JPH06225863A - 磁気共鳴スペクトル画像撮影方法 - Google Patents

磁気共鳴スペクトル画像撮影方法

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JPH06225863A
JPH06225863A JP5016146A JP1614693A JPH06225863A JP H06225863 A JPH06225863 A JP H06225863A JP 5016146 A JP5016146 A JP 5016146A JP 1614693 A JP1614693 A JP 1614693A JP H06225863 A JPH06225863 A JP H06225863A
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JP
Japan
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magnetic resonance
measurement
spectral
dimensional
image
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JP5016146A
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Hiromichi Shimizu
博道 清水
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】計測1および2は独立したMRSIパルスシー
ケンスを表す。時間Twは計測1の終了と計測2の開始
を隔てる時間であり、スペクトル中の最長のT1よりも
十分長くする。MRSIの計測を、繰返し時間TRを
長,短に変えて2回以上実行し(11および12)、ス
ペクトルを規格化し(13)、計測間のピーク強度の比
を画素値にとってコントラストを作成する(14および
15)。また、MRSIとして、ケミカルシフトと空間
座標の一つを同時にエンコードする計測法を用いて短時
間で測定する。 【効果】生体内物質の縦緩和時間の相対値を化学種毎に
分布像として高速で得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医療用磁気共鳴診断装
置を用いて、生体内の特定の化学種の分布を計測する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、磁気共鳴イメージング装置(MR
I)を用いて、生体組織の縦緩和時間(T1)を測定す
る手法として、反転回復法や飽和回復法が用いられてい
る。これらの手法では、磁化反転用πパルスまたは飽和
用π/2パルスと計測用π/2パルスとの間隔を変えて
測定した複数の画像から、演算によりT1を画素毎に得
ることができる。しかし、これらの手法で得られるT1
はいわゆる密度画像に基づくものであり、画素に含まれ
る個々の化学種毎のT1ではない。これに対し、近年、
生体をin vivo 計測できるMRS(磁気共鳴スペクトロ
スコピー)の臨床応用が進展した結果、31Pを用いたM
RSにおいて対象組織の特定の化学種のT1が、正常組
織と病変を生じた部位とでは異なることが見出された。
【0003】例えば、間島らは、表面コイルを用いて領
域限定した31PーMRSを脳腫瘍,アルツハイマー病等
の患者に実施し、繰返し時間(TR)を1秒および15
秒の2段階に変えて得たスペクトル中のPME(リン酸
モノエステル)とβーATP(アデノシン3リン酸)の
比が、TRに応じてどのように変化するかを測定した。
その結果、腫瘍,アルツハイマー病等の患者ではPME
のT1が長くなっていることを見出した(日本磁気共鳴
医学会誌第11巻,補足1,194頁および同誌第10
巻,補足2,187頁等)。また、成瀬らは、ISIS
法を用いて領域限定した31PーMRSを脳神経疾患の患
者に実施し、得られたスペクトルの各ピークの値が、T
Rを2秒および15秒の2段階に変えた場合にどのよう
に変化するかを調べた。その結果、やはり脳腫瘍,変性
疾患ではPMEのT1が延長していることを見出した
(日本磁気共鳴医学会誌第10巻,補足2,184頁
等)。
【0004】このように、化学種毎、言い変えれば、ス
ペクトルの成分毎にT1を計測することは、疾病の診断
に際して有意義な知見を提供するものといえる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、表
面コイル法や、ISIS(イメージ セレクテッド イ
ンビボ スペクトロスコピー(Image selected invivo
Spectroscopy))法を用いることにより生体の限定された
単一領域からのスペクトルを測定しているため、測定し
た微小な領域の外の組織ではT1がどのように変化して
いるかを知ることができないという問題があった。
【0006】本発明の目的は、広い領域にわたるT1の
値を分布情報として得ることにより、上記問題を解決す
るものである。また、本発明の目的は、T1の分布情報
を得る測定では、一般に測定時間が長くなるという問題
を解決する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、一回の測定で複数の領域のスペクトルが
得られるスペクトロスコピック・イメージング法(以
下、MRSI法と略記する)を採用し、これと複数の繰
返し時間(TR)を組み合わせる。例えば代表的なMR
SI法である3D−CSI法(3次元ケミカルシフト・
イメージング)法あるいは4D−CSI(4次元ケミカ
ルシフト・イメージング)法を、TRを1秒および15
秒として2回実施して、PME等の着目するピークの強
度の比を画素値に採って画像を作成する。これによれ
ば、PMEのT1の相対的な長さが組織毎にどのように
分布しているかが容易に把握できる。
【0008】更に、高速な計測が要求される場合には、
空間の1次元もしくは2次元の座標を位相エンコード
し、残りの1次元の空間座標とスペクトル座標を傾斜磁
場の矩形波駆動や正弦波駆動により同時に周波数エンコ
ードする、いわゆる、高速スペクトロスコピック・イメ
ージング法と複数のTRを組み合わせる。
【0009】
【作用】本発明ではシングルボクセル法の代わりにマル
チボクセル法を採用しているため、組織の各部分におけ
る相対的なT1が分布画像として得られる。このため、
単一部位のT1の値を数値で評価する場合に比べて、病
変の有無や分布をはるかに容易に把握できる。また、シ
ングルボクセル法とは異なり、測定領域を選択する手続
きが不要であり、病変の初期段階でのスクリーニングで
も異常な部位を見逃す恐れが少ない。また、高速スペク
トロスコピック・イメージング法を用いた場合には、短
時間で相対的なT1の分布画像が得られるため、病態の
経時変化を追跡することが可能になる。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の基本的な手順を示す。同図
において、計測1および2は独立したMRSIパルスシ
ーケンスを表す。時間Twは計測1の終了と計測2の開
始を隔てる時間であり、スペクトル中の最長のT1より
も十分長いことが望ましい。具体的には 1Hでは5秒、
31Pでは15秒程度とする。
【0011】MRSIのシーケンスとして、例えば、図
3に示す3D−CSI法を用いることができる。図1の
処理11において、TR=1秒として3D−CSIの測
定を行い第一のスペクトル群(ボクセル毎のスペクト
ル)を得る。次に、処理12においてTR=15秒とし
て3D−CSIを行い、第二のスペクトル群を得る。次
いで、処理13においてスペクトル線の内の一つ、例え
ば、31Pの場合であれば、PMEの強度を基準とし、他
のスペクトルを規格化する。規格化されたスペクトルを
μ1(i)とする。ここにi=1,2,…はスペクトル線
の番号を、上付き添字は計測時のTRを表す。処理14
において第一のスペクトルで第二のスペクトルを除し、
比のスペクトルK(i)=μ15(i)/μ1(i)を得る。最
後に処理15においてK(i)を画素の濃度に対応させた
分布画像を作成する。
【0012】μ15(i)はT1に比べて十分長い繰返し時
間(TR)を設定して得たものであるため、各スペクト
ル線は濃度に比例した強度を示す。これに対して、μ
1(i)はTRが短く、縦磁化が熱平衡の値に復帰する余
裕がないため部分的な飽和が生じ、T1の長いスペクト
ル線ほど強度が減衰する。一例として、31Pスペクトル
の変化を模式的に図2に示す。ヒト脳の2.0 テスラに
おけるT1はボスカら(マグネティクレゾナンス・イン
・メディスン誌,第13巻,228−238頁、199
0年;M.D.Boska et.al.,Magn.Reson.Med.,13,228(199
0))によると、3種類のATPのT1が0.6〜1秒 で
あるのに対し、PMEとクレアチンリン酸(PCr)で
はそれぞれ1.7s,2.7sである。従って後者はTR
を1秒とした場合の減衰量が大きい(図2のピーク21
と22)。
【0013】なお、TRを1秒としたスペクトルではピ
ーク間の比が変化するばかりでなく、全体的に強度が低
下する。この効果は図2の表現では省いてあるが、図1
ではスペクトルを計測毎に規格化することにより排除し
ている。
【0014】また、スペクトルのピーク強度の減衰率は
TRとT1の比に依存し、1−exp(−TR/T1)で
与えられる。
【0015】なお、31PではT1の比較的長い化学種が
あるため、完全な縦緩和を達成するには約15秒という
長いTRが必要になるが、 1Hでは生体内の主要な化学
種のT1は1〜2秒であり、より短いTRを用いること
ができる。
【0016】3D−CSI法を用いた場合の短所は、繰
返し時間(TR)を挟んで空間座標に対する位相エンコ
ードのステップ数だけ計測を繰り返すため、全体の計測
時間が長くなりがちな点である。即ち、空間のx,y2
方向の座標を位相エンコードするため、x,y方向のマ
トリクス数Nx,Nyを各々16と比較的少数に抑えた
場合でも、繰返しは16×16=256回となる。TR
=15秒とすると、15×16×16=3840秒(6
4分)かかることになり、臨床応用には不向きとなる。
図4に示すような4D−CSI法では、この問題は更に
深刻になる。
【0017】測定時間を短縮する方法として、第二のス
ペクトル群の測定に於いて完全な縦緩和を行わず、より
短いTRを用いる方法が考えられる。例えば、計測2で
TRを15秒の代わりに7秒とすれば測定時間を短縮で
きるが、T1の精度は低くなる。計測1のTRをTR
1、計測2のTRをTR2とすれば、2回の計測間での
スペクトルのピーク強度低下率R(<1)は次式で与え
られる。但し、T2による減衰は無視する。
【0018】
【数1】
【0019】ここにT1(i)はi番目のピークのT1を
表す。理想的な測定条件はTR2>T1(i)となるよう
にすることであるが、この条件が満たされない場合には
Rは相対的に大きくなり、T1のコントラストが小さく
なる。言い替えると測定の精度が低下する。
【0020】第2の実施例では、TRをT1よりも小さ
くするとともにRFパルスのフリップ角を90度よりも
小さくすることにより、信号強度の低下を最小限に留め
る。フリップ角をαとした時、信号強度Iは次式、
【0021】
【数2】
【0022】に従い、また、Iを最大にするα(エルン
スト角)は、
【0023】
【数3】
【0024】で与えられることが知られている。ただ
し、E=exp(−TR/T1)である。
【0025】ここでは、スペクトル中の最も注目するピ
ーク(第i番目のピークとする)を最大にするフリップ
角を2回の計測毎に別個に設定する。即ち、計測1での
フリップ角α1を
【0026】
【数4】
【0027】により、また計測2でのフリップ角を、
【0028】
【数5】
【0029】により設定する。このようにすれば、部分
的な飽和による信号低下を最小限に留めつつ、TRを短
縮することができる。但し、コントラスト(2種類のI
の比)はT1の複雑な関数になる。
【0030】さて、計測時間を大きく短縮するには、位
相エンコードのための反復回数を低減することが最も有
効である。
【0031】第3の実施例では、高速MRSI法として
提案されているマンスフィールドらの方法、松井らの方
法やウェブらの方法(ジャーナル.オブ.マグネティッ
クレゾナンス誌第67巻,476−490頁、1986
年:S.Matsui,K.Sekihara,and H.Khono,Journal of Ma
gnetic Resonance,67,476,(1986))を利用する。これ
らの方法に共通する特徴は、傾斜磁場の内の一つ(以
下、便宜的にこれをx方向の傾斜磁場、Gxとする。)
を連続的に正負に切り替え、勾配エコー列を計測するこ
とによりx座標に関する情報とケミカルシフトに関する
情報を同時に得、スペクトロスコピック・イメージング
を高速に実行している点である。傾斜磁場の駆動方法
は、正弦波駆動を用いる方法も知られている。以下、こ
れらを一括して多重エンコード法という。
【0032】図5に一例として、松井らによるシーケン
スを示す。ここでは、計測1,2において位相エンコー
ドを変えてそれぞれNy回測定を繰り返す。マトリクス
数を16×16,TR1を1秒、TR2を15秒に取っ
た場合でも計測の所要時間は5分程度で済む。但し、多
重エンコード法では計測スペクトル帯域幅は空間座標の
標本点数と関連しており、強い制限を受ける。従って、
31P,13Cなどのスペクトル帯域の広い核種へ多重エン
コード法を適用する場合には、選択励起,選択飽和等の
スペクトル軸上の折り返しアーチファクトを防止する手
段や、ハイブリッド・スキャン等の計測スペクトル帯域
を拡大する手段を併用することが望ましい。
【0033】ここまではTRを2通りに変える場合につ
いて述べてきたが、3通り以上に変えてもよい。その場
合には複数の数1あるいは、数2に適合するT1を求め
ることにより、T1の相対値だけではなく絶対値を精度
良く求めることが可能になる。
【0034】
【発明の効果】本発明では化学種毎の相対的なT1の分
布像を得ることができるため、疾患の生じている部位を
容易に発見できる。また、高速で分布像を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による相対T1分布測定の手順を示す説
明図。
【図2】31PスペクトルのTRによる変化を模式的に示
す波形図。
【図3】3D−CSI法のパルスシーケンスを示す図。
【図4】4D−CSI法のパルスシーケンスを示す図。
【図5】高速MRSI法のシーケンスの一例を示す図。
【符号の説明】
11…第一回目のMRSIシーケンス、12…第二回目
のMRSIシーケンス。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気共鳴画像撮影装置において、パルス系
    列の繰返し時間を変えて複数のスペクトロスコピック画
    像計測を行い、各画像計測間で各スペクトル成分の比を
    計算しこの値を画素値とすることにより、各々の前記ス
    ペクトル成分の縦緩和時間を反映した分布画像を得るこ
    とを特徴とする磁気共鳴スペクトル画像撮影方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記磁気共鳴スペクト
    ロスコピック画像の撮影方法が、3次元あるいは4次元
    ケミカルシフト・イメージング法である磁気共鳴スペク
    トル画像撮影方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記磁気共鳴スペクト
    ロスコピック画像の撮影方法が、1次元もしくは2次元
    の空間座標の位相エンコードと、傾斜磁場の矩形波もし
    くは正弦波駆動による残りの1次元の空間座標およびス
    ペクトル座標の同時エンコードとを用いる磁気共鳴スペ
    クトル画像撮影方法。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記磁気共鳴スペクト
    ロスコピック画像の撮影方法が、90度未満のフリップ
    角を用いる3次元あるいは4次元ケミカルシフト・イメ
    ージング法である磁気共鳴スペクトル画像撮影方法。
JP5016146A 1993-02-03 1993-02-03 磁気共鳴スペクトル画像撮影方法 Pending JPH06225863A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009532163A (ja) * 2006-04-06 2009-09-10 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 磁気共鳴装置及び方法
JP2009534101A (ja) * 2006-04-19 2009-09-24 ウイスコンシン アラムナイ リサーチ フオンデーシヨン 多重ピークを備えた種の磁気共鳴スペクトロスコピー
JP2019144051A (ja) * 2018-02-19 2019-08-29 日本ポリプロ株式会社 熱可塑性樹脂の定量測定方法

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