JP6748065B2

JP6748065B2 - 血管造影強調画像及び灌流強調画像の取得を伴うｍｒｉ

Info

Publication number: JP6748065B2
Application number: JP2017505720A
Authority: JP
Inventors: ギュンターヘレ，ミヒャエル; オス，マティーアスヨーハネスパウリュスファン
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: US11199604B2; WO2015158879A1; US20170160365A1; JP2017511242A; CN106415298B; EP3146352A1; CN106415298A

Description

本発明は、動脈スピンラべリングにおける磁気共鳴画像法の分野に関する。

磁気共鳴（ＭＲ）画像診断法は、脳動態に関する情報を非侵襲的手法で提供する能力を発揮している。ＭＲ画像診断法によるこの情報の可用性により、ＭＲ画像法は、様々な疾患の診断を可能にする非常に価値のあるツールであることが分かっている。例えば灌流（perfusion）画像は、器官、例えば脳の血流に完全に非侵襲的な方法でアクセスすることを可能にする。灌流画像は、変化した血管系を持つ患者において重要な情報であり得る。最初は血流をモニタするために造影剤が使用されていた。

最近では、動脈スピンラべリング（ＡＳＬ：arterial spin labeling）法が導入された。ＡＳＬ法は、流入血液スピンの磁気タグ（magnetic tagging）を使用することによって上記の造影剤の使用を回避する。ＡＳＬを使用するＭＲ画像診断法は、以前は造影剤を使用する場合にのみ可能であった、脳血流等のような血流動態パラメータの定量的評価を提供する能力を有する。ＡＳＬは典型的に２つの段階を備える。一方の段階は、アクティブ動脈スピンラべリングを伴う段階であり、もう一方はラべリングを適用しない制御段階である。動脈スピンラべリングを伴う段階では、関心領域へ流れる血液（blood water）スピンが、無線周波数（ＲＦ）パルスによってマークされる。例えば動脈液（arterial water）の磁化を関心領域の近くで反転する。マークされた血液が関心領域へ移動するのに必要な流入時間の後、この領域の画像が取得される。取得された信号は、組織内へと流れたラベリングされた血液によって変調される。制御段階では、流入血液スピンは、画像が取得される前は未侵襲のままである、すなわちラべリングは実行されない。ラベリング情報がないにも関わらず、制御段階のモジュールは、上述のラベリング及び読み出しモジュールに従って実行され、ラべリング情報を必要とせずにＭＲ制御情報を取得する。静的組織の信号を取り除き、流入血液の信号のみを取得するように、両段階のデータセットを減じる。したがって、取得される画像は、ラベリングされたスピンと静的組織との間の磁化の相違に敏感になる。典型的には、アクティブ動脈スピンラべリング段階及び制御段階は、互いに対して交互になっている。

ＡＳＬの別の典型的な用途は、血管造影強調画像（angiography weighted image）の生成である。血管造影は、血管の形態を画像化すること、あるいは４Ｄ又は時間分解型の血管造影の場合は血管内を通る血流を動的に画像化することを指す。

一般に、ＡＳＬは単一の調整モジュール（preparation module）のシーケンスとして使用され、調整モジュールは、上述のようなラべリングモジュール又は制御モジュールのいずれかとすることができ、読み出しモジュールの単一のタイプとすることができる。タグ付けとも呼ばれるが、血管並びに制御状態の効果的なラベリングを達成するために調整モジュールで使用される幾つかの技術が存在する。これらの技術は、内因性のトレーサとしての動脈血液のスピンの利用に依拠する。

一般に、ＡＳＬは、個々のメリット及び欠点とともに血液スピンをどのようにラベリングするかについてのストラテジに応じて、異なるタイプに分けることができる。ＡＳＬの１つのタイプ、いわゆる疑似連続（pseudo-continuous）又はパルス連続（pulsed-continuous）ＡＳＬ（ｐＣＡＳＬ）は、ラべリングモジュールの間に、約0.5ms長の短い離散ＲＦパルスの列を同期的パルス化勾配磁場（synchronously pulsed gradient field）とともに用いる。このＲＦパルス／勾配パターンは、最大で数秒の期間の間印加され、画像スライスの近くに薄い反転面（inversion plane）を生成する。このラべリング面を通って流れる血液スピンは全て、フロー駆動型断熱反転（flow-driven adiabatic inversion）を呼び出すプロセスに起因して反転されている。同様に、制御状態は、磁化には影響を与えないが、同期的パルス化勾配磁場とともに、非常に類似する約0.5ms長の短い離散ＲＦパルスの列によって達成される。調整モジュールを時間的に符号化することによって、あるいは類似する読み出しモジュールを複数回繰り返すことによって、時間分解された情報を取得することができる。

調整モジュールの適用後、読み出しモジュールのチューニングの結果、異なるコントラストの画像を得ることができる。すなわち、ラべリングと取得との間の短い遅延時間を用いることによって、ラべリングされたスピンが依然として血管の内部に残るように、ｐＣＡＳＬに基づく血管造影画像を取得することができる。これに対して、灌流強調画像（perfusion-weighted image）では、磁気的にラべリングされたスピンが関心領域まで移動することで微小血管系内に存在するようになるか、あるいは組織の水分子と部分的又は完全に交換することで全体的に検出又は測定される磁化が減少するように、最大で数秒までの長いラべリングボーラス（labeling bolus）を、ラべリングと画像取得の間の増加させた遅延時間とともに用いられる。記録される信号は、ピクセル（ボクセル）内の全ての異なるコンパートメントの合計、すなわち組織及び微小血管系の磁化、そして場合によっては脳脊髄液（ＣＳＦ）等の他のコンパートメントの合計である。読み出しにおけるクラッシャー勾配（crusher gradient）の印加は、血管内信号を抑制することができ、一方、クラッシャー勾配のないＡＳＬ画像からのクラッシャー勾配のあるＡＳＬ画像の減算は、血管信号の測定、例えば動脈血体積又はラベリングされた血液の動脈流入カーブの測定を可能にする。

一般に、ＡＳＬは、単一の調整モジュールと、単一のタイプの取得モジュール、すなわち読み出しモジュールとの組合せとして使用される。それぞれのモジュールの選択及びタイプは、最後の画像から収集される情報に依存する。例えば低い又は高い空間解像度は、画像が灌流強調対照（contrast）を提示すべきか血管造影の血管形態を提示すべきかに依存する。そのような複数の情報は、別個の画像取得でしか測定することができず、そのような別個の画像取得は、全てのスキャン時間をかなり長引かせることになる。しかしながら、一般に、効率的なワークフロー及び治療決定に関して素早いデータ収集が必要とされる。例えば急性脳卒中の場合、画像診断は、治療までの時間を最小限まで短くするための可能な限り早く行われなければいけない。
（先行技術文献）
非特許文献１（Guenther, M.等著「Arterial Spin Labeling in combination with a look-locker sampling strategy: Inflow Turbo-Sampling EPI-FAIR (ITS-FAIR), MRM」ｖｏｌ．４６、２００１年、ｐ．９７４〜９８４）は、灌流を定量化する理論モデルを説明している。
特許文献１（米国特許出願公開第2013/085379号明細書）は、動脈スピンラベル（ＡＳＬ）プロセスにおける灌流を画像化する方法を説明している。
特許文献２（国際公開第2007/035824）は、全ての測定データセットが各単一の時間ステップの再構築に使用される時系列の取得を使用する、特定のラベリングパルスによってタグ付けされる血液磁化の間を区別する周期的な動脈スピンラべリングによる血流動態の定量的評価を説明している。

本発明の目的は、臨床の日常業務において改善されたワークフローを可能にし、少ないスキャン時間を提供し、かつ向上したレベルの関連する血流動態情報を短時間で提供する、動脈スピンラべリングにおける磁気共鳴画像診断方法、その方法を実行するためのＭＲ画像診断システム及びＭＲ画像診断システムをアップグレードして上記方法を実行するためのソフトウェアパッケージを提供することにある。

上記目的は、動脈スピンラべリングを使用する関心対象の磁気共鳴（ＭＲ）画像診断方法によって達成される。当該方法は、少なくともそのラべリング領域内の動脈血をラべリングするために、磁場及び／又は無線周波数（ＲＦ）場を関心対象に印加することによって、ラべリングモジュールを実行するステップと、関心領域における関心対象の第１のＭＲ情報を取得するよう、第１のパラメータを使用して、第１の読み出しモジュールを実行するステップと、関心領域における関心対象の第２のＭＲ情報を取得するよう、第２のパラメータを使用して、第２の読み出しモジュールを実行するステップと、第１及び第２のＭＲ情報に基づいて関心領域のＭＲ画像生成を実行するステップを備え、第１及び第２の読み出しモジュールの第１及び第２のパラメータは、異なるパラメータとなるよう選択される。

また、上記目的は、ＭＲ画像診断システムの検査空間内に配置される関心対象の関心領域の画像表現を提供するためのＭＲ画像診断システムによっても達成され、このＭＲ画像診断システムは、動脈スピンラべリングを使用する上記ＭＲ画像診断方法を実行するように適合される。

さらに、上記目的は、ＭＲ画像診断システムをアップグレードするためのソフトウェアパッケージによっても達成され、このソフトウェアパッケージは、動脈スピンラべリングを使用する上記ＭＲ画像診断方法に従って、ＭＲ画像診断システムを制御するための命令を含む。

本発明によると、単一のラベリングモジュールの後に少なくとも２つの読み出しモジュールを組み合わせる。ラべリングパルスによる合計の符号化磁化（total encoded magnetization）は、一部が第１の読み出しに、一部が第２の読み出しに使用される。したがって、単一のラベリングモジュールの後に異なる対照を提供することができ、これにより、単一のスキャンで時間内のほとんど同じ瞬間にマルチモーダルの血流動態情報を取得することができる。別個の取得の必要性は、血流動態の変化をモニタリングするときに、例えば機能的タスク又は血流動態チャレンジの間に克服することができる。異なるパラメータによる読み出しが要求される２つの情報が必要とされるときにスキャン回数（時間）を減らすことができる。単一のラベリングモジュールと組み合される、例えば２つの読み出しモジュールの組合せは、ラべリングモジュールの後に双方の読み出しモジュールをそれぞれ個々に実行する場合と比べて、スキャン時間を約50%減少させることができる。これは、臨床の日常業務におけるワークフローを改善し、ＭＲ画像診断に基づく緊急を要する診断において、例えば急性脳卒中の患者への用途に重要な改善を可能にする。

第１及び第２の読み出しモジュールの異なるパラメータに基づいて、単一のラベリングモジュールを使用して、異なるスキャニング対照を提供することができる。このことは、単一のスキャンで時間内のほぼ同じ瞬間にマルチモーダルの血流動態情報の取得を可能にする。２つのタイプの取得に１つのラベリングモジュールのみを用いることによって、取得時間の減少を成し得ることができ、それにより、第１の読み出しモジュールは、十分に符号化された磁化と、例えば第２のスキャニング対照のための関連情報を取得するための時間を残す。これは、ラべリングされた血液の位置、例えばラべリングされた血液が、第２の読み出しモジュールの間に関連する関心領域内に存在すると考えられるどうか、並びにラべリング自体の時間的制約、例えば血液が、第２の読み出しモジュールの間に取得のために十分に強いラベルを有しているかどうか、を指す。

第１及び第２の読み出しモジュールの第１及び第２のパラメータは、励起パルス、エコー時間、ｋ空間充填ストラテジ（filling strategy）、ラべリングモジュールごとの取得されたｋ空間線の数、読み出しパルス、パルスタイプ、パルス角、フリップ角及びその他のようなパラメータを備えることができる。第１及び第２の読み出しモジュールの第１及び第２のパラメータは、それぞれ、第１及び第２の読み出しを実行するときに取得される情報の種類に応じて、少なくとも１つのパラメータ、複数のパラメータ又は全てのパラメータにおいて異なるものとすることができる。

第１及び第２のＭＲ情報に基づく関心領域のＭＲ画像生成は、少なくとも１つの２次元又は３次元画像の生成を指す。典型的に、３Ｄスキャンは第１及び第２のＭＲ情報に基づいて生成される。さらに、方法は、１つ又は複数の画像／３Ｄスキャンを生成するように実行され得る。

ラべリングモジュールを実行することは、概ね当業者に公知であるので、更なる詳細を与える必要はない。

好ましい実施形態によると、方法は、ラべリングモジュールを実行するステップ、並びに第１及び第２の読み出しモジュールを実行するステップを繰り返し実行するステップを備える。第１及び第２の読み出しモジュールが第１及び第２のＭＲ情報を提供することができるように、これらのステップの順序を維持しなければならない。第１及び第２のＭＲ情報に基づいて関心領域のＭＲ画像生成を実行するステップでは、繰り返される読み出しの全て又は複数からの第１及び第２のＭＲ情報を、ＭＲ画像を生成するために使用することができる。したがって、ＭＲ画像の所望の解像度を得るために十分なｋ空間サンプルが取得されると、反復を終了することができる。このため、ｋ空間サンプルを異なるセグメントで取得することができ、望み通りのＭＲ画像を提供するよう組み合わせることができる。代替的な実施形態では、方法は、瞬間的な画像診断を可能にするよう継続的に実行される。更なる代替の実施形態では、ｋ空間を満たすまで第１又は第２の読み出しが繰り返し実行され、他方の、すなわち第２又は第１の読み出しが瞬間的な画像診断のために継続的に実行される。したがって、継続的に実行される読み出しは、第１及び第２の読み出しの反復に応じて繰り返され、後で平均化され得る。

好ましい実施形態によると、方法は、制御モジュールを実行するステップと、少なくとも、関心領域における関心対象の第１のＭＲ制御情報を取得するよう、第１のパラメータを使用して第１の読み出しモジュールを実行するか、関心領域における関心対象の第２のＭＲ制御情報を取得するよう、第２のパラメータを使用して第２の読み出しモジュールを実行するステップ、という追加のステップを備える。制御モジュールは、少なくとも第１又は第２の読み出しモジュールに先行するモジュールを指し、制御モジュールは、取得されるＭＲ制御情報と、ラべリングモジュールの後に取得されるＭＲ情報との間の相違が、ラべリングされる血液の影響に制限されるベストケースであるよう、血液のラべリングは行わないがラべリングモジュールを実行するときとできるだけ同様の方法でＭＲ画像診断システムを動作させるように実行される。それでもなお、制御モジュールは、理論上、ＭＲ画像診断システムが作動されない無効な（void）モジュールであるか、ラべリングモジュールの動作の一部のみが実行されるモジュールである可能性がある。ＡＳＬラべリングの画像が取得され、ＡＳＬの制御状態の画像、したがって、すなわち制御画像と比較されるとき、制御情報を、例えば灌流情報を取得するために使用することができる。例えばラべリングで取得される画像及び制御画像を減じることは、灌流強調画像を与える。したがって、第１及び第２のＭＲ情報に基づいて関心領域のＭＲ画像生成を実行するステップでは、少なくとも第１又は第２のＭＲ制御情報も、ＭＲ画像を生成するために使用することができる。第１及び第２のパラメータに応じて、制御画像を、第１及び第２の読み出しに使用することができ、あるいはこれらのうちの１つのみに使用することもできる。

好ましい実施形態によると、ラべリングモジュールを実行するステップ、並びに第１及び第２の読み出しモジュールを実行するステップは、制御モジュールを実行するステップ、並びに少なくとも第１の読み出しモジュール又は第２の読み出しモジュールを実行するステップと交互に実行される。したがって、ラべリングモジュールの後に取得されるＭＲ情報及びＭＲ制御情報を、例えば交互に取得することができ、ラべリングされた血液への影響を更に制限することができる。ラべリングモジュールと、それぞれの後続の読み出しを伴う制御モジュールとの交互実行は、一般に、ラべリングモジュールと制御モジュールを交互に実行することを指す。それでもなお、他の順番のラべリングモジュールと、それぞれの後続の読み出しを伴う制御モジュールを実行することもできる。関心領域のＭＲ画像生成を実行するステップでは、ＭＲ画像を生成するために、繰り返される読み出しの全て又は複数からの第１及び第２のＭＲ情報を、繰り返される読み出しの全て又は複数からの第１及び第２のＭＲ制御情報と一緒に使用することができる。したがって、ＭＲ画像の所望の解像度を得るために十分なｋ空間サンプルが取得されると、反復を終了することができる。このため、ｋ空間サンプルを異なるセグメントで取得することができ、望み通りのＭＲ画像を提供するよう組み合わせることができる。代替的な実施形態では、方法は、瞬間的な画像診断を可能にするよう継続的に実行される。更なる代替の実施形態では、ｋ空間を満たすまで第１又は第２の読み出しが繰り返し実行され、他方の、すなわち第２又は第１の読み出しが瞬間的な画像診断のために継続的に実行される。したがって、継続的に実行される読み出しは、第１及び第２の読み出しの反復に応じて繰り返され、後で平均化され得る。

好ましい実施形態によると、ラべリングモジュールを実行するステップは、疑似連続又はパルス連続ＡＳＬを用いることを備える。疑似連続又はパルス連続ＡＳＬ（ｐＣＡＳＬ）は、約0.5ms長の短い離散ＲＦパルスの列を同期的パルス化勾配磁場とともに用いる。このＲＦパルス／勾配パターンは、最大で数秒の期間の間印加され、画像スライスの近くに薄い反転面を生成する。このラべリング面を通って流れる血液スピンは全て、フロー駆動型断熱反転を呼び出すプロセスに起因して反転されている。したがって、ラべリングモジュールを時間的に符号化することによって、時間分解された情報を取得することができる。

好ましい実施形態によると、ラべリングモジュールを実行するステップは、時間符号化ラべリング列（temporally encoded labeling train）、例えばアダマール符号化（Hadamard encoded labeling train）ラべリング列を用いることを備える。アダマール符号化ラべリング列は、血液の磁化状態の区別を可能にする、ラベル及び制御サブモジュールを交互配置するラべリングモジュールを指す。したがって、アダマール符号化ラべリング列の使用は、全ての測定データセットが各単一の時間ステップの再構築に使用されるので、非常に効果的な方法での時系列の獲得を可能にする。特に、アダマール符号化ラべリング列は、動脈血のラベリングを実行することができる一連のサブモジュールと、血液をラべリングしない制御用のサブモジュールを提供する。異なる反復を終えると、サブモジュールの順序は、測定値の優れた追加と減算により、制御マイナス（引く）ラベル状態を効果的に実行することができるように変化することができる。時間符号化ラべリング列を使用することは、時間符号化ラべリング列を用いるラべリングモジュールが、別個の制御モジュールの適用の必要性を解消するよう、ラべリングと制御段階の組合せを可能にする。

好ましい実施形態によると、方法は、ラべリング領域と関心領域を異なる領域として選択するステップを備える、ラべリング領域及び関心領域は、分離した領域であってもよく、部分的に重なる領域とすることもできる。したがって、血液を、最も適した領域内で、例えば関心領域が関心対象の脳を指すときは、頸動脈内でラべリングすることができる。それでもなお、読み出しモジュールが脳をカバーしてそのＭＲ情報を提供するよう、脳自体をＭＲスキャンに最も関連する関心領域とする。代替的な実施形態では、ラべリングモジュール及び読み出しモジュールを、同じ領域内で実行することができる。すなわち、関心領域とラべリング領域が同一であるか、あるいは関心領域がラべリング領域を備えるか、ラべリング領域が関心領域を備える。

好ましい実施形態によると、第１の読み出しモジュールを実行するステップは、血管造影強調画像のために第１のパラメータを使用することを備える。血管造影は、血管の形態を画像化すること、あるいは４Ｄ又は時間分解型の血管造影の場合は血管内を通る血流を動的に画像化することを指す。血管造影画像は、流入時間測定値について復号され、後続の第２の読み出し、例えば灌流強調読み出しのために十分な信号を残すことができる。

好ましい実施形態によると、第２の読み出しモジュールを実行するステップは、灌流強調画像のために第２のパラメータを使用することを備える。灌流情報は、例えば器官内の血流の空間的分散を指す。したがって、灌流情報は、ある器官の血流、例えば脳の血流が、その器官内の特定の位置で、あるいはその器官全体として十分であるかどうかを判断するために有益である。灌流強調画像では、最大で数秒までの長いラべリングボーラスが、ラべリングと画像取得の間の増加させた遅延時間とともに用いられ、その結果、ラべリングされた動脈血が関心領域まで移動して組織の水分子と交換し、これにより全体的な組織の磁化を減らすことができる。

好ましい実施形態によると、第１の読み出しモジュールを実行するステップは、血管クラッシュ画像データ（vascular crushed image data）を取得するために、それぞれ、第１のパラメータを使用することを備える。読み出しモジュールにおけるクラッシャー勾配の印加は、血管内信号を抑制することができ、一方、クラッシャー勾配のないＡＳＬ画像からのクラッシャー勾配のあるＡＳＬ画像の減算は、血管信号の測定、例えば動脈血体積又はラベリングされた血液の動脈流入カーブの測定を可能にする。例として、パラメータが第１のパラメータを指す場合、これらのパラメータは、45度の励起パルスの後に血管クラッシュ画像データを取得するように設定され、パラメータが第２のパラメータを指す場合、これらのパラメータは、90度の励起パルスの後に非血管クラッシュ画像データを取得するように設定され得る。

好ましい実施形態によると、第２の読み出しモジュールを実行するステップは、非血管クラッシュ画像データ（non vascular crushed image data）を取得するために、それぞれ、第２のパラメータを使用することを備える。読み出しモジュールにおけるクラッシャー勾配の印加は、血管内信号を抑制することができ、一方、クラッシャー勾配のないＡＳＬ画像からのクラッシャー勾配のあるＡＳＬ画像の減算は、血管信号の測定、例えば動脈血体積又はラベリングされた血液の動脈流入カーブの測定を可能にする。例として、パラメータが第１のパラメータを指す場合、これらのパラメータは、45度の励起パルスの後に血管クラッシュ画像データを取得するように設定され、パラメータが第２のパラメータを指す場合、これらのパラメータは、90度の励起パルスの後に非血管クラッシュ画像データを取得するように設定され得る。

好ましい実施形態によると、方法は、第２の読み出しモジュールに続いて第３の読み出しモジュールを実行し、ラべリングされた血液に基づいて関心対象の第３のＭＲ情報を取得するステップを備え、第３の読み出しモジュールは、第１及び第２の読み出しモジュールとは異なるパラメータで実行される。したがって、関心対象の更なる情報を、単一ラべリングモジュールを有する１つのシーケンスで取得することができる。これは、ＭＲ画像診断方法を実行する際の効率の更なる向上を可能にする。したがって、関心領域のＭＲ画像生成を実行するステップは、第１、第２及び第３のＭＲ情報に基づいて実行することができる。原理上、ラべリングモジュールの後に更に多くの数の読み出しモジュールを実行することができ、その結果、ＭＲ画像生成のために更なるＭＲ情報を取得して使用することができる。読み出しモジュールの数は単に、ラべリングモジュールの後に読み出しに利用可能な時間によって制限される。第１及び第２の読み出しモジュールを実行することに関連して上記で説明した原理は、第３の読み出しモジュール及び任意の更なる読み出しモジュールにも当てはまる。

当業者によって認識されるように、本発明の態様は、システム、方法又はコンピュータプログラム製品として具現化されてもよい。したがって、本発明の態様は、全体的にハードウェアの実施形態、全体的にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）又はソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせる実施形態の形をとってよく、これらは全て一般的に、「回路」、「モジュール」又は「システム」と呼ばれることがある。さらに、本発明の態様は、その中に具現化されるコンピュータ読取可能プログラムコードを有する、１つ以上のコンピュータ読取可能媒体内に具現化されるコンピュータプログラム製品の形をとってもよい。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ読取可能媒体に格納されてもよく、コンピュータ読取可能媒体に格納された命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定される機能／動作を実装する命令を含む製品を生成するように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他のデバイスに特定の方法で機能するよう指示することができる。

また、コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他のデバイスにロードされてもよく、コンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイスを実行する命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで指定される機能／動作を実装するためのプロセスを提供するように、一連の動作ステップをそのようなコンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で実行させる。

本発明のこれら及び他の態様は、後述される実施形態から明らかになるか、その実施形態との関連で明瞭にされるであろう。しかしながら、そのような実施形態が、必ずしも本発明の完全な範囲を表している必要はなく、したがって、本発明の範囲を解釈するためには特許請求の範囲の参照を行う。
本発明に係る磁気共鳴（ＭＲ）画像診断システムの一部の概略的な図である。第１の実施形態に係る、動脈スピンラべリングを使用する磁気共鳴（ＭＲ）画像診断の一般的な方法を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る、動脈スピンラべリングを使用する磁気共鳴（ＭＲ）画像診断の一般的な方法を示すフローチャートである。本発明の第３、第４及び第５の実施形態に係る、図３に一般的に図示されるような３つの方法の３つのタイミング図を含む図である。第１の読み出しに基づく時間分解された血管造影強調画像を含む図である。第２の読み出しに基づく灌流強調画像を含む図である。

図１は、本発明に係る磁気共鳴（ＭＲ）画像診断システムの実施形態の概略図を示している。ＭＲ画像診断システム１１０は、当技術分野で公知のＭＲ画像システムとすることができ、下記で詳細に説明されるように、動脈スピンラべリングを使用してＭＲ画像診断を行うように操作される。

ＭＲ画像診断システム１１０は、ＭＲスキャナ１１２を備える。ＭＲ画像診断システム１１０は更に、静磁場を生成するために提供される主磁石１１４を含む。主磁石１１４は、その中に配置されることになる関心対象１２０、通常は患者のために、中心軸１１８の周囲に検査空間１１６を提供する中央のボアを有する。この実施形態では、中央のボア、ひいては主磁石１１４の静磁場は、中心軸１１８に従って水平方向を有する。代替的な実施形態では、主磁石１１４の方向は異なる可能性があり、例えば静磁場に垂直方向を与えることができる。さらに、ＭＲ画像診断システム１１０は、静磁場に重畳される勾配磁場を生成するために提供される磁場勾配コイルシステム１２２を備える。磁場勾配コイルシステム１２２は、当技術分野で公知であるように、主磁石１１４のボア内に同心円上に配置される。

さらに、ＭＲ画像診断システム１１０は、管状体を有する全身コイルとして設計される無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイス１４０を含む。ＲＦアンテナデバイス１４０は、ＲＦ伝送段階の間にＲＦ磁場を検査空間１１６に印加し、ＭＲ画像によってカバーされるべき関心対象１２０、特に関心領域１４２内の核を励起するために提供される。ＲＦアンテナデバイス１４０も提供され、ＲＦ受信段階の間に、励起された核からＭＲ信号を受け取る。ＭＲ画像診断システム１１０の作動状態では、ＲＦ伝送段階及びＲＦ受信段階が連続的に起こっている。ＲＦアンテナデバイス１４０は主磁石１１４のボア内に同心円状に配置される。当技術分野で公知であるように、円筒状の金属のＲＦスクリーン１２４が、磁場勾配コイルシステム１２２とＲＦアンテナデバイス１４０との間に同心円状に配置される。

さらに、ＭＲ画像診断システム１１０は、当技術分野で一般に公知であるように、取得したＭＲ信号からＭＲ画像を再構築するために提供されるＭＲ画像再構築ユニット１３０と、ＭＲスキャナ１１２の機能を制御するように提供されるモニタユニット１２８を有するＭＲ画像診断システム制御ユニット１２６とを備える。ＭＲ画像診断システム制御ユニット１２６とＲＦ伝送ユニット１３４との間に制御線１３２が設置される。ＲＦ伝送ユニット１３４は、ＲＦ伝送段階の間に、ＲＦスイッチユニット１３６を介してＭＲ無線周波数のＲＦパワーをＲＦアンテナデバイス１４０に供給するために提供される。ＲＦスイッチユニット１３６はまた、ＭＲ画像診断システム制御ユニット１２６によって制御され、その目的を果たすために、別の制御線１３８がＭＲ画像診断システム制御ユニット１２６とＲＦスイッチユニット１３６との間に設置される。ＲＦ受信段階の間に、ＲＦスイッチユニット１３６は、ＲＦアンテナデバイス１４０からのＭＲ信号を、事前増幅の後、ＭＲ画像再構築ユニット１３０に向ける。

図２は、第１の実施形態に係る動脈スピンラべリング画像診断法を使用する磁気共鳴（ＭＲ）の一般的方法である。

ステップＳ１００において、上記ＭＲ画像診断システム１１０が提供される。さらに、関心対象１２０が検査空間１１６に配置される。

ステップＳ１１０において、ラべリングモジュール２００が、ＭＲ画像診断システム１１０を使用して実行され、ラべリング領域１４４内の動脈血をラべリングするために磁場及び／又は無線周波数（ＲＦ）場を関心対象１２０に印加する。この実施形態において、ラべリング領域１４４は関心対象１２０の頸部を指す。したがって、頸動脈を通る血流が、ラべリングモジュール２００の間にラベリングされる。ラべリングモジュール２００はまた、３つの異なる方法の実施形態が図示されている図４に関連して理解され得る。

ステップＳ１２０において、第１のパラメータを使用して、ラべリングされた血液に基づいて、第１の読み出しモジュール２０２を実行し、関心対象１２０の第１のＭＲ情報を取得する。

ステップＳ１３０において、第２のパラメータを使用して、ラべリングされた血液に基づいて、第２の読み出しモジュール２０４を実行し、関心対象１２０の第２のＭＲ情報を取得する。

第１及び第２の読み出しモジュール２０２、２０４の第１及び第２のパラメータは、図４に図示される実施形態に関連して詳細に分かるように、異なるパラメータとなるように選択される。第１及び第２の読み出しモジュールの異なるパラメータに基づいて、単一のラベリングモジュールを使用して異なるスキャニング対照を提供することができる。

図２に見られるように、モジュール２００、２０２、２０４は繰り返し実行される。すなわち、十分なｋ空間サンプルが達成されて所望のＭＲ画像について十分な情報が得られるまで、ステップＳ１１０、Ｓ１２０及びＳ１３０はこの順番で繰り返される。

ステップＳ１７０において、第１及び第２のＭＲ情報に基づいて、関心領域１４２のＭＲ画像生成が行われる。したがって、繰り返される第１及び第２の読み出しモジュール２０２、２０４において得られるｋ空間サンプルを組み合わせて、関心領域１４２の画像を提供する。関心領域１４２のＭＲ画像は３Ｄスキャンとして提供される。この実施形態において、関心領域１４２は関心対象１２０の脳である。

図３は、第２の実施形態に係る動脈スピンラべリング画像診断法を使用する磁気共鳴（ＭＲ）の一般的方法である。第１の実施形態の方法のステップと相違しない方法のステップには同じステップ番号を割り当てている。これらの方法のステップのそれぞれの説明を参照する。

ステップＳ１１０において、ラべリングモジュール２００が、ＭＲ画像診断システム１１０を使用して実行され、ラべリング領域１４４内の血液をラべリングするために磁場及び／又は無線周波数（ＲＦ）場を関心対象１２０に印加する。この実施形態において、ラべリング領域１４４は関心対象１２０の頸部を指す。したがって、頸動脈を通る動脈血が、ラべリングモジュール２００の間にラベリングされる。ラべリングモジュール２００は、３つの異なる方法の実施形態が図示されている図４に関連して理解され得る。

ステップＳ１２０において、第１のパラメータを使用して、ラべリングされた血液に基づいて、第１の読み出しモジュール２０２を実行して関心対象１２０の第１のＭＲ情報を取得する。

ステップＳ１３０において、第２のパラメータを使用して、ラべリングされた血液に基づいて、第２の読み出しモジュール２０４を実行して関心対象１２０の第２のＭＲ情報を取得する。

ステップＳ１４０において、制御モジュールが、ＭＲ画像診断システム１１０を使用して実行される。制御モジュール２０８は、ラべリング領域１４４における血液のラベリングは行わないが、ラべリングモジュール２００を実行するときと可能な限り同様の方法でＭＲ画像診断システム１１０を動作させるように実行されるモジュールを指す。したがって、取得されるＭＲ制御情報と取得されるＭＲ情報との間の相違は、ラべリングされる血液の影響に制限されるベストケースである。

ステップＳ１５０において、第１のパラメータを使用して、第１の読み出しモジュール２０２を実行して、関心対象１２０の第１のＭＲ制御情報を取得する。ステップＳ１２０とＳ１５０における第１の読み出しモジュール２０２の第１のパラメータは同一であるように選択される。

ステップＳ１６０において、第２のパラメータを使用して、第２の読み出しモジュール２０４を実行して、関心対象１２０の第２のＭＲ制御情報を取得する。ステップＳ１３０とＳ１６０における第２の読み出しモジュール２０２の第２のパラメータは同一であるように選択される。

図３で分かるように、モジュール２００、２０２、２０４、２０８は、上述のような順序で繰り返し実行される。すなわち、十分なｋ空間サンプルが達成されて所望のＭＲ画像について十分なＭＲ情報及びＭＲ制御情報が得られるまで、ステップＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０及びＳ１６０はこの順番で繰り返される。

ステップＳ１７０において、第１及び第２のＭＲ情報並びに第１及び第２のＭＲ制御情報に基づいて、関心領域１４２のＭＲ画像生成が実行される。したがって、繰り返される第１及び第２の読み出しモジュール２０２、２０４において得られるｋ空間サンプルを組み合わせて、関心領域１４２のＭＲ画像を提供する。関心領域１４２のＭＲ画像は、３Ｄスキャンとして提供される。この実施形態において、関心領域１４２は関心対象１２０の脳である。ＭＲ制御情報に基づいて、ラべリングモジュール２００により得られるＭＲ画像と制御モジュール２０８により得られる制御画像の減算により、灌流強調画像を提供するよう、灌流情報が提供される。したがって、関心領域１４２のＭＲ画像生成を実行するステップは、第１及び第２のＭＲ情報だけでなく、第１及び第２のＭＲ制御情報にも基づく。

ここで、図４ａ、すなわち図４の上段の図に関連して、第３の実施形態に対応する更なる方法を説明することにする。この方法は、図３に図示される第２の実施形態に係る方法に基づいており、したがって、必要に応じて詳細のみを提示する。

第３の実施形態の方法によると、ステップＳ１１０において、疑似連続又はパルス連続ＡＳＬを用いてラべリングモジュール２００が実行される。疑似連続又はパルス連続ＡＳＬ（ｐＣＡＳＬ）は、約0.5ms長の一連の短い離散ＲＦパルスを、同期的パルス化勾配磁場とともに用いる。このＲＦパルス／勾配パターンは、最大で数秒の期間の間印加され、画像スライスの近くに薄い反転面を生成する。このラべリング面を通って流れる血液スピンは全て、フロー駆動型断熱反転を呼び出すプロセスに起因して反転されている。

またさらに、第３の実施形態の方法によると、ステップＳ１２０において、第１の読み出しモジュール２０２は、血管造影強調画像のために第１のパラメータを使用することを含む。血管造影は、血管の形態を画像化すること、あるいは４Ｄ又は時間分解型の血管造影の場合は血管内を通る血流を動的に画像化することを指す。血管造影画像は、流入時間測定値について復号され、後続の第２の読み出しモジュール２０４、例えば灌流強調読み出しのために十分な信号を残すことができる。第１のパラメータとして、第１の読み出しモジュール２０２は、血管造影の３Ｄボリュームの読み出し部分として、一連の小さなフリップ角のターボフィールドエコー（ＴＦＥ）パルス、例えば30回7度フリップ角のエリアセットを実行するように設定される。

第２の読み出しモジュール２０４は、灌流強調画像のために第２のパラメータを使用することを備える。灌流画像は、器官、例えば脳の血流に完全非侵襲的方法でアクセスすることを可能にする。これは、変化した血管系を持つ患者における重要な情報となり得る。灌流情報は、例えば器官内の血流の空間的分散を指す。したがって、灌流情報は、ある器官の血流が、その器官内の特定の位置で、あるいはその器官全体として十分であるか否かを判断するために有益である。灌流強調画像では、最大で数秒までの長期ラべリングボーラスを、ラべリングと画像取得の間の増加した遅延時間のある、ラべリングモジュール２００との関連で使用し、その結果、ラべリングされた動脈血が、関心領域１４２まで移動して組織の水分子と交換し、これにより全体的な組織の磁化を減らすことができる。第２のパラメータとして、第２の読み出しモジュール２０４は、90度マルチスライスＥＰＩ読み出しを実行して灌流強調画像を取得するように設定される。

ステップＳ１４０において、ＭＲ画像診断システム１１０を使用して制御モジュール２０８が実行される。この場合、ＭＲ画像診断システム１１０は、ラべリング領域１４４内の血液のラべリングはしないが、ラべリングモジュール２００を実行するときと可能な限り同様の方法で操作される。

ステップＳ１５０において、第１のパラメータを使用して、第１の読み出しモジュール２０２を実行し、関心対象１２０の第１のＭＲ制御情報を取得する。ステップＳ１２０及びＳ１５０における第１の読み出しモジュール２０２の第１のパラメータは、同じものが選択される。

ステップＳ１６０において、第２のパラメータを使用して、第２の読み出しモジュール２０４を実行し、関心対象１２０の第２のＭＲ制御情報を取得する。ステップＳ１３０及びＳ１６０における第２の読み出しモジュール２０２の第２のパラメータは、同じものが選択される。

ステップＳ１７０において、ＭＲ画像が、この実施形態では、血管造影及び灌流情報を含む３Ｄスキャンとして生成される。灌流情報に関して、先行するラベリングモジュール２００による第２の読み出し情報２０４に基づく画像データと、先行する制御モジュール２０８による第２の読み出し情報２０４に基づく画像データとを比較する。特に、先行するラベリングモジュール２００により取得される画像を、先行する制御モジュール２０８により取得される画像から取り去る。代替的な実施形態では、２Ｄスキャンが生成される。

次に、図４ｂ、すなわち図４の中段の図に関連して、第４の実施形態に対応する更なる方法を説明する。この方法は、図３に図示される第１の実施形態に係る方法に基づいており、したがって、必要に応じて詳細のみを提示する。加えて、第４の実施形態に係る方法は、読み出しモジュール２０２、２０４に関して、すなわちステップＳ１２０及びＳ１３０に関して、第３の実施形態について説明したものと同一である。さらに、ＭＲ画像を生成するステップＳ１７０も同一である。したがって、ラべリングモジュール２００に関して、すなわちステップＳ１１０に関してのみ相違点がある。

第４の実施形態の方法によると、ステップＳ１１０において、ラべリングモジュール２００は、時間符号化ラべリング列を用いて実行される。この実施形態において、時間符号化ラべリング列は、アマダール符号化ラべリング列である。アマダール符号化ラべリング列は、血液の磁化状態の間の区別を可能にする、ラべリングサブモジュール２１０と制御サブモジュール２１２とを交互に配置するラべリングモジュール２００を指す。したがって、アマダール符号化ラべリング列は、動脈血のラベリングを実行することができる一連のサブモジュール２１０と、血液をラベリングしない制御用のサブモジュール２１２を提供する。したがって、第１及び第２のＭＲ制御情報が同じ読み出しモジュール２０２、２０４を用いて取得され、この読み出しモジュール２０２、２０４は、後に第１及び第２のＭＲ情報を取得するために実行される。図４の中段の図で分かるように、サブモジュール２１０、２１２の順序は、ラべリングモジュール２００の異なる反復にわたって変化する。

次に、図４ｃ、すなわち図４の下段の図に関連して、第５の実施形態に対応するより詳細な方法を説明する。この方法は、図３に図示される方法に基づいており、したがって、必要に応じて詳細のみを提示する。加えて、第５の実施形態に係る方法は、ステップＳ１１０及びＳ１４０におけるラべリングモジュール２００及び制御モジュールＳ２０８に関して、第３の実施形態について説明したものと同一である。

第５の実施形態の方法によると、ステップＳ１１０において、疑似連続又はパルス連続ＡＳＬを用いてラべリングモジュール２００が実行される。

ステップＳ１２０において、第１のパラメータを使用して、第１の読み出しモジュールが実行される。第１のパラメータとして、第１の読み出しモジュール２０２は、45度の励起パルスの後に血管クラッシュ画像データを取得するために読み出しを実行するように設定される。

ステップＳ１３０において、第２のパラメータを使用して、第２の読み出しモジュールが実行される。第２のパラメータとして、第２の読み出しモジュール２０５は、90度の励起パルスの後に非血管クラッシュ画像データを取得するために読み出しを実行するように設定される。

ステップＳ１７０において、ＭＲ画像が、この実施形態では３Ｄスキャンとして生成される。

一実施形態において、記憶デバイス、フロッピーディスク、コンパクトディスク、ＣＤ、デジタル多用途ディスク、ＤＶＤ、ブルーレイ（登録商標）ディスク又はランダムアクセスメモリ、ＲＡＭ等のようなコンピュータ読取可能媒体が提供される。コンピュータ読取可能媒体は、ＭＲ画像診断システム１１０の制御ユニット１２６に上記の方法を実行させる命令のセットを含む。

したがって、コンピュータ使用可能なプログラムコードを含む、コンピュータ使用可能な媒体を備えるコンピュータプログラム製品が提供され、この場合、コンピュータ使用可能なプログラムコードは上記の方法を実行するように適合される。

更なる実施形態において、ＭＲ画像診断システム１１０を更新するためのソフトウェアパッケージが提供され、これにより、ソフトウェアパッケージは、上記の方法を実行するようにＭＲ画像診断システム１１０を制御するための命令を含む。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に図示及び説明されているが、そのような図及び説明は、例示又実施例であって、制限的ではないものとして考えられるべきであり、本発明は、開示される実施形態に限定されない。図面、本開示及び特許請求の範囲の教示から、当業者が特許請求に係る発明を実施する際に、開示される実施形態に対する他の変形が理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、「備える」という単語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。特許請求の範囲における全ての参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１１０磁気共鳴（ＭＲ）画像診断システム
１１２磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ
１１４主磁石
１１６ＲＦ検査空間
１１８中心軸
１２０関心対象
１２２磁場勾配コイルシステム
１２４ＲＦスクリーン
１２６ＭＲ画像診断システム制御ユニット
１２８モニタユニット
１３０ＭＲ画像再構築ユニット
１３２制御線
１３４ＲＦ伝送ユニット
１３６ＲＦスイッチユニット
１３８制御線
１４０無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイス
１４２関心領域
１４４ラべリング領域
２００ラべリングモジュール
２０２第１の読み出しモジュール
２０４第２の読み出しモジュール
２０８制御モジュール
２１０ラべリング用のサブモジュール
２１２制御用のサブモジュール

Claims

磁気共鳴（ＭＲ）画像システムにおいて実行される、動脈スピンラベリングを使用する関心対象の磁気共鳴（ＭＲ）画像生成方法であって：
少なくとも前記関心対象のラベリング領域内の動脈血をラベリングするために、磁場及び／又は無線周波数（ＲＦ）場を前記関心対象に印加することによって、ラベリングモジュールを実行するステップと；
前記ラベリングモジュールの実行後に少なくとも２つの読み出しモジュールを実行する、読み出しモジュール実行ステップであって、
第１の時点で第１のパラメータを使用して第１の読み出しモジュールを実行し、前記関心対象の関心領域における第１のＭＲ情報を取得する、第１実行ステップと、
前記第１の時点より後の第２の時点で第２のパラメータを使用して第２の読み出しモジュールを実行し、前記関心対象の前記関心領域における第２のＭＲ情報を取得する、第２実行ステップと、
を含む、読み出しモジュール実行ステップと；
前記第１及び第２のＭＲ情報に基づく少なくとも１つの２次元又は３次元画像の生成を含め、前記第１及び第２のＭＲ情報に基づいて前記関心領域のＭＲ画像生成を実行するステップと；
を備え、
前記第１の読み出しモジュールの前記第１のパラメータは、血管の形態を提示するよう血管造影強調画像のためのパラメータとして選択され、前記第２の読み出しモジュールの前記第２のパラメータは、前記第１のパラメータとは異なる灌流強調画像のためのパラメータとして選択される、
磁気共鳴画像生成方法。
前記ラべリングモジュールを実行するステップと、前記読み出しモジュール実行ステップを繰り返し実行するステップ、
を備える、請求項１に記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記読み出しモジュール実行ステップの後に、制御モジュールを実行し、血液のラベリングは行わずに制御画像が得られるよう前記ＭＲ画像システムの動作を制御するステップと；
前記制御モジュールの実行後に、前記第１のパラメータを使用して前記第１の読み出しモジュールを実行し、前記関心対象の前記関心領域における第１のＭＲ制御情報を取得する、第３実行ステップ、及び前記第２のパラメータを使用して前記第２の読み出しモジュールを実行し、前記関心対象の前記関心領域における第２のＭＲ制御情報を取得する、第４実行ステップと；
を更に備える、請求項１又は２に記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記ラベリングモジュールを実行するステップ及び前記読み出しモジュール実行ステップは、前記制御モジュールを実行するステップ、前記第３実行ステップ及び前記第４実行ステップと交互に実行される、
請求項３に記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記ラベリングモジュールを実行するステップは、疑似連続又はパルス連続ＡＳＬを用いることを備える、
請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記ラベリングモジュールを実行するステップは、時間符号化ラベリング列を用いることを備え、該時間符号化ラベリング列は、アダマール符号化ラベリング列を含む、
請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記ラベリング領域と前記関心領域を異なる領域として選択するステップ
を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記第１実行ステップは、前記第１のパラメータを使用して血管クラッシュ画像データを取得することを備える、
請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記第２実行ステップは、前記第２のパラメータを使用して非血管クラッシュ画像データを取得することを備える、
請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気共鳴画像生成方法。
前記読み出しモジュール実行ステップは、前記第２実行ステップの後に第３の読み出しモジュールを実行し、ラベリングされた血液に基づいて前記関心対象の第３のＭＲ情報を取得するステップを備え、
前記第３の読み出しモジュールは、前記第１及び第２の読み出しモジュールとは異なるパラメータで実行される、
請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気共鳴画像生成方法。
ＭＲ画像システムをアップグレードするためのソフトウェアパッケージであって、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法に従って、前記ＭＲ画像システムを制御するための命令を含む、ソフトウェアパッケージ。
ＭＲ画像システムの検査空間内に配置される関心対象の関心領域の画像表現を提供するためのＭＲ画像システムであって、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法を実行するように適合されているＭＲ画像システム。