| 【発明の名称】 |
磁気共鳴測定方法および磁気共鳴装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】尾藤 良孝
【氏名】平田 智嗣
【氏名】小野寺 由香里
【氏名】清水 博道
【氏名】恵飛須 俊彦
【氏名】竹上 徹郎
【氏名】成瀬 昭二
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| 【要約】 |
【課題】スペクトロスコピックイメージングおよびスペクトロスコピーに関し、スピン−スピン結合を有する分子種とそれ以外の分子種を高速高精度に分離可能な測定方法および装置を提供する。
【解決手段】対象分子種のスピン結合定数をＪとする時、ＴＥ≠ｎ／Ｊ、かつｎ／Ｊがデータ取得時間中に含まれるように計測パラメータを設定し、計測実行およびデータ再構成後、対象分子種のスペクトルを含む領域のデータを時間領域に逆変換し、時刻ｎ／Ｊでの値を計算する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】磁気共鳴装置を用いた測定方法において、測定方法が（１）対象分子種のスピン結合定数をＪとすると、エコータイムＴＥは任意の自然数ｎに対してｎ／Ｊと等しくなく、かつデータ取得時間中に少なくとも一つのｎ／Ｊが含まれるように計測パラメータを設定する第1のステップ、（２）前記計測パラメータを用いてスペクトロスコピーまたはスペクトロスコピックイメージングの計測およびデータ再構成を行う第２のステップ、（３）前記計測結果および再構成されたデータから対象分子種のスペクトルを含む領域のデータを、フーリエ逆変換により時間領域のデータに逆変換する第３のステップ、（４）前記時間領域のデータに逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、対象分子種の信号強度を計算する第４のステップ、からなることを特徴とする磁気共鳴測定方法。
【請求項２】（１）前記第２のステップの計測結果および再構成されたデータを基礎に、対象分子種以外のスペクトルから静磁場不均一による信号減衰時間を計算する第５のステップ、（２）前記計算された信号減衰時間から対象分子種の時刻ｎ／Ｊでの信号減衰率を計算する第６のステップ、を備え、（３）前記第４のステップに代えて、前記第６のステップで求められた信号減衰率の逆数を、前記第３のステップで求められた時間領域のデータに逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊにおける値に乗算して対象分子種の信号強度を計算する第７のステップ、からなる請求項１記載の磁気共鳴測定方法。
【請求項３】（１）前記第２のステップの計測結果および再構成されたデータを基礎に、対象分子種以外のスペクトルから静磁場不均一による信号減衰時間を計算する第５のステップ、（２）前記計算された信号減衰時間から対象分子種が最大値を取る時刻を計算する第８のステップ、を備え、（３）前記第４のステップに代えて、前記第８のステップで求められた最大値を取る時刻での、前記第３のステップで求められた時間領域のデータに逆変換されたデータの値を求め、対象分子種の信号強度を計算する第９のステップ、からなる請求項１記載の磁気共鳴測定方法。
【請求項４】磁気共鳴装置を用いた測定方法において、測定方法が（１）対象分子種のスピン結合定数をＪとすると、エコータイムＴＥは任意の自然数ｎに対してｎ／Ｊと等しくなく、かつデータ取得時間中に少なくとも一つのｎ／Ｊが含まれるように計測パラメータを設定する第1のステップ、（２）前記計測パラメータを用いてスペクトロスコピーまたはスペクトロスコピックイメージングの計測およびデータ再構成を行う第２のステップ、（３）前記計測結果および再構成されたデータから対象分子種のスペクトルを含む領域のデータを、フーリエ逆変換により時間領域のデータに逆変換する第３のステップ、（４）前記第１のステップで設定された計測パラメータを用いて水抑圧無しでスペクトロスコピーまたはスペクトロスコピックイメージングの計測およびデータ再構成を行う第４のステップ、（５）水分子のスペクトルから静磁場不均一による信号減衰時間を計算する第５のステップ、（６）前記計算された信号減衰時間から対象分子種の時刻ｎ／Ｊでの信号減衰率を計算する第６のステップ、（７）前記第６のステップで求められた信号減衰率の逆数を、前記第３のステップで求められた時間領域のデータに逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊにおける値に乗算して対象分子種の信号強度を計算する第７のステップ、からなることを特徴とする磁気共鳴測定方法。
【請求項５】磁気共鳴装置を用いた測定方法において、測定方法が（１）対象分子種のスピン結合定数をＪとすると、エコータイムＴＥはある自然数ｎに対して（ｎ／Ｊ）＋（１／２Ｊ）と等しく、かつデータ取得時間中に少なくとも一つのｎ／Ｊが含まれるように計測パラメータを設定する第1のステップ、（２）前記計測パラメータを用いてスペクトロスコピーまたはスペクトロスコピックイメージングの計測およびデータ再構成を行う第２のステップ、（３）前記計測結果および再構成されたデータから対象分子種のスペクトルを含む領域のデータを、フーリエ逆変換により時間領域のデータに逆変換する第３のステップ、（４）前記時間領域のデータに逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、対象分子種の信号強度を計算する第４のステップ、（５）前記時間領域のデータに逆変換されたデータの時刻ＴＥでの値を求め、対象分子種以外の信号強度を計算する第５のステップ、からなることを特徴とする磁気共鳴測定方法。
【請求項６】磁気共鳴装置を用いた測定方法において、測定方法が（１）対象分子種のスピン結合定数をＪとすると、エコータイムＴＥは任意の自然数ｎに対してｎ／Ｊと等しくなく、かつデータ取得時間中に二つ以上のｎ／Ｊが含まれるように計測パラメータを設定する第１のステップ、（２）前記計測パラメータを用いてスペクトロスコピーまたはスペクトロスコピックイメージングの計測およびデータ再構成を行う第２のステップ、（３）対象分子種のスペクトルを含む領域のデータを、フーリエ逆変換により時間領域のデータに逆変換する第３のステップ、（４）前記第２のステップの計測結果および再構成されたデータを基礎に、対象分子種以外のスペクトルから静磁場不均一による信号減衰時間を計算する第４のステップ、（５）前記計算された信号減衰時間から対象分子種の時刻ｎ／Ｊでの信号減衰率を計算する第５のステップ、（６）前記第３のステップの時間領域のデータに逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、前記第５のステップの信号減衰率の逆数を乗算して対象分子種の信号強度を計算する第６のステップ、（７）前記二つ以上の時刻ｎ／Ｊのそれぞれで計算された信号強度から、対象分子種のＴ2を計算する第７のステップ、からなることを特徴とする磁気共鳴測定方法。
【請求項７】磁気共鳴装置を用いた測定方法において、測定方法が（１）対象分子種のスピン結合定数をＪとすると、エコータイムＴＥは任意の自然数ｎに対してｎ／Ｊと等しくなく、かつデータ取得時間中に少なくとも一つのｎ／Ｊが含まれるように計測パラメータを設定する第１のステップ、（２）前記計測パラメータを用いてスペクトロスコピーまたはスペクトロスコピックイメージングの計測を行う第２のステップ、（３）計測データの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、対象分子種の信号強度を計算する第３のステップ、からなることを特徴とする磁気共鳴測定方法。
【請求項８】対象分子種が乳酸であり、１／Ｊが１３６ミリ秒に設定された請求項１、２、３、４、５、６、および７のいずれかに記載の磁気共鳴測定方法。
【請求項９】１／Ｊ＝１３６ミリ秒とする請求項１、２、３、４、５、６、および７のいずれかに記載の磁気共鳴測定方法。
【請求項１０】第５のステップにおいて信号強度を計算される対象分子種以外の分子種は脂肪である請求項５記載の磁気共鳴測定方法。
【請求項１１】測定対象に対して静磁場Ｈ０を作用させるための磁石、測定対象に対して高周波磁場を作用させるためのコイルおよび測定対象から生じる磁気共鳴信号の検出のためのコイル、測定対象に対して傾斜磁場を作用させるための傾斜磁場コイル前記各傾斜磁場コイルに電流を供給するためのコイル駆動装置、各磁場の発生タイミングおよび強度の制御と測定されたデータの演算を行うための計算機、各磁場の発生タイミングあるいはデータ取得のタイミング等のパラメータを計算機へ入力するためのインターフェイスおよび演算結果を表示するためのディスプレイ、計算機への入力機器を備えた磁気共鳴測定装置であって、前記インターフェイスが対象分子種のスピン結合定数をＪとすると、エコータイムＴＥは任意の自然数ｎに対してｎ／Ｊと等しくなく、かつデータ取得時間中に少なくとも一つのｎ／Ｊが含まれるように計測パラメータを設定するための入力表示窓を有することを特徴とする磁気共鳴測定装置。
【請求項１２】計測パラメータを設定する入力表示窓が対象分子種のスペクトルを含む領域を設定する手段および対象分子種以外のスペクトルを設定する手段を備える請求項１１記載の磁気共鳴装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴測定方法および磁気共鳴装置、特にスペクトロスコピーまたはスペクトロスコピックイメージングに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気共鳴装置は、静磁場中に置かれた測定対象に特定周波数の高周波磁場を照射して磁気共鳴現象を誘起し、測定対象の物理的化学的情報を取得する装置である。現在、広く普及している磁気共鳴イメージング（MRI: Magnetic ResonanceImaging）は、主として水分子中の水素原子核の磁気共鳴現象を用い、生体組織によって異なる水素原子核密度や緩和時間の差などを画像化する方法である。これにより、組織の差異を画像化でき、疾病の診断に高い効果を挙げている。これに対し、スペクトロスコピーやスペクトロスコピックイメージングは、分子の化学結合の違いによる磁気共鳴周波数の差異（ケミカルシフト）を元に分子毎に磁気共鳴信号を分離し、分子種毎の濃度や緩和時間などを計測する方法である。スペクトロスコピーは、ある選択された空間領域の分子種を観測する方法、スペクトロスコピックイメージングは、分子種毎に画像化する方法である。対象とする原子核としては1Ｈ（プロトン）、31Ｐ、13Ｃ、17Ｆなどがある。スペクトロスコピーおよびスペクトロスコピックイメージングによって代謝物質の濃度分布が得られるため、磁気共鳴イメージングよりも早期に、かつ詳細な診断が可能になると期待されている。
【０００３】磁気共鳴信号を分子種毎に分離する際に問題になるのは、ケミカルシフトが近い、もしくは重畳している分子種の信号を分離する場合である。特に、プロトンスペクトロスコピックイメージングまたはスペクトロスコピーの場合、乳酸と脂肪の信号分離が問題となっている。乳酸は嫌気性代謝産物として脳虚血や悪性腫瘍などで増加することが知られ、この信号強度や濃度分布を測定することは診断上重要な意味を持つ。しかし、乳酸のメチル基のケミカルシフトは１．３ｐｐｍ、脂肪のケミカルシフトは０．９−２．０ｐｐｍと重畳しているため、脂肪信号が乳酸信号に混入して乳酸の測定精度を低下させていた。
【０００４】この問題を解決するために、従来、次の技術が提案されてきた。
【０００５】（１）乳酸と脂肪の縦緩和時間Ｔ1、横緩和時間Ｔ2の差を利用する方法：これは、乳酸の場合：Ｔ1＝１５００ｍｓ、Ｔ2＝１２００ｍｓ、脂肪の場合：Ｔ1＝３００ｍｓ、Ｔ2＝８５ｍｓとＴ1、Ｔ2に大きな違いがあることを利用して、脂肪信号が減少するように、エコータイムＴＥや繰り返し時間ＴＲを設定する方法である。例えば、ＴＥを長く設定することで脂肪の信号を減少させることが可能となる。また、インバージョンリカバリー（ＩＲ：Inversion Recovery）法を用い、Ｔ1の違いを利用して、脂肪信号のみを消失させる方法も提案されている。Ｔ1、Ｔ2の強調方法やＩＲ法については、例えばＮＭＲ医学、日本磁気共鳴医学会編、丸善、１９９１年発行の第２章が参考となる。
【０００６】（２）アウター・ボリューム・サプレッション（ＯＶＳ：Outer Volume Suppression）：これは予め関心領域外の核磁化を励起、抑圧する方法である。この方法により、皮下脂肪からの信号を抑圧することが可能となる。この方法については、例えばマグネティック・レゾナンス・イン・メディスン（Magnetic Resonance in Medicine）誌、１０巻、３１５頁、１９９２年発行が参考になる。
【０００７】（３）乳酸のスピン−スピン結合を利用する方法：これは乳酸のメチル基ＣＨ3（ケミカルシフト１．３ｐｐｍ）とＣＨ（ケミカルシフト４．２ｐｐｍ）とがスピン結合定数Ｊ＝１／１３６ｍｓでスピン−スピン結合していることを利用して、乳酸信号と脂肪信号とを分離する方法である。この手法においても、以下の代表的なやり方が知られている。
(i)ＣＨ3スピン結合定数Ｊの核の磁気共鳴信号のみを発生させるように高周波磁場パルスを印加する方法（Magnetic Resonance in Medicine誌、８巻、３５５頁、１９８８年発行）。
(ii)ＣＨを励起した場合としない場合のＣＨ3の磁気共鳴信号の差異を計測する方法（同誌、３０巻、１２４頁、１９９３年発行）。
(iii)ＴＥ＝ｎ／Ｊ（ｎ：自然数）の複数のデータを計測してスピン結合定数Ｊの信号を抽出する方法（同誌、３３巻、１０１頁、１９９５年発行）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、次のような問題点があった。
（１）縦緩和時間Ｔ1、横緩和時間Ｔ2の差を利用する方法では、脂肪信号を十分に減少させるにはエコータイムＴＥを長く取る必要があり、乳酸の信号も劣化してしまう場合がある。特に細胞死によって脳内に脂肪が生じた場合のＴ2は前述したものよりもかなり長くなる場合があり、この方法では十分に信号を減衰できないことがある。
（２）ＯＶＳでは皮下脂肪の領域を予め抑圧するが、領域選択の不完全性から、抑圧領域を関心領域に近づけすぎると、関心領域の信号まで低下してしまう。特に脳の灰白質を測定する際には皮下脂肪の信号を完全に抑圧することは難しくなる。
（３）乳酸のスピン−スピン結合を利用する方法は、基本的には、正確に乳酸信号のみを計測することが可能である。しかし、スピン結合定数Ｊの磁気共鳴信号のみを発生させる方法(ｉ)では、他の代謝物質のスペクトルを同時に計測することがむずかしいという問題がある。ＣＨを励起した場合と励起しない場合とでＣＨ3の磁気共鳴信号の差異を計測する方法(ii)では、少なくとも２回の計測が必要になり、計測時間の延長という問題がある。また、シーケンスによっては他の分子種のスペクトルが劣化するという問題点がある。複数のＴＥ＝ｎ／Ｊのデータを計測する方法(iii)では、計測時間の延長と、ＣＨ3のＴ2を仮定した補正計算によって誤差が生じやすいという問題があった。計測時間の延長に対しては、マルチパルスを利用して１回の計測で複数のＴＥ＝ｎ／Ｊのデータを計測する方法が提案されているが、この場合にもＴ2補正によって誤差が生じやすいという問題は残っている。
【０００９】本発明の目的は、脂肪信号の混入を抑制し、乳酸信号を高速高精度に測定可能な磁気共鳴測定方法および磁気共鳴装置を提供することにある。さらに一般にスピン−スピン結合を有する対象分子種の信号を、他の分子種の信号から高速高精度に分離して測定可能な磁気共鳴測定方法および磁気共鳴装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、脂肪がブロードなスペクトルを持っていることに着目し、乳酸のスピン−スピン結合によるデータを脂肪信号と分離する。本発明では、乳酸のスピン結合定数をＪとするときに、１／Ｊの整数倍にならないようにエコータイムＴＥを設定し、かつ、データ取得時間内に少なくとも一つの時刻ｎ／Ｊ（ｎは自然数）が含まれるように計測パラメータを設定する。
【００１１】この設定された計測パラメータを用いて、スペクトロスコピックイメージングまたはスペクトロスコピーの計測およびデータ再構成を行う。乳酸のスペクトルを含むケミカルシフト領域のデータをフーリエ逆変換して時間領域のデータに逆変換する。逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、乳酸の信号強度を計算する。このとき、脂肪信号はブロードなスペクトルを有しているために、ＴＥ付近でのみ高信号となるエコーを発生する。このため、ＴＥとｎ／Ｊとの時間差が十分大きければ、時刻ｎ／Ｊでは脂肪信号は実質的に消失し、乳酸の信号のみが得られる。
【００１２】なお、上記説明では簡単のために、乳酸と脂肪の分離について説明したが、本発明は、対象分子種がスピン−スピン結合を有し、そのスペクトルに重畳したブロードなスペクトルを持つ分子種の信号から対象分子種の信号を分離計測する場合に適用可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１２に本発明にかかる磁気共鳴装置の概略構成図を示す。図１２において、４１は静磁場Ｈ0を発生する磁石、４２は測定対象、４３は高周波磁場の発生と測定対象４２から生じる磁気共鳴信号の検出のためのコイル、４４、４５、４６はそれぞれｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の傾斜磁場を発生させるための傾斜磁場コイルである。４７は上記各傾斜磁場発生コイル４４、４５、４６に電流を供給するためのコイル駆動装置である。４８は各磁場の発生タイミングおよび強度の制御と測定されたデータの演算を行うための計算機、４９は、各磁場の発生タイミングあるいはデータ取得のタイミング等のパラメータを計算機４８へ入力するためのインターフェイスおよび演算結果を表示するためのディスプレイ、５０はキーボードなどの入力機器である。
【００１４】測定対象４２の核スピンを励起する高周波磁場Ｈ1は、シンセサイザ５１により発生させた高周波を変調装置５２で波形整形および電力増幅し、コイル４３に電流を供給することにより発生させる。コイル駆動装置４７から電流を供給された傾斜磁場発生コイル４４、４５、４６は傾斜磁場を発生し、測定対象４２からの磁気共鳴信号を変調する。該変調信号はコイル４３により受信され、増幅器５３で増幅、検波装置５４で検波された後、計算機４８に入力される。計算機４８は演算後、演算結果をディスプレイ４９に表示する。
【００１５】本発明では、後述する実施例で説明する測定方法を実現するために、測定方法を記述したプログラムを計算機４８に格納するとともに、計算機４８、ディスプレイ４９、および入力機器５０が、必要とする計測パラメータおよびデータ処理の設定パラメータを設定することが必要である。
【００１６】図１３（ａ）に、このための計測パラメータの設定画面を、図１３（ｂ）に、データ処理の設定パラメータを表示する画面および処理結果を表示する画面の例をそれぞれ示す。
【００１７】計測パラメータの設定画面には、計測用のパラメータを入力するための入力窓として、TR(繰り返し時間)、TE(エコータイム)、FOV(表示画面の大きさ)、SpectralCenter(取得すべきケミカルシフトの中心値)、Spectral BW(取得すべきケミカルシフトのバンド幅の値)、Spectral Resolution（データ取得時間)が備えられ、図に示すようなデータが操作者によって入力される。さらに、本発明の実行の要否を選択するための表示Lac|Lipとこれに対応するトグルボタンが設けられる。トグルボタンがonを選択されたとき実行、offが選択されたとき非実行である。この実施例では、トグルボタンは画面上の該当位置をクリックする度にon、offが交互に現れる。
【００１８】onを選択した場合、本発明の各種の実施例を実行するために必要なデータを入力するための入力窓が表示される。この実施例では、Region, Ｔ2* CorrectおよびWater Sup.がこれに該当する。ここでRegionはLactateのケミカルシフトを設定するためのものでautoまたはmanualが選択できる。autoが選択された場合、装置の磁場強度から計算機によって計算された乳酸のケミカルシフトが用いられ、manualが選択された場合には数値入力が可能な窓が表示される。Ｔ2*Correctは静磁場不均一の補正方法を選択するためのものである。off、other、またはwaterが選択できる。offが選択された場合、補正処理を行わない。otherが選択された場合、他分子種のケミカルシフトを設定する窓が表示され、これを用いて第２の実施例が実行される。waterが選択された場合、後述する第４の実施例の水抑圧無しの計測が追加された計測が実行される。なお、エコータイムＴＥが乳酸の1/J倍に等しい場合にはその旨注意する画面を表示し、ＴＥの再設定を促す。
【００１９】図１３（ｂ）で上段はスペクトロスコピックイメージを表している。左の画像中で点線の領域のスペクトルが右のグラフに表され、右のグラフ中で点線の領域の積分値が左の濃淡画像で表される。下段の左の画像は本発明の処理を施して得られた乳酸の画像である。下段の右のグラフは下左の画像中の点線の領域の乳酸と脂質のスペクトルを時間領域に戻したデータである。点線が左の画像を作成した時刻を示している。これら画像及びグラフ中の点線で示した領域はマウス等により変更可能で、それに対応して画像及びグラフも書き換えられる。下段の乳酸画像の初期画面としては、計測パラメータ設定時に選択した条件で処理を行った結果を示している。ただし、中央部に配置されたボタンを操作することにより処理方法を変更することが可能である。Lacは乳酸のケミカルシフトを設定するためのボタンで、autoまたはmanualが選択できる。autoが選択された場合には装置の静磁場強度から計算機によって計算された乳酸のケミカルシフトが用いられる。manualが選択された場合、上段の右のグラフ上でマウスにより乳酸のケミカルシフトを指定する。Ｔ2* Correctは静磁場不均一の補正方法を選択するためのボタンで、off、other、またはwaterが選択できる。offを選択した場合は補正無しである。otherを選択した場合、上段の右のグラフ上でマウスにより補正に使用する分子種のケミカルシフトを指定し、補正処理を行う。waterは水抑圧無しで取得したデータを用いて補正処理を行う。ただし、計測パラメータの設定画面中のＴ2* correctでwaterを選択しなかった場合には、ここでwaterを選択することはできない。これらパラメータを設定した後、procボタンを押すことで処理を実行し、下段の画面に表示する。
【００２０】なお、本画面およびその動作は一例を示したもので、他の画面および動作を用いてもよいことは言うまでもない。また、このようなインタフェイスの構成の仕方およびこれを利用するためのソフトウエアについての説明は省略するが、計算機のソフトウエアについての通常の知識を有する者なら、上述の説明で、これを構成することに特別の工夫努力が必要になるものではない。
【００２１】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２２】第１の実施例図１は第１の実施例の測定方法を概略的に記述したアルゴリズムである。まず、ステップ１において、任意の自然数ｎおよび対象分子種のスピン結合定数Ｊに対して、エコータイムＴＥがｎ／Ｊと等しくならないようにＴＥを設定し、かつ、ある自然数ｎに対して少なくとも一つの時刻ｎ／Ｊを含むようにデータ取得時間を設定する。ここで、対象分子種として乳酸としたときは、１／Ｊ＝１３６ｍｓとすれば、プロトンスペクトロスコピックイメージングまたはスペクトロスコピーにおける乳酸と脂肪信号の分離に使用できる。なお、ＴＥとｎ／Ｊとの時間差は脂肪信号がある程度減衰するように設定するが、設定方法の詳細については後述する。
【００２３】次に、ステップ２において、スペクトロスコピックイメージングまたはスペクトロスコピーの計測およびデータ再構成を行う。図２にスペクトロスコピックイメージングのシーケンス概略図の一例を示す。ｚ方向のスライス傾斜磁場Ｇｚとしてパルス２３の印加とともに周波数ｆ0の励起高周波磁場パルス２１を印加し、ｚ方向の所定のスライス内に核磁気共鳴現象を誘起させる。励起高周波磁場パルスとしては典型的にはπ／２パルスが用いられる。次にｚ方向のスライス傾斜磁場Ｇｚとしてパルス２４の印加とともに周波数ｆ0の反転高周波磁場パルス２２を印加することでｚ方向の所定のスライス内の磁化を反転する。反転高周波磁場パルスとしては典型的にはπパルスが用いられる。なお、励起高周波磁場パルスおよび反転高周波磁場パルスの帯域は対象分子種にＪカップリングを起こさせるように設定する。例えば、乳酸と脂肪の分離の場合、乳酸のＣＨ3のケミカルシフト１．３ｐｐｍとＣＨのケミカルシフト４．２ｐｐｍを励起できる帯域に設定する。選択されたスライスから発生したエコーは、ｘ方向およびｙ方向の位相エンコード傾斜磁場ＧｘおよびＧｙとしてパルス２５、２６を印加して変調した後、Ａ／Ｄサンプリングによってデータ取得時間２７に示す期間にデータが取得される。この一連の計測を、位相エンコード傾斜磁場の強度を変化させながら繰り返し、ｘ、ｙ、ケミカルシフトの情報を含んだデータを取得する。なお、図２のシーケンスでは説明の簡略化のために水信号や脂肪信号を抑圧するためのプリパレーションパルスを省略した。プリパレーションパルスとして、例えば、水信号を抑圧するために水のケミカルシフトに合わせた狭帯域の高周波磁場を印加するCHESS(Chemical shift Selective Suppression)法、皮下脂肪信号を抑圧するために脂肪領域にあたるスライスを選択的に励起するOVS法などを用いても良い。なお、 CHESS法については特開昭６０−１６８０４１に詳述されている。
【００２４】データ再構成は、次の手順で行われる。取得されたデータを、時間方向、および位相エンコード傾斜磁場を印加したｘ方向、ｙ方向に三次元フーリエ変換し、ケミカルシフト、ｘ方向、ｙ方向の情報からなるケミカルシフトイメージを得る。なお、データ再構成ではフィルタ処理、位相補正処理などにより画質向上を施こすことができる場合がある。
【００２５】なお、本実施例にかかるスペクトロスコピックイメージングのシーケンスは、この方法に限らない。例えば、振動傾斜磁場を用いた高速スペクトロスコピックイメージング（特開昭６１−１３１４３）なども使用可能である。また、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を入れ替えて撮影断面を変更したり、ｚ方向に位相エンコード傾斜磁場を印加して三次元の空間情報を得るように変更することも可能である。また、スペクトロスコピックイメージングではなく、スペクトロスコピーを行うことも可能である。スペクトロスコピーのシーケンスでは、位相エンコードなどの画像化のための傾斜磁場の代わりに、ある一つの空間領域もしくは数個からなる空間領域を選択的に励起するパルスを印加してエコーを発生させる。データ再構成では、得られたエコーを１次元フーリエ変換してケミカルシフト情報を持つスペクトルに変換する。
【００２６】次に、ステップ３において、対象分子種のスペクトルを含む領域のデータをフーリエ逆変換により時間領域のデータに逆変換する。例えば、乳酸の場合、メチル基のケミカルシフト１．３ｐｐｍを中心にピークが含まれるケミカルシフト幅で切り出し、切り出したデータをフーリエ逆変換して、時間領域のデータに逆変換する。この時、切り出すケミカルシフト幅の設定方法として、(1)乳酸のピークから算出する（例えば、半値幅の２倍などの幅に設定する）。
（２）切り出しの影響で時間領域のデータに生じるトランケーションアーティファクトが時刻ｎ／Ｊで零に近づくようにケミカルシフト幅を設定する。等の方法を用いることが可能である。
【００２７】また、切り出した端点をスムージングするなどして切り出しによるトランケーションアーティファクトを低減することも可能である。また、ステップ２のデータ再構成において、フィルタ処理が時間領域に施されている場合、その補正を行っても良い。例えば、計測されたエコーにローパスフィルタが施された後、フーリエ変換が行われている場合、本ステップにより時間領域のデータに逆変換されたデータには、フィルタの影響により、ローパスフィルタが施されたものが得られる。これを補正することで、本来の時間領域のデータを計算しても良い。なお、本説明では時間領域のデータをスペクトルにする場合をフーリエ変換、逆をフーリエ逆変換と記述したが、実際の操作は逆にしても良い。
【００２８】最後に、ステップ４において、ステップ３で時間領域のデータに逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、対象分子種の信号強度を計算する。この時、実質的に、対象分子種の信号のみが得られる理由を説明する。
【００２９】図３に高周波磁場パルスを印加した場合の乳酸のメチル基の磁化の振る舞いを示す。（ａ）に示すように、周波数ｆ0の励起高周波磁場パルス２１が印加された時点を時刻０とし、高周波磁場パルス２２が印加された時点をTE/2とする。高周波磁場パルスが印加された結果、（ｂ）に示すように、乳酸のメチル基の核磁化は角速度ω＋πＪの核磁化Ａと角速度ω−πＪの核磁化Ｂとに分裂する。このために、二つの核磁化の和である乳酸のメチル基の信号強度は（ｃ）に示すように、周期２／Ｊ秒のコサイン波形となる。このコサイン波形はＴＥによらず、励起高周波磁場パルスの印加時間だけで決定される。
【００３０】図４は、時間と乳酸の信号強度３１、脂肪の信号強度３２との関係を示したものである。乳酸の信号は静磁場不均一によってＴＥから離れるほど減衰するために、図３で説明したコサイン波形が歪んだ形状をしている。これに対し、脂肪のスペクトルは主として０．９−１．４ｐｐｍに広がるブロードなピークを持っているために、ＴＥ付近でのみ高信号となるエコーを形成する。このため、脂肪信号３２が十分減衰する程度の時間差がＴＥとｎ／Ｊの間にあれば、時刻ｎ／Ｊでは、実質的に、乳酸の信号３１のみが得られる。なお、この時間差は脂肪のスペクトルの広がりに対応しており、必要な時間差の概略値は４（ｌｏｇ２）／（π×（脂肪スペクトルの半値幅［Ｈｚ］））、（但し、ｌｏｇは自然対数）で計算可能である。上式によると、静磁場強度４．７Ｔの場合には約２０ｍｓ、１．５Ｔの場合には約５０ｍｓの時間差が必要となる。
【００３１】本実施例による計測結果の例を図５に示す。これは、静磁場強度４．７ＴのＭＲＩ装置を用いてラット頭部の脳虚血時に生じた乳酸と、頭頂部にある皮下脂肪の信号を測定したものである。ステップ１で説明したように、ＴＥ＝１８０ｍｓに設定し、かつ１／Ｊ＝１３６ｍｓが含まれるようにデータ取得時間を中心時刻１８０ｍｓ、取得時間１１０ｍｓに設定した。（ａ）はステップ２で説明したように、スペクトロスコピックイメージングを実行して得られたスペクトルである。グラフ３３は脳虚血部位から得られたスペクトル、グラフ３４は皮下脂肪領域から得られたスペクトルである。グラフ３３において点線で囲まれた領域内で下向きのピークを呈しているのが乳酸のピークである。（ｂ）は、ステップ３で説明したように、（ａ）でのグラフの点線で囲まれた領域のデータを切り出してフーリエ逆変換して時間領域のデータに逆変換し、絶対値を計算した結果である。グラフ３５、グラフ３６は、それぞれ脳虚血部位から得られたスペクトル３３、皮下脂肪領域から得られたスペクトル３４に対して、本実施例のアルゴリズムを適用した結果得られた時間領域のデータである。グラフ３５は乳酸の信号、グラフ３６は脂肪の信号を表していると考えられる。このグラフから、ステップ４で説明したように時刻１／Ｊでは、脂肪信号が十分に減衰し、乳酸の信号強度のみを計算可能なことが判る。この結果、本実施例により、計測時間を延長することなく、実質的に、対象分子種のみの分布や信号強度を測定可能なことが判る。さらに他の代謝物質のスペクトルの測定も同時に可能なことが判る。
【００３２】第２の実施例第１の実施例では、時刻ｎ／Ｊでのデータの値を求め、対象分子種の信号強度としていた。しかし、この方法では、静磁場不均一が大きい場合に信号減衰が大きく、計算誤差が大きくなるという問題点がある。例えば、図４の乳酸の信号強度のグラフ３１では、理想的なコサイン波形が静磁場不均一の影響で歪み、その結果、乳酸の信号強度が最大値を取る時刻もｎ／ＪからＴＥに近づいていることが判る。本実施例は、静磁場不均一による減衰を補正するものである。図６に測定方法を概略的に記述したアルゴリズムを示す。第１の実施例との差異は、ステップ５、６、７にある。ステップ１、２、３は第１の実施例と同様に行う。
【００３３】ステップ５において、対象分子種以外のスペクトルを選択し、静磁場不均一による信号減衰時間を計算する。静磁場不均一による信号減衰時間は、例えば、次の方法で計算される。まず、選択したスペクトルをフーリエ逆変換して時間領域のデータに逆変換する。逆変換されたデータの信号減衰は、横緩和を表すＴ2を係数とする指数減衰と静磁場不均一による信号減衰を表すＴＥを中心として対称な信号減衰とに分けられる。このうち、後者の信号減衰時間をフィッティングにより計算する。なお、信号減衰時間の計算方法はこの方法に限らず、例えばスペクトルの線幅から静磁場不均一の影響を含んだ見かけ上の横緩和時間（Ｔ2*）を計算し、当該スペクトルのＴ2の影響を減算する方法を取っても良い。また、スペクトロスコピックイメージングの場合には、濃度の差のみを測定すれば良い場合があり、その場合にはＴ2*を信号減衰時間として計算しても良い。また、Ｔ2の長いスペクトルの場合にも、Ｔ2*を信号減衰時間としても補正が可能である。また選択するスペクトルとしては、例えば、図５の計測例で示されている２．０ｐｐｍにピークを持つＮ−アセチルアスパルテートなどを取れば良い。ステップ６において、ステップ５で計算された信号減衰時間から時刻ｎ／Ｊでの対象分子種の減衰率を計算する。
【００３４】ここで、スペクトロスコピックイメージングの場合、選択可能なスペクトルが全てのピクセルに存在しない場合がある。その場合には、存在しているピクセルでのみ信号減衰時間を計算し、それを補間または外挿することで全てのピクセル、もしくは対象分子種の信号強度を計算したい領域の減衰率を計算する。また選択するスペクトルは一つに限らず複数個選択することで信号減衰時間の計算精度を向上することも可能である。ステップ７において、ステップ３で逆変換されたデータの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、ステップ６で計算された減衰率の逆数を乗算する。これにより静磁場不均一の影響を除去した対象分子種の信号強度を計算可能となる。
【００３５】なお、対象分子種のスペクトルから信号減衰時間を計算することも可能であるが、この場合、分離前のスペクトルを使用し、逐次的に信号強度と信号減衰時間とを計算しなければならないために、誤差が大きくなるという欠点がある。
【００３６】第３の実施例第２の実施例により、静磁場不均一による信号減衰の補正は可能であるが、静磁場不均一が大きいときには時刻ｎ／Ｊの信号のＳＮ比が低下してしまう場合がある。例えば、図４に示した場合には、時刻ｎ／Ｊでの乳酸の信号強度は静磁場不均一の無い場合の値（図4において、乳酸の信号が最大となる時刻の値）の約８０％に減少していることが判る。本実施例は、ＳＮ比の減少を抑制するものである。図７に測定方法を概略的に記述したアルゴリズムを示す。第２の実施例との差異はステップ８、９にある。ステップ１、２、３、５は第２の実施例と同様である。
【００３７】ステップ８において、ステップ５で計算された静磁場不均一による信号減衰時間から対象分子種のデータが最大値を取る時刻を計算する。この時刻は、コサイン波形と信号減衰時間による減衰波形を乗算した波形の最大値を取る時刻を計算すればよい。コサイン波形は計測パラメータの設定時に計算可能なため、ステップ５で得られた信号減衰時間を用いれば、最大値を取る時刻は数値計算により容易に求められる。ステップ９において、ステップ８で最大値を取ると計算された時刻での、ステップ３で逆変換されたデータの値を求め、対象分子種の信号強度を計算する。この信号強度の計算では、最大値をとる時刻での信号減衰時間による減衰率を求め、その逆数を乗算して静磁場不均一による信号減衰の補正を付加しても良い。
【００３８】第４の実施例第２の実施例により、静磁場不均一による信号減衰の補正は可能であるが、対象分子種以外のスペクトルを選択することが難しいことがある。例えば、そのスペクトルが空間的に局在しているときや、経時変化などで信号量が減衰してしまう場合、または濃度が低く補正によって逆に誤差が増加してしまう場合がある。
【００３９】本実施例は、水分子のスペクトロスコピックイメージングもしくはスペクトロスコピーの計測を付加し、この問題を解決するものである。図８に測定方法を概略的に記述したアルゴリズムを示す。第２の実施例との差異はステップ１０、１１にある。ステップ１、２、３、６、７は第２の実施例と同様である。
【００４０】ステップ１０において、代謝物質のスペクトルを得るために印加されているプリパルスの一つである水抑圧を省略し、スペクトロスコピックイメージングまたはスペクトロスコピーの計測、データ再構成を行う。ステップ１１において、水分子のスペクトルから、第２の実施例のステップ５と同様に静磁場不均一による信号減衰時間を計算する。ただし、水分子の場合、他の代謝物質よりもＴ2が短いために、その影響を除去して静磁場不均一による信号減衰時間のみを抽出しなければならない場合がある。
【００４１】なお、ステップ６、７を第３の実施例のステップ８、９で置き換えることで、ＳＮ比の劣化を抑制することが可能である。ステップ１０において、振動傾斜磁場を用いた高速スペクトロスコピックイメージングを使用することで、計測時間の延長を抑制することが可能である。また、この場合に、ステップ２において使用するシーケンスも同じ高速スペクトロスコピックイメージングにすることで、渦電流による磁場不均一や画像歪みの影響を無視することが可能になる。なお、ＳＮ比を向上するためにステップ２の計測で積算回数を増加させている場合、ステップ１０において積算回数を減らして良いことはいうまでもない。これにより、計測時間の延長を抑制することが可能である。
【００４２】第５の実施例第１の実施例では、対象分子種のみの濃度や分布を求めることは可能であったが、それに重畳した分子種の濃度や分布を求めることは難しかった。本実施例は、この問題を解決するものである。図９に測定方法を概略的に記述したアルゴリズムを示す。第１の実施例との差異はステップ１２、１３にある。ステップ２、３、４は第１の実施例と同様である。
【００４３】ステップ１２において、ＴＥ＝（ｎ／Ｊ）＋（１／２Ｊ）となるようにＴＥを設定する。また、データ取得時間内に少なくとも一つのｎ／Ｊを含むように計測パラメータを設定する点はステップ１と同様である。ステップ１３では、ステップ３で逆変換されたデータの時刻ＴＥでの値を求め、対象分子種以外の信号強度を計算する。
【００４４】本実施例のようにエコータイムＴＥを設定すると、図３に示す対象分子種（乳酸のメチル基）の信号強度は、ちょうど時刻ＴＥで、コサイン波形の零点を通過する。このため、時刻ＴＥでは対象分子種の信号は観測されない。この方法により、例えば乳酸の信号強度はステップ４により、脂肪の信号強度はステップ１３により、それぞれ計算することが可能となる。
【００４５】第６の実施例第１の実施例から第５の実施例は対象分子種の信号強度のみを高精度かつ高速に測定可能とすることを意図した実施例である。本実施例では、さらに同時に対象分子種のＴ2も測定するものである。図１０に測定方法を概略的に記述したアルゴリズムを示す。第２の実施例との差異はステップ１４、１５にある。ステップ２、３、５、６、７は第２の実施例と同様である。
【００４６】ステップ１４において、任意の自然数ｎに対して、ＴＥがｎ／Ｊと等しくないようにＴＥを設定し、データ取得時間内に二つ以上のｎ／Ｊが含まれるように計測パラメータを設定する。ステップ１５において、二つ以上のｎ／Ｊでの対象分子種の信号強度の減衰率から対象分子種のＴ2を計算する。ステップ７において、二つ以上のｎ／Ｊのそれぞれの時刻で対象分子種の信号強度補正を行う。
【００４７】なお、ステップ５は対象分子種以外のスペクトルを選択する場合であるが、これを第４の実施例で採用したステップ１０、１１に代えて誤差を減少させることも可能である。
【００４８】第７の実施例本実施例は、対象分子種と重畳した分子種以外のスペクトルがない場合や、そのスペクトルを測定する必要がない場合、もしくはあったとしてもピークがブロードで対象分子種の計算に誤差を生じさせない場合などの特殊な場合に使用するものである。図１１に測定方法を概略的に記述したアルゴリズムを示す。第１の実施例との差異はステップ１７、１８にある。
【００４９】ステップ１７において、スペクトロスコピックイメージングまたはスペクトロスコピーの計測を行うが、データ再構成を行わずに時間領域のデータにして保存しておく。ステップ１８において、保存したデータの時刻ｎ／Ｊでの値を求め、対象分子種の信号強度を計算する。なお、対象分子種と重畳した分子種以外に代謝物質がある場合には、プリパルスによって信号抑圧などを計測時に行う必要がある。
【００５０】以上の実施例においては、主として乳酸と脂肪信号の分離について説明したが、一般に対象分子種がスピン−スピン結合を有している場合に、本発明は適用可能である。また、本発明の説明では、スピン−スピン結合が1Ｈ同核の場合について説明したが、異核のスピン−スピン結合の場合にも適用可能である。また、計測パラメータの設定条件の内、データ取得時間内に一つ以上のｎ／Ｊを含むという項目は、省略することも可能である。ただし、この場合には、スペクトルデータをフーリエ逆変換により時間領域のデータに逆変換する際に、データの外挿を行って時刻ｎ／Ｊでの信号強度を計算するプログラムを付加しなければならない。
【００５１】
【発明の効果】本発明によればスピン−スピン結合を有する対象分子種の信号を、他の分子種の信号から高速高精度に分離可能な磁気共鳴測定方法および磁気共鳴装置を提供することが可能である。特に、プロトンスペクトロスコピックイメージングまたはスペクトロスコピーにおいて、脂肪信号の混入を抑制し、乳酸信号を高速高精度に測定可能な磁気共鳴測定方法および磁気共鳴装置を提供することが可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【識別番号】０００１５３４９８
【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
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| 【出願日】 |
平成１０年９月２１日（１９９８．９．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６１８９３
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 明夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−９３４０２（Ｐ２０００−９３４０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月４日（２０００．４．４） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２６６４７９ |
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