WO1989011822A1 - Separative imaging method for water and fat by mri - Google Patents

Separative imaging method for water and fat by mri Download PDF

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Yokogawa Medical Systems, Ltd.
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    • 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

Definitions

  • This translation relates to a method for separating water and fat in MRI (Magn etic Resonance Imaging), which obtains water and fat in the body using a chemical shift.
  • MRI Magnetic etic Resonance Imaging
  • MR I the chemical shift of the same nuclide ⁇ using the two components is used to separate the same " ⁇ " layer surface in the body into a proton image of only water and a proton image of only fat. There is a separate imaging method.
  • FIG. 4 is a table showing the Dixo ⁇ pulse sequence of the example.
  • t is ⁇ ', 90.
  • the direction of the static (! The direction is the Y-axis and the horizontal direction (right) perpendicular to the Z-axis is the X-axis.
  • the RF places the proton c ⁇ f-f ⁇ d ⁇ r vector oriented in the Z-fat direction perpendicular to this. (Rad io- Frequency) There are iTC, depending on the times!
  • the chemical shift is about 3.5 PPID ⁇ , so the static ⁇ «J3 ⁇ 4 ⁇ 0.5 T ( 3.5msec.
  • W represents a water shading vector
  • F represents a fat shading vector
  • t 0, ie 90.
  • Rain vector i feffi is, at 180 * path from Y r car ⁇ , Ru been spilled around the Y 'axis.
  • the vulgarity and fat dung vector are 180. Pulse E
  • t T E hands of vectors and mosquito 4 " ⁇ Ru Chapter 5 beta diagram of Si scan,
  • EXP ( ⁇ 2 ⁇ ) is a transposed f ⁇ ⁇ ⁇ X component by the static magnetic field iiW " ⁇ and is included only in the S; data. If there is such fi3 ⁇ 4t ⁇ X component, the equation (4), (5) i3 ⁇ 43 ⁇ 4 ⁇ i ⁇ ' Not good Therefore, the water using a phantom to advance quietness ⁇ cloth EXP (i, the Si scan i iiffi l components using this ⁇ to «:!. To have the scan, in the alternative S 0 and Si Image data ⁇ value image
  • the book ⁇ is a spin echo signal ⁇ iim ⁇
  • So scan S i scan with 180% difference in f ⁇ dani vector ffl, and S 2 scan with 90 d in these drama vector ⁇ ffi, image data of S! And S 2 scan »Calculate ⁇ to obtain water and fat images from So and scan values ⁇ .
  • Fig. 1 shows the month's noise sequence.
  • Fig. 3 AU7 ⁇ 3 C [Pulse sequence of other examples of Akira Hachi] ⁇ Fig. 4 shows the pulse sequence of Dixo ⁇
  • FIG. 5 is a table showing the relationship between water and a fat-filling vector in the Dickson method of the example of FIG. 5AH and FIG. 5B.
  • Glue is different from, in addition to the So and Si scan, both vectors ⁇ 3 ⁇ 4 is to perform S 2 scan to Figure 90 '.
  • S. Scan ⁇ 180 at ⁇ / 2 early t T E / 2- ⁇ / 2.
  • Equation (24) is also constructed by static ⁇ etc.
  • So scan which is the data in the Sis 2 scan, ie, the image data may be obtained by filling the data with zero data in the ;; .

Description

明 細 害
MR Iにおける水，脂 »離イメージング旅 謹翻
本翻は、 ケミカルシフトを利用して体内の水と脂肪^ "離像を得る MR I (Magn et ic Resonance Imag i ng )における水と脂肪の分離イメージング方法に関し、更に詳 しくは、水と脂肪 離を通に行った趙性のある MR Iにおける水， 脂肪分離ィ メージング方法に閲する，
MR Iにおいて、 2成分^ いにより同一核種^周»^ るケ ミカルシフトを禾 (I用して、体内の同"^層面を、水のみのプロトン画像と脂肪のみの プロトン画像に分離して ¾ ^する分離イメージング法がある。
■mに、水と脂肪 離ィメージン ^ ιつである 例のディクソン法を第 4図、第 5 Anaび第 5 B図を用いて説财る。第 4図は縣例のディクソ^パ ルスシーケンスを表 である。第 4図において、 tは έτ'あり、 90。 パルスの E叻卩タイミングを t = 0とする。以^説明において、静^!方向（水平とする）を Z軸とし、垂！ ^向を Y軸、 Z軸に垂直な水平方向（右 ）を X軸とする， RFは Z?肪向に向いたプロトン c¾f匕べクトルを、 これと垂直な納に所 させる ラーモア周皿の ( Rad io- Frequency ) iTCあり、 回!^に応じて 9(Γ ノ^レス、 180 。 ノ、。ルスと呼ぶ。 3£は七= 0にぉける90° ノ^レス Ε ¾啦、 ΧΥ平面内に静 » 不^? "によってばら〖 劇匕ベクトル を、 180' パルスで ^して再ひ し た時に観測されるスピンエコー信号である。 90' ノ、レスからスピンエコーカ られる までの^^を1 とする。ディクソン法においては、 ：、 m パルスの q¾ロタ イミングを、 90° ノ レス 轰、 TEの中間の t =TE /2とした Soスキャンを行 う。次に、， 90。 ノルス E叻啦 TE /2から ε早い t =TB /2— εにおいて 180。 ノ、。ル スを ¾¾『する S t スキャンを行う。 S。スキャン、 スキャン共にスピンエコーが 得られる時刻は、 t =TEである。
ここで、 Ιϋϊ己 εは^^を す。
ε = ( 4 · び · ί ) 1 … ） a：水脂肪のケミカルシフト量
f :プロ卜ン I周 ¾m
ε ίま水を にした脂 »ί匕べクトルの翻 周期、即ちケミカルシフトの周期 1/ ( (7 · f )の 1/4に相当する β水と脂神のプロトン 周'凝 、 1¾わち ケミカルシフトびは、約 3.5 PPIDである β従って、静^ «J¾^0.5 T ( のラー モア周置 f
Figure imgf000004_0001
3.5msec となる。
第 5 A匿び第 5 B図は各々、 So、 Stスキャンにおける水と脂肪 ί«ί匕べタト ル fiffi閬係を表 である。第 5 A匿び第 5 B図において、 Wは水 ^匕べクト ル、 Fは脂肪顺匕ベクトルを表し、 Χ'-Υ'座標 ½τί««ί匕ベクトルの で Ζ 軸の回りを 0¾ る座縣である。第 5Α図の S。スキャンにおいて、 t = 0、即ち 90。 パルス ¾¾Π ま、両ベクトル^ ¾¾ つている- t=TE /2では、 ケミカルシ フトによって水と脂肪の劇匕ベクトル ^ΧίίΘの (~π< ≤π)姓じている。 雨ベクトル i feffiは、 Yr車肪向からの 180 * パ スで、 Y'軸の回りに翻が され る。 こ膽、脂肪 匕ベクトルは、 180。パルス Ε|¾Πまでと同じ量だけ し、 t =TEて 化ベクトルと カ4"^る。第 5 Β図の Siスキャンでは、
t=TE /2— εで 180° ノルスが ¾¾Uされる。 これは S。スキャン時より綱で ε、 翻 "f l^度で ττ/2早い。 180° ノルスによって {¾9が さ こ後、スピンェコ 一力 られるまでの離は、 90。 パルスから 180。 ノ レスまでの綱よりも 2ε長い。 こ だけ脂肪 匕べクトノ "に 0 ^るため、 七- TEて "τ と脂肪 c«f匕べ クトノ k^' 18(Γ ίΟβ¾¾·Τϊΐを生じる。
次に、 このようにして得らXJtローデータから分離像を得るための信号 «の方法 を説日^"る。各スキャンによって得られるローデータを画像難成した画像データは、
So =W+F '·· (2)
St =W-F …（3〉 になる。 ここで、 W (≥0 ) fekのプロトン密度、 F (≥0 )は脂肪のプロトン密度 である。そこで、
W= (S。 十 ) /2 …（4)
F= (S0— S )ゾ 2 - (5) を 画像データのマトリツクス^ &ピクセノ に H ^することによって、水と脂 肋を分離した画像を得ることができる。
しかし、各スキャンデータには、受信系などで生じる装 の 0次翻オフセッ ト及び、 Stスキャンデータに含まれる RFパルスの !、 のラーモア周^ r らの や、静 による ίί¾の あるため、 の画像データは^ のようになる。
So = (W+F) EXP(i αο ) - (6)
Sl = (W-F) EXP{ i ( αο +2Θ) } … (7) ここで、. i2 =— 1—であり、. EXP(i «o )は 31!¾"^{¾¾オフセット成分、
EXP ( Ϊ 2Θ)は、靜磁 iiW"^による翻 f¾X成分であり、 S;データのみに含 まれる。 このような fi¾t¾X成^あると、式（4),(5)i¾¾^i^'うまく ずシエー ディ
Figure imgf000005_0001
そこで、 な水ファントム を用いて予め靜 ^布 EXP( i を し、 こ 隨を用いて Si スキャン i iiffi l成分を！^して «：していた。ス、別の方法では S0 と Siの画像データ ^値像
1 So i - (So XSo · ) 1/2 =W十 F …（8〉
！ Si ! = (S! xst - ) 1/2 = I w-F！ ·*· (9〉 をとり、翻 f¾l成分を取り除、た後、
Figure imgf000005_0002
た水と脂肪 離像 を得ていた。
しかし、 ±1己のような において (im下の。^^ある。 まず、水ファント ムを用いる方法においては、水と人体^ a«分の相違による繊率、固^変化 ため、 ファントム纖と雄 ίφ»時と ί« ^布扰¾ ^異なる。従って、正
Figure imgf000005_0003
を越えると、翻飛びを起こし、 醒になるという制約もある。次に麟値像 を用いる方法では、 I W-F Iとなるため、水と脂肪のどちらが多い という'隨 力 われる。 このため、式 (8) と（9)の和と^) 1/2 cf t,どちらが水でど ちらが脂肪かという同 でき 性に欠ける。 画の！^〕
本翻の目的は、 ¾^ "^による分 ラーを! ^し、且つ、 ¾a性のある M R Iにおける水， IliS^Iイメージング: を提 ることにある Φ
本^は、スピンエコー信^ iim^と脂肪の跑匕ベクトル i fiffiカ^した
Soスキャンと、 これら薩匕ベクトル fflが 180· 異なる S i スキャンと、これら 劇匕ベクトル^ ffiが 90' る S2スキャンとを行い、 S !及び S2スキャンの画 像データ力ら水と脂肪 » ^を演算し、 So及び スキャン 値^^ら 水と脂肪 離像を得ることを ¾とする。
本発明によれば、 S0及び' スキャン 値像を用いるた "などに 涵した翻 t¾ による分^ ラー姓じない。 お力つ、 S !及び S2スキャンの 画像データから、静磁^ %~による^ Mを取り除くと共に、水と脂肪 ％:差 異を演算することができ、謝値データから求めた分離像に対して、水と脂肪成分の 同定を行うこと:^できる ¾
画の簡単 ¾ ^明〕
第 1図 月 のノ レスシーケンスを表■«、
第 2図〖抹職明^ の難を表すフローチャート、
第 3 AU7^3 C図【鉢職明の他 ^例のパルスシーケンスを表" «、 第 4図は縣 ディクソ ^パルスシーケンスを表 1¾、
第 5 AH¾び第 5 B図 例のディクソン法における水と脂肪纏匕べクトルの 関係を表 である。
謂を^ Tるため^:良 態〕
以下、画を ϋして本発明にっ て講田に説 Β る β第 1园 腳月 織 例のパルスシーケンスを表 である。第 1図において、記号 ί滞 4図と同じ で 用いている。第 1図 6； ^いて、 S。及び S Lスキャンは各々、 イクソ ¾ So及び S tのスキャンシーケンスと同様である。即ち、 S。スキャンでは、水と脂 肪 匕ベクトル ί ¾Ιが t =TEで~^るょぅに、 t =TE /2において 180° i ルスを E叻『する S iスキャンでは、両べク卜ルの が t =TEで 180。 ずれるよ うに、 S。スキャン^^ら e^ifx^ t TE /2十 εにおいて 180。 ノルスを ¾¾ΙΓ ^る。 糊と異なる点は、 この So及び Siスキャンの他に、両ベクトル^ ¾が 90' ず れる S2スキャンを行うことにある。 この S2スキャンでは、 S。スキャン^^ら ε/2早い t=TE /2-ε/2において 180。 ノ レスを Ε ¾Πし、 90° ノ、。ルスから 180。 ノ、' ルスまでの と、 180リ、。ルスから SEまでの を £とする。従って、時刻 ΤΕでの水と脂肪 匕ベクトル i fiffif ^は、 Siスキャン^) 1/2 ί 90。 となる。 各スキャンデータを画像 成した画像データは、
So = (W十 F) EXP( i αο 》 ·■· (10)
= (W-F) ΕΧΡί i ( αο ~2Θ)) - ( 1 1 )
S2 = (W+i F) EXP{ i ( a0 +Θ)} … ( 12 ) となる。
± ^中の記号 W， F, i , な。 ， ^{^(6), (7) と同様に用いている- 次に、 これらのデータを用いて分離像を作る旅を第 2図のフローチャートを用い て説明する，以^tmは、 成画像データのマトリックス^ "ピクセル毎に行う。
. Soの画像データ を
Arctan{Re(S0 ) Ini (S。）}=«。
から求める。 Re( So )は So ^^部、 Im ( So )は Soの鍾部である。
次に、 システム固有の 0次位 t@¾EXP( i α。 ）を取り除くために、 S。 、 Si及び
S, 画像データに EXP(— i «。 ）を掛ける。 こ 果、各画像データは
So =W十 F ·'· ( 13) Si = (W-F) EXP (-2 i Θ) … ( 14 )
S2 = (W十 i F〉 EXP ( i ） - { 15 ) となる。
次に、水と脂肪のどちらが慰勺に多いかを求めるために、 S3 として を！ ^す る。
3 — S 2 2 Si
= (W十 i F) 2 X (W— F) xEXP (ie) xEXP ( i
xEXP (一 2 i
= (W-F) 2 · (W-f F) +2 i F · W- (W-F) - ( 16) この s3は、静^ τ "による翻" m成分 EXP ϋθ)力徹されていると同時 に、.式（16) に 0以上であるため、 s3
Figure imgf000008_0001
即ち.鍾部膽
Figure imgf000008_0002
次に、 S。 と Stの画像データ^ t値像
I s。 ！ = ( s。 xs。 · ) 1/2 = -hF … (17)
I S! I = (Si St - ) 1/2 =| -F！ - (18) を する。そして、水と «を分離するため、
a= ( | S。 I十 I St I〉,2 - (19) b= ( I So I - ! SL ！ ) /2 …（20) を If する
聽:、式 (19)と (20)のどちら力沐でどちらが脂肪かを同 るために、 S3テ'一 タ を求める。 J¾部 正、即ち W〉Fのときは、 I W— F I =W— Fと なり、式 Π9)、 （20)において、 aが水、 bが脂肪になる。逆に、 mm^ .. 即ち Wく Fのときは、 1W— F 1 =F— Wであるから、各々 aが水、 b力種となる。 ここで、人体内て 成分を含まない脂肪成分はないことから、式 (16)の が 0の は、 F=0、即ち a力 と¾¾^ることができる，纖：、このようにして得ら 水成分と脂肪成分の画像データを基に、水と脂肪 離画像を^^る。
このように、 イメージング方法では、 S2スキャンの画像データの
2乗と Stスキャンの画像データの積を ff^することにより、静^ ^ ·^による 浦 "fx成 ると共に、その纖部^ "^ら水と脂肪 を知る ことができる。 こ^ ら^ ^篚データから得た分離像に対して水と脂肪成分の同 定を行っている。従って、 の静磁^ ~ ^による位相ずれ成 できる絶 対値像を用 Vゝながらも、 を^ )な V 得られる .
第 3 AH7¾^3。図½*腳月の他 のパルスシーケンスを表 H T'ある。 これらの図における雷 2 ^は、第 1図と同様に用いている。 ±1纖例においては、 S!スキャンでは S。スキャン時よりも e遅く、 S2スキャンでは ε/2早く 0° パ ルスを E|¾»lした。 こ に第 3 AHのように、 Siスキャンて 1ま S。スキャン時より も ε早い t=TE /2—εで、 S2スキャンでは ε/2遅い t=TE /2十 ε/2で各々 180。 ノルスを ¾¾Πしても良い。 こ c« ^式 Πυ,Π2)，（16)は各々、
Sl = (W— F〉 EXP{ i ( «。十 2 )) - (21 )
52 = (W-i F) EXP{ i ( «o -Θ)} - (22)
53 = (W - F) 2 · (W十 F) — 2 i F■ W- (W— F) - (23) となり、 S3の 部^^式 (16)と逆になる。更に、第 3 B図のように、 180。 ノ レスの ER¾nタィミングを各々、 S： スキヤンでは S。スキヤン時よりも ε遅い t=TE /2十 £とし、 S2スキャンでは ε/2遅い t=TE /2十 ε/2としても良い。ス は、第 3C図のように、 180。 ノ レスの ¾¾Πタイミングを各々、 Si スキャンでは Soスキャン時よりも ε早い t=TE /2— εとし、 S2スキャンでは ε/2早い t =T Ε /2— ε/2としても良い，第 3Β匿び第 3C J^:^S3 として各々、
3 ― 2 / 1
= (W+F) ±2 i F · W_ (W— F) - (24) を！^:する 式 (24)において、戯都 号土は、第 3 槨ま一、第 3C図の時 は十になる。 W=Fの ま、式 (24)力 散してしまうため、 分〖t*¾ になる。 式 (24)も静^^^等による翻 1¾成 ¾¾されていると同時に、 m
• ^ら水と脂肪の: を知ることができる，又、スキャン^ ため、
Si s2スキャンのいす 方、. x^. Soスキャンのデータ数よりも少 な データマトリックス ieデータ職し、画像:^成時に残り ;!域にゼロデータ を埋め て 像データを得ても良い。
Hの説明 り、本翻の MR Iにおける水，脂肪分離イメージング雄によれ ば、以下の ^得られる。即ち、
(1) st及び s2スキャンの画像データから、静磁^ ^による 成分を
Figure imgf000009_0001
る。 この結; ¾ ら S。及び S, スキャンから得られる絶対値像を用いた分離像に対し て水と脂肪成分の同 観に行える。従って、 値データを用いながらも、 ΈΜ な水と脂肪 齡'行えることができ、 ¾S0勺な'隨を姊な V 離画像を得ること ができる。
(2) So及び St スキャンの絶対値像を用いるため、装置 の 0次位相オフセット、 及び R Fノ レスの中心周通のラーモア周' らの や、 m ^^ ^ z よる翻 できる。この時、丽 f¾lの讓 ^を越えても を受けな いため、観できる翻 の綱に制約を受 w¾rい。 こ^^、 シェーディング等 の水と脂^)^ f ラーが！^でき、分離画俊の画質を向上することができる。
本 ¾B月を!^るため 良 ^態に付いて説明したが、本翻が属する技 術 常 ί¾ ^を計るものにとつて Ti己 の ®sを » ることなく種 々の^をすること iま^である β

Claims

誠の删
1 .車 fc ^に ½~様¾¾灘を ¾δυし、 こ ^争麟中^^体に ζ軸に垂直な方向か ら 90' の RFパルスを ¾5Πし、職の 職に 180。 の RFパルスを Ε|¾Πして、繊 らのスピンエコー信号を受 る SE法を用いた MR Iにおける水， ^i メージング方法において、 ピンエコー信 "t^i^i^と脂肪^匕べクトルの 罷が"^した S。スキャンと、謂蘭匕ベクトル^ ί¾¾が 0· 異なる S iスキヤ ンと、,媚彌化ベクトル ί«@が 90。 異なる S2スキャンとを行い、.鶴己 及び S2スキャンの画像データから水と脂肪 ¾ ^^を演算し、編己 So及び ス キャン 値 i¾ ^ら水と脂肪^離像を得ることを とする MR Iにおける水， 脂肪分離イメージング方法。
2 . S。スキャンの画像データの^) fiffiから、装 の 0次 fiffiオフセット量 を求め、 これに応じて各画像データに ^！を ことを觀とする誠の删 115t¾ の MR Iにおける水，脂肪分離イメージング方法。
3 .水と脂肪の置 ^^から、 S。及び S tスキャン ί¾対値像の和の 1 /2と^ 1 /2に対して、 どちらが水成分でどちらが脂肪成^^を同^ることを ¾とする請 ^c ^ 1又は 2冒 5tgの MR Iにおける水，脂肪分離イメージング方法。
4 . S iの S2スキャンのいす 方、又は双方は、 Soスキャンのデータ数より も少ないデータマトリックス ITC 'データ を行い、画像丽成時に残り 頁域にゼ 口データ 入を行うことを觀とする請求の棚 1、 2又は 3言徵の MR Iにおけ る水， 脂肪分離イメージング方法。
5. S !及び S2スキャンは、 180° の RFパルスの タイミングを、 S。スキヤ ン時よりも S iスキャンでは ， S2スキャンでは ε/2、各々早くスは遅くすること を碰とする請求の删 1、 2、 3又は 4言 の MR Iにおける水，脂肪分離ィメー ジング: 但し、 εは を^:す *
e= (4 · C7 · f ) -1
c：水と脂肪のケミカルシフト量
f ：プロトン ί ^ί調通
6. Si及び S2スキャンは、 180* の RFパルスの E叻卩タイミングを、 S。スキヤ ン時よりも Stスキャンで ε早くした ま S2スキャンでは e/2遅らせ、 Stスキヤ ンで e遅ら こ ま S 2スキャンでは s/2早くすることを徹とする請求の■ 5記 載の MR Iにおける水，脂肪分離イメージング方法。
7. Si .及び S2スキャン^ ¾から、 S2スキャンの画像データの 2乗と スキ ヤンの画像データの積を ff :し、 こ c?)tt ^ {¾gから水と脂肪の 56%:差異を求 めることを: TOとする^^ S6雪 の MR Iにおける水，脂肪分離イメージング 旅。
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