JPWO2011040439A1 - 組織の温度分布計測方法および温度分布画像化方法 - Google Patents
組織の温度分布計測方法および温度分布画像化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2011040439A1 JPWO2011040439A1 JP2011534268A JP2011534268A JPWO2011040439A1 JP WO2011040439 A1 JPWO2011040439 A1 JP WO2011040439A1 JP 2011534268 A JP2011534268 A JP 2011534268A JP 2011534268 A JP2011534268 A JP 2011534268A JP WO2011040439 A1 JPWO2011040439 A1 JP WO2011040439A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- tissue
- signal
- temperature distribution
- fat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 77
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims abstract description 40
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims abstract description 40
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 28
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims abstract description 26
- 210000000577 adipose tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 20
- 125000005313 fatty acid group Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 54
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 6
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 6
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 claims description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 238000002075 inversion recovery Methods 0.000 claims description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 12
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000004006 olive oil Substances 0.000 description 7
- 235000008390 olive oil Nutrition 0.000 description 7
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 6
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 5
- HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N Trichloro(2H)methane Chemical compound [2H]C(Cl)(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N 0.000 description 4
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- 206010006187 Breast cancer Diseases 0.000 description 2
- 208000026310 Breast neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000010746 mayonnaise Nutrition 0.000 description 2
- 239000008268 mayonnaise Substances 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- RGCLLPNLLBQHPF-HJWRWDBZSA-N phosphamidon Chemical compound CCN(CC)C(=O)C(\Cl)=C(/C)OP(=O)(OC)OC RGCLLPNLLBQHPF-HJWRWDBZSA-N 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4869—Determining body composition
-
- G—PHYSICS
- 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]
- G01R33/46—NMR spectroscopy
- G01R33/4625—Processing of acquired signals, e.g. elimination of phase errors, baseline fitting, chemometric analysis
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01R33/4804—Spatially selective measurement of temperature or pH
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01R33/4828—Resolving the MR signals of different chemical species, e.g. water-fat imaging
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01R33/485—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy based on chemical shift information [CSI] or spectroscopic imaging, e.g. to acquire the spatial distributions of metabolites
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
- G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
- G01R33/5608—Data processing and visualization specially adapted for MR, e.g. for feature analysis and pattern recognition on the basis of measured MR data, segmentation of measured MR data, edge contour detection on the basis of measured MR data, for enhancing measured MR data in terms of signal-to-noise ratio by means of noise filtering or apodization, for enhancing measured MR data in terms of resolution by means for deblurring, windowing, zero filling, or generation of gray-scaled images, colour-coded images or images displaying vectors instead of pixels
-
- G—PHYSICS
- 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]
- G01R33/448—Relaxometry, i.e. quantification of relaxation times or spin density
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01R33/50—NMR imaging systems based on the determination of relaxation times, e.g. T1 measurement by IR sequences; T2 measurement by multiple-echo sequences
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
［課題］脂肪組織の温度分布を計測するのみならず、高含水組織と脂肪組織の混合組織について温度分布を測定する温度分布測定方法ならびに温度分布画像化方法を提供する。［解決手段］核磁気共鳴分光法によって被計測対象組織の水成分に依存する水信号と、脂肪成分に依存する脂肪信号とを取得するとともに、脂肪信号を、各脂肪酸成分に分離することによって各脂肪酸信号を取得し、水信号と水温度との相関関係に基づいて高含水組織の温度を測定するとともに、各脂肪酸信号と脂肪温度との相関関係に基づいて脂肪組織の温度を計測する。
Description
本発明は、プロトン（1Ｈ）の核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance、以下、ＮＭＲという）を用いた脂肪組織、または高含水組織と脂肪組織の混合組織を被計測対象組織とする、該被計測対象組織の温度分布を計測する温度分布計測方法、ならびに、計測された温度分布に基づいて温度分布画像を作成する温度分布画像化方法に関する。
がんの治療法の１つとしてハイパーサーミア、熱焼灼、熱的壊死などの加温療法がある。この加温療法は、治療対象部位を一定温度以上にまで加温することで治療対象部位の組織を死滅させる方法を通してがん治療を行うものである。
加温療法の具体的方法としては、例えば、治療対象部位に高周波電流を流すことによって加温する誘電加温と呼ばれる方法や、超音波を治療対象部位に集中させることによって加温する集束超音波法などがある。
このような加温療法を行う場合には、治療対象部位の周囲に存在する非治療対象部位の温度までもが同時に上昇してしまい、治療効果に影響を与える可能性があることから、治療対象部位のみならず周囲の非治療対象部位を含めて広く組織の温度を迅速かつ正確に測定することが求められる。
従来、加温療法における温度測定では、熱電対などのプローブを治療対象部位およびその周囲に設置することによって行われていた。しかしながら、このような侵襲的な温度測定方法では、非治療対象部位に対する負荷が懸念され、非侵襲的な温度測定方法が必要とされていた。
このため、特許文献１に開示されているように、水プロトンの核磁気共鳴信号（水信号）を用いて組織の温度分布を計測し、画像化する方法が提案されている。
このような温度分布画像化方法においては、核磁気共鳴装置を用いて、位相マッピング法あるいは核磁気共鳴分光画像化法による水プロトンの化学シフトに注目して、その温度変化の画像化を行っている。この手法は現在、動きの小さな高含水組織などの温度分布計測に限って実用化されている。
一方、乳がんの集束超音波治療などにおいては、高含水組織である乳腺と、それと脂肪組織との混合組織である乳房が被計測対象組織となる。
しかしながら、含水量の少ない脂肪組織において、水信号を捉えて温度分布画像化を行うことは、信号分離の不完全さ、部分体積効果、信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎという）の観点から実用化に至っていない。
そこで、非特許文献１から非特許文献３に開示されているように、脂肪組織に対して核磁気共鳴信号を利用して温度を計測することが提案されている。
この計測方法においては、脂肪組織の周波数スペクトル（化学シフト）を観測することなく、脂肪組織全体の積分信号の縦緩和時間（Ｔ1）や強度を利用して温度計測を行っている。
Hynynen K, McDannaold N, Mulkern RV, Jolesz FA, "Temperature monitoring in fat with MRI", Magn Reson Med 2000; 43(6): 901-904
Chen J, Daniel BL, Pauly KB, "Investigation of proton density for measuring tissue temperature", J Magn Reson Imaging 2006; 23(3): 430-434
K. M. Johnson, V. Chebrolu, and S. B. Reeder, "Absolute Temperature imaging with Non-Linear Fat/Water Signal Fitting" (2008)
黒田 輝, 小原 真, Cauteren MV, "脂質各成分の緩和時間の温度依存性とその温度分布画像化への応用", 日本磁気共鳴医学会雑誌 2008
Stefan Bluml, Lothar R. Schad, Boris Stepanow, Walter J. Lorenz, "Spin-Lattice Relaxation Time Measurement by Means of a TurboFLASH Technique", MRM 30:289-295 (1993)
ADRIAN P. CRAWLEY and R. MARK HENKELMAN, "A Comparison of One-Shot and Recovery Methods in T1 Imaging", MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE 7, 23-34 (1988)
通常、脂肪組織のプロトン（1Ｈ）核磁気共鳴信号の周波数スペクトルを観測すると、１０前後の周波数成分に分離することが可能であり、これらの周波数成分は、様々な脂肪酸の化学構造を構成する炭素と水素の結合形態、例えば、ＣＨ3基、ＣＨ2基、ＣＨ基などの炭化水素基構造の相違に依存するものである。本明細書においては、これらの炭化水素基成分を脂肪酸成分と呼ぶ。
しかしながら、このように脂肪組織の周波数スペクトルを観測することなく脂肪温度を測定した場合には、明確な温度依存性を有しておらず、定量的な温度測定を行うことは出来なかった。
非特許文献４においては、図３に示すように、脂肪組織の周波数スペクトルを観測し、各種脂肪酸成分に信号を分離することによって、各脂肪酸成分、特にＣＨ2基成分及びＣＨ3基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度との間に相関関係が生じることを開示している。
さらに、各脂肪酸成分に対しては、温度依存性を有する複数の核磁気共鳴パラメータとして、共鳴中心周波数、強度、半値全幅、縦緩和時間（Ｔ1）、横緩和時間（Ｔ2）、拡散定数（Ｄ）などが存在することが開示されている。
しかしながら、非特許文献４においては、各脂肪酸成分における縦緩和時間（Ｔ1）と温度との相関関係について開示されているのみであって、高含水組織または脂肪組織の少なくともいずれかを含む組織の温度分布を計測する実現可能な手法については開示されていなかった。
本発明は、各種脂肪酸成分において温度依存性を有するパラメータの測定を通して、脂肪組織の温度分布を計測するのみならず、高含水組織と脂肪組織の混合組織へも適用して、その温度分布を測定する温度分布測定方法ならびに温度分布画像化方法を提供することを目的とする。
さらに、高含水組織と脂肪組織との混合組織であっても、温度測定誤差が小さく、例えば、乳がんの集束超音波治療などの際の温度測定にも実用化し得る温度分布測定方法ならびに温度分布画像化方法を提供することを目的とする。
本発明は、上述したような目的を達成するためになされた発明であって、本発明の温度分布計測方法は、脂肪組織、または高含水組織と脂肪組織の混合組織を被計測対象組織とする、該被計測対象組織の温度分布を計測する温度分布計測方法であって、
核磁気共鳴分光法によって前記被計測対象組織の水成分に依存する水信号と、脂肪成分に依存する脂肪信号とを取得するとともに、前記脂肪信号を、炭化水素基構造の異なる各種脂肪酸成分に分離することによって各種脂肪酸信号を取得し、
前記水信号と水温度との相関関係に基づいて前記高含水組織の温度を測定するとともに、前記各種脂肪酸信号の内の少なくとも１種の脂肪酸信号と脂肪温度との相関関係に基づいて前記脂肪組織の温度を計測することを特徴とする。
核磁気共鳴分光法によって前記被計測対象組織の水成分に依存する水信号と、脂肪成分に依存する脂肪信号とを取得するとともに、前記脂肪信号を、炭化水素基構造の異なる各種脂肪酸成分に分離することによって各種脂肪酸信号を取得し、
前記水信号と水温度との相関関係に基づいて前記高含水組織の温度を測定するとともに、前記各種脂肪酸信号の内の少なくとも１種の脂肪酸信号と脂肪温度との相関関係に基づいて前記脂肪組織の温度を計測することを特徴とする。
また、本発明の温度分布計測方法は、前記被計測対象組織を所定の大きさの計測単位に分割し、計測単位毎に前記水信号および脂肪信号を取得することによって、計測単位毎に前記脂肪組織の温度を計測することを特徴とする。
また、本発明の温度分布計測方法は、前記計測単位における被計測対象組織の水成分および脂肪成分の含有量に応じて、計測単位毎に得られた水温度および脂肪温度の加重平均値を算出し、該加重平均値を計測単位における被計測対象組織の温度とする。
また、本発明の温度分布計測方法は、前記各種脂肪酸信号のうちＣＨ2基のプロトンに依存する信号（本発明において「ＣＨ2基依存信号」ともいう。他の各脂肪酸信号に関しても同様である。）およびＣＨ3基依存信号の内のいずれか、または両方を用いて前記脂肪組織の温度を計測することを特徴とする。
また、本発明の温度分布計測方法は、複フリップ角法、反転回復法、飽和回復法のいずれかを用いて各種脂肪酸成分の縦緩和時間を測定し、該縦緩和時間を各種脂肪酸信号と脂肪温度との相関パラメータとすることを特徴とする。
また、本発明の温度分布画像化方法は、上述する温度分布計測方法を用いて測定された被計測対象組織の温度分布を、温度の高低を信号の強度に変換してマッピングすることによって、温度分布画像を作成することを特徴とする。
本発明によれば、脂肪組織の温度分布計測のみならず、高含水組織と脂肪組織との混合組織の温度分布計測においても、核磁気共鳴信号を各種脂肪酸成分に分離し、その内の少なくとも１種の脂肪酸成分において温度依存性を有するパラメータを用いて温度計測を行っているため、測定温度誤差が少ない、正確な温度計測を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による温度分布計測方法を用いて被計測対象組織の温度分布画像を作成する流れを説明するための概略図である。
この実施例では、被計測対象組織として高含水組織と脂肪組織との混合組織を用いて、所定断面における温度分布を計測し、温度分布画像を作成している。
被計測対象組織の断面における温度分布を計測するためには、まず、断面を所定の大きさの計測単位に分割する。なお、この計測単位ごとに温度測定が行われるため、計測単位を小さくすれば詳細な温度計測を行うことができるが、Ｓ／Ｎが低下してしまい、測定精度が低下してしまうため、装置構成に応じた適切な計測単位を設定することが望ましい。このように計測単位毎に測定された温度は、その後、被計測対象組織全体に亘って、温度分布として表示し、かつ画像化して表示する。
そして、被計測対象組織に対して、複フリップ角法を用いて、各計測単位毎の縦磁化の変化による信号を読み出す。複数のフリップ角について、それぞれエコー時間（ＴＥ）を変化させて（ＴＥ1，ＴＥ2，…ＴＥm）測定することによって、ごく短い時間で、温度分布画像を作成するために必要な信号を全て読み出すことができる。
なお、測定時にフリップ角を変化させる回数や、エコー時間を変化させる回数については、特に限定されるものではないが、例えば、２つのフリップ角について５つのエコー時間における信号を取得すれば、迅速にかつ正確に、温度分布画像を作成するために必要な信号を取得することができる。
図２は、複フリップ角法を用いた場合の、ＣＨ2基の縦緩和時間（Ｔ1）および水の核磁気共鳴周波数による温度推定を行うアルゴリズムのフロー図である。
図２のフロー図に示すように、複フリップ角法を用いて取得した信号を、複数点ディクソン法を用いて水信号と脂肪信号とを分離し、さらに脂肪信号からＣＨ2基成分に依存するＣＨ2基依存信号と、ＣＨ3基成分に依存するＣＨ3基依存信号に分離する。
これを、全てのフリップ角（例えば、α1，α2，…，α10）の画像に対して行うことによって、ＣＨ2基あるいはＣＨ3基の縦緩和時間（Ｔ1）を測定する。
そして、このようにして得られたＣＨ2基あるいはＣＨ3基の縦緩和時間（Ｔ1）が有する温度依存性、すなわち、図３，４に示すような縦緩和時間（Ｔ1）と温度との相関関係に基づいて、各計測単位毎の脂肪温度を決定する。
図３（ａ）は、非特許文献４において開示された、オリーブオイルを核磁気共鳴分光法（1Ｈ ＮＭＲ）によって分離した各脂肪酸成分における縦緩和時間（Ｔ1）と温度との関係を示す図であり、図３（ｂ）は、ＣＨ2基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度との相関関係を示す図、図３（ｃ）は、ＣＨ3基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度との相関関係を示す図である。
図３（ｂ）によれば、ＣＨ2基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度には、３４ｍｓ／℃の相関関係があることが示されている。また、図３（ｃ）によれば、ＣＨ3基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度には、７４ｍｓ／℃の相関関係があることが示されている。
図４は、図３と同様に、ウシの脂質を核磁気共鳴分光法によって分離した各脂肪酸成分、特にＣＨ２基成分及びＣＨ３基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度との相関関係を示す図である。
図４（ａ）に示されるように、ウシの脂質に対して核磁気共鳴分光法を用いて各脂肪酸成分を分離し、その信号を検知することで、各脂肪酸成分の信号、特に図４（ｂ）に示すＣＨ２基成分及び図４（ｃ）に示すＣＨ３基成分の信号において、縦緩和時間（Ｔ1）と温度とが相関関係にあることがわかる。
図４（ｂ）によれば、ＣＨ2基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度には、１１．５ｍｓ／℃の相関関係があることが示されている。また、図４（ｃ）によれば、ＣＨ3基成分の信号における縦緩和時間（Ｔ1）と温度には、３７．１ｍｓ／℃の相関関係があることが示されている。
図３，４と同様に、重クロロフォルムに溶解したオリーブオイル（テトラメチルシラン（ＴＭＳ）添加）、オリーブオイル、マヨネーズ、ウシの脂質、ブタの脂質に対して核磁気共鳴分光法を用いて各脂肪酸成分を分離し測定した場合の、ＣＨ2基成分の信号及びＣＨ3基成分の信号におけるＴ1の（ａ）３０℃における絶対値、（ｂ）温度との相関係数、（ｃ）温度係数［ｍｓ／℃］、（ｄ）３０℃における絶対値に対する相対的温度係数［％／℃］を図５にそれぞれ示す。
このように、異なる脂質であっても、縦緩和時間（Ｔ1）と温度との相関係数は、ほぼ１を示しており、縦緩和時間と温度とは良好な相関関係にあることが実証できた。
なお、ＣＨ2基成分の信号は、図３に示す８番の信号と９番の信号のように分離されて現れることがあり、図５におけるＣＨ２ ｒｉｇｈｔとは、図３（ａ）において、ＣＨ2基成分の信号のうち右側に現れる信号を意味している。したがって、図４（ａ）に示すように、ＣＨ2基成分が分離されていない場合には、ＣＨ２ ｓｉｎｇｌｅとしてデータを表示している。
なお、各計測単位毎に脂肪温度を、例えば、温度の高い単位は高信号に、温度の低い単位は低信号に変換してマッピングすることによって、脂肪温度分布画像を作成することができる。この場合、脂肪温度分布画像においては、高信号、すなわち高温の箇所は白く、低信号、すなわち低温の箇所は黒く表示されることになる。
一方、水信号については、水プロトンの複素核磁気共鳴信号の位相分布（複素核磁気共鳴信号の実部画像および虚部画像）を求め、これら複素核磁気共鳴信号の位相の変化量に基づいて各計測単位毎の水温度を決定する（特許文献１の段落［００３７］〜［００４４］）。
そして、各計測単位毎に水温度を、例えば、温度の高い単位は高信号に、温度の低い単位は低信号に変換してマッピングすることによって、水温度分布画像を作成することができる。この場合、水温度分布画像においては、高信号、すなわち高温の箇所は白く、低信号、すなわち低温の箇所は黒く表示されることになる。
このようにして得られた、脂肪温度分布画像と水温度分布画像を合成することによって、被計測対象組織の温度分布画像を作成することができる。
脂肪温度分布画像と水温度分布画像の合成においては、各計測単位毎に、水成分及び脂肪成分の含有量に応じた加重平均を採る。すなわち、計測単位において、脂肪温度もしくは水温度のどちらか片方のみが得られた場合には、得られた温度を計測単位における被計測対象組織の温度とし、脂肪温度と水温度の両方が得られた場合には、計測単位における脂肪含有量の割合と水含有量の割合を用いて、数１のように被計測対象組織の温度を算出する。
［数１］
Ｔｔ＝Ｔｆ×Ｒｆ＋Ｔｗ×Ｒｗ
（Ｔｔ：計測単位における被計測対象組織の温度（単位：℃）、Ｔｆ：脂肪温度（単位：℃）、Ｒｆ：脂肪の含有割合（単位：質量％または体積％）、Ｔｗ：水温度（単位：℃）、Ｒｗ：水の含有割合（単位：質量％または体積％））
このように計測単位毎に脂肪温度および水温度を合成することによって被計測対象組織の温度分布を計測しているため、高含水組織と脂肪組織との混合組織であっても、正確に温度分布を計測することができる。
Ｔｔ＝Ｔｆ×Ｒｆ＋Ｔｗ×Ｒｗ
（Ｔｔ：計測単位における被計測対象組織の温度（単位：℃）、Ｔｆ：脂肪温度（単位：℃）、Ｒｆ：脂肪の含有割合（単位：質量％または体積％）、Ｔｗ：水温度（単位：℃）、Ｒｗ：水の含有割合（単位：質量％または体積％））
このように計測単位毎に脂肪温度および水温度を合成することによって被計測対象組織の温度分布を計測しているため、高含水組織と脂肪組織との混合組織であっても、正確に温度分布を計測することができる。
なお、本実施例では、被計測対象組織として高含水組織と脂肪組織の混合組織を用いているが、被計測対象組織が脂肪組織のみからなる組織の場合には、水信号と水温度との相関関係に基づいて高含水組織の温度を測定するステップを省略することができる。
なお、本実施例では、縦緩和時間（Ｔ1）を求めるために、複フリップ角法を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｌｏｏｋ−Ｌｏｃｋｅｒ法と反転回復法を組み合わせて用いたり、飽和回復法を用いることによって、縦緩和時間を求め、水信号およびＣＨ2基依存信号、ＣＨ3基依存信号を分離して、温度分布画像を作成してもよい。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、本明細書においては各脂肪酸信号としてＣＨ2基依存信号とＣＨ3基依存信号のみを用いているが、これに限らず、他の脂肪酸成分、例えば、ＣＨ＝ＣＨ，Ｃ−ＣＨ2−Ｃ＝，Ｃ＝Ｃ−ＣＨ2などの炭化水素構造に基づく信号を用いることもできる。
また、各種脂肪酸成分の縦緩和時間の測定と、水信号の測定とを同時に行ったり、各種脂肪酸成分の縦緩和時間の測定において、縦磁化強度の標本化時刻を最適化することもできる。
さらに、各種脂肪酸信号の変化を、該変化の方向に対して等間隔で分割し、該分割点に対応した時刻において標本化することや、縦磁化強度を変化させるとともに、縦磁化強度の変化範囲を最適化することもできる。
また、各種脂肪酸成分の縦緩和時間の測定と同時に、水信号における複数のエコー信号から位相分布を計測し、被計測対象組織の温度変化前の位相分布と、被計測対象組織の温度変化後の位相分布との差から、水プロトン共鳴周波数の変化を求めて水成分の温度変化を推定することにより水温度を算出することも可能など、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
図６（ａ）は、本発明の温度分布計測方法においてＣＨ2基成分の信号を用いて温度測定を行った場合の温度変化を表す温度分布画像、図６（ｂ）は、本発明の温度分布計測方法においてＣＨ3基成分の信号を用いて温度測定を行った場合の温度変化を表す温度分布画像、図７は、図６（ａ）、図６（ｂ）における被測定物の構成を説明するための図である。
本実施例における被測定物１０は、図７に示すように、水部１２と脂部１４ａ，１４ｂから構成される。水部１２は、水を含有するプラスチックケースであり、脂部１４ａ，１４ｂは、オリーブオイルを含有するプラスチックケースである。
なお、初期状態において水部１２と脂部１４ａは室温に置かれた状態（＠ＲＴ）となっており、脂部１４ｂはマイクロ波加熱を行い６５℃まで温度を上昇させてある（＠ＶＴ）。
そして、脂部１４ａ，１４ｂをそれぞれ水部１２に接触させた状態で、どのように温度が変化するかを、本発明の温度分布計測方法を用いて測定している。
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、ＣＨ2基成分の縦緩和時間を用いて温度測定した場合であっても、ＣＨ3基成分の縦緩和時間を用いて温度測定した場合であっても、同様に、水と脂質の温度変化を正確に計測することが可能になっている。
Claims (7)
- 脂肪組織、または高含水組織と脂肪組織の混合組織を被計測対象組織とする、該被計測対象組織の温度分布を計測する温度分布計測方法であって、
核磁気共鳴分光法によって前記被計測対象組織の水成分に依存する水信号と、脂肪成分に依存する脂肪信号とを取得するとともに、前記脂肪信号を、炭化水素基構造の異なる各種脂肪酸成分に分離することによって各種脂肪酸信号とし、
前記水信号と水温度との相関関係に基づいて前記高含水組織の温度を測定するとともに、前記各種脂肪酸信号の内の少なくとも１種の脂肪酸信号と脂肪温度との相関関係に基づいて前記脂肪組織の温度を計測することを特徴とする温度分布計測方法。 - 前記被計測対象組織を所定の大きさの計測単位に分割し、計測単位毎に前記水信号および脂肪信号を取得することによって、計測単位毎に前記高含水組織および前記脂肪組織の温度を計測することを特徴とする請求項１に記載の温度分布計測方法。
- 前記計測単位における被計測対象組織の水成分および脂肪成分の含有量に応じて、計測単位毎に得られた水温度および脂肪温度の加重平均値を算出し、該加重平均値を計測単位における被計測対象組織の温度とすることを特徴とする請求項２に記載の温度分布計測方法。
- 前記各種脂肪酸信号のうちＣＨ2基依存信号およびＣＨ3基依存信号の内のいずれか、または両方を用いて前記脂肪組織の温度を計測することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の温度分布計測方法。
- 複フリップ角法、反転回復法、飽和回復法のいずれかを用いて各種脂肪酸成分の縦緩和時間を測定し、該縦緩和時間を各種脂肪酸信号と脂肪温度との相関パラメータとすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の温度分布計測方法。
- 前記各種脂肪酸成分の縦緩和時間の測定と、前記水信号の測定とを同時に行うことを特徴とする請求項５に記載の温度分布計測方法。
- 請求項１から６のいずれかに記載の温度分布計測方法を用いて測定された被計測対象組織の温度分布を、温度の高低を信号の強度に変換してマッピングすることによって、温度分布画像を作成することを特徴とする温度分布画像化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011534268A JP5654472B2 (ja) | 2009-09-29 | 2010-09-29 | 組織の温度分布計測方法および温度分布画像化方法 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009224432 | 2009-09-29 | ||
| JP2009224432 | 2009-09-29 | ||
| JP2011534268A JP5654472B2 (ja) | 2009-09-29 | 2010-09-29 | 組織の温度分布計測方法および温度分布画像化方法 |
| PCT/JP2010/066909 WO2011040439A1 (ja) | 2009-09-29 | 2010-09-29 | 組織の温度分布計測方法および温度分布画像化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2011040439A1 true JPWO2011040439A1 (ja) | 2013-02-28 |
| JP5654472B2 JP5654472B2 (ja) | 2015-01-14 |
Family
ID=43826255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011534268A Active JP5654472B2 (ja) | 2009-09-29 | 2010-09-29 | 組織の温度分布計測方法および温度分布画像化方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8843191B2 (ja) |
| EP (1) | EP2505138A4 (ja) |
| JP (1) | JP5654472B2 (ja) |
| WO (1) | WO2011040439A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013215703B3 (de) * | 2013-08-08 | 2015-02-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Bestimmung einer T1-Zeit von Wasser und einer T1-Zeit von Fett |
| CN105682550A (zh) * | 2013-10-21 | 2016-06-15 | 皇家飞利浦有限公司 | 具有温度映射的mr成像 |
| CN114796531B (zh) * | 2022-03-30 | 2023-08-18 | 华南理工大学 | 一种非金属温度响应性磁共振成像复合材料及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6281538A (ja) * | 1985-10-04 | 1987-04-15 | Jeol Ltd | 磁気共鳴を用いた温度分布測定方法 |
| JP3160351B2 (ja) * | 1992-03-13 | 2001-04-25 | 株式会社東芝 | 磁気共鳴診断装置 |
| US6618608B1 (en) * | 1999-11-30 | 2003-09-09 | Txsonics, Ltd. | Thermal imaging of fat and muscle using a simultaneous phase and magnitude double echo sequence |
| JP4639045B2 (ja) | 2003-07-11 | 2011-02-23 | 財団法人先端医療振興財団 | 磁気共鳴断層画像法による自己参照型・体動追従型の非侵襲体内温度分布計測方法及びその装置 |
| US8478380B2 (en) * | 2007-05-04 | 2013-07-02 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Magnetic resonance thermometry in the presence of water and fat |
-
2010
- 2010-09-29 EP EP10820554.3A patent/EP2505138A4/en not_active Withdrawn
- 2010-09-29 JP JP2011534268A patent/JP5654472B2/ja active Active
- 2010-09-29 US US13/498,625 patent/US8843191B2/en active Active
- 2010-09-29 WO PCT/JP2010/066909 patent/WO2011040439A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2505138A4 (en) | 2018-01-24 |
| EP2505138A1 (en) | 2012-10-03 |
| JP5654472B2 (ja) | 2015-01-14 |
| US8843191B2 (en) | 2014-09-23 |
| WO2011040439A1 (ja) | 2011-04-07 |
| US20120271152A1 (en) | 2012-10-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lin et al. | Minimum reporting standards for in vivo magnetic resonance spectroscopy (MRSinMRS): experts' consensus recommendations | |
| Dittmann et al. | Tomoelastography of the abdomen: Tissue mechanical properties of the liver, spleen, kidney, and pancreas from single MR elastography scans at different hydration states | |
| Stikov et al. | On the accuracy of T1 mapping: searching for common ground | |
| Baron et al. | In vivo T2‐based MR thermometry in adipose tissue layers for high‐intensity focused ultrasound near‐field monitoring | |
| Juras et al. | Magnetic resonance imaging of the musculoskeletal system at 7T: morphological imaging and beyond | |
| US10274564B2 (en) | Non-invasive temperature mapping using temperature-responsive water saturation shift referencing (T-WASSR) MRI | |
| Peterson et al. | Quantitative 1H MRI and MRS of fatty acid composition | |
| Hodgson et al. | Quantitative magnetization transfer ultrashort echo time imaging of the Achilles tendon | |
| Baron et al. | T1 and T2 temperature dependence of female human breast adipose tissue at 1.5 T: groundwork for monitoring thermal therapies in the breast | |
| Gajdošík et al. | Ultrashort‐TE stimulated echo acquisition mode (STEAM) improves the quantification of lipids and fatty acid chain unsaturation in the human liver at 7 T | |
| Vappou et al. | MR-ARFI-based method for the quantitative measurement of tissue elasticity: application for monitoring HIFU therapy | |
| Wright et al. | Comparison of two ultrashort echo time sequences for the quantification of T1 within phantom and human Achilles tendon at 3 T | |
| Li et al. | Selective in vivo bone imaging with long‐T2 suppressed PETRA MRI | |
| Weidlich et al. | T2 mapping with magnetization‐prepared 3D TSE based on a modified BIR‐4 T2 preparation | |
| Lilaj et al. | Separation of fluid and solid shear wave fields and quantification of coupling density by magnetic resonance poroelastography | |
| Weidlich et al. | Measuring large lipid droplet sizes by probing restricted lipid diffusion effects with diffusion‐weighted MRS at 3T | |
| Trinh et al. | In vivo comparison of MRI‐based and MRS‐based quantification of adipose tissue fatty acid composition against gas chromatography | |
| Sharafi et al. | Simultaneous T1, T2, and T1ρ relaxation mapping of the lower leg muscle with MR fingerprinting | |
| JP5654472B2 (ja) | 組織の温度分布計測方法および温度分布画像化方法 | |
| Weidlich et al. | Lipid droplet–size mapping in human adipose tissue using a clinical 3T system | |
| Le et al. | Feasibility of simultaneous temperature and tissue stiffness detection by MRE | |
| Furuyama et al. | A pilot validation of multi‐echo based echo‐planar correlated spectroscopic imaging in human calf muscles | |
| Kim et al. | Simultaneous fat‐referenced proton resonance frequency shift thermometry and MR elastography for the monitoring of thermal ablations | |
| Wyatt et al. | Comprehensive analysis of the Cramer–Rao bounds for magnetic resonance temperature change measurement in fat–water voxels using multi-echo imaging | |
| Bhave et al. | 3D‐multi‐spectral T2 mapping near metal implants |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AA64 | Notification of invalidation of claim of internal priority (with term) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764 Effective date: 20120607 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120619 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20121212 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20121212 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130927 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130927 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20141023 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141120 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5654472 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |