と、
を有する磁気共鳴装置。 - 前記位相差をΔφaで表し、前記偶関数をF(Δφa)で表すと、
前記CEST項は、前記偶関数F(Δφa)を用いた式で表される、請求項7に記載の磁気共鳴装置。 - 前記CEST項は、前記第1の係数の他に第2の係数を含み、
前記ピークの高さは、前記第1の係数と前記第2の係数とを用いて表される、請求項8に記載の磁気共鳴装置。 - 前記CEST項は、前記第1の波形のピークが現れる周波数を表す第3の係数を含む、請求項9に記載の磁気共鳴装置。
- 前記近似式はn個のCEST項を有し、
前記n個のCEST項のうちの第iのCEST項は、3つの係数a1,i、a2,i、およびΔφc,iを含み、
a2,iは前記第1の係数を表し、a1,iは前記第2の係数を表し、Δφc,iは前記第3の係数を表し、
a1,i/a2,iは前記ピークの高さを表し、2√a2,iは前記ピークの半値幅を表す、請求項10に記載の磁気共鳴装置。 - 前記第iのCEST項は、前記3つの係数a1,i、a2,i、Δφc,iおよび前記偶関数F(Δφa)を用いて、以下の式で表される、請求項11に記載の磁気共鳴装置。
F(Δφa−Δφc,i):前記偶関数F(Δφa)のΔφaをΔφa−Δφc,iに置き換えることにより得られる関数 - 前記位相差を周波数に変換する周波数変換手段を有する、請求項7〜12のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴装置。
- 前記RFパルスは、連続波のRFパルスである、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴装置。
- 前記シーケンスは、複数のプリパレーションパルスを有しており、
前記複数のプリパレーションパルスの各々は、前記RFパルスと、縦磁化を定常状態にするためのキラー勾配パルスとを含む、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の磁気共鳴装置。 - 前記時定数計算手段は、以下の式を用いて前記時定数を計算する、請求項5、6、11、又は12に記載の磁気共鳴装置。
B1:前記送信磁場の強度
γ:磁気回転比 - CEST(化学交換飽和移動)により生じる磁化の移動を反映した情報を取得するためのスキャンを実行する磁気共鳴装置であって、前記スキャンにおいて、RFパルスを有する複数のシーケンスを実行するとともに、前記シーケンスごとに前記RFパルスの周波数が異なるように、前記複数のシーケンスを実行する磁気共鳴装置に適用されるプログラムであって、
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成処理と、
水の共鳴周波数からのずれを表すオフセット周波数を変数として含む偶関数であって、オフセット周波数の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換処理と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換処理により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング処理と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - CEST(化学交換飽和移動)により生じる磁化の移動を反映した情報を取得するためのスキャンを実行する磁気共鳴装置であって、前記スキャンにおいて、複数のRFパルスを含むパルスセットを有する複数のシーケンスを実行するとともに、前記複数のRFパルスのうちのp番目のRFパルスの位相とp+1番目のRFパルスの位相との位相差が前記シーケンスごとに異なるように、前記複数のRFパルスの位相をサイクルさせている磁気共鳴装置に適用されるプログラムであって、
前記複数のシーケンスにより得られたデータに基づいてZスペクトルを作成するZスペクトル作成処理と、
RFパルスの位相差を変数として含む偶関数であって、前記位相差の値がゼロにおいて当該偶関数の値がゼロになるように設定された偶関数に基づいて、前記Zスペクトルを第1のスペクトルに変換するスペクトル変換処理と、
CESTの影響を受けた第1の波形を表すCEST項であって、前記第1の波形のピークの半値幅を求めるために使用される第1の係数を含むCEST項と、CESTの影響を受けていない第2の波形を表すベースライン項とを含む前記第1のスペクトルの近似式を用いて、前記スペクトル変換処理により得られた前記第1のスペクトルをフィッティングし、前記第1の係数の値を求めるフィッティング処理と、
前記第1の係数の値と、前記RFパルスにより発生する送信磁場の強度の値とに基づいて、CESTプールから自由水プールへの磁化移動の時定数の値を計算する時定数計算処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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