過分極薬剤に対する代謝ＭＲ撮像のためのシステム及び方法
【課題】過分極薬剤に対する代謝ＭＲ撮像のためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】過分極薬剤に対する代謝ＭＲ撮像のための方法は、関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させる工程（１２８）を含む。励起させた単一代謝化学種からＭＲ信号を収集（１３０）し、収集したこのＭＲ信号から画像を再構成（１４０）する。本発明の一態様で提供されるＭＲＩ装置は、偏向磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイルを有するＭＲＩアセンブリを含む。ＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチは、ＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに対して送受信するようにパルスモジュールによる制御を受ける。
【解決手段】過分極薬剤に対する代謝ＭＲ撮像のための方法は、関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させる工程（１２８）を含む。励起させた単一代謝化学種からＭＲ信号を収集（１３０）し、収集したこのＭＲ信号から画像を再構成（１４０）する。本発明の一態様で提供されるＭＲＩ装置は、偏向磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイルを有するＭＲＩアセンブリを含む。ＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチは、ＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに対して送受信するようにパルスモジュールによる制御を受ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にはＭＲ撮像に関し、さらに詳細には、過分極薬剤に対する代謝ＭＲ撮像に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体組織などの物質を均一な磁場（偏向磁場Ｂ０）にかけると、組織中のスピンの個々の磁気モーメントはこの偏向磁場と整列しようとして、この周りをラーモアの特性周波数によってランダムな秩序で歳差運動することになる。この物質や組織に、ｘ−ｙ平面内にありラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ１）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわち、「縦磁化」）ＭＺは、ｘ−ｙ平面内に来るように回転させられ（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭｔが生成される。励起信号Ｂ１を停止させた後、励起したスピンにより信号が生成され、さらにこの信号を受信し処理して画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を用いて画像を作成する際には、磁場傾斜（Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ）が利用される。典型的には、撮像しようとする領域は、使用する具体的な位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させている一連の計測サイクルによりスキャンを受ける。受け取ったＮＭＲ信号の組は、ディジタル化されると共に、よく知られている多くの再構成技法のうちの１つを用いて画像再構成される。データ収集から再構成までの撮像過程は、患者の快適性及びスループットを向上させるためにできる限り迅速に実施することが望ましい。
【０００４】
幾つかの手技及び検査では、空間情報に加えてＭＲ画像にスペクトル情報も表示させることが望ましい。空間情報とスペクトル情報の両方を包含するＭＲ信号を収集しＭＲ画像を再構成するための周知の方法の１つは「化学シフト撮像」（ＣＳＩ）と呼ばれるものである。ＣＳＩは、患者の代謝過程その他の内部過程を監視するために利用されてきており、１３Ｃラベル付けした造影剤及びその代謝産物などの過分極物質の撮像を含む。しかし過分極薬剤の注入後では、撮像が困難なタスクとなる。薬剤の過分極は限られた寿命を有しており、その撮像は迅速に実施しなければならない。例えば過分極した薬剤の典型的なＴ１寿命はインビボにおいて概ね数分である。さらに、パルスシーケンスのＲＦ励起は過分極を不可逆的に破壊することがある。
【０００５】
ＣＳＩ法は、利用可能な信号対雑音比を制限する（またしたがって、画質を制限する）ような幾つかの欠点を有する。例えばＣＳＩは、過分極させた物質の磁化増大に関する短寿命を考慮するとデータの収集が低速となる傾向がある。さらにＣＳＩでは、撮像対象を多数のＲＦ励起に曝露させるのが典型的である。過分極薬剤の磁化は限られた寿命を有しておりかつＣＳＩシーケンスのＲＦ励起によって破壊されるため、これらの特性は過分極薬剤にとって特に好ましくない。このため、利用可能な磁化をＣＳＩ法が完全に利用することができず、これによって信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下する。
【０００６】
さらに、心臓撮像や心臓の代謝撮像など極めて高速のデータ収集や周期的なデータ収集が要求されるＭＲ手技では、ＣＳＩは１６×１６マトリックスについて要する時間が１５秒間を超える可能性があるためＣＳＩシーケンスによる実施は困難である一方、心臓撮像及び関連する代謝撮像は数心拍数または数秒間以内に完了させるすべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、過分極薬剤のうちのある代謝化学種について、その他周波数における代謝化学種の磁化に影響を及ぼすことなく励起しかつ撮像することが可能なシステム及び方法があることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、上述の欠点を克服したＭＲのシステム及び方法を提供する。関心対象物に注入された過分極した薬剤のうちの単一の代謝化学種が励起され、励起されたこの単一代謝化学種からのＭＲ信号が収集される。この収集ＭＲ信号から画像が再構成される。
【０００９】
したがって本発明の一態様では、ＭＲＩ装置は、偏向磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイルを有するＭＲＩアセンブリを含む。ＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチは、ＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに対して送受信するようにパルスモジュールによる制御を受ける。本ＭＲＩ装置はさらに、ＭＲＩアセンブリと結合させたシステム制御器であって、ＲＦコイルアセンブリに対して関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させるように構成されたシステム制御器を含む。このシステム制御器はＲＦ送受信器システムに対してさらに、励起させたこの単一代謝化学種からＭＲ信号を収集すること、並びにこの収集ＭＲ信号から画像を再構成させることを行わせている。
【００１０】
本発明の別の態様では、過分極薬剤ＭＲ撮像の方法は、関心対象物内に過分極薬剤を注入する工程と、過分極薬剤の第１の代謝化学種を励起する工程と、を含む。本方法はさらに、励起させた該第１の代謝化学種からＭＲ信号を収集する工程と、該収集したＭＲ信号から画像を再構成する工程と、を含む。
【００１１】
本発明のまた別の実施形態では、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、コンピュータにより実行したときに該コンピュータに対して、パルスシーケンスの複数のフリップ角トレインＲＦパルスを変調させる命令をその上に保存して有するコンピュータプログラムを含む。この命令はコンピュータに対してさらに、複数の分子からＭＲデータを収集させると共にこのＭＲデータから画像を作成させている。
【００１２】
別の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面では、本発明を実施するために目下のところ企図される実施形態を図示している。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の実施形態を組み込める好ましい磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１０の主要コンポーネントを表している。このシステムの動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及び表示画面１６を含むオペレータコンソール１２から制御を受けている。コンソール１２は、オペレータが画像の作成及び表示画面１６上への画像表示を制御できるようにする単独のコンピュータシステム２０と、リンク１８を介して連絡している。コンピュータシステム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに連絡している多くのモジュールを含んでいる。これらのモジュールには、画像プロセッサモジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、並びに当技術分野でフレームバッファとして知られている画像データアレイを記憶するためのメモリモジュール２６が含まれる。コンピュータシステム２０は、画像データ及びプログラムを記憶するためにディスク記憶装置２８及び着脱可能記憶装置３０とリンクしており、さらに高速シリアルリンク３４を介して単独のシステム制御部３２と連絡している。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、光学読取り棒、音声制御器、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。
【００１５】
システム制御部３２は、バックプレーン３２ａにより互いに接続させたモジュールの組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール３６や、シリアルリンク４０を介してオペレータコンソール１２に接続させたパルス発生器モジュール３８が含まれる。システム制御部３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、各システムコンポーネントを動作させて所望のスキャンシーケンスを実行させ、発生させるＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール３８は、スキャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために１組の傾斜増幅器４２と接続させている。パルス発生器モジュール３８はさらに、生理学的収集制御器４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。また最終的には、パルス発生器モジュール３８はスキャン室インタフェース回路４６と接続されており、スキャン室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネット系の状態に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っている。このスキャン室インタフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患者を所望の位置に移動させるコマンドを受け取っている。
【００１６】
パルス発生器モジュール３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器を有する傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜を生成させるように全体を番号５０で示す傾斜コイルアセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜磁場コイルアセンブリ５０は、偏向マグネット５４及び全身用ＲＦコイル５６を含むマグネットアセンブリ５２の一部を形成している。システム制御部３２内の送受信器モジュール５８は、ＲＦ増幅器６０により増幅を受けて送信／受信スイッチ６２によりＲＦコイル５６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知し、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることができる。増幅したＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器６０をコイル５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器６４をコイル５６に接続させている。送信／受信スイッチ６２によりさらに、送信モードと受信モードのいずれに関しても単独のＲＦコイル（例えば、表面コイル）を使用することが可能となる。
【００１７】
ＲＦコイル５６により取り込まれたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、システム制御部３２内のメモリモジュール６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイをメモリモジュール６６内に収集し終わると１回のスキャンが完了となる。この未処理のｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ空間データアレイの形に配置し直しており、これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データのアレイにするように動作するアレイプロセッサ６８に入力される。この画像データはシリアルリンク３４を介してコンピュータシステム２０に送られ、コンピュータシステム２０において画像データはディスク記憶装置２８内などの記憶装置内に格納される。この画像データは、オペレータコンソール１２から受け取ったコマンドに応じて、着脱可能記憶装置３０上などの長期記憶内にアーカイブしたり、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータコンソール１２に伝達しディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。
【００１８】
本明細書では、低フリップ角を有するｔｒｕｅＦＩＳＰ法（ｔｒｕｅ ｆａｓｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｔｅａｄｙ ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）パルスシーケンスについて記載している。本明細書で使用する場合、低フリップ角とは１５°未満のフリップ角のことである。以下に記載するように、低フリップ角をｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスと連係して使用することによって、１３Ｃなどの過分極薬剤の単一代謝産物に関して、その他の代謝産物の磁化に対する悪影響を最小限にしながらの励起及びＭＲデータ収集が可能となる。これによって、過分極薬剤の磁化の全体を画像作成のために利用することが可能である。すなわち定常状態プロトン撮像において、プロトンの緩和時間は比較的短いため信号はＭ０の概ね２５％になる。これに対して、１３Ｃの緩和時間はかなり長いため、以下に示すようにＭ０の１００％に近い極大信号をもつ過渡応答に到達することが可能である。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態によるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０のパルスシーケンス図を表している。ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０はフル平衡型定常状態自由歳差運動（ｓｔｅａｄｙ−ｓｔａｔｅ ｆｒｅｅ ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ：ＳＳＦＰ）シーケンスである。ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０は、読み取り方向すなわち周波数方向の平衡型傾斜７２と、ＲＦパルス７６、７８間に印加される位相方向の平衡型傾斜７４と、を含む。読み取り傾斜８０の間に、１本のｋ空間線を満たす１つの信号８２が収集される。
【００２０】
ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンス７０は、その信号８２がＴＲ間隔（すなわち、連続するＲＦ励起間の時間）中のスピンの位相累積に依存するという特徴をもつ。完全にオンレゾナンスとしたスピンではこの位相累積はゼロであるが、オフレゾナンスのスピンではこれが非ゼロとなることになる。図３に示すように、定常状態において熱平衡スピンの９０°フリップ角をもつｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスでは、位相累積が±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときに極大信号８４が得られており、また位相累積がπ±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときに極小信号８６が得られる。再構成されたｔｒｕｅＦＩＳＰ画像内において、これらの信号極小値は暗い縞として視認することができる。オフレゾナンスは、Ｂ０磁場の不均一性、すなわち化学シフトに起因することがある。
【００２１】
しかし図４に示すように、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）のフリップ角が低フリップ角（例えば、１°）に設定されている場合、図３の場合と反対の結果が得られる。フリップ角を１°に設定すると、位相累積がπ±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときには極大信号８８が、また位相累積が±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときには極小信号９０が得られる。したがって信号８８は、図３に示した信号について信号極小値が見出される場所である同じ位置にある位相シフト範囲から得られる。
【００２２】
図５は、低フリップ角１°に設定したｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）に関する縦磁化９２（Ｍｚ）を表している。縦磁化９２の受ける影響は励起バンド９４の外部で最小となる。このため、過分極した物質を用いた用途においてその他の代謝産物からの磁化が保全されることになる。励起バンド９４の位置は、ＲＦパルスの位相サイクルを変化させることによって位相＝±πから任意の位置まで移動させることができる。励起プロフィールの幅は、１°のフリップ角では概ね０．１５°の位相累積である。ＴＲ＝２ｍｓであれば、０．１５°の位相累積は１３Ｃについて１．５Ｔで概ね１２Ｈｚのスペクトル幅（すなわち、０．７５ｐｐｍ）と解釈される。フリップ角を変更することによってさらに励起プロフィールの幅を修正することができる。
【００２３】
図６は、本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅変調包絡線９６を表している。ＲＦパルス振幅変調包絡線９６は、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）のフリップ角を図４の信号を収集するように設定するための一定の変調包絡線である。図４に関して上で検討したのと同様に図６に示すように、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）のフリップ角は、総フリップ角を９０°〜１８０°の範囲とした一定の低いフリップ角（例えば、１°など）に設定されることがある。しかしこの低フリップ角は１°より大きくすることや小さくすることがあることが企図される。
【００２４】
過分極スピンの挙動は熱平衡にあるスピンの挙動と異なっている。過渡フェーズの後で、熱平衡スピンはその信号（横方向磁化）が典型的にはＭ０の２０％〜５０％において平準化された定常状態に到達する。しかしスピンが過分極されておりその緩和時間がスキャンの所要時間と比べて長いときは、定常状態に到達しない。この場合には、ＲＦパルスが開始位置からｚ軸に沿ってｘｙ面まで下がることによってその磁化が徐々に傾けられることになる。
【００２５】
図７は、１ＴＲ当たりの位相シフト及びＲＦパルス数の関数とした過分極スピンからのｔｒｕｅＦＩＳＰ信号９８を表している。ｔｒｕｅＦＩＳＰ信号９８はフリップ角１°を用いて収集しており、またその磁化は第１のパルス前ではｚ軸と整列している。ｔｒｕｅＦＩＳＰ信号９８はさらに、ＴＲ＝２．５ｍｓ、Ｔ１＝３０ｓ、及びＴ２＝２ｓを用いて収集している。極大信号１００（すなわち、第９０番目のＲＦパルスの後の信号）はＭ０に等しいことが理解できよう。したがって、低フリップ角であっても過分極信号の全体を利用することができる。
【００２６】
図８は、本発明の別の実施形態によるパルスシーケンス変調包絡線１０２を表している。パルスシーケンス変調包絡線１０２は、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０のフリップ角（図２参照）が総フリップ角が９０°〜１８０°の範囲となるような設定に対応したガウス形状の変調包絡線である。好ましい一実施形態では、極大値パルス１０５は５°と１５°の間のフリップ角を有する。
【００２７】
図９は、図８のパルスシーケンス変調包絡線１０２に従ったパルスシーケンスを表している。ＲＦパルス１０４はガウス形状変調包絡線１０２に従って変調を受けており、さらにまた位相傾斜パルス１０６、読み取り傾斜パルス１０８、及びスライスエンコード傾斜パルス１１０が決定されている。
【００２８】
図８に示したガウス形状変調包絡線１０２以外に、その他の変調包絡線形状も可能であることが企図される。例えば図１０は、ｓｉｎｃ関数の形状を有するＲＦパルス変調包絡線１１２を表している。図１１は、図１０のパルスシーケンス変調包絡線１１２に従ったパルスシーケンスを表している。ＲＦパルス１１３は、総フリップ角が９０°〜１８０°の範囲となるようにｓｉｎｃ関数変調包絡線１１２の形状に従って変調を受けている。好ましい一実施形態では、極大値パルス１１４は５°と１５°の間のフリップ角を有する。
【００２９】
図１２〜１４は、ＲＦフリップ角の振幅変調が異なるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスに関する周波数選別性を表している。図１２〜１４に示した信号１１５、１１６、１１８のそれぞれは、ハイエンドな臨床ＭＲスキャナ上での１３Ｃ撮像に関して可能な最短ＴＲについて表すことを前提とした２．５ｍｓの反復時間（ＴＲ）に関して計算したものである。ＴＲをさらに短くできれば、図１２〜１４の励起はさらに広い周波数レンジをカバーすることになる。さらに、位相エンコードが９６ステップでありかつ総フリップ角が１２０°であるシーケンスに関して計算を実施している。図１２〜１４に示した信号応答は、４８個のＲＦパルスの後（すなわち、ｋ空間の中心）において線形位相エンコードスキームを用いて表している。
【００３０】
図１２は、１．３°のフリップ角において一定のＲＦ振幅とすると、妥当に均一な信号強度に関する使用可能周波数レンジは１．５Ｔにおいて概ね５Ｈｚ（すなわち、概ね１／３ｐｐｍ）であることを表している。図１３は、ガウス振幅変調では、妥当に均一な信号強度に関する使用可能周波数レンジは図１２に示した使用可能周波数レンジの概ね２倍であることを表している。図１４は、ｓｉｎｃ関数変調では、妥当に均一な信号強度に関する使用可能周波数レンジは１．５Ｔにおいて概ね３０Ｈｚ（すなわち、概ね２ｐｐｍ）であることを表している。
【００３１】
図１４に示すように、単一過分極薬剤代謝産物に対する撮像は、関心対象のその他の代謝産物が励起周波数レンジから十分な距離離れていれば、追加のシム処置を要することなく可能となる。さらに図１２〜１４に示した励起プロフィールの最適化は、ｋ空間内の位置に関して変調プロフィールを調整することによって（例えば、ｋ空間中心の通過と一致しないように変調プロフィールの極大値を調整することによって）実現することができる。
【００３２】
ここで図１５を参照すると、本発明の一実施形態による過分極薬剤撮像技法１２０を表している。技法１２０はブロック１２２において、修正型ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスのＲＦパルスシーケンスに関する低フリップ角変調スキームの決定で開始される。低フリップ角変調スキームの決定は、その決定を上述のような所望の周波数選別性に基づかせること、並びにシム処置すなわちＢ０均一性に基づかせることを含む。低フリップ角変調スキームは、一定振幅包絡線、ガウス変調包絡線、ｓｉｎｃ変調包絡線、その他に基づく。さらに、低フリップ角変調スキームの決定は、過分極造影剤に関する検討を含むことがある。好ましい一実施形態ではその過分極造影剤は１３Ｃ原子核を含むが、１４Ｎ、３１Ｐ、１９Ｆ及び２３Ｎａの原子核や別のＮＭＲ関連原子核などの別の過分極造影剤が使用されることもあることが企図される。
【００３３】
ブロック１２２における低フリップ角変調スキームの決定に続いて、ブロック１２４において過分極造影剤の単一代謝化学種を励起するために修正型ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスの励起プロフィールが調整される。例えば、過分極１３Ｃピルビン酸塩が撮像対象内に注入されることがあり、また１３Ｃ炭酸水素塩原子核を励起するように励起プロフィールが調整されることがある。次いでブロック１２６において、過分極造影剤が撮像対象内に導入される。次にブロック１２８において、修正型ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスが所望の代謝化学種を励起させる。この励起は、薬剤の組織内への潅流が可能となるように（すなわち、薬剤が診断対象の臓器まで到達できるように）薬剤の導入後ある指定の時間だけ遅延させることがある。別法として、遅延期間は造影剤が代謝を受ける時間量に対応させることがある。次いでブロック１３０において、励起させた代謝化学種から信号が収集される。
【００３４】
次いでブロック１３２において技法１２０は、信号を収集するために別の代謝化学種を励起すべきか否かを判定する。諾１３４であれば、ブロック１３６において別の代謝産物の原子核を励起するように励起プロフィールが調整される。所望であれば、ある代謝産物に関する変調スキームを別の代謝産物に関する変調スキームと区別するようにＲＦパルスシーケンスの変調スキームが調整されることもある。次いで技法１２０は、ブロック１２８及び１３０において上述したようなその他の代謝産物からの信号について励起及び収集を行う。否１３８であれば、ブロック１４０において収集した信号データに関してＭＲ画像が再構成される。好ましい一実施形態では、収集した各代謝産物ごとに１枚の画像が再構成される。しかし、収集したすべての代謝産物に対して１枚の合成画像が再構成されることがあることも企図される。
【００３５】
図１６は、２°の一定フリップ角で収集したブタ心臓に対する例示的なインビボｔｒｕｅＦＩＳＰ画像を表している。過分極させた１３Ｃピルビン酸塩が静脈注入されると共に、ピルビン酸塩の共鳴周波数から１６０Ｈｚ離れている１３Ｃ炭酸水素塩の共鳴周波数に合わせてその励起プロフィールを調整して画像が収集される。図１６は、炭酸水素塩共鳴の周りにおいて９Ｈｚ周波数の離間により収集した連続する５枚の画像を加え合わせた像を表している。
【００３６】
したがって本発明の一実施形態では、ＭＲＩ装置は、偏向磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイルを有するＭＲＩアセンブリを含む。ＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチは、ＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに対して送受信するようにパルスモジュールによる制御を受ける。本ＭＲＩ装置はさらに、ＭＲＩアセンブリと結合させたシステム制御器であって、ＲＦコイルアセンブリに対して関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させるように構成されたシステム制御器を含む。このシステム制御器はＲＦ送受信器システムに対してさらに、励起させたこの単一代謝化学種からＭＲ信号を収集すること、並びにこの収集ＭＲ信号から画像を再構成させることを行わせている。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、過分極薬剤ＭＲ撮像の方法は、関心対象物内に過分極薬剤を注入する工程と、過分極薬剤の第１の代謝化学種を励起する工程と、を含む。本方法はさらに、励起させた該第１の代謝化学種からＭＲ信号を収集する工程と、該収集したＭＲ信号から画像を再構成する工程と、を含む。
【００３８】
本発明のまた別の実施形態では、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、コンピュータにより実行したときに該コンピュータに対して、パルスシーケンスの複数のフリップ角トレインＲＦパルスを変調させる命令をその上に保存して有するコンピュータプログラムを含む。この命令はコンピュータに対してさらに、複数の分子からＭＲデータを収集させると共にＭＲデータから画像を作成させている。
【００３９】
本発明を好ましい実施形態に関して記載してきたが、明示的に記述した以外に等価、代替及び修正が可能であり、これらも添付の特許請求の範囲の域内にあることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態と共に使用するためのＭＲ撮像システムのブロック概要図である。
【図２】スライス傾斜を省略したｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスのパルスシーケンス図である。
【図３】図２のｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの信号を一定のフリップ角９０°をもつ連続する２つのＲＦパルス間の位相累積の関数として表したグラフである。
【図４】図２のｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの信号を一定のフリップ角１°をもつ連続する２つのＲＦパルス間の位相累積の関数として表したグラフである。
【図５】図２のｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの縦磁化を一定のフリップ角１°をもつ連続する２つのＲＦパルス間の位相累積の関数として表したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅の変調包絡線を表した図である。
【図７】過分極スピンからのｔｒｕｅＦＩＳＰ信号を１ＴＲ当たりの位相シフト及びＲＦパルス数の関数として表したグラフである。
【図８】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅の別の変調包絡線を表した図である。
【図９】本発明の一実施形態による図８のパルスシーケンス変調包絡線を組み込んでいるパルスシーケンス図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅の別の変調包絡線を表した図である。
【図１１】本発明の一実施形態による図１０のパルスシーケンス変調包絡線を組み込んでいるパルスシーケンス図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるＲＦパルスの一定振幅を組み込んでいるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの周波数選別性のグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅のガウス変調包絡線を組み込んでいるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの周波数選別性のグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅のｓｉｎｃ変調包絡線を組み込んでいるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの周波数選別性のグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態による技法の各ステップを表した流れ図である。
【図１６】本発明の一実施形態に従って収集した例示的な画像である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 好ましいＭＲシステム
１２ オペレータコンソール
１３ キーボードその他の入力デバイス
１４ 制御パネル
１６ 表示画面
１８ リンク
２０ 単独のコンピュータシステム
２０ａ バックプレーン
２２ 画像プロセッサモジュール
２４ ＣＰＵモジュール
２６ メモリモジュール
２８ ディスク記憶装置
３０ テープ駆動装置
３２ 単独のシステム制御部
３２ａ バックプレーン
３４ 高速シリアルリンク
３６ ＣＰＵモジュール
３８ パルス発生器モジュール
４０ シリアルリンク
４２ 傾斜増幅器組
４４ 生理学的収集制御器
４６ スキャン室インタフェース回路
４８ 対象位置決めシステム
５０ 傾斜コイルアセンブリ
５２ マグネットアセンブリ
５４ 偏向マグネット
５６ 全身用ＲＦコイル
５８ 送受信器モジュール
６０ ＲＦ増幅器
６２ 送信／受信スイッチ
６４ 前置増幅器
６６ メモリモジュール
６８ アレイプロセッサ
７０ ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス
７２ 平衡型傾斜
７４ 平衡型傾斜
７６ ＲＦパルス
７８ ＲＦパルス
８０ 読み取り傾斜
８２ 信号
８４ 極大信号
８６ 極小信号
８８ 極大信号
９０ 極小信号
９２ 縦磁化
９４ 狭い励起バンド
９６ パルスシーケンス変調包絡線
９８ ｔｒｕｅＦＩＳＰ信号
１００ 極大信号
１０２ パルスシーケンス変調包絡線
１０４ ＲＦパルス
１０５ 極大値パルス
１０６ 位相傾斜パルス
１０８ 読み取り傾斜パルス
１１０ スライスエンコード傾斜パルス
１１２ パルスシーケンス変調包絡線
１１４ 信号
１１６ 信号
１１８ 信号
１２０ 技法
１２２ 低フリップ角変調スキームを決定する
１２４ 励起プロフィールを調整する
１２６ 過分極造影剤を導入する
１２８ 所望の代謝化学種を励起する
１３０ 信号を収集する
１３２ 別の代謝化学種を励起するか？
１３４ 諾
１３６ 励起プロフィール／変調スキームを調整する
１３８ 否
１４０ データを処理してＭＲ画像を再構成する
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にはＭＲ撮像に関し、さらに詳細には、過分極薬剤に対する代謝ＭＲ撮像に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体組織などの物質を均一な磁場（偏向磁場Ｂ０）にかけると、組織中のスピンの個々の磁気モーメントはこの偏向磁場と整列しようとして、この周りをラーモアの特性周波数によってランダムな秩序で歳差運動することになる。この物質や組織に、ｘ−ｙ平面内にありラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ１）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわち、「縦磁化」）ＭＺは、ｘ−ｙ平面内に来るように回転させられ（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭｔが生成される。励起信号Ｂ１を停止させた後、励起したスピンにより信号が生成され、さらにこの信号を受信し処理して画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を用いて画像を作成する際には、磁場傾斜（Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ）が利用される。典型的には、撮像しようとする領域は、使用する具体的な位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させている一連の計測サイクルによりスキャンを受ける。受け取ったＮＭＲ信号の組は、ディジタル化されると共に、よく知られている多くの再構成技法のうちの１つを用いて画像再構成される。データ収集から再構成までの撮像過程は、患者の快適性及びスループットを向上させるためにできる限り迅速に実施することが望ましい。
【０００４】
幾つかの手技及び検査では、空間情報に加えてＭＲ画像にスペクトル情報も表示させることが望ましい。空間情報とスペクトル情報の両方を包含するＭＲ信号を収集しＭＲ画像を再構成するための周知の方法の１つは「化学シフト撮像」（ＣＳＩ）と呼ばれるものである。ＣＳＩは、患者の代謝過程その他の内部過程を監視するために利用されてきており、１３Ｃラベル付けした造影剤及びその代謝産物などの過分極物質の撮像を含む。しかし過分極薬剤の注入後では、撮像が困難なタスクとなる。薬剤の過分極は限られた寿命を有しており、その撮像は迅速に実施しなければならない。例えば過分極した薬剤の典型的なＴ１寿命はインビボにおいて概ね数分である。さらに、パルスシーケンスのＲＦ励起は過分極を不可逆的に破壊することがある。
【０００５】
ＣＳＩ法は、利用可能な信号対雑音比を制限する（またしたがって、画質を制限する）ような幾つかの欠点を有する。例えばＣＳＩは、過分極させた物質の磁化増大に関する短寿命を考慮するとデータの収集が低速となる傾向がある。さらにＣＳＩでは、撮像対象を多数のＲＦ励起に曝露させるのが典型的である。過分極薬剤の磁化は限られた寿命を有しておりかつＣＳＩシーケンスのＲＦ励起によって破壊されるため、これらの特性は過分極薬剤にとって特に好ましくない。このため、利用可能な磁化をＣＳＩ法が完全に利用することができず、これによって信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下する。
【０００６】
さらに、心臓撮像や心臓の代謝撮像など極めて高速のデータ収集や周期的なデータ収集が要求されるＭＲ手技では、ＣＳＩは１６×１６マトリックスについて要する時間が１５秒間を超える可能性があるためＣＳＩシーケンスによる実施は困難である一方、心臓撮像及び関連する代謝撮像は数心拍数または数秒間以内に完了させるすべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、過分極薬剤のうちのある代謝化学種について、その他周波数における代謝化学種の磁化に影響を及ぼすことなく励起しかつ撮像することが可能なシステム及び方法があることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、上述の欠点を克服したＭＲのシステム及び方法を提供する。関心対象物に注入された過分極した薬剤のうちの単一の代謝化学種が励起され、励起されたこの単一代謝化学種からのＭＲ信号が収集される。この収集ＭＲ信号から画像が再構成される。
【０００９】
したがって本発明の一態様では、ＭＲＩ装置は、偏向磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイルを有するＭＲＩアセンブリを含む。ＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチは、ＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに対して送受信するようにパルスモジュールによる制御を受ける。本ＭＲＩ装置はさらに、ＭＲＩアセンブリと結合させたシステム制御器であって、ＲＦコイルアセンブリに対して関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させるように構成されたシステム制御器を含む。このシステム制御器はＲＦ送受信器システムに対してさらに、励起させたこの単一代謝化学種からＭＲ信号を収集すること、並びにこの収集ＭＲ信号から画像を再構成させることを行わせている。
【００１０】
本発明の別の態様では、過分極薬剤ＭＲ撮像の方法は、関心対象物内に過分極薬剤を注入する工程と、過分極薬剤の第１の代謝化学種を励起する工程と、を含む。本方法はさらに、励起させた該第１の代謝化学種からＭＲ信号を収集する工程と、該収集したＭＲ信号から画像を再構成する工程と、を含む。
【００１１】
本発明のまた別の実施形態では、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、コンピュータにより実行したときに該コンピュータに対して、パルスシーケンスの複数のフリップ角トレインＲＦパルスを変調させる命令をその上に保存して有するコンピュータプログラムを含む。この命令はコンピュータに対してさらに、複数の分子からＭＲデータを収集させると共にこのＭＲデータから画像を作成させている。
【００１２】
別の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面では、本発明を実施するために目下のところ企図される実施形態を図示している。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の実施形態を組み込める好ましい磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１０の主要コンポーネントを表している。このシステムの動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及び表示画面１６を含むオペレータコンソール１２から制御を受けている。コンソール１２は、オペレータが画像の作成及び表示画面１６上への画像表示を制御できるようにする単独のコンピュータシステム２０と、リンク１８を介して連絡している。コンピュータシステム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに連絡している多くのモジュールを含んでいる。これらのモジュールには、画像プロセッサモジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、並びに当技術分野でフレームバッファとして知られている画像データアレイを記憶するためのメモリモジュール２６が含まれる。コンピュータシステム２０は、画像データ及びプログラムを記憶するためにディスク記憶装置２８及び着脱可能記憶装置３０とリンクしており、さらに高速シリアルリンク３４を介して単独のシステム制御部３２と連絡している。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、光学読取り棒、音声制御器、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。
【００１５】
システム制御部３２は、バックプレーン３２ａにより互いに接続させたモジュールの組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール３６や、シリアルリンク４０を介してオペレータコンソール１２に接続させたパルス発生器モジュール３８が含まれる。システム制御部３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、各システムコンポーネントを動作させて所望のスキャンシーケンスを実行させ、発生させるＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール３８は、スキャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために１組の傾斜増幅器４２と接続させている。パルス発生器モジュール３８はさらに、生理学的収集制御器４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。また最終的には、パルス発生器モジュール３８はスキャン室インタフェース回路４６と接続されており、スキャン室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネット系の状態に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っている。このスキャン室インタフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患者を所望の位置に移動させるコマンドを受け取っている。
【００１６】
パルス発生器モジュール３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器を有する傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜を生成させるように全体を番号５０で示す傾斜コイルアセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜磁場コイルアセンブリ５０は、偏向マグネット５４及び全身用ＲＦコイル５６を含むマグネットアセンブリ５２の一部を形成している。システム制御部３２内の送受信器モジュール５８は、ＲＦ増幅器６０により増幅を受けて送信／受信スイッチ６２によりＲＦコイル５６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知し、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることができる。増幅したＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器６０をコイル５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器６４をコイル５６に接続させている。送信／受信スイッチ６２によりさらに、送信モードと受信モードのいずれに関しても単独のＲＦコイル（例えば、表面コイル）を使用することが可能となる。
【００１７】
ＲＦコイル５６により取り込まれたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、システム制御部３２内のメモリモジュール６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイをメモリモジュール６６内に収集し終わると１回のスキャンが完了となる。この未処理のｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ空間データアレイの形に配置し直しており、これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データのアレイにするように動作するアレイプロセッサ６８に入力される。この画像データはシリアルリンク３４を介してコンピュータシステム２０に送られ、コンピュータシステム２０において画像データはディスク記憶装置２８内などの記憶装置内に格納される。この画像データは、オペレータコンソール１２から受け取ったコマンドに応じて、着脱可能記憶装置３０上などの長期記憶内にアーカイブしたり、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータコンソール１２に伝達しディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。
【００１８】
本明細書では、低フリップ角を有するｔｒｕｅＦＩＳＰ法（ｔｒｕｅ ｆａｓｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｔｅａｄｙ ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）パルスシーケンスについて記載している。本明細書で使用する場合、低フリップ角とは１５°未満のフリップ角のことである。以下に記載するように、低フリップ角をｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスと連係して使用することによって、１３Ｃなどの過分極薬剤の単一代謝産物に関して、その他の代謝産物の磁化に対する悪影響を最小限にしながらの励起及びＭＲデータ収集が可能となる。これによって、過分極薬剤の磁化の全体を画像作成のために利用することが可能である。すなわち定常状態プロトン撮像において、プロトンの緩和時間は比較的短いため信号はＭ０の概ね２５％になる。これに対して、１３Ｃの緩和時間はかなり長いため、以下に示すようにＭ０の１００％に近い極大信号をもつ過渡応答に到達することが可能である。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態によるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０のパルスシーケンス図を表している。ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０はフル平衡型定常状態自由歳差運動（ｓｔｅａｄｙ−ｓｔａｔｅ ｆｒｅｅ ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ：ＳＳＦＰ）シーケンスである。ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０は、読み取り方向すなわち周波数方向の平衡型傾斜７２と、ＲＦパルス７６、７８間に印加される位相方向の平衡型傾斜７４と、を含む。読み取り傾斜８０の間に、１本のｋ空間線を満たす１つの信号８２が収集される。
【００２０】
ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンス７０は、その信号８２がＴＲ間隔（すなわち、連続するＲＦ励起間の時間）中のスピンの位相累積に依存するという特徴をもつ。完全にオンレゾナンスとしたスピンではこの位相累積はゼロであるが、オフレゾナンスのスピンではこれが非ゼロとなることになる。図３に示すように、定常状態において熱平衡スピンの９０°フリップ角をもつｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスでは、位相累積が±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときに極大信号８４が得られており、また位相累積がπ±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときに極小信号８６が得られる。再構成されたｔｒｕｅＦＩＳＰ画像内において、これらの信号極小値は暗い縞として視認することができる。オフレゾナンスは、Ｂ０磁場の不均一性、すなわち化学シフトに起因することがある。
【００２１】
しかし図４に示すように、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）のフリップ角が低フリップ角（例えば、１°）に設定されている場合、図３の場合と反対の結果が得られる。フリップ角を１°に設定すると、位相累積がπ±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときには極大信号８８が、また位相累積が±２ｎ・π（ｎ＝０，１，２．．．）のときには極小信号９０が得られる。したがって信号８８は、図３に示した信号について信号極小値が見出される場所である同じ位置にある位相シフト範囲から得られる。
【００２２】
図５は、低フリップ角１°に設定したｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）に関する縦磁化９２（Ｍｚ）を表している。縦磁化９２の受ける影響は励起バンド９４の外部で最小となる。このため、過分極した物質を用いた用途においてその他の代謝産物からの磁化が保全されることになる。励起バンド９４の位置は、ＲＦパルスの位相サイクルを変化させることによって位相＝±πから任意の位置まで移動させることができる。励起プロフィールの幅は、１°のフリップ角では概ね０．１５°の位相累積である。ＴＲ＝２ｍｓであれば、０．１５°の位相累積は１３Ｃについて１．５Ｔで概ね１２Ｈｚのスペクトル幅（すなわち、０．７５ｐｐｍ）と解釈される。フリップ角を変更することによってさらに励起プロフィールの幅を修正することができる。
【００２３】
図６は、本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅変調包絡線９６を表している。ＲＦパルス振幅変調包絡線９６は、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）のフリップ角を図４の信号を収集するように設定するための一定の変調包絡線である。図４に関して上で検討したのと同様に図６に示すように、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０（図２参照）のフリップ角は、総フリップ角を９０°〜１８０°の範囲とした一定の低いフリップ角（例えば、１°など）に設定されることがある。しかしこの低フリップ角は１°より大きくすることや小さくすることがあることが企図される。
【００２４】
過分極スピンの挙動は熱平衡にあるスピンの挙動と異なっている。過渡フェーズの後で、熱平衡スピンはその信号（横方向磁化）が典型的にはＭ０の２０％〜５０％において平準化された定常状態に到達する。しかしスピンが過分極されておりその緩和時間がスキャンの所要時間と比べて長いときは、定常状態に到達しない。この場合には、ＲＦパルスが開始位置からｚ軸に沿ってｘｙ面まで下がることによってその磁化が徐々に傾けられることになる。
【００２５】
図７は、１ＴＲ当たりの位相シフト及びＲＦパルス数の関数とした過分極スピンからのｔｒｕｅＦＩＳＰ信号９８を表している。ｔｒｕｅＦＩＳＰ信号９８はフリップ角１°を用いて収集しており、またその磁化は第１のパルス前ではｚ軸と整列している。ｔｒｕｅＦＩＳＰ信号９８はさらに、ＴＲ＝２．５ｍｓ、Ｔ１＝３０ｓ、及びＴ２＝２ｓを用いて収集している。極大信号１００（すなわち、第９０番目のＲＦパルスの後の信号）はＭ０に等しいことが理解できよう。したがって、低フリップ角であっても過分極信号の全体を利用することができる。
【００２６】
図８は、本発明の別の実施形態によるパルスシーケンス変調包絡線１０２を表している。パルスシーケンス変調包絡線１０２は、ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス７０のフリップ角（図２参照）が総フリップ角が９０°〜１８０°の範囲となるような設定に対応したガウス形状の変調包絡線である。好ましい一実施形態では、極大値パルス１０５は５°と１５°の間のフリップ角を有する。
【００２７】
図９は、図８のパルスシーケンス変調包絡線１０２に従ったパルスシーケンスを表している。ＲＦパルス１０４はガウス形状変調包絡線１０２に従って変調を受けており、さらにまた位相傾斜パルス１０６、読み取り傾斜パルス１０８、及びスライスエンコード傾斜パルス１１０が決定されている。
【００２８】
図８に示したガウス形状変調包絡線１０２以外に、その他の変調包絡線形状も可能であることが企図される。例えば図１０は、ｓｉｎｃ関数の形状を有するＲＦパルス変調包絡線１１２を表している。図１１は、図１０のパルスシーケンス変調包絡線１１２に従ったパルスシーケンスを表している。ＲＦパルス１１３は、総フリップ角が９０°〜１８０°の範囲となるようにｓｉｎｃ関数変調包絡線１１２の形状に従って変調を受けている。好ましい一実施形態では、極大値パルス１１４は５°と１５°の間のフリップ角を有する。
【００２９】
図１２〜１４は、ＲＦフリップ角の振幅変調が異なるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスに関する周波数選別性を表している。図１２〜１４に示した信号１１５、１１６、１１８のそれぞれは、ハイエンドな臨床ＭＲスキャナ上での１３Ｃ撮像に関して可能な最短ＴＲについて表すことを前提とした２．５ｍｓの反復時間（ＴＲ）に関して計算したものである。ＴＲをさらに短くできれば、図１２〜１４の励起はさらに広い周波数レンジをカバーすることになる。さらに、位相エンコードが９６ステップでありかつ総フリップ角が１２０°であるシーケンスに関して計算を実施している。図１２〜１４に示した信号応答は、４８個のＲＦパルスの後（すなわち、ｋ空間の中心）において線形位相エンコードスキームを用いて表している。
【００３０】
図１２は、１．３°のフリップ角において一定のＲＦ振幅とすると、妥当に均一な信号強度に関する使用可能周波数レンジは１．５Ｔにおいて概ね５Ｈｚ（すなわち、概ね１／３ｐｐｍ）であることを表している。図１３は、ガウス振幅変調では、妥当に均一な信号強度に関する使用可能周波数レンジは図１２に示した使用可能周波数レンジの概ね２倍であることを表している。図１４は、ｓｉｎｃ関数変調では、妥当に均一な信号強度に関する使用可能周波数レンジは１．５Ｔにおいて概ね３０Ｈｚ（すなわち、概ね２ｐｐｍ）であることを表している。
【００３１】
図１４に示すように、単一過分極薬剤代謝産物に対する撮像は、関心対象のその他の代謝産物が励起周波数レンジから十分な距離離れていれば、追加のシム処置を要することなく可能となる。さらに図１２〜１４に示した励起プロフィールの最適化は、ｋ空間内の位置に関して変調プロフィールを調整することによって（例えば、ｋ空間中心の通過と一致しないように変調プロフィールの極大値を調整することによって）実現することができる。
【００３２】
ここで図１５を参照すると、本発明の一実施形態による過分極薬剤撮像技法１２０を表している。技法１２０はブロック１２２において、修正型ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスのＲＦパルスシーケンスに関する低フリップ角変調スキームの決定で開始される。低フリップ角変調スキームの決定は、その決定を上述のような所望の周波数選別性に基づかせること、並びにシム処置すなわちＢ０均一性に基づかせることを含む。低フリップ角変調スキームは、一定振幅包絡線、ガウス変調包絡線、ｓｉｎｃ変調包絡線、その他に基づく。さらに、低フリップ角変調スキームの決定は、過分極造影剤に関する検討を含むことがある。好ましい一実施形態ではその過分極造影剤は１３Ｃ原子核を含むが、１４Ｎ、３１Ｐ、１９Ｆ及び２３Ｎａの原子核や別のＮＭＲ関連原子核などの別の過分極造影剤が使用されることもあることが企図される。
【００３３】
ブロック１２２における低フリップ角変調スキームの決定に続いて、ブロック１２４において過分極造影剤の単一代謝化学種を励起するために修正型ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスの励起プロフィールが調整される。例えば、過分極１３Ｃピルビン酸塩が撮像対象内に注入されることがあり、また１３Ｃ炭酸水素塩原子核を励起するように励起プロフィールが調整されることがある。次いでブロック１２６において、過分極造影剤が撮像対象内に導入される。次にブロック１２８において、修正型ｔｒｕｅＦＩＳＰパルスシーケンスが所望の代謝化学種を励起させる。この励起は、薬剤の組織内への潅流が可能となるように（すなわち、薬剤が診断対象の臓器まで到達できるように）薬剤の導入後ある指定の時間だけ遅延させることがある。別法として、遅延期間は造影剤が代謝を受ける時間量に対応させることがある。次いでブロック１３０において、励起させた代謝化学種から信号が収集される。
【００３４】
次いでブロック１３２において技法１２０は、信号を収集するために別の代謝化学種を励起すべきか否かを判定する。諾１３４であれば、ブロック１３６において別の代謝産物の原子核を励起するように励起プロフィールが調整される。所望であれば、ある代謝産物に関する変調スキームを別の代謝産物に関する変調スキームと区別するようにＲＦパルスシーケンスの変調スキームが調整されることもある。次いで技法１２０は、ブロック１２８及び１３０において上述したようなその他の代謝産物からの信号について励起及び収集を行う。否１３８であれば、ブロック１４０において収集した信号データに関してＭＲ画像が再構成される。好ましい一実施形態では、収集した各代謝産物ごとに１枚の画像が再構成される。しかし、収集したすべての代謝産物に対して１枚の合成画像が再構成されることがあることも企図される。
【００３５】
図１６は、２°の一定フリップ角で収集したブタ心臓に対する例示的なインビボｔｒｕｅＦＩＳＰ画像を表している。過分極させた１３Ｃピルビン酸塩が静脈注入されると共に、ピルビン酸塩の共鳴周波数から１６０Ｈｚ離れている１３Ｃ炭酸水素塩の共鳴周波数に合わせてその励起プロフィールを調整して画像が収集される。図１６は、炭酸水素塩共鳴の周りにおいて９Ｈｚ周波数の離間により収集した連続する５枚の画像を加え合わせた像を表している。
【００３６】
したがって本発明の一実施形態では、ＭＲＩ装置は、偏向磁場を印加するようにマグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイルを有するＭＲＩアセンブリを含む。ＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチは、ＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに対して送受信するようにパルスモジュールによる制御を受ける。本ＭＲＩ装置はさらに、ＭＲＩアセンブリと結合させたシステム制御器であって、ＲＦコイルアセンブリに対して関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させるように構成されたシステム制御器を含む。このシステム制御器はＲＦ送受信器システムに対してさらに、励起させたこの単一代謝化学種からＭＲ信号を収集すること、並びにこの収集ＭＲ信号から画像を再構成させることを行わせている。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、過分極薬剤ＭＲ撮像の方法は、関心対象物内に過分極薬剤を注入する工程と、過分極薬剤の第１の代謝化学種を励起する工程と、を含む。本方法はさらに、励起させた該第１の代謝化学種からＭＲ信号を収集する工程と、該収集したＭＲ信号から画像を再構成する工程と、を含む。
【００３８】
本発明のまた別の実施形態では、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、コンピュータにより実行したときに該コンピュータに対して、パルスシーケンスの複数のフリップ角トレインＲＦパルスを変調させる命令をその上に保存して有するコンピュータプログラムを含む。この命令はコンピュータに対してさらに、複数の分子からＭＲデータを収集させると共にＭＲデータから画像を作成させている。
【００３９】
本発明を好ましい実施形態に関して記載してきたが、明示的に記述した以外に等価、代替及び修正が可能であり、これらも添付の特許請求の範囲の域内にあることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態と共に使用するためのＭＲ撮像システムのブロック概要図である。
【図２】スライス傾斜を省略したｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスのパルスシーケンス図である。
【図３】図２のｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの信号を一定のフリップ角９０°をもつ連続する２つのＲＦパルス間の位相累積の関数として表したグラフである。
【図４】図２のｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの信号を一定のフリップ角１°をもつ連続する２つのＲＦパルス間の位相累積の関数として表したグラフである。
【図５】図２のｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの縦磁化を一定のフリップ角１°をもつ連続する２つのＲＦパルス間の位相累積の関数として表したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅の変調包絡線を表した図である。
【図７】過分極スピンからのｔｒｕｅＦＩＳＰ信号を１ＴＲ当たりの位相シフト及びＲＦパルス数の関数として表したグラフである。
【図８】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅の別の変調包絡線を表した図である。
【図９】本発明の一実施形態による図８のパルスシーケンス変調包絡線を組み込んでいるパルスシーケンス図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅の別の変調包絡線を表した図である。
【図１１】本発明の一実施形態による図１０のパルスシーケンス変調包絡線を組み込んでいるパルスシーケンス図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるＲＦパルスの一定振幅を組み込んでいるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの周波数選別性のグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅のガウス変調包絡線を組み込んでいるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの周波数選別性のグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態によるＲＦパルス振幅のｓｉｎｃ変調包絡線を組み込んでいるｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンスの周波数選別性のグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態による技法の各ステップを表した流れ図である。
【図１６】本発明の一実施形態に従って収集した例示的な画像である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 好ましいＭＲシステム
１２ オペレータコンソール
１３ キーボードその他の入力デバイス
１４ 制御パネル
１６ 表示画面
１８ リンク
２０ 単独のコンピュータシステム
２０ａ バックプレーン
２２ 画像プロセッサモジュール
２４ ＣＰＵモジュール
２６ メモリモジュール
２８ ディスク記憶装置
３０ テープ駆動装置
３２ 単独のシステム制御部
３２ａ バックプレーン
３４ 高速シリアルリンク
３６ ＣＰＵモジュール
３８ パルス発生器モジュール
４０ シリアルリンク
４２ 傾斜増幅器組
４４ 生理学的収集制御器
４６ スキャン室インタフェース回路
４８ 対象位置決めシステム
５０ 傾斜コイルアセンブリ
５２ マグネットアセンブリ
５４ 偏向マグネット
５６ 全身用ＲＦコイル
５８ 送受信器モジュール
６０ ＲＦ増幅器
６２ 送信／受信スイッチ
６４ 前置増幅器
６６ メモリモジュール
６８ アレイプロセッサ
７０ ｔｒｕｅＦＩＳＰシーケンス
７２ 平衡型傾斜
７４ 平衡型傾斜
７６ ＲＦパルス
７８ ＲＦパルス
８０ 読み取り傾斜
８２ 信号
８４ 極大信号
８６ 極小信号
８８ 極大信号
９０ 極小信号
９２ 縦磁化
９４ 狭い励起バンド
９６ パルスシーケンス変調包絡線
９８ ｔｒｕｅＦＩＳＰ信号
１００ 極大信号
１０２ パルスシーケンス変調包絡線
１０４ ＲＦパルス
１０５ 極大値パルス
１０６ 位相傾斜パルス
１０８ 読み取り傾斜パルス
１１０ スライスエンコード傾斜パルス
１１２ パルスシーケンス変調包絡線
１１４ 信号
１１６ 信号
１１８ 信号
１２０ 技法
１２２ 低フリップ角変調スキームを決定する
１２４ 励起プロフィールを調整する
１２６ 過分極造影剤を導入する
１２８ 所望の代謝化学種を励起する
１３０ 信号を収集する
１３２ 別の代謝化学種を励起するか？
１３４ 諾
１３６ 励起プロフィール／変調スキームを調整する
１３８ 否
１４０ データを処理してＭＲ画像を再構成する
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向磁場を印加するようにマグネット（５４）のボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイル（５６）を有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）アセンブリ（１０）、並びにＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信するようにパルスモジュール（３８）による制御を受けるＲＦ送受信器システム（５８）及びＲＦスイッチ（６２）と、
前記ＭＲＩアセンブリ（１０）と結合させたシステム制御器（３２）であって、
前記ＲＦコイルアセンブリ（５０）に対して関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させること（１２８）、
ＲＦ送受信器システム（５８）に対して前記励起させた単一代謝化学種からＭＲ信号を収集させること（１３０）、
収集したＭＲ信号から画像を画像再構成すること（１４０）、
を行わせるように構成されたシステム制御器（３２）と、
を備えるＭＲＩ装置。
【請求項２】
コンピュータに対して単一代謝化学種を励起（１２８）させる前記命令は、コンピュータに対して低フリップ角ＲＦパルストレイン（１０４、１１３）を有するｔｒｕｅＦＩＳＰ（定常歳差運動による真正高速撮像）パルスシーケンス（７０）を前記単一代謝化学種に印加させる命令を含む、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
前記低フリップ角ＲＦパルストレインは一定の振幅を有するＲＦパルスを含む、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記ＲＦパルスは２度以下のフリップ角を有する、請求項３に記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
ＲＦコイルアセンブリ（５０）に対して単一代謝化学種を励起（１２８）させる前記命令はさらに、ＲＦコイルアセンブリ（５０）に対して振幅が変動するパルス変調スキーム（１０２、１１２）を前記低フリップ角ＲＦパルストレイン（１０４、１１３）に印加させる命令を含む、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記振幅変動性のパルス変調スキーム（１０２）はガウス変調スキームである、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】
前記振幅変動性のパルス変調スキーム（１１２）はｓｉｎｃ関数変調スキームである、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記システム制御器（３２）はさらに、前記振幅変動性のパルス変調スキームをその極大値がｋ空間中心の通過と一致するように調整するように構成されている、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記システム制御器（３２）はさらに、前記振幅変動性のパルス変調スキームをその極大値がｋ空間オフセットの通過と一致するように調整するように構成されている、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
前記過分極薬剤は１３Ｃを含む、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１】
偏向磁場を印加するようにマグネット（５４）のボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイル（５６）を有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）アセンブリ（１０）、並びにＭＲ画像を収集させるＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送信するようにパルスモジュール（３８）による制御を受けるＲＦ送受信器システム（５８）及びＲＦスイッチ（６２）と、
前記ＭＲＩアセンブリ（１０）と結合させたシステム制御器（３２）であって、
前記ＲＦコイルアセンブリ（５０）に対して関心対象物に注入された過分極した薬剤の単一代謝化学種を励起させること（１２８）、
ＲＦ送受信器システム（５８）に対して前記励起させた単一代謝化学種からＭＲ信号を収集させること（１３０）、
収集したＭＲ信号から画像を画像再構成すること（１４０）、
を行わせるように構成されたシステム制御器（３２）と、
を備えるＭＲＩ装置。
【請求項２】
コンピュータに対して単一代謝化学種を励起（１２８）させる前記命令は、コンピュータに対して低フリップ角ＲＦパルストレイン（１０４、１１３）を有するｔｒｕｅＦＩＳＰ（定常歳差運動による真正高速撮像）パルスシーケンス（７０）を前記単一代謝化学種に印加させる命令を含む、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
前記低フリップ角ＲＦパルストレインは一定の振幅を有するＲＦパルスを含む、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記ＲＦパルスは２度以下のフリップ角を有する、請求項３に記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
ＲＦコイルアセンブリ（５０）に対して単一代謝化学種を励起（１２８）させる前記命令はさらに、ＲＦコイルアセンブリ（５０）に対して振幅が変動するパルス変調スキーム（１０２、１１２）を前記低フリップ角ＲＦパルストレイン（１０４、１１３）に印加させる命令を含む、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記振幅変動性のパルス変調スキーム（１０２）はガウス変調スキームである、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】
前記振幅変動性のパルス変調スキーム（１１２）はｓｉｎｃ関数変調スキームである、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記システム制御器（３２）はさらに、前記振幅変動性のパルス変調スキームをその極大値がｋ空間中心の通過と一致するように調整するように構成されている、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記システム制御器（３２）はさらに、前記振幅変動性のパルス変調スキームをその極大値がｋ空間オフセットの通過と一致するように調整するように構成されている、請求項５に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
前記過分極薬剤は１３Ｃを含む、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【図１５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１６８１３２（Ｐ２００８−１６８１３２Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８２（Ｐ２００８−２６８２）
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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