JP2000135206A5 - ４重フィールドエコーシーケンスを用いて水と脂肪を定量的にｍｒ撮影する装置 - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 ＭＲＩデータを収集し、第１のラーモア周波数を有する第１の核種の成分と前記第１のラーモア周波数とは異なる第２のラーモア周波数を有する第２の核種の成分を定量化するＭＲＩ装置において、
ａ）撮影対象物内の原子核を磁気的に整列させる手段と、
ｂ）整列された前記核種のＮＭＲ周波数を第１の方向に沿ったスライス選択傾斜磁場により分散させる手段と、
ｃ）選択されたスライスの核種をＲＦ送信パルスにより歳差運動させ、ＴＲ期間を開始する手段と、
ｄ）前記歳差運動する核種に第２の方向に沿った位相エンコード傾斜磁場と第３の方向に沿ったリードアウト傾斜磁場を印加し、前記核種の位相を分散させる手段、ここで、第２、第３の方向は第１の方向に直交し、互いに直交する、と、
ｅ）前記リードアウト傾斜磁場を反転し、第１のフィールドエコーを第１の生データマトリクスで発生させ、記録する手段、ここで、第１の核種と第２の核種は前記第１のフィールドエコーの中心でほぼ１８０°の位相差を有する、と、
ｆ）前記第１のフィールドエコーの後に、前記リードアウト傾斜磁場を再び反転させ、第２のフィールドエコーを第２の生データマトリクスで発生させ、記録する手段、ここで、前記第１、第２の核種は前記第２のフィールドエコーの中心でほぼ０°の位相差を有する、と、
ｇ）前記第２のフィールドエコーの後に、前記リードアウト傾斜磁場を再び反転させ、第３の生データマトリクスの第３のフィールドエコーを発生させ、記録する手段、ここで、第１の核種と第２の核種は第３のフィールドエコーの中心でほぼ１８０°の位相差を有する、と、
ｈ）前記第３のフィールドエコーの後に、前記リードアウト傾斜磁場を再び反転させ、第４の生データマトリクスの第４のフィールドエコーを発生させ、記録する手段、ここで、第１の核種と第２の核種は第４のフィールドエコーの中心でほぼ０°の位相差を有する、と、
ｉ）前記手段（ｂ）乃至手段（ｈ）の処理を種々の位相エンコード傾斜磁場に関して繰り返し、前記第２の方向の生データマトリクスを完成させる手段と、
ｊ）前記生データマトリクスを処理し、前記第１、第２の核種の成分を定量化する手段と、
を具備することを特徴とするＭＲＩ装置。
【請求項２】 前記手段（ｄ）は前記スライス選択方向に付加的な位相エンコードをかける手段と、種々のスライスエンコード傾斜磁場パルスについて前記手段（ｂ）乃至手段（ｉ）の処理を繰り返し、３次元イメージングモードにおける前記第１の方向の生データマトリクスを完成させる手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】 前記ＲＦパルスの中心と前記第１のフィールドエコーの中心との間隔は、連続する前記フィールドエコーの中心どうしの間隔と等しいことを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】 ＴＲ^２＝２ＴＲ^１、ＲＦパルスのフリップ角度＝９０°で前記２回のスキャンが実行され２組の生データマトリクスを完成させることを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】 前記手段（ｊ）は、
ｉ）前記生データマトリクスの第２、第４のフィールドエコーの時間軸を反転する手段と、
ii）前記全ての方向に生データマトリクスをフーリエ変換し、画像を生成する手段と、
iii）領域拡張法により前記画像から磁場強度の不均一性による位相係数を求める手段と、
iv）前記磁場強度の不均一性による位相係数に基づいて前記画像の位相を補正する手段と、
ｖ）１つの関心領域が前記第１、第２の核種の両方を含むか、あるいはいずれか一方のみを含むかを判断する手段と、
vi）前記関心領域の信号のＴ_２ ^＊緩和減衰を補正する手段と、
vii）前記関心領域の信号のＴ_１緩和減衰を補正する手段と、
viii）前記第１、第２の核種成分の割合を求める手段と、
ix）すべての関心領域について前記手段ｉ）乃至手段viii）の処理を繰り返すサブステップと、
を具備することを特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】 前記関心領域は画像の単一の画素であることを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】 前記関心領域は画像の複数の画素であることを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】 前記複数の関心領域は画像の全画素であることを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】 前記複数の関心領域は画像の複数の画素からなる複数の領域であることを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】 前記画像の全ての画素について、前記第１の核種成分の割合を第１の成分画像にセットし、前記第２の核種成分の割合を第２の成分画像にセットすることにより２つの成分画像を生成することを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１１】 前記第１の核種は水であり、前記第２の核種は脂肪であることを特徴とする請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１２】 ＭＲＩデータを収集し、第１のラーモア周波数を有する第１の核種の成分と前記第１のラーモア周波数とは異なる第２のラーモア周波数を有する第２の核種の成分を定量化するＭＲＩ装置において、
ａ）撮影対象物内の原子核を磁気的に整列させる手段と、
ｂ）整列された前記核種にスライス選択傾斜磁場を印加し、核種の平面スライスをイメージングのために磁気に感度を持たせる手段と、
ｃ）選択されたスライスの核種をＲＦ送信パルスにより歳差運動させ、ＴＲ期間を開始する手段と、
ｄ）前記歳差運動する核種に第２の方向に沿った位相エンコード傾斜磁場と第３の方向に沿ったリードアウト傾斜磁場を印加し、前記核種の位相を分散させる手段と、
ｅ）前記リードアウト傾斜磁場を反転し、第１のフィールドエコーを第１の生データマトリクスで発生させ、記録する手段、ここで、前記第１、前記第２の核種は前記第１のフィールドエコーの中心でほぼ１８０°の位相差を有する、と、
ｆ）前記第１のフィールドエコーの後に、前記リードアウト傾斜磁場を再び反転させ、第２のフィールドエコーを第２の生データマトリクスで発生させ、記録する手段、ここで、前記第１、第２の核種は前記第２のフィールドエコーの中心でほぼ０°の位相差を有する、と、
ｇ）前記第２のフィールドエコーの後に、前記リードアウト傾斜磁場を再び反転させ、第３の生データマトリクスの第３のフィールドエコーを発生、記録する手段、ここで、前記第１、第２の核種は第３のフィールドエコーの中心でほぼ１８０°の位相差を有する、と、
ｈ）前記第３のフィールドエコーの後に、前記リードアウト傾斜磁場を再び反転させ、第４の生データマトリクスの第４のフィールドエコーを発生、記録する手段、ここで、前記第１、第２の核種は第４のフィールドエコーの中心でほぼ０°の位相差を有する、と、
ｉ）前記手段（ｂ）乃至手段（ｈ）の処理を種々の位相エンコード傾斜磁場に関して繰り返し、前記位相エンコード方向の生データマトリクスを完成させる手段と、
ｊ）前記ＲＦパルスと前記第１のフィールドエコー信号の間隔と、連続する前記フィールドエコー信号の中心どうしの間隔が等しくなるように、前記ＲＦパルスと傾斜磁場パルスを制御する手段と、
ｋ）前記ＲＦパルスの歳差運動角度を制御し、異なるＴＲ（ＴＲ^２＝２ＴＲ^１、）、ＲＦパルスの歳差運動角度＝９０°について前記新データ収集のための前記収集ステップを繰り返し、２組の生データマトリクスを生成する手段と、
ｌ）前記生データマトリクスを処理し、前記第１、第２の核種の成分を定量化する手段と、
を具備することを特徴とするＭＲＩ装置。
【請求項１３】 第１のラーモア周波数を有する第１の核種の成分と前記第１のラーモア周波数とは異なる第２のラーモア周波数を有する第２の核種の成分を定量化するＭＲＩ装置において、
ａ）エコーの中心で前記第１、第２の核種の位相差が交互に１８０°、０°１８０°、０°となる等間隔の連続した４つのフィールドエコーを発生させ、収集する手段と、
ｂ）種々の位相エンコードにおいて前記手段（ａ）の処理を繰り返し、全ての位相エンコード、周波数エンコード方向において４つの生データマトリクス、第１のフィールドエコーは第１の生データマトリクスで、第２のフィールドエコーは第２の生データマトリクスで、第３のフィールドエコーは第３の生データマトリクスで、第４のフィールドエコーは第４の生データマトリクスで、を完成させる手段と、
ｃ）前記生データマトリクスの第２、第４のフィールドエコーの時間軸を反転する手段と、
ｄ）前記生データマトリクスをフーリエ変換し、画像を生成する手段と、
ｅ）領域拡張法により前記画像から磁場強度の不均一性による位相係数を求める手段と、
ｆ）前記磁場強度の不均一性による位相係数に基づいて前記画像の位相を補正する手段と、
ｇ）関心領域が前記第１、第２の核種の両方を含むか、あるいはいずれか一方のみを含むかを判断する手段と、
ｈ）前記手段（ｇ）の結果に従って前記関心領域の信号のＴ_２ ^＊緩和減衰を補正する手段と、
ｉ）前記関心領域の信号のＴ_１緩和減衰を補正する手段と、
ｊ）前記第１、第２の核種の平衡磁化を求める手段と、
ｋ）前記第１、第２の核種成分の割合を求める手段と、
ｌ）全ての関心領域について前記手段（ｇ）乃至手段（ｋ）の処理を繰り返す手段と、
ｍ）前記第１、第２の核種の成分画像を生成する手段と、
を具備することを特徴とするＭＲＩ装置。
【請求項１４】 脂肪成分画像を発生するために用いられるＮＭＲイメージングデータを収集するＭＲＩ装置において、
ＲＦ励起パルスを発生する手段と、
前記ＲＦ励起パルスの発生後に位相エンコード傾斜磁場を発生する手段と、
前記ＲＦ励起パルス、位相エンコード傾斜磁場の発生後に、第１のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段と、
前記第１のリードアウト傾斜磁場パルスの発生後に、第２のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段と、
前記第２のリードアウト傾斜磁場パルスの発生後に、第３のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段と、
前記第３のリードアウト傾斜磁場パルスの発生後に、第４のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段とを具備し、
ここで、前記第１〜第４のリードアウト傾斜磁場パルスの前記ＲＦ励起パルスに対するタイミングと極性を制御することにより等エコー間隔Ｔで分離されたフィールドエコー信号が発生され、水の核種から発生されたＮＭＲ信号はエコー間隔内に脂肪の核種から発生されたＮＭＲ信号に対してπラジアン（１８０°）の位相差を有し、
前記第１〜第４のリードアウト傾斜磁場の間に脂肪の核種と水の核種から発生された第１、第２、第３、第４のＮＭＲフィールドエコー信号を収集する手段を具備することを特徴とするＭＲＩ装置。
【請求項１５】 前記第１、第２、第３、第４のＮＭＲフィールドエコー信号はＲＦ検出コイルにより収集されることを特徴とする請求項１４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１６】 第１のラーモア周波数を有する水の核種と前記第1のラーモア周波数とは異なる第２のラーモア周波数を有する脂肪の核種とからなる撮影対象物の関心領域の脂肪成分磁気共鳴画像を生成するＭＲＩ装置において、
ａ）第1のＭＲＩスキャンに対応する第1の多数の４重フィールドエコーＮＭＲイメージングシーケンスを発生する手段、この第1の多数のイメージングシーケンスは第１、第２、第３、第４のリードアウト傾斜磁場パルスと、第1の所定期間のシーケンス繰り返し時間ＴＲを有し、各イメージングシーケンス期間で脂肪の核種と水の核種の励起により発生された第１、第２、第３、第４ＮＭＲフィールドエコー信号が収集される、と、
ｂ）第２のＭＲＩスキャンに対応する第２の多数の４重フィールドエコーＮＭＲイメージングシーケンスを発生する手段、この第２の多数のイメージングシーケンスは第１、第２、第３、第４のリードアウト傾斜磁場パルスと、第２の所定期間のシーケンス繰り返し時間ＴＲを有し、各イメージングシーケンス期間で脂肪の核種と水の核種の励起により発生された第１、第２、第３、第４ＮＭＲフィールドエコー信号が収集される、と、
ｃ）前記手段（ａ）、（ｂ）で収集された前記ＮＭＲフィールドエコー信号を処理し、脂肪成分の磁気共鳴画像データを発生する手段とを具備することを特徴とするＭＲＩ装置。
【請求項１７】 前記ＮＭＲフィールドエコー信号を処理する手段（ｃ）は、
信号の位相を決定するために領域拡張位相巻き戻しアルゴリズムを適用し、磁場強度の不均一性の影響を取り除く手段と、
前記脂肪成分画像の画素領域に対応するフィールドエコー信号に脂肪の核種と水の核種の両方が存在するかどうかを判定する手段と、
画像の画素領域の画像データが水の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるか、脂肪の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるかを判定する手段と、
存在する場合は、水、または脂肪の核種のＮＭＲ信号成分の値を決定する手段と、
Ｔ_２ ^＊緩和の影響を補償する手段と、
Ｔ_１緩和の影響を補償するために使われる水の核種信号と脂肪の核種信号の平衡磁化の値を決定し、脂肪の核種と水の核種による全体の信号内の脂肪の核種による信号の割合に基づいて脂肪成分画像の各画素領域毎の脂肪成分割合値ｆを求める手段とを具備することを特徴とする請求項１６に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１８】 前記４重フィールドエコーＮＭＲイメージングシーケンスを発生する手段は、
ｉ）ＲＦ励起パルスを発生する手段と、
ii）前記ＲＦ励起パルスの発生後に、位相エンコード傾斜磁場を発生する手段と、
iii）前記ＲＦ励起パルス、位相エンコード傾斜磁場の発生後に、第１のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段と、
iv）前記第１のリードアウト傾斜磁場パルスの発生後に、第２のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段と、
ｖ）前記第２のリードアウト傾斜磁場パルスの発生後に、第３のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段と、
vi）前記第３のリードアウト傾斜磁場パルスの発生後に、第４のリードアウト傾斜磁場パルスを発生する手段と、
ここで、前記第１〜第４のリードアウト傾斜磁場パルスの前記ＲＦ励起パルスに対するタイミングと極性を制御することにより等エコー間隔Ｔで分離されたフィールドエコー信号が発生され、水の核種から発生されたＮＭＲ信号はエコー間隔内に脂肪の核種から発生されたＮＭＲ信号に対してπラジアン（１８０°）の位相差を有することを特徴とする請求項１６に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１９】 前記第２の所定期間のシーケンス繰り返し時間は前記第１の所定期間のシーケンス繰り返し時間の２倍であることを特徴とする請求項１８に記載のＭＲＩ装置。
【請求項２０】 互いに位相が異なる脂肪の核種と水の核種を含む組織の核種別のＮＭＲ画像データを求めるＭＲＩ装置において、
異なる繰り返し時間で４重フィールドエコーＮＭＲイメージングシーケンスを発生する手段と、
ＮＭＲフィールドエコー信号データを収集し、保存する手段と、
画素毎にＮＭＲフィールドエコー信号データを解析し、水の核種画像データと脂肪の核種画像データを発生する手段とを具備し、
一対のＭＲＩスキャンから収集されたフィールドエコー信号データは各スキャン毎に異なる繰り返し時間の４重フィールドエコーＮＭＲイメージングシーケンスを含むことを特徴とするＭＲＩ装置。
【請求項２１】 脂肪成分画像、あるいは水成分画像のいずれかを含む核種成分画像を生成するために使われるＮＭＲフィールドエコー信号を処理するＭＲＩ装置において、
信号の位相を決定するために領域拡張位相巻き戻しアルゴリズムを適用し、フィールドエコー信号データから磁場強度の不均一性の影響を取り除く手段と、
前記成分画像の画素領域に対応するフィールドエコー信号に脂肪の核種のＮＭＲ信号成分と水の核種のＮＭＲ信号成分が存在するかどうかを判定する手段と、
前記成分画像の画素領域の画像データが水の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるか、脂肪の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるかを判定する手段と、
存在する核種に応じて、水、および／または脂肪の核種のＮＭＲ信号成分の値を決定する手段と、
Ｔ_２ ^＊緩和の影響を補償する手段と、
Ｔ_１緩和の影響を補償するために使われる水の核種信号と脂肪の核種信号の平衡磁化の値を決定する手段と、
脂肪の核種と水の核種による全体の信号内の脂肪の核種による信号の割合に基づいて脂肪成分画像の各画素領域毎の脂肪成分割合値を求める手段と、この脂肪成分割合値は脂肪成分画像、または水成分画像を生成するために使われる、
を具備するＭＲＩ装置。
【請求項２２】 ４重フィールドエコー法により収集されたＮＭＲ信号データから水の核種成分画像と脂肪の核種成分画像とを求めるコンピュータプログラムは、コンピュータに
信号の位相を決定するために領域拡張位相巻き戻しアルゴリズムを適用し、磁場強度の不均一性の影響を取り除かせ、
前記脂肪成分画像の画素領域に対応するフィールドエコー信号に脂肪の核種のＮＭＲ信号成分と水の核種のＮＭＲ信号成分が存在するかどうかを判定させ、
画像の画素領域の画像データが水の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるか、脂肪の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるかを判定させ、
存在すれば、水、脂肪信号成分のＴ_２ ^＊緩和の影響を補償させ、
Ｔ_１緩和の影響を補償するために使われる水の核種信号と脂肪の核種信号の平衡磁化の値を決定させ、
画素領域毎に脂肪の核種と水の核種による全体の信号内の脂肪の核種による信号の割合に基づいて脂肪成分画像の各画素領域毎の脂肪成分割合値ｆを求めさせ、
画素領域毎に脂肪の核種と水の核種による全体の信号内の水の核種による信号の割合に基づいて水成分画像の各画素領域毎の水成分割合値ｗを求めさせることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２３】 ４重フィールドエコー法により収集されたＮＭＲ信号データから水の核種成分画像と脂肪の核種成分画像とを求める装置において、前記装置は記憶メモリとＩ／Ｏ装置を有するコンピュータを具備し、前記メモリはＮＭＲ信号解析を実行するルールを記憶し、前記コンピュータは、
信号の位相を決定するために領域拡張位相巻き戻しアルゴリズムを適用し、磁場強度の不均一性の影響を取り除き、
前記脂肪成分画像の画素領域に対応するフィールドエコー信号に脂肪の核種のＮＭＲ信号成分と水の核種のＮＭＲ信号成分が存在するかどうかを判定し、
画像の画素領域の画像データが水の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるか、脂肪の核種のＮＭＲ信号成分のみからなるかを判定し、
存在すれば、水、脂肪信号成分のＴ_２ ^＊緩和の影響を補償し、
Ｔ_１緩和の影響を補償するために使われる水の核種信号と脂肪の核種信号の平衡磁化の値を決定し、
画素領域毎に脂肪の核種と水の核種による全体の信号内の脂肪の核種による信号の割合に基づいて脂肪成分画像の各画素領域毎の脂肪成分割合値ｆを求め、
画素領域毎に脂肪の核種と水の核種による全体の信号内の水の核種による信号の割合に基づいて水成分画像の各画素領域毎の水成分割合値ｗを求めるようにプログラムされていることを特徴とする水の核種成分画像と脂肪の核種成分画像とを求める装置。