JPH11313812A - 磁気共鳴スペクトロスコピイ方法 - Google Patents
磁気共鳴スペクトロスコピイ方法Info
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- JPH11313812A JPH11313812A JP11069383A JP6938399A JPH11313812A JP H11313812 A JPH11313812 A JP H11313812A JP 11069383 A JP11069383 A JP 11069383A JP 6938399 A JP6938399 A JP 6938399A JP H11313812 A JPH11313812 A JP H11313812A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/483—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 イン・ビボ磁気共鳴スペクトロスコピイにお
いて、干渉性の水のサイドバンドを分解すると共に除去
し、水及び代謝物質の完全な信号を同時に収集すること
ができるような定量的方法を提供する。 【解決手段】 Ｆ１についてオーバサンプリングされた
Ｊ分解２次元スペクトロスコピイによる改良された定量
的イン・ビボ・スペクトロスコピイを開示する。再構成
の際には、２次元の水の線形状についての内部信号、Ｔ
2 及びパーシャル・ボリュームの補正をフルに利用し、
分析の際には、２次元複素モデル・スペクトルへのフィ
ッティング（当てはめ）を用いる。この新規の方法の好
ましい実施例は、これらの特徴を脳のＰＲＥＳＳ局在化
スペクトロスコピイに統合しており、水抑制を必要とせ
ずに実行される。
いて、干渉性の水のサイドバンドを分解すると共に除去
し、水及び代謝物質の完全な信号を同時に収集すること
ができるような定量的方法を提供する。 【解決手段】 Ｆ１についてオーバサンプリングされた
Ｊ分解２次元スペクトロスコピイによる改良された定量
的イン・ビボ・スペクトロスコピイを開示する。再構成
の際には、２次元の水の線形状についての内部信号、Ｔ
2 及びパーシャル・ボリュームの補正をフルに利用し、
分析の際には、２次元複素モデル・スペクトルへのフィ
ッティング（当てはめ）を用いる。この新規の方法の好
ましい実施例は、これらの特徴を脳のＰＲＥＳＳ局在化
スペクトロスコピイに統合しており、水抑制を必要とせ
ずに実行される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的には磁気共鳴
スペクトロスコピイに関し、より具体的には、水のベー
スライン・アーティファクト信号が減少したボリューム
・スペクトロスコピイに関する。
スペクトロスコピイに関し、より具体的には、水のベー
スライン・アーティファクト信号が減少したボリューム
・スペクトロスコピイに関する。
【０００２】
【発明の背景】領域局在化（volume localized）磁気共
鳴スペクトロスコピイは、脳内の拡散的化学変化をもた
らす異常の検出に特に有用なルーチン的な臨床ツールと
なっている。関心領域（volume of interest）内のスピ
ンを直接励起して、３次元の選択を実現する手法として
は、誘導エコーの利用及びカー・パーセル（Carr-Purce
ll）エコーの利用を含めて様々なものが知られている。
これらの手法は、局在化スペクトルを１回の走査で取得
するものである。例えば、ポイント・リソルブド・スペ
クトロスコピイ（ＰＲＥＳＳ、point resolved spectro
scopy 。米国特許第４，４８０，２２８号を参照された
い）は、各々のパルスが周波数選択性である３つのパル
ス・シーケンスを用いている。
鳴スペクトロスコピイは、脳内の拡散的化学変化をもた
らす異常の検出に特に有用なルーチン的な臨床ツールと
なっている。関心領域（volume of interest）内のスピ
ンを直接励起して、３次元の選択を実現する手法として
は、誘導エコーの利用及びカー・パーセル（Carr-Purce
ll）エコーの利用を含めて様々なものが知られている。
これらの手法は、局在化スペクトルを１回の走査で取得
するものである。例えば、ポイント・リソルブド・スペ
クトロスコピイ（ＰＲＥＳＳ、point resolved spectro
scopy 。米国特許第４，４８０，２２８号を参照された
い）は、各々のパルスが周波数選択性である３つのパル
ス・シーケンスを用いている。
【０００３】プロトン磁気共鳴スペクトロスコピイの多
くの重要な臨床的応用は、限定された励起領域の利用に
基づいている。典型的には、領域（ボリューム）の励起
は、ＰＲＥＳＳを用いて行われており、この方法は、２
重のスピン・エコーの形態で３つの直交するスライスを
利用して、特定の関心領域を選択している。脳の局在化
プロトン・スペクトロスコピイの絶対的定量化が現在強
く求められている。これは、甚だしい信号の重畳、残基
の水のスプリアス・サイドバンドによるベースライン・
アーティファクト、未知のＴ2 損失、及び場合によって
はパーシャル・ボリュームの問題の絡む重大な課題であ
る。アーティファクトの除去、スペクトルの単純化又は
編集、Ｔ2 推定、及びパーシャル・ボリューム補正に対
する個別のアプローチは数多くあるが、これらの方法を
組み合わせても、所望の情報をすべて抽出するには多大
な誤差及び非効率性が存在している。
くの重要な臨床的応用は、限定された励起領域の利用に
基づいている。典型的には、領域（ボリューム）の励起
は、ＰＲＥＳＳを用いて行われており、この方法は、２
重のスピン・エコーの形態で３つの直交するスライスを
利用して、特定の関心領域を選択している。脳の局在化
プロトン・スペクトロスコピイの絶対的定量化が現在強
く求められている。これは、甚だしい信号の重畳、残基
の水のスプリアス・サイドバンドによるベースライン・
アーティファクト、未知のＴ2 損失、及び場合によって
はパーシャル・ボリュームの問題の絡む重大な課題であ
る。アーティファクトの除去、スペクトルの単純化又は
編集、Ｔ2 推定、及びパーシャル・ボリューム補正に対
する個別のアプローチは数多くあるが、これらの方法を
組み合わせても、所望の情報をすべて抽出するには多大
な誤差及び非効率性が存在している。
【０００４】Magnetic Resonance Imaging誌、第１３
巻、第６号、第８５３頁〜第８６９頁（１９９５年）の
Ryner 等の論文「局在化２次元Ｊ分解 1Ｈ磁気共鳴スペ
クトロスコピイ：イン・ビトロ及びイン・ビボにおける
強い結合の効果（LOCALIZED 2DJ-RESOLVED 1H MR SPECT
ROSCOPY: STRONG COUPLING EFFECTS IN VITRO AND INVI
VO）」には、２次元（２Ｄ）Ｊ分解ＭＲスペクトロスコ
ピイ・シーケンス（２Ｄ・Ｊ−ＰＲＥＳＳ）が開示され
ており、このシーケンスは、３次元で完全に局在化され
ており、全身型ＭＲスキャナ上で実現されている。上記
論文に記載されているように、９０°ＲＦパルスによっ
て形成される横磁化は、１８０°ＲＦパルスで再集束さ
れて、進展(evolution) 後でエコー時間ＴＥの間にスピ
ン・エコーを形成することができる。化学シフト、静磁
場の不均一性、共鳴オフセット等のような１次の相互作
用は、ＴＥの間に平均されて消失する。横磁化の減衰
は、Ｔ2 緩和のみによるものであるので、スピン拡散及
び化学交換による影響は無視される。双１次的な（bili
near）相互作用すなわちＪ結合は再集束パルスによる影
響を受けないので、ＴＥの間に磁化のＪ変調が生ずる。
巻、第６号、第８５３頁〜第８６９頁（１９９５年）の
Ryner 等の論文「局在化２次元Ｊ分解 1Ｈ磁気共鳴スペ
クトロスコピイ：イン・ビトロ及びイン・ビボにおける
強い結合の効果（LOCALIZED 2DJ-RESOLVED 1H MR SPECT
ROSCOPY: STRONG COUPLING EFFECTS IN VITRO AND INVI
VO）」には、２次元（２Ｄ）Ｊ分解ＭＲスペクトロスコ
ピイ・シーケンス（２Ｄ・Ｊ−ＰＲＥＳＳ）が開示され
ており、このシーケンスは、３次元で完全に局在化され
ており、全身型ＭＲスキャナ上で実現されている。上記
論文に記載されているように、９０°ＲＦパルスによっ
て形成される横磁化は、１８０°ＲＦパルスで再集束さ
れて、進展(evolution) 後でエコー時間ＴＥの間にスピ
ン・エコーを形成することができる。化学シフト、静磁
場の不均一性、共鳴オフセット等のような１次の相互作
用は、ＴＥの間に平均されて消失する。横磁化の減衰
は、Ｔ2 緩和のみによるものであるので、スピン拡散及
び化学交換による影響は無視される。双１次的な（bili
near）相互作用すなわちＪ結合は再集束パルスによる影
響を受けないので、ＴＥの間に磁化のＪ変調が生ずる。
【０００５】このような２次元Ｊ分解シーケンスは、２
０年以上前に初めて実現されており、このときには、高
分解能ＮＭＲ分光計上で従来のスピン・エコー・パルス
方式が用いられていた。２次元Ｊ分解データ・セットと
しての処理は、２つの軸（ｔ１，ｔ２）に沿ったフーリ
エ変換を含んでおり、その結果のＦ２軸に沿って存在す
る化学シフト及びＪ結合周波数、並びにその結果のＦ１
軸に沿って分離されたＪ結合周波数が得られる。
０年以上前に初めて実現されており、このときには、高
分解能ＮＭＲ分光計上で従来のスピン・エコー・パルス
方式が用いられていた。２次元Ｊ分解データ・セットと
しての処理は、２つの軸（ｔ１，ｔ２）に沿ったフーリ
エ変換を含んでおり、その結果のＦ２軸に沿って存在す
る化学シフト及びＪ結合周波数、並びにその結果のＦ１
軸に沿って分離されたＪ結合周波数が得られる。
【０００６】より具体的には、この磁気共鳴スペクトロ
スコピイ方法は、（ａ）物体を磁場内に配置する工程
と、（ｂ）横磁化を発生させて、エコー時間ＴＥにおい
てエコー信号を形成する工程と、（ｃ）段階的にＴＥを
インクリメント（増分）して２次元データ・セットを収
集する工程と、（ｄ）このデータ・セットを処理して、
Ｆ２軸に沿って化学シフト及びＪ結合周波数を求めるか
ら共に、Ｆ１軸に沿ってＪ結合周波数を求める工程とを
含んでいる。工程（ｃ）は、プロトン・プロトンＪ結合
の帯域幅よりも広いＦ１帯域幅でＴＥをインクリメント
する。２次元（２Ｄ）水信号を分解して、２Ｄスペクト
ル内のすべての信号の２Ｄ位相補正に用いることができ
る。更に、完全な（Ｆ１，Ｆ２）マップを用いて、先験
的知識（prior knowledge ）マップに基づいて複素（Ｆ
１，Ｆ２）モデル・スペクトルに当てはめる(fit) こと
ができる。
スコピイ方法は、（ａ）物体を磁場内に配置する工程
と、（ｂ）横磁化を発生させて、エコー時間ＴＥにおい
てエコー信号を形成する工程と、（ｃ）段階的にＴＥを
インクリメント（増分）して２次元データ・セットを収
集する工程と、（ｄ）このデータ・セットを処理して、
Ｆ２軸に沿って化学シフト及びＪ結合周波数を求めるか
ら共に、Ｆ１軸に沿ってＪ結合周波数を求める工程とを
含んでいる。工程（ｃ）は、プロトン・プロトンＪ結合
の帯域幅よりも広いＦ１帯域幅でＴＥをインクリメント
する。２次元（２Ｄ）水信号を分解して、２Ｄスペクト
ル内のすべての信号の２Ｄ位相補正に用いることができ
る。更に、完全な（Ｆ１，Ｆ２）マップを用いて、先験
的知識（prior knowledge ）マップに基づいて複素（Ｆ
１，Ｆ２）モデル・スペクトルに当てはめる(fit) こと
ができる。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、Ｆ１オーバサンプル(oversam
pled) Ｊ分解２Ｄスペクトロスコピイによる改良された
定量的イン・ビボ・スペクトロスコピイを実現するもの
である。Ｆ１のオーバサンプリングによって、干渉性の
水のサイドバンドを分解してフィルタ処理により除去す
ることが可能になり、これによって、全水及び代謝物質
信号を同時に収集することができる。ベースライン・ア
ーティファクトが存在しないので、全水信号が２Ｄ線形
状参照基準として用いられ、また更に、Ｔ2 及びパーシ
ャル・ボリューム補正に用いられる。その結果として得
られる「アーティファクトのない」位相感受性２次元
（２Ｄ）Ｊ分解スペクトルは、２Ｄ位相感受性モデル・
スペクトルに当てはめられる。この新規の方法の好まし
い実施態様は、これらの特徴を脳のＰＲＥＳＳ局在化ス
ペクトロスコピイに統合し、水抑制を必要とせずに実行
される。
pled) Ｊ分解２Ｄスペクトロスコピイによる改良された
定量的イン・ビボ・スペクトロスコピイを実現するもの
である。Ｆ１のオーバサンプリングによって、干渉性の
水のサイドバンドを分解してフィルタ処理により除去す
ることが可能になり、これによって、全水及び代謝物質
信号を同時に収集することができる。ベースライン・ア
ーティファクトが存在しないので、全水信号が２Ｄ線形
状参照基準として用いられ、また更に、Ｔ2 及びパーシ
ャル・ボリューム補正に用いられる。その結果として得
られる「アーティファクトのない」位相感受性２次元
（２Ｄ）Ｊ分解スペクトルは、２Ｄ位相感受性モデル・
スペクトルに当てはめられる。この新規の方法の好まし
い実施態様は、これらの特徴を脳のＰＲＥＳＳ局在化ス
ペクトロスコピイに統合し、水抑制を必要とせずに実行
される。
【０００８】より具体的には、本発明の磁気共鳴スペク
トロスコピイ方法は、（ａ）物体を磁場内に配置する工
程と、（ｂ）横磁化を発生させて再集束することによ
り、エコー時間ＴＥにエコー信号を形成する工程と、
（ｃ）段階的にＴＥをインクリメント（増分）して２次
元（ｔ1 ，ｔ2 ）データ・セットを収集する工程と、
（ｄ）このデータ・セットを処理して、Ｆ２軸に沿って
化学シフト及びＪ結合周波数を求めると共に、Ｆ１軸に
沿ってＪ結合周波数を求める工程とを含んでいる。
トロスコピイ方法は、（ａ）物体を磁場内に配置する工
程と、（ｂ）横磁化を発生させて再集束することによ
り、エコー時間ＴＥにエコー信号を形成する工程と、
（ｃ）段階的にＴＥをインクリメント（増分）して２次
元（ｔ1 ，ｔ2 ）データ・セットを収集する工程と、
（ｄ）このデータ・セットを処理して、Ｆ２軸に沿って
化学シフト及びＪ結合周波数を求めると共に、Ｆ１軸に
沿ってＪ結合周波数を求める工程とを含んでいる。
【０００９】工程（ｃ）は、プロトン・プロトンＪ結合
の帯域幅よりもかなり広いＦ１帯域幅でＴＥをインクリ
メントする。２Ｄ水信号は分解して、Ｆ１でのＦＦＴの
前と後の両方でｔ２の関数としてのスペクトルの２Ｄ位
相補正に用いることができる。更に、完全な位相感受性
（Ｆ１，Ｆ２）マップを用いて、位相感受性（Ｆ１，Ｆ
２）モデル・スペクトルに当てはめることができる。
の帯域幅よりもかなり広いＦ１帯域幅でＴＥをインクリ
メントする。２Ｄ水信号は分解して、Ｆ１でのＦＦＴの
前と後の両方でｔ２の関数としてのスペクトルの２Ｄ位
相補正に用いることができる。更に、完全な位相感受性
（Ｆ１，Ｆ２）マップを用いて、位相感受性（Ｆ１，Ｆ
２）モデル・スペクトルに当てはめることができる。
【００１０】本発明、並びにその目的及び特徴は、以下
の詳細な記載及び請求項を図面と共に参照することによ
り、より容易に明らかとなろう。
の詳細な記載及び請求項を図面と共に参照することによ
り、より容易に明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】ここで、図面を参照要して説明す
る。図１（Ａ）は、ＭＲＩシステムのコイル装置を部分
的に断面で示す斜視図であり、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）
は、図１（Ａ）の装置内で発生させることのできる磁場
勾配を示す図である。この装置は、"Proceedings of th
e IEEE" 誌、第７１巻、第３号、１９９３年３月、第３
３８頁〜第３５０頁所載のHinshaw 及びLentによる論文
「ＮＭＲイメージング入門：Bloch 方程式からイメージ
ング方程式まで（An Introduction to NMR Imaging: Fr
om the Bloch Equation to the Imaging Equation ）」
で議論されている。簡単に述べると、コイル対１０を含
んでいるマグネットによって、一様な静磁場Ｂ0が発生
される。円筒１２上に巻回することの可能な複合型勾配
コイル・セットによって、勾配磁場Ｇ（ｘ）が発生され
る。ＲＦ磁場Ｂ1 が、ＲＦコイル１４によって発生され
る。被検サンプルが、ＲＦコイル１４の内部にＺ軸に沿
って配置される。
る。図１（Ａ）は、ＭＲＩシステムのコイル装置を部分
的に断面で示す斜視図であり、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）
は、図１（Ａ）の装置内で発生させることのできる磁場
勾配を示す図である。この装置は、"Proceedings of th
e IEEE" 誌、第７１巻、第３号、１９９３年３月、第３
３８頁〜第３５０頁所載のHinshaw 及びLentによる論文
「ＮＭＲイメージング入門：Bloch 方程式からイメージ
ング方程式まで（An Introduction to NMR Imaging: Fr
om the Bloch Equation to the Imaging Equation ）」
で議論されている。簡単に述べると、コイル対１０を含
んでいるマグネットによって、一様な静磁場Ｂ0が発生
される。円筒１２上に巻回することの可能な複合型勾配
コイル・セットによって、勾配磁場Ｇ（ｘ）が発生され
る。ＲＦ磁場Ｂ1 が、ＲＦコイル１４によって発生され
る。被検サンプルが、ＲＦコイル１４の内部にＺ軸に沿
って配置される。
【００１２】図１（Ｂ）には、Ｘ勾配磁場が示されてお
り、Ｘ勾配磁場は、静磁場Ｂ0 に垂直で且つＸ軸に沿っ
て距離と共に直線的に変化するが、Ｙ軸又はＺ軸に沿っ
て距離と共に変化することはない。図１（Ｃ）及び図１
（Ｄ）はそれぞれ、Ｙ勾配磁場及びＺ勾配磁場について
の同様の図である。図２は、ＮＭＲ装置の機能ブロック
図である。コンピュータ２０が、ＭＲＩ装置の動作を制
御すると共に、ＭＲＩ装置から検出されるＦＩＤ（自由
誘導減衰）信号を処理するようにプログラムされてい
る。勾配増幅器２２が勾配磁場を発生させ、また、ラー
モア周波数のＢ1 磁場を発生するＲＦコイル２６が送信
器２４によって制御されている。選択された核が励起さ
れた後に、ＲＦコイル２６を用いてＦＩＤ信号が検出さ
れ、ＦＩＤ信号は、受信器２８へ伝送された後に、ディ
ジタイザ３０を通過してコンピュータ２０で処理され
る。
り、Ｘ勾配磁場は、静磁場Ｂ0 に垂直で且つＸ軸に沿っ
て距離と共に直線的に変化するが、Ｙ軸又はＺ軸に沿っ
て距離と共に変化することはない。図１（Ｃ）及び図１
（Ｄ）はそれぞれ、Ｙ勾配磁場及びＺ勾配磁場について
の同様の図である。図２は、ＮＭＲ装置の機能ブロック
図である。コンピュータ２０が、ＭＲＩ装置の動作を制
御すると共に、ＭＲＩ装置から検出されるＦＩＤ（自由
誘導減衰）信号を処理するようにプログラムされてい
る。勾配増幅器２２が勾配磁場を発生させ、また、ラー
モア周波数のＢ1 磁場を発生するＲＦコイル２６が送信
器２４によって制御されている。選択された核が励起さ
れた後に、ＲＦコイル２６を用いてＦＩＤ信号が検出さ
れ、ＦＩＤ信号は、受信器２８へ伝送された後に、ディ
ジタイザ３０を通過してコンピュータ２０で処理され
る。
【００１３】前述したRyner 等の論文には、１８０°Ｒ
Ｆパルスを用いてスピン・エコーを進展時間ＴＥで形成
する局在化２次元Ｊ分解（２Ｄ・Ｊ−ＰＲＥＳＳ）シー
ケンスについて記載している。化学シフト、静磁場の不
均一性及び共鳴オフセットのような１次の相互作用はＴ
Ｅの間に平均されて消失するが、Ｊ結合のような双１次
的な相互作用は再集束パルスによる影響を受けない。
Ｆパルスを用いてスピン・エコーを進展時間ＴＥで形成
する局在化２次元Ｊ分解（２Ｄ・Ｊ−ＰＲＥＳＳ）シー
ケンスについて記載している。化学シフト、静磁場の不
均一性及び共鳴オフセットのような１次の相互作用はＴ
Ｅの間に平均されて消失するが、Ｊ結合のような双１次
的な相互作用は再集束パルスによる影響を受けない。
【００１４】本発明によれば、２次元Ｊ分解スペクトル
は、標準的な非対称ＰＲＥＳＳシーケンスにおいて、＋
／−２００ＨｚのＦ１帯域幅については持続時間２．５
ｍｓの１２８段階でＴＥをインクリメントすることによ
り得ることができる（実用上は、＋／−１２Ｈｚより外
側の帯域幅が折り返しアーティファクト周波数をも補足
することが出来るので、Ｆ１の帯域幅＋／−１００Ｈｚ
について５ｍｓの６４段階にまで減少させることができ
る。）。これにより、代謝物質の固有の結合を分解する
のに十分なＦ１における約３Ｈｚの分解能が得られる。
ＰＲＥＳＳの場合には、典型的な初期ＴＥは３５ｍｓで
あり、最終ＴＥは３５５ｍｓである。ＳＮ比は、非結合
スピンについてはＴＥ１４４のＰＲＥＳＳ走査と概略で
同等であるが、結合スピンについては遥かに良好であ
る。特に、短いエコーの１次元スペクトルでは埋没して
しまう結合スピンについてこのことが言える。
は、標準的な非対称ＰＲＥＳＳシーケンスにおいて、＋
／−２００ＨｚのＦ１帯域幅については持続時間２．５
ｍｓの１２８段階でＴＥをインクリメントすることによ
り得ることができる（実用上は、＋／−１２Ｈｚより外
側の帯域幅が折り返しアーティファクト周波数をも補足
することが出来るので、Ｆ１の帯域幅＋／−１００Ｈｚ
について５ｍｓの６４段階にまで減少させることができ
る。）。これにより、代謝物質の固有の結合を分解する
のに十分なＦ１における約３Ｈｚの分解能が得られる。
ＰＲＥＳＳの場合には、典型的な初期ＴＥは３５ｍｓで
あり、最終ＴＥは３５５ｍｓである。ＳＮ比は、非結合
スピンについてはＴＥ１４４のＰＲＥＳＳ走査と概略で
同等であるが、結合スピンについては遥かに良好であ
る。特に、短いエコーの１次元スペクトルでは埋没して
しまう結合スピンについてこのことが言える。
【００１５】水の抑制はおそらく、イン・ビボ・プロト
ン・スペクトロスコピイ及びスペクトロスコピイ・イメ
ージングの最も制約的な側面である。信号の潜在的な低
下及びスピン結合による影響は共通の問題点であり、こ
れは、穏当な不均一性によってさえ、多くの場合に悪化
する。しかしながら、水の抑制は、水のサイドバンド・
アーティファクトのため、従来技術では必要条件であっ
た。水のサイドバンド・アーティファクトは、比較的順
調に水を抑制するシステムでも問題となるものである。
これらの研究では、定量化、線形状補正及びアーティフ
ァクト減少の方法のためには、水を抑制したデータに加
えて水を抑制しないスペクトルを別個に収集しなければ
ならない。抑制を行わなければ、水の強度と共に拡大す
るこれらのサイドバンド・アーティファクトは、実質的
にすべてのシステムで、代謝物質のピークを完全に見え
なくする。このことは、水抑制を行わないで収集された
ＰＲＥＳＳ（ＴＥ３５）スペクトルを示している図３で
はっきりとわかる。垂直方向の拡大率は１００倍であ
り、これにより、１％又はそれよりも少ないにも関わら
ず、水の広い（ブロード）サイドバンド及び離散的なサ
イドバンドの両方が、３０Ｈｚと２３０Ｈｚとの間で観
測される代謝物質のスペクトルを完全に見えなくしてい
ることがわかる。幸い、図４に示すように、オーバサン
プルＪ分解２次元スペクトロスコピイが、この障害を克
服する。データは、１２８×１Ｋの配列（２００Ｈｚ×
１０００Ｈｚ）として収集されたものである。垂直方向
の拡大率は１００倍であり、これにより、＋／−１２Ｈ
ｚの間の代謝物質のピークと並んで、Ｆ１＝Ｆ２及びＦ
１＝Ｆ２／２におけるアーティファクトが分解されてい
ることがわかる。このＪ分解スペクトルの１２８×１Ｋ
（２００Ｈｚ×１ｋＨｚ）のスタック・プロットでは、
障害となるベースライン・アーティファクトがＦ１にお
いて明確に分解されている。これらのアーティファクト
は、Ｆ１＝Ｆ２で発生する（９０°スライス選択の前ま
たは直後の勾配の影響によるものと考えられる）か、又
はＦ１＝Ｆ２／２で発生する（最後の１８０°再収束パ
ルスの周囲の勾配からの結合効果によるものと考えら
れ、従って、ｔ１進展時間の半分にしかさらされない）
かのいずれかである。図５は、Ｆ１＝０でのＪ分解スペ
クトル（実線。以後、Ｊ０スペクトルと呼ぶ）を従来の
ＰＲＥＳＳスペクトル（点線）に重ね合わせたものを示
しており、両者とも、抑制は行われておらず、垂直拡大
率１００として示してある。従来のＰＲＥＳＳスペクト
ルは、離散的ベースライン歪み及び広いベースライン歪
みの両方を有しているが、これらのベースライン歪み
は、オーバサンプルＪ０スペクトルには明らかに存在し
ていないことに留意されたい。図６は、イン・ビボ（頭
頂部白質）のオーバサンプルＪ０スペクトルを垂直拡大
率２５０で示している。水抑制を一切行わないで収集さ
れたこのスペクトルの線(line)形状が優れていること、
及びアーティファクトが存在していないことに留意され
たい。図７は５ｍＭのＧＡＢＡを含有している第２世代
ＭＲＳ・ＨＤ球（HD sphere）についてのＪ０スペクト
ル 、図８は元のＭＲＳ・ＨＤ球についてのＪ０スペク
トル、及び図９は後頭部のイン・ビボＲＯＩについての
Ｊ０スペクトルを示している。
ン・スペクトロスコピイ及びスペクトロスコピイ・イメ
ージングの最も制約的な側面である。信号の潜在的な低
下及びスピン結合による影響は共通の問題点であり、こ
れは、穏当な不均一性によってさえ、多くの場合に悪化
する。しかしながら、水の抑制は、水のサイドバンド・
アーティファクトのため、従来技術では必要条件であっ
た。水のサイドバンド・アーティファクトは、比較的順
調に水を抑制するシステムでも問題となるものである。
これらの研究では、定量化、線形状補正及びアーティフ
ァクト減少の方法のためには、水を抑制したデータに加
えて水を抑制しないスペクトルを別個に収集しなければ
ならない。抑制を行わなければ、水の強度と共に拡大す
るこれらのサイドバンド・アーティファクトは、実質的
にすべてのシステムで、代謝物質のピークを完全に見え
なくする。このことは、水抑制を行わないで収集された
ＰＲＥＳＳ（ＴＥ３５）スペクトルを示している図３で
はっきりとわかる。垂直方向の拡大率は１００倍であ
り、これにより、１％又はそれよりも少ないにも関わら
ず、水の広い（ブロード）サイドバンド及び離散的なサ
イドバンドの両方が、３０Ｈｚと２３０Ｈｚとの間で観
測される代謝物質のスペクトルを完全に見えなくしてい
ることがわかる。幸い、図４に示すように、オーバサン
プルＪ分解２次元スペクトロスコピイが、この障害を克
服する。データは、１２８×１Ｋの配列（２００Ｈｚ×
１０００Ｈｚ）として収集されたものである。垂直方向
の拡大率は１００倍であり、これにより、＋／−１２Ｈ
ｚの間の代謝物質のピークと並んで、Ｆ１＝Ｆ２及びＦ
１＝Ｆ２／２におけるアーティファクトが分解されてい
ることがわかる。このＪ分解スペクトルの１２８×１Ｋ
（２００Ｈｚ×１ｋＨｚ）のスタック・プロットでは、
障害となるベースライン・アーティファクトがＦ１にお
いて明確に分解されている。これらのアーティファクト
は、Ｆ１＝Ｆ２で発生する（９０°スライス選択の前ま
たは直後の勾配の影響によるものと考えられる）か、又
はＦ１＝Ｆ２／２で発生する（最後の１８０°再収束パ
ルスの周囲の勾配からの結合効果によるものと考えら
れ、従って、ｔ１進展時間の半分にしかさらされない）
かのいずれかである。図５は、Ｆ１＝０でのＪ分解スペ
クトル（実線。以後、Ｊ０スペクトルと呼ぶ）を従来の
ＰＲＥＳＳスペクトル（点線）に重ね合わせたものを示
しており、両者とも、抑制は行われておらず、垂直拡大
率１００として示してある。従来のＰＲＥＳＳスペクト
ルは、離散的ベースライン歪み及び広いベースライン歪
みの両方を有しているが、これらのベースライン歪み
は、オーバサンプルＪ０スペクトルには明らかに存在し
ていないことに留意されたい。図６は、イン・ビボ（頭
頂部白質）のオーバサンプルＪ０スペクトルを垂直拡大
率２５０で示している。水抑制を一切行わないで収集さ
れたこのスペクトルの線(line)形状が優れていること、
及びアーティファクトが存在していないことに留意され
たい。図７は５ｍＭのＧＡＢＡを含有している第２世代
ＭＲＳ・ＨＤ球（HD sphere）についてのＪ０スペクト
ル 、図８は元のＭＲＳ・ＨＤ球についてのＪ０スペク
トル、及び図９は後頭部のイン・ビボＲＯＩについての
Ｊ０スペクトルを示している。
【００１６】強い水の線は、水のｔ２信号の各々のｔ１
増分について位相及び残留渦電流の補正に用いることが
できるばかりでなく、水のｔ２信号をＦ１の関数（Ｆ
１，ｔ２）として補正するのにも用いることができる。
これにより、非結合スピンについては２次元の純粋な吸
収線形状が形成され、また、θＨｚと等しくないＦ１で
の結合信号の位相が固定される。また、この参照によ
り、極めて長い時定数を有するＢ0 渦電流、並びに収集
の全時間の経過中に生ずる他の不要な位相及び周波数の
変化が除去される。この線形状は、近似的に、Ｆ２にお
いては１／Ｔ2 *であり、Ｆ１においては１／Ｔ2 であ
る。この工程により、位相感受性（Ｆ１，Ｆ２）マップ
を位相感受性（Ｆ１，Ｆ２）モデル・スペクトルにフィ
ットさせる（当てはめる）ことができる。
増分について位相及び残留渦電流の補正に用いることが
できるばかりでなく、水のｔ２信号をＦ１の関数（Ｆ
１，ｔ２）として補正するのにも用いることができる。
これにより、非結合スピンについては２次元の純粋な吸
収線形状が形成され、また、θＨｚと等しくないＦ１で
の結合信号の位相が固定される。また、この参照によ
り、極めて長い時定数を有するＢ0 渦電流、並びに収集
の全時間の経過中に生ずる他の不要な位相及び周波数の
変化が除去される。この線形状は、近似的に、Ｆ２にお
いては１／Ｔ2 *であり、Ｆ１においては１／Ｔ2 であ
る。この工程により、位相感受性（Ｆ１，Ｆ２）マップ
を位相感受性（Ｆ１，Ｆ２）モデル・スペクトルにフィ
ットさせる（当てはめる）ことができる。
【００１７】結果として得られる２次元配列は、生体脳
スペクトルを構成する個々の化学物質の各々についての
離散的なパターンを含んでおり、モデル・スペクトルで
ある２次元配列に当てはめるのに理想的なものである。
Ｆ１分解能が加わったことにより、代謝物質のほとんど
すべてについてのフィッティング（当てはめ）を向上さ
せることが可能になる。このことは、図１０乃至図１５
に示すように、１次元のＪ０、Ｊ３及びＪ６の各モデル
・スペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球につい
てのスペクトル（点線）に重ね合わせることにより示さ
れる。例えば、従来のＰＲＥＳＳのＴＥ３５のスペクト
ルにおいて、ＧＬＮ及びＧＬＵに重なり合ったＮＡＡに
ついて考察する。オーバサンプル２次元Ｊスペクトロス
コピイでは、ＮＡＡメチルは、Ｊ０スペクトルでは良好
に分解されており、Ｊ６スペクトルではメチレン信号の
極めて特徴的なパターンを示している。ラクテートは、
Ｊ３スペクトルで編集されている。ＧＬＮ、ＧＬＵ及び
ＧＡＢＡの分離はもう１つの好例であるが、通常の未編
集ＰＲＥＳＳスペクトルでは困難な企てであったもので
ある。１０のスペクトルを用いるだけでも分離は良好で
ある。ＧＬＮ及びＧＬＵは、３．８ｐｐｍの所では重な
っているが、２．３５ｐｐｍの所の強度によって分離さ
れる。ＧＡＢＡ及びＧＬＵは、２．３５ｐｐｍの所では
重なっているが、３．８ｐｐｍ：２．３５ｐｐｍの信号
の比によって分離可能である。ＧＡＢＡの定量化の確認
は、Ｊ６スペクトルによって行われ、ここでは、ＧＡＢ
Ａのみが２．９５ｐｐｍの所で部分的に反転した信号と
して見出される。言うまでもなく、２次元配列を２次元
配列モデル・スペクトルに当てはめることは、これらの
単純な１次元の実例よりも遥かに特殊である。（ｔ１，
Ｆ２）データの当てはめから、実際の代謝物質のＴ2 の
推定値が得られ、また、Journal of Magnetic Resonanc
e 誌、Ｂ１０２：９（１９９３年）に所載のKreis 等の
方法を用いれば、水のＴ2 測定値を用いてＣＳＦのパー
シャル・ボリューム及び脳の含水量を推定することがで
きる。
スペクトルを構成する個々の化学物質の各々についての
離散的なパターンを含んでおり、モデル・スペクトルで
ある２次元配列に当てはめるのに理想的なものである。
Ｆ１分解能が加わったことにより、代謝物質のほとんど
すべてについてのフィッティング（当てはめ）を向上さ
せることが可能になる。このことは、図１０乃至図１５
に示すように、１次元のＪ０、Ｊ３及びＪ６の各モデル
・スペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球につい
てのスペクトル（点線）に重ね合わせることにより示さ
れる。例えば、従来のＰＲＥＳＳのＴＥ３５のスペクト
ルにおいて、ＧＬＮ及びＧＬＵに重なり合ったＮＡＡに
ついて考察する。オーバサンプル２次元Ｊスペクトロス
コピイでは、ＮＡＡメチルは、Ｊ０スペクトルでは良好
に分解されており、Ｊ６スペクトルではメチレン信号の
極めて特徴的なパターンを示している。ラクテートは、
Ｊ３スペクトルで編集されている。ＧＬＮ、ＧＬＵ及び
ＧＡＢＡの分離はもう１つの好例であるが、通常の未編
集ＰＲＥＳＳスペクトルでは困難な企てであったもので
ある。１０のスペクトルを用いるだけでも分離は良好で
ある。ＧＬＮ及びＧＬＵは、３．８ｐｐｍの所では重な
っているが、２．３５ｐｐｍの所の強度によって分離さ
れる。ＧＡＢＡ及びＧＬＵは、２．３５ｐｐｍの所では
重なっているが、３．８ｐｐｍ：２．３５ｐｐｍの信号
の比によって分離可能である。ＧＡＢＡの定量化の確認
は、Ｊ６スペクトルによって行われ、ここでは、ＧＡＢ
Ａのみが２．９５ｐｐｍの所で部分的に反転した信号と
して見出される。言うまでもなく、２次元配列を２次元
配列モデル・スペクトルに当てはめることは、これらの
単純な１次元の実例よりも遥かに特殊である。（ｔ１，
Ｆ２）データの当てはめから、実際の代謝物質のＴ2 の
推定値が得られ、また、Journal of Magnetic Resonanc
e 誌、Ｂ１０２：９（１９９３年）に所載のKreis 等の
方法を用いれば、水のＴ2 測定値を用いてＣＳＦのパー
シャル・ボリューム及び脳の含水量を推定することがで
きる。
【００１８】以上、Ｆ１オーバサンプリングを用いて、
関心のあるスペクトル範囲にアーティファクトをもたら
す水の不要な干渉性サイドバンドを分解して除去し、ま
た、代謝物質及び水のＴ2 緩和減衰（ｔ１，Ｆ２）を抽
出すると共に密集したプロトン・スペクトルを２つの周
波数次元において分解するための生データを提供する定
量的イン・ビボ・スペクトロスコピイの改良された方法
について記載した。水の線形状を２つの次元における参
照に用いることができ、これにより、非結合スピンにつ
いての２次元の純粋な吸収線形状を形成すると共に、残
留の低周波数渦電流の影響を補正することができる。更
に、代謝物質の２次元Ｊ分解モデル・スペクトルに、結
果として得られる位相感受性２次元Ｊ分解イン・ビボ・
データを当てはめると、代謝物質のＴ２緩和の（ｔ１，
Ｆ２）推定及び（ｔ１，Ｆ２）の水の信号の双指数的
（biexponential ）当てはめと合わせて、ＣＳＦのパー
シャル・ボリューム及び含水量を推定することができ
る。本発明は、単一ボクセルによる定量的脳検査及び収
集時間エンコード式高速スペクトロスコピイ・イメージ
ング検査としても応用することができる。
関心のあるスペクトル範囲にアーティファクトをもたら
す水の不要な干渉性サイドバンドを分解して除去し、ま
た、代謝物質及び水のＴ2 緩和減衰（ｔ１，Ｆ２）を抽
出すると共に密集したプロトン・スペクトルを２つの周
波数次元において分解するための生データを提供する定
量的イン・ビボ・スペクトロスコピイの改良された方法
について記載した。水の線形状を２つの次元における参
照に用いることができ、これにより、非結合スピンにつ
いての２次元の純粋な吸収線形状を形成すると共に、残
留の低周波数渦電流の影響を補正することができる。更
に、代謝物質の２次元Ｊ分解モデル・スペクトルに、結
果として得られる位相感受性２次元Ｊ分解イン・ビボ・
データを当てはめると、代謝物質のＴ２緩和の（ｔ１，
Ｆ２）推定及び（ｔ１，Ｆ２）の水の信号の双指数的
（biexponential ）当てはめと合わせて、ＣＳＦのパー
シャル・ボリューム及び含水量を推定することができ
る。本発明は、単一ボクセルによる定量的脳検査及び収
集時間エンコード式高速スペクトロスコピイ・イメージ
ング検査としても応用することができる。
【００１９】従って、特定の実施例及び応用に関して本
発明を記載したが、この記載は発明を説明するためのも
のであって、発明を限定するものではない。特許請求の
範囲によって定められる本発明の要旨及び範囲から逸脱
しない様々な改変及び応用が、当業者には想到されよ
う。
発明を記載したが、この記載は発明を説明するためのも
のであって、発明を限定するものではない。特許請求の
範囲によって定められる本発明の要旨及び範囲から逸脱
しない様々な改変及び応用が、当業者には想到されよ
う。
【図１】（Ａ）は従来のＭＲＩ装置の構成、及び（Ｂ）
〜（Ｄ）はこのＭＲＩ装置において発生される磁場を示
す図である。
〜（Ｄ）はこのＭＲＩ装置において発生される磁場を示
す図である。
【図２】ＭＲＩ及びスペクトロスコピイ用装置の機能ブ
ロック図である。
ロック図である。
【図３】水抑制を行わない場合のＭＲＳ・ＨＤ球のＰＲ
ＥＳＳスペクトル図である。
ＥＳＳスペクトル図である。
【図４】水抑制を行わない場合のＭＲＳ・ＨＤ球のオー
バサンプルＪ分解２次元ＰＲＥＳＳスペクトルのスタッ
ク・プロット図である。
バサンプルＪ分解２次元ＰＲＥＳＳスペクトルのスタッ
ク・プロット図である。
【図５】ＭＲＳ・ＨＤ球の「Ｊ０スペクトル」（Ｆ１＝
０におけるＦ２の軌跡。実線）をＭＲＳ・ＨＤ球の従来
のＰＲＥＳＳスペクトル（点線）に重ねてプロットした
図である。
０におけるＦ２の軌跡。実線）をＭＲＳ・ＨＤ球の従来
のＰＲＥＳＳスペクトル（点線）に重ねてプロットした
図である。
【図６】水抑制を行わないで得られたイン・ビボＲＯＩ
（頭頂部白質）のＪ０スペクトルである。
（頭頂部白質）のＪ０スペクトルである。
【図７】５ｍＭのＧＡＢＡを含んだ第２世代ＭＲＳ・Ｈ
Ｄ球のＪ０スペクトル図である。
Ｄ球のＪ０スペクトル図である。
【図８】元のＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０スペクトル（ブレイ
ノ（Braino）としても知られている）図である。
ノ（Braino）としても知られている）図である。
【図９】後頭葉のイン・ビボＲＯＩのＪ０スペクトル図
である。
である。
【図１０】ＮＡＡ溶液のＪ０、Ｊ３及びＪ６の各スペク
トル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ３及
びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図である。
トル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ３及
びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図である。
【図１１】ラクテート溶液のＪ０、Ｊ３及びＪ６の各ス
ペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ
３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図であ
る。
ペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ
３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図であ
る。
【図１２】ミオイノシトール溶液のＪ０、Ｊ３及びＪ６
の各スペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ
０、Ｊ３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図
である。
の各スペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ
０、Ｊ３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図
である。
【図１３】グルタメート溶液のＪ０、Ｊ３及びＪ６の各
スペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、
Ｊ３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図であ
る。
スペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、
Ｊ３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図であ
る。
【図１４】ＧＡＢＡ溶液のＪ０、Ｊ３及びＪ６の各スペ
クトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ３
及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図である。
クトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ３
及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図である。
【図１５】グルタミン溶液のＪ０、Ｊ３及びＪ６の各ス
ペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ
３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図であ
る。
ペクトル（実線）を第２世代ＭＲＳ・ＨＤ球のＪ０、Ｊ
３及びＪ６の各スペクトルの上にプロットした図であ
る。
１０ コイル対 １２ 円筒 １４ ＲＦコイル ２０ コンピュータ ２２ 勾配増幅器 ２４ 送信器 ２６ ＲＦコイル ２８ 受信器 ３０ ディジタイザ
Claims (7)
- 【請求項１】 （ａ）物体を磁場内に配置する工程と、 （ｂ）横磁化を発生させ再集束することにより、エコー
時間ＴＥにエコー信号を形成する工程と、 （ｃ）段階的にＴＥをインクリメントして２次元データ
・セットを収集する工程であって、プロトン・プロトン
Ｊ結合の帯域幅よりも広いＦ１帯域幅であって、且つ該
Ｊ結合の帯域幅よりも大きなＦ１周波数の所でアーティ
ファクトを離散的にサンプリングするのに十分なＦ１帯
域幅で、ＴＥをインクリメントすることを含む工程と、 （ｄ） 前記データ・セットを処理して、Ｆ２軸に沿っ
て化学シフト及びＪ結合周波数を求めると共に、Ｆ１軸
に沿ってＪ結合周波数を求める工程と有していることを
特徴とする磁気共鳴スペクトロスコピイ方法。 - 【請求項２】 プロトン・プロトンＪ結合は最大２５Ｈ
ｚであり、前記Ｆ１帯域幅は少なくとも１００Ｈｚであ
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記Ｆ１帯域幅は少なくとも２００Ｈｚ
である請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 ２次元（２Ｄ）水信号が分解されて、ｔ
１でのＦＦＴの前と後の両方でｔ２の関数として位相補
正するのに用いられる請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】 位相感受性モデル・スペクトルを用い
て、前記位相感受性のあるオーバサンプルＪ分解データ
を当てはめる請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 ２次元の水の信号が分解されて、Ｆ１で
のＦＦＴの前と後の両方でｔ２の関数として前記信号を
補正するのに用いられる請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 位相感受性モデル・スペクトルを用い
て、前記位相感受性のあるオーバサンプルＪ分解データ
を当てはめる請求項６に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/040648 | 1998-03-17 | ||
| US09/040,648 US6104191A (en) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | Quantitative in vivo spectroscopy using oversampling, waterline referencing, and prior knowledge fitting |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11313812A true JPH11313812A (ja) | 1999-11-16 |
| JP4293296B2 JP4293296B2 (ja) | 2009-07-08 |
Family
ID=21912154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06938399A Expired - Fee Related JP4293296B2 (ja) | 1998-03-17 | 1999-03-16 | 磁気共鳴スペクトロスコピイ・シーケンスを実行するｎｍｒ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6104191A (ja) |
| JP (1) | JP4293296B2 (ja) |
| DE (1) | DE19911734B4 (ja) |
| IL (1) | IL128887A0 (ja) |
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| US6987997B1 (en) | 2003-06-18 | 2006-01-17 | General Electric Company | Method and apparatus for improved metabolite signal separation in MR spectroscopy |
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1998
- 1998-03-17 US US09/040,648 patent/US6104191A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-03-09 IL IL12888799A patent/IL128887A0/xx unknown
- 1999-03-16 DE DE19911734A patent/DE19911734B4/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-16 JP JP06938399A patent/JP4293296B2/ja not_active Expired - Fee Related
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