JP2000506768A - 接合された可動部分の画像化のためのmr方法 - Google Patents

接合された可動部分の画像化のためのmr方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は対象の第三の部分が第一の部分と第二の部分との間の旋回軸の付近の軌道に沿って可動であり、第三の部分の位置は所定の関係に従って旋回軸に関して第一及び第二の部分の方向に依存する磁気共鳴により対象の接合された可動部分の画像化のための方法に関する。本発明の方法は例えば人体の膝の動きの間に膝蓋の一連の画像を形成するように用いられる。本発明によれば測定ゾーンは画像パルスシーケンスを発生させるために膝蓋の瞬間の位置に対して調整される。脚の上部と脚の下部の相互の方向により形成される角は膝蓋の瞬間の位置を決定するために測定される。角度は脚の上部と脚の下部に装着されたRFコイルの位置から決定される。脚の上部と脚の下部とのなす角を決定する他の方法はMRナビゲーター信号を用いることである。

Description

【発明の詳細な説明】 接合された可動部分の画像化のためのMR方法 本発明は対象の接合された可動部分の画像化のための磁気共鳴方法に関する。 本発明はまた定常磁界内に配置された対象の接合された可動部分の画像を形成す るのためのMR装置に関する。 この種の方法及び装置は特許WO92/06386から知られている。知られ ている方法は人間又は動物の接合及び可動部分の画像化により医療診断に用いら れる。知られている方法により対象の第一の部分は第一の支持体に取り付けられ 、対象の第二の部分は第一の部分にヒンジを介して結合されている第二の支持体 に取り付けられる。第一の支持体は循環的に動かされる。核スピンはRFパルス と一時的な傾斜磁界を含むMRパルスシーケンスによりMR装置で測定ゾーン内 で励起される。測定ゾーンの位置はRF励起パルスの周波数と印加された磁界の 強度により決定される。測定ゾーンの位置は動きの間に第一の部分の軌道に沿っ た点に適合される。第一の支持体に結合された角度測定装置は対象の第一と第二 の部分との間の測定ゾーンの位置により予め決定された角度を超えることに応答 してMR装置の制御ユニットに同期パルスを印加する。第一の部分の速度が知ら れている故に第一の部分は同期パルスの発生後に所定の期間の間測定ゾーンに現 れる。同期パルスの受容の後にMRシステムはMRパルスシーケンスを発生し、 MR信号は就中対象の第一の部分で発生する。第一の部分でのMR信号の発生は 複数のMR信号が第一の部分の画像の再構成に対して再構成セットとして受信さ れるまで繰り返される。これはMR装置内で固定された位置での可動な第一の部 分の画像化を可能にする。 本発明の目的は第一の部分と第二の部分との間の旋回軸の付近の軌道に沿って 可動であり、第三の部分の位置は所定の関係に従って 旋回軸に関して第一及び第二の部分の方向に依存する対象の第三の部分を画像化 するために適している方法を提供することにある。 この目的のために本発明の方法は、 a) 第一及び第二の部分の方向に依存して第三の部分でMR信号を発生し、 b) 発生したMR信号を受信し、 c) 画像の再構成用の再構成セットの形成のために複数のMR信号が受信され るまで段階a)とb)を繰り返し、 d) 対象の第三の部分の画像を形成するために再構成セットを処理し、MR信 号の発生中に以下の段階を繰り返し実行し、 e) 対象の第一及び第二の部分及び旋回軸の相互の向きにより決定される角度 を測定し、 f) 測定された角から軌道に沿った第三の部分の瞬間的な位置を抽出し、 g) 第三の部分の瞬間的な位置が測定ゾーンと一致するように測定ゾーンを調 整する 各段階を含む。 この段階の結果として可動な第三の部分が動くときに測定ゾーンは動きの第三 の部分に追従し、それにより動く第三の部分は常に測定ゾーン内になおある。本 発明は第一次近似では第三の部分の位置は旋回軸に関する第一の部分と第二の部 分との向きにより決定される角度に依存する。従って本発明の方法は例えば膝蓋 及び前十字靱帯を有する膝の画像化に特に適切である。更にまた測定ゾーンの測 定中に並進及び回転は測定ゾーンの先行する調整に関してなされ、それにより測 定ゾーンに関する第三の要素の空間的な向きは追跡中に実質的に一定のままであ り、画像内の動きによる不鮮明化は減少される。MR信号が第三の部分が、その 軌道を辿る間に連続的に発生される故に測定時間は減少するという更なる利点を 有する。 本発明による方法の更なるバージョンは高速MR画像パルスシー ケンスが画像化に用いられることを特徴とする。この段階の結果として複数の再 構成セットのMR信号を決定するために必要な測定時間全体は更に減少される。 高速画像化パルスシーケンスは例えばエコープラナー画像化(EPI)パルスシ ーケンス、高速フィールドエコー(FFE)パルスシーケンス、ターボスピンエ コー(TSE)パルスシーケンス、又はグラジエント及びスピンエコー(GRA SE)パルスシーケンスである。これらのパルスシーケンスは就中EP−A60 4441から知られている。 本発明の更なるバージョンはラジアル又はヘリカル画像パルスシーケンスがま た用いられることを特徴とする。この利点はラジアル又はヘリカルMR方法は画 像化される対象の動きにより影響を受けにくいことにある。 本発明による方法の更なるバージョンは a. 対象の第一及び第二の部分に複数のRFコイルを適合させ、 b. 第一又は第二の部分の核スピンを励起し、 c. 複数のRFコイルの中から選択されたRFコイルによりMR 信号を測定し、一方で同時に第一の方向に傾斜を有する一時的な磁界を印加し、 d. 測定されたMR信号に基づき印加された一時的な磁界の傾斜の方向に定常 的な磁界内の選択されたRFコイルの位置を決定し、 e. 他の傾斜の方向に対して選択されたRFコイルに対して段階b,c,dを 繰り返し、 f. 複数のRFコイルの他のRFコイルに対して段階b,c,d,eを繰り返 し、 g. RFコイルに対して決定された位置から第一の部分と第二の部分との間の 角度を決定する 各段階を更に含む。 この方法の利点は角度を測定するために機械的な構成を必要とせず、それにより 対象の第一及び第二の部分の動きに関する束縛がより少 ないという事実にある。RFコイルの位置を決定する方法は米国特許第5318 025号からそれ自体知られている。更にまたラジアルMR画像化パルスシーケ ンスをRFコイルの位置を決定する方法に結合する方法も欧州特許出願EP−A 731362から知られている。 本発明の方法の更なるバージョンは a. 第一又は第二の部分の核スピンを励起し、 b. 第一と第二の部分内の複数の基準ゾーン内の核スピンのMRナビゲーショ ン信号を発生し、 c. 複数の基準ゾーンの位置を決定し、 d. 基準ゾーンに対して決定された位置から第一の部分と第二の部分との間の 角度を決定する 各段階を更に含むことを特徴とする。 この方法の利点は第一と第二の部分の間の角度を決定するために第一及び第二の 部分に付加的なメカニズム又は電子部品を配置する必要がないことである。動く 部分の位置を決定するナビゲータ一信号は就中欧州特許出願EP−A74079 7(PHQ94008)から知られている。 本発明はまた、制御ユニットが a) 第一及び第二の部分の方向に依存して第三の部分でMR信号を発生し、 b) 発生したMR信号を受信し、 c) 画像の再構成用の再構成セットの形成のために多数のMR信号が受信され るまで段階a)とb)を繰り返し、 d) 対象の第三の部分の画像を形成するために再構成セットを処理する 各段階を実施するよう配置され、 対象の第一及び第二の部分の間の角度を測定する手段を更に含み、 測定された角から第三の部分の軌道に沿った瞬間的な位置を得、 第三の部分の瞬間的な位置が測定ゾーンと一致するように測定ゾーンを調整す る よう配置されたMR装置に関する。 本発明によるMR装置の更なる実施例は角度を測定する手段は磁気共鳴信号を受 信するRFコイルを含み、該コイルは対象の第一及び第二の部分に装着されるこ とを特徴とする。これは第一と第二の部分との間の角度が決定されたコイル位置 から簡単に決定されるという利点を提供する。 本発明の上記の及び他のより詳細な特徴は以下に図面を参照して例により詳細 に説明される。 図1はMR装置を示す。 図2は膝の関節の例を示す。 図3はEPIパルスシーケンスを示す。 図1は定常磁界を発生する第一の磁石システム2と、X,Y,Z方向に傾斜を 有する付加的な磁界を発生する種々の傾斜磁界コイル3を含む磁気共鳴装置を示 す。慣例により示された座標系のZ方向は磁石システム2の定常磁界の方向に対 応する。使用される測定座標系x,y,zは図1に示される座標系X,Y,Zと 独立に選択される。傾斜磁界コイル3は電源ユニット4により給電される。RF 送信コイル5はRF磁界を発生するよう設けられ、RF送信、変調器6に接続さ れる。受信コイルは例えば患者である検査される対象7にRF磁界により発生さ れた磁気共鳴信号を受信するよう用いられる。この受信コイルはRF送信コイル 5と同一でありうる。磁石システム2は検査される患者7の一部を収容するため に充分大きい検査空間を囲んでいる。RF送信コイル5は送信/受信回路9を介 して信号増幅器及び復調ユニット10に接続される。制御ユニット11はRFパ ルス及び傾斜磁界を含む特殊なパルスシーケンスを発 生するようRF送信機及び変調器6と電源ユニット4を制御する。 復調ユニット10により供給される位相及び振幅は処理ユニット12に印加され る。処理ユニット12は変換により画像を形成するよう入来した信号値を処理す る。画像は例えばモニタ13により可視化される。 磁気共鳴により対象の接合された可動部分の画像化のための本発明による方法 は人間の体の膝関節に基づき詳細に説明され、ここで対象の第三の部分は対象の 第一と第二の部分との間の旋回軸に近い軌道に沿って可動である。本発明の方法 はまた人体の他の部分に対しても用いられ得る。 図2は人体の膝関節の例を示す。図2はまた第一の部分の一例として脚の下部 20を示し、それに接合された第二の部分の一例として脚の上部21を示し、脚 の下部20と脚の上部21との間の旋回軸23に近い軌道に沿って可動である第 三の部分の一例として膝蓋22を示し、膝蓋22の位置は所定の関係に従って脚 の上部と脚の下部の相互の方向に依存する。図2はまた第一の位置24と第二の 位置25を示し、その間で脚の下部は動きうる。更にまた脚の上部は第三の位置 26に固定され、膝蓋22は第四の位置27と第五の位置28との間で動きうる 。例により脚の長手軸29はMR装置のZ軸に平行に延在するよう選択される。 角度θは旋回軸23に関する脚の下部20と脚の上部21との相互の向きにより 決定される。角度測定装置(図示せず)は例えば上記WO92/06386から 知られている。角度測定装置は脚の下部20に装着される。角度測定装置の出力 は制御ユニット11に結合される。 角度θと膝蓋22の位置との間の関係を決定するために例えば脚の下部20は 角度θoの第一の位置24から角度θfの第二の位置25へ動かされ、膝蓋22の それぞれの角度θoとθf及び位置soとsf、位置soとsfとの間の距離Δsが決 定される。所望ならば脚の下部を動かすために外部の駆動器が用いられる。角度 θ (t)の間数として膝蓋の位置sp(t)は以下の式により与えられる。 角度θの関数として動きの間に膝蓋の方向の変化を記述する他のパラメータはま た決定されうる。例えば膝蓋の傾斜角、交差(bisect)オフセット、側方 への膝蓋の変位である。例えばこれらのパラメータはそれ自体Radiolog y,Vol 187,pp205−212のJ.Brossmann等による論 文、”Motion triggered cine MR imaging” から知られている。 該パラメータの決定の後に多数の連続した画像(=シネループ)が例えば人体 の膝の動きの研究のためにMR装置により形成される。この目的のためにMR装 置は例えば膝の多数の連続画像の収集用にエコープラナー画像(EPI)方法を 用いる。 EPI法は特許EP−A604441から知られている。図3は励起RFパル ス及び一時的傾斜磁界を含むEPIパルスシーケンス30を示す。EPIパルス シーケンスはフリップ角αを有する励起RFパルス100と例えば膝蓋を通るx ,y面での測定スライスである測定ゾーン内のスピンを励起するための選択傾斜 磁界110とを印加することで開始される。フリップ角αは例えば90°である 。選択傾斜磁界は一時的な磁界であり、これはz方向に向けられ、z方向に延在 する傾斜を有する。スライス選択の後に、初期位相エンコーディング傾斜磁界1 20及び読み取り傾斜磁界130が印加される。初期位相エンコーディング傾斜 磁界及び読み取り傾斜磁界は両方とも一時的な傾斜磁界であり、z方向に延在し 、その傾斜は相互に垂直に、両方ともZ軸に垂直な面に延在する。更なる位相エ ンコーディング傾斜磁界は”ブリップ”と称され、読み取り傾斜磁界 の第二及びそれ以降のゼロクロスの後に印加され、それによりMR信号はそのサ ンプリング時点がk空間で均一な分布であるライン上に位置するよう測定される 。EPIパルスシーケンス30はMR信号の完全な組を測定するために初期位相 エンコーディング傾斜磁界Gyの異なる値に対して繰り返され、該MR信号はk 空間で例えば128又は256ラインに関する。単一のEPIパルスシーケンス 30により発生されたMR信号の数は就中膝蓋の動きの速度に依存し、実験的に 決定される。EPIパルスシーケンス30の代わりに例えばターボフィールドエ コー(TFE)パルスシーケンス、ターボスピンエコー(TSE)パルスシーケ ンス、グラジエント及びスピンエコー(GRASE)パルスシーケンスのような 高速シーケンスがまたMR装置1で用いられる。これらのパルスシーケンスは就 中上記特許EP−A604441から知られている。 脚の下部の動きの間に膝関節の画像化のために本発明による制御ユニット11 はまた以下の段階を繰り返し実施するよう配置される: 測定された角θ及び角度θと膝蓋の位置との間の既に知られている又は所定の関 係から軌道に沿って膝蓋の瞬間の位置を得、 膝蓋の瞬間の位置が測定ゾーンと一致するよう測定スライスを調整し、画像パル スシーケンス30を発生させ、膝蓋から由来するMR信号を受信する。 これらの段階を実施する間に制御ユニット11は式(1)から角θの関数とし て膝蓋の瞬間の位置を決定し、それに続いて瞬間の位置sp(t)及び選択傾斜 磁界110の値から励起RFパルス100の周波数成分を得、斯くして調整され た測定スライスのスピンのMR信号の測定に対してEPI画像パルスシーケンス を発生させる。励起パルスの正確な周波数成分及び傾斜磁界の値は用いられたM R装置に依存し、当業者により決定可能である。画像はMR信号の完全なセット がこのようにして測定された後で再構成される。該段階 の繰り返しにより膝蓋の一以上の画像が得られ、測定スライスはz軸に平行に動 き、それによりz軸に沿った膝蓋22の側方の変位に追従可能である。図2には 測定スライスのそのような並進が多数の平行な面40により表されている。 測定スライスに関する膝蓋の向きは膝蓋傾斜角及び交差オフセットのような他 のパラメータが膝蓋の向きの変化を記述するよう用いられたときも実質的に一定 にしうる。この目的のために他の一時的な磁界の調整が該パラメータに依存して なされ、それにより測定スライスが座標系x,y,zの一以上の軸に関して回転 される。 脚の下部20と脚の上部21との間の角θの測定の他の可能性は角度測定装置 の代わりに例えば4つのような複数のRFコイルの位置から角度θを決定する方 法を用いることである。図1は例としてこれらの4つのコイル15、16、17 、18の位置を示し、2つのRFコイル15、16は脚の下部に装着され、2つ のRFコイル17、18は脚の上部に装着される。更にまたRFコイル15、1 6、17、18の寸法は好ましくは制限され、脚の下部と脚の上部のそれぞれの 寸法より小さい。そのようなRFコイルの寸法は例えば5から10mmの範囲で ある。RFコイルは選択及び受信ユニット14に結合され、その信号出力は制御 ユニット11に結合される。更にまた制御ユニット11はMR装置1の定常磁界 のRFコイル15、16、17、18の位置を決定するMR方法を実施するよう 配置される。この種の方法は上記の米国特許第5318025号から知られてい る。 この方法により、制御ユニット11は画像パルスシーケンスの間に挿入された 位置検知MRパルスシーケンスを発生する。位置検知パルスシーケンスは励起R Fパルスを含み、これは脚の上部又は下部20、22のスピンを励起する。更に また次の段階の間にMR信号は4つのRFコイル15、16、17、18の中か ら選択されたRFコイルにより励起されたスピンから受信され、第一の方向に傾 斜を有する一時的な傾斜磁界G1が同時に印加される。選択及び受信ユニット1 4は4つのRFコイルの1つを選択し、受信されたMR信号を増幅し、復調し、 サンプルする。斯くして得られてデータは制御ユニット11に印加される。この データから制御ユニットはフーリエ変換により印加された磁界G1の傾斜の方向 に選択されたRFコイルの位置を決定する。スピンの励起、発生したMR信号の 測定、RFコイルの位置の決定の段階は続いて2回繰り返され、第二及び第三の 方向に傾斜を有する磁界G2及び磁界G3が測定中に印加され、一時的な磁界の傾 斜は相互に直交する。該一時的磁界G1,G2,G3は受信されたMR信号の周波 数が一時的磁界のそれぞれの傾斜に沿ってRFコイルの位置に線形に依存するこ とを確実にする。次にこの方法は3つの残りのRFコイル15、16、17、1 8の位置を決定するよう繰り返される。次に制御ユニット11は4つのRFコイ ル15、16、17、18に対して決定された位置から角度θを決定する。この 方法の更なる段階は角度測定装置を用いる方法に対して記載された段階と同一で ある。画像パルスシーケンスの繰り返し頻度に関して該位置検知パルスシーケン スに対する繰り返し頻度は膝蓋の動きの速度に依存し、経験的に決定されうる。 他の可能性は画像パルスシーケンスの間に位置検知パルスシーケンスを挿入す る代わりに位置検知パルスシーケンスを画像パルスシーケンスと統合することで ある。例えばラジアルMR法又はヘリカルMR法がこの目的に対して用いられ得 る。 ラジアル法は例えば複数のラインがk空間で均一に分布し、ラインはk空間の ゼロ点を通過するような方法で一時的な傾斜磁界がMR信号の測定中に印加され るEPI法である。MR画像は投影再構成法により測定されたMR信号から得ら れる。この方法は上記のEP−A731362から知られている。ラジアル法は MR画像の再構成に対してMR信号の受信と同時に可能であり、MR信号の受信 は脚の上部又は下部のRFコイル15、16、17、18の中から 選択されたRFコイルによる。MRコイル15、16、17、18の位置はMR パルスシーケンスの数を増やすことなく決定されうる。 ヘリカル法で複数のヘリカルラインはk空間に均一に分布し、ラインはk空間 のゼロ点を通って延在するような方法で一時的な磁界がMR信号の測定中に印加 される例えばEPI方法である。MR信号の繰り返しの後に画像は補間及びフー リエ変換により再構成される。ラジアル又はヘリカル方法の使用の更なる利点は 動きのアーティファクトをあまり被らないことである。 本発明による他の方法は例えばそれぞれ脚の下部20の部分と脚の上部21の 部分の2つの円筒形ゾーン50、51のような基準ゾーンの位置が円筒形ゾーン 50、51で発生されるMRナビゲーター信号から決定される。円筒形ゾーン5 0、51の長さは例えば15から20cmであり、直径は例えば2.5cmであ る。脚の下部20と脚の上部21との間の角度θは決定された位置に基づき推定 される。この方法の利点は脚の下部と脚の上部に付加的なメカニズム又は電気的 な部品を配置する必要がないことである。動く部分の位置を決定するMRナビゲ ーター信号は就中上記特許EP−A740796から知られている。ナビゲータ ー信号は付加的なパルスシーケンスにより発生される。更にまたナビゲーター信 号は例えばMR信号の測定中に第一の方向に傾斜を有する一時的な磁界の印加に より実現される周波数コードのみを含む。続いて、周波数コードに基づき周波数 ゾーンの位置が印加された一時的な磁界の傾斜の方向に定常磁界内で得られる。 同様に位置は第一の方向に直交する方向で決定される。MRナビゲーター信号を 発生するパルスシーケンスはまた画像パルスシーケンスの間に挿入されうる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 対象の第三の部分が対象の第一の部分と第二の部分との間の旋回軸の付近 の軌道に沿って可動であり、 第三の部分の位置は所定の関係に従って旋回軸に関して第一及び第二の部分の方 向に依存し、 a) 第一及び第二の部分の方向に依存して第三の部分でMR(磁気共鳴)信号 を発生し、 b) 発生されたMR信号を受信し、 c) 画像の再構成用の再構成セットの形成のために複数のMR信号が受信され るまで段階a)とb)を繰り返し、 d) 対象の第三の部分の画像を形成するために再構成セットを処理し、MR信 号の発生中に以下の段階を繰り返し実行し、 e) 対象の第一及び第二の部分及び旋回軸の相互の向きにより決定される角度 を測定し、 f) 測定された角度から軌道に沿った第三の部分の瞬間的な位置を抽出し、 g) 第三の部分の瞬間的な位置が測定ゾーンと一致するように測定ゾーンを調 整する 各段階を含む対象の接合された可動部分の画像化のためのMR方法 2. 高速MR画像パルスシーケンスが画像化に用いられることを特徴とする請 求項1記載の方法。 3. ラジアル又はヘリカルMR画像パルスシーケンスが用いられることを特徴 とする請求項1又は2記載の方法。 4. a. 対象の第一及び第二の部分に複数のRFコイルを適合させ、 b. 第一又は第二の部分の核スピンを励起し、 c. 複数のRFコイルの中から選択されたRFコイルによりMR信号を測定し 、その間に同時に第一の方向に傾斜を有する一時的な磁界を印加し、 d. 測定されたMR信号に基づき印加された一時的な磁界の傾斜の方向に定常 的な磁界内の選択されたRFコイルの位置を決定し、 e. 他の傾斜の方向に対して選択されたRFコイルに対して段階b,c,dを 繰り返し、 f. 複数のRFコイルの他のRFコイルに対して段階b,c,d,eを繰り返 し、 g. RFコイルに対して決定された位置から第一の部分と第二の部分との間の 角度を決定する 各段階を更に含むことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項記載の方 法。 5. a. 第一又は第二の部分の核スピンを励起し、 b. 第一又は第二の部分内の複数の基準ゾーン内の核スピンのMRナビゲーシ ョン信号を発生し、 c. 複数の基準ゾーンの位置を決定し、 d. 基準ゾーンに対して決定された位置から第一の部分と第二の部分との間の 角度を決定する 各段階を更に含むことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項記載の方 法。 6. 対象の第三の部分が第一の部分と第二の部分との間の旋回軸の付近の軌道 に沿って可動であり、第三の部分の位置は旋回軸に関して第一及び第二の部分の 方向に依存し、 静磁界を維持する手段と、 RFパルスを発生する手段と、 一時的な傾斜磁界を発生する手段と、 RFパルスを発生する手段と一時的な傾斜磁界を発生する手段とに対して制御 信号を発生する制御ユニットと、 磁気共鳴信号を受信し、サンプリングする手段と、 サンプルされた磁気共鳴信号を処理する処理ユニットと を含む定常磁界内に配置された対象の接合された可動部分の画像を形成するため のMR装置であって、 該制御ユニットは a) 第一及び第二の部分の方向に依存して第三の部分でMR信号を発生し、 b) 発生したMR信号を受信し、 c) 画像の再構成用の再構成セットの形成のために多数のMR信号が受信され るまで段階a)とb)を繰り返し、 d) 対象の第三の部分の画像を形成するために再構成セットを処理する 各段階を実施するよう配置され、 対象の第一及び第二の部分の間の角度を測定する手段を更に含み、制御ユニッ トはまた 測定された角から第三の部分の軌道に沿った瞬間的な位置を得、 第三の部分の瞬間的な位置が測定ゾーンと一致するように測定ゾーンを調整す る よう配置されたMR装置。 7. 角度を測定する手段は磁気共鳴信号を受信するRFコイルを含み、該コイ ルは第一及び第二の部分に装着されることを特徴とする請求項6記載のMR装置 。
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