(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の同時決定のための磁気共鳴イメージング法であって、定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスを印加することによって核スピンを励起するステップを有し、前記パルスシーケンスが核スピン磁化を定常状態レベルにするための一連のＲＦ励起パルスを有し、前記ＲＦ励起パルスの各々の後に複数のグラジエントエコーを生じるマルチグラジエントエコー読み出しトレインが続き、前記方法は、前記定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスの連続するＲＦ励起パルスの印加の間に前記グラジエントエコーのＭＲ信号データを取得するステップと、前記ＭＲ信号データから第１の時点における第１の動的マルチグラジエントエコーデータセットと第２の時点における第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットを再構成するステップとを有し、前記方法がさらに、
前記第１の動的マルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の基準横緩和挙動とスピン系の基準平衡磁化を決定するステップと、
前記第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の平衡磁化を決定するステップと、
前記第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の動的横緩和挙動を決定するステップと、
前記スピン系の基準平衡磁化と前記スピン系の平衡磁化からスピン系の動的縦緩和挙動を決定するステップとを有する、方法。
【請求項２】
前記動的縦緩和挙動の決定がさらに、前記スピン系の平衡磁化を前記スピン系の基準平衡磁化に関連付けるステップと、前記関連から前記動的縦緩和挙動を決定するステップとを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記定常状態マルチグラジエントエコーパルスシーケンスがスポイル定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスであり、前記シーケンスが前記ＲＦ励起パルスの前にスポイラ傾斜磁場を有し、前記スポイラ傾斜磁場が各マルチグラジエントエコー読み出しトレイン後に印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記定常状態マルチグラジエントエコーパルスシーケンスがＴ１強調高速フィールドエコーパルスシーケンスである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記一連のＲＦ励起パルスにわたる前記動的横及び／又は縦緩和挙動の動的変化の薬物動態モデルをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記磁気共鳴イメージング法が動的造影若しくは動的磁化率強調ＭＲＩ法を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記定常状態マルチグラジエントエコーパルスシーケンスの非存在下での前記スピン系の縦緩和挙動をあらわすスピン系の基準縦緩和挙動を決定するステップをさらに有し、前記方法は前記基準縦緩和挙動から前記動的縦緩和挙動を決定するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＲＦ励起パルスのフリップ角を決定するステップをさらに有し、前記フリップ角が前記動的縦緩和挙動の決定において利用される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法ステップのいずれかを実行するコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータプログラム。
【請求項１０】
物体の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の同時決定のための磁気共鳴イメージング装置であって、磁気共鳴画像データを取得するための磁気共鳴イメージングスキャナを有し、前記装置がさらに、
定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスを印加することによって核スピンを励起するステップであって、前記パルスシーケンスは核スピン磁化を定常状態レベルにするための一連の小フリップ角ＲＦ励起パルスを有し、前記ＲＦ励起パルスの各々の後に複数のグラジエントエコーを生じるマルチグラジエントエコー読み出しトレインが続く、ステップと、
前記定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスの連続するＲＦ励起パルスの印加の間に前記グラジエントエコーのＭＲ信号データを取得するステップ
のスキャナ動作を制御するコントローラを有し、
前記装置がさらに、
前記ＭＲ信号データから第１の時点における第１の動的マルチグラジエントエコーデータセットと第２の時点における第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットを再構成するステップと、
前記第１のマルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の基準横緩和挙動とスピン系の基準平衡磁化を決定するステップと、
前記第２のマルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の動的横緩和挙動を決定するステップと、
前記第２のマルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の平衡磁化を決定するステップと、
前記スピン系の基準平衡磁化と前記スピン系の平衡磁化からスピン系の動的縦緩和挙動を決定するステップ
のためのデータ再構成システムを有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の同時決定のための磁気共鳴イメージング法、コンピュータプログラム製品、及び磁気共鳴イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元若しくは三次元画像を形成するために磁場と核スピンの間の相互作用を利用する画像形成ＭＲ法は、軟組織のイメージングにとってこれが多くの点で他のイメージング法よりも優れ、電離放射線を必要とせず、通常は非侵襲的であるため、とりわけ医療診断の分野で今日広く使用されている。
【０００３】
一般にＭＲ法によれば、患者若しくは一般に検査対象の体が強力な均一磁場Ｂ０の中に配置され、その方向は同時に測定の基準となる座標系の軸、通常はｚ軸を定義する。
【０００４】
磁場は印加磁場強度に依存して個々の核スピンに対し異なるエネルギーレベルを生じ、このスピンは規定周波数、いわゆるラーモア周波数若しくはＭＲ周波数の交流電磁場（ＲＦ場）の印加によって励起され得る（スピン共鳴）。巨視的視点から、個々の核スピンの分布は全体の磁化を生じ、これは適切な周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）の印加によって平衡状態から偏向され得る一方、磁場はｚ軸と垂直に広がり、磁化がｚ軸まわりに歳差運動を行うようになっている。
【０００５】
磁化の変動は、磁化の変動がｚ軸と垂直な方向に測定されるようにＭＲ装置の検査ボリューム内に配置され配向される、受信ＲＦアンテナを用いて検出されることができる。
【０００６】
体内の空間分解能を実現するために、３つの主軸に沿って広がる一定の傾斜磁場が均一磁場に重ねられ、スピン共鳴周波数の線形空間依存性をもたらす。そして受信アンテナで受信される信号は体内の異なる位置に関連し得る異なる周波数の成分を含む。
【０００７】
受信アンテナを介して得られる信号データは空間周波数領域に対応し、ｋ空間データと呼ばれる。ｋ空間データは通常は異なる位相エンコーディングで得られる多重線を含む。各線は複数のサンプルを収集することによってデジタル化される。ｋ空間データのサンプルのセットは例えばフーリエ変換を用いてＭＲ画像に変換される。
【０００８】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の１つの特殊応用は、それぞれ血管透過性と組織かん流、血液量と血流の評価である。この情報を得る方法は、動的造影ＭＲＩ（ｄｙｎａｍｉｃ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＭＲＩ：ＤＣＥ‐ＭＲＩ）と動的磁化率強調ＭＲＩ（ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＭＲＩ：ＤＳＥ‐ＭＲＩ）の実行である。ＤＣＥ‐ＭＲＩは血管透過性、血管外細胞外空間、及びかん流についての情報を与える。ＤＳＥ‐ＭＲＩは血液量と血流についてのフィードバックを与える。ここで、注入後の組織及び血液中の経時的な造影剤濃度の薬物動力学モデリングによって生理学的指標が得られる。濃度の動的変化は、常磁性造影剤（通常ガドリニウム（Ｇｄ））の注入によって誘導される縦緩和速度Ｒ１（ＤＣＥ）若しくはＲ２＊（ＤＳＥ）の動的変化によって決定される。ＤＣＥは主に定常状態３ＤスポイルグラジエントエコーＭＲシーケンスと、短い繰り返し時間とエコー時間（ＴＲ，ＴＥ）を使用して信号強度の変化からＲ１を定量化する。しかしながら、信号強度に対する磁化率の変化の影響（Ｒ２＊効果）はアプローチを簡略化するために無視され、誤差を生じる。他方で、ＤＳＥは通常シングルショットＥＰＩスピンエコー若しくはグラジエントエコーシーケンスと長いＴＲ，ＴＥを使用してＲ２＊を定量化し、造影剤の常磁性Ｒ１効果は無視される。
【０００９】
ここで留意すべきは、Ｒ２＊が磁場不均一性による寄与を含むスピン系の横緩和速度を示し、Ｒ１がスピン系の縦緩和速度を示すことである。記載を通して'スピン系の緩和挙動'とは各緩和速度若しくは緩和速度の逆数である緩和時間と理解される。
【００１０】
動的酸素若しくは二酸化炭素造影ＭＲＩ（ｄｙｎａｍｉｃ  ｏｘｙｇｅｎ  ｏｒ  ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＭＲＩ：Ｄ（Ｃ）Ｏ２Ｅ‐ＭＲＩ）は組織酸素化と血管反応性の評価にとって関心が高まっている。これらはがん治療の選択にとって重要なパラメータである。例えば放射線治療の効率は腫瘍の酸素化レベルに依存する。
【００１１】
この技術は通常、酸素若しくは二酸化炭素呼吸中のＲ２＊定量化のために（マルチ）グラジエントエコーシーケンスを適用する。Ｒ２＊の変化はそれぞれ血液酸素化若しくは血流及び血液量の変化を反映する。溶存酸素と血流によって誘導されるＲ１の同時変化は生理学的に興味深いが、大きさがかなり低く測定が難しいため（時間がかかる）、大抵考慮されないままである。
【００１２】
こうした動的アプローチにおけるＲ１とＲ２＊の同時測定は生理学的結果の精度（ＤＣＥ）若しくは特異度（同時生理学的測定）を向上させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記より、改良されたＭＲイメージング法が必要であることが容易に理解される。従って本発明の目的は物体の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の正確な同時決定のためのＭＲ画像を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、物体の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の同時決定のための磁気共鳴イメージング法が提示される。方法は定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスを印加することによって核スピンを励起するステップを有し、上記パルスシーケンスは核スピン磁化を定常状態レベルにするための一連の典型的には（限定されないが）小フリップ角ＲＦ励起パルスを有する。上記ＲＦ励起パルスの各々の後に複数のグラジエントエコーを生じるマルチグラジエントエコー読み出しトレインが続く。方法は定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスの後続ＲＦ励起パルスの印加の間に上記グラジエントエコーのＭＲ信号データを取得し、これらのデータを複数画像の再構成のために使用するステップを有する。ｋ空間若しくは実画像空間のいずれかにおいて、定常状態マルチグラジエントエコーシーケンスのＲＦ励起後の信号減衰をあらわすこの画像のセットは、１つの動的マルチグラジエントエコーデータセットと呼ばれる。
【００１５】
さらに、方法は少なくとも２つの時点において測定を実行するためにこれら動的マルチグラジエントエコーデータセットの少なくとも２つの取得を有する。さらに、定常状態マルチグラジエントエコーパルスシーケンスで得られる第１の動的マルチグラジエントエコーデータセットから、スピン系の基準横緩和挙動とスピン系の基準平衡磁化が第１の時点に対して決定される。定常状態マルチグラジエントエコーシーケンスで得られる第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットから、第２の時点に対して平衡磁化が得られる。さらに、第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットから、スピン系の動的横緩和挙動が決定される。さらに、平衡磁化と基準平衡磁化から、第２の時点におけるスピン系の動的縦緩和挙動が決定される。第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットについての決定プロセスは全ての可能な次の動的マルチグラジエントエコーデータセットに対して使用される。
【００１６】
本発明の実施形態は、両緩和挙動、すなわちＲ１及びＲ２＊又は各緩和時間Ｔ１及びＴ２＊が同時に、互いに独立して得られることができるという利点を持つ。従来の動的Ｒ１測定の精度が改良され、縦及び横緩和挙動を得るための総データ取得プロセスが加速される。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態によれば、動的縦緩和挙動の決定はさらに、スピン系の平衡磁化を基準平衡磁化に関連付け、上記関連から動的縦緩和挙動を決定するステップを有する。これは様々な系依存性と例えば使用コイル系による各アーチファクトが除去され、従って得られる決定される動的緩和挙動の質をさらに向上させるという利点を持つ。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、定常状態マルチグラジエントエコーパルスシーケンスはスポイル定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスであり、上記シーケンスはＲＦ励起パルスの前にスポイラ傾斜磁場（傾斜磁場スポイリング）を有し、スポイラ傾斜磁場は各マルチグラジエントエコー読み出しトレイン後に印加される。これは残留横磁化が後続信号読み出しにおいて信号を生じないようにディフェーズされるというさらなる利点を持つ。その結果、再度測定の質が改良される。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態によれば、定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスは非定常ＲＦ励起位相（ＲＦ‐スポイリング）を用いるＴ１強調高速フィールドエコーパルスシーケンス（Ｔ１ＦＦＥ）である。しかしながら、任意の定常状態マルチグラジエントエコーパルスシーケンス、例えばターボフィールドエコーシーケンス（ＴＦＥ）も適用され得る。Ｔ１ＦＦＥシーケンスはスピン系の縦緩和挙動の決定がさらに促進され簡略化されるという利点を持つ。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態によれば、方法は一連のＲＦ励起パルスにわたる動的横及び／又は縦緩和挙動の動的変化の薬物動力学モデリングをさらに有する。その結果、動的Ｒ２＊及びＲ１曲線が例えばガドリニウム（ＧＤ）注入後同じ測定から得られ、従って組織かん流、血流及び血液量並びに血管透過性についての統合情報を伝える。代替的に、酸素呼吸中のＲ２＊及びＲ１の同時測定は血液及び組織酸素化についての統合情報を与える。
【００２１】
本発明のさらなる実施形態によれば、磁気共鳴イメージング法は動的造影若しくは動的磁化率強調ＭＲＩ法を有する。言い換えれば、精度を増すために、同時緩和時間測定（ｒｅｌａｘｏｍｅｔｒｙ）態様は同時の、従って効率的なＤＣＥ‐ＤＳＥ生理学的測定をサポートする。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態によれば、方法は定常状態マルチグラジエントエコーパルスシーケンスの非存在下でのスピン系の縦緩和挙動をあらわすスピン系の基準縦緩和挙動を決定するステップをさらに有し、方法は上記動的磁化データから動的縦緩和挙動を決定するステップをさらに有する。
【００２３】
この精度はさらにＲＦ励起パルスのフリップ角を決定することによって、及び上記決定されたフリップ角を動的縦緩和挙動の決定において利用することによってさらに改良されることができる。その結果、ＲＦ励起パルスのフリップ角に関するいかなる理論的仮定もまた回避されることができる。
【００２４】
本発明の方法は現在臨床で使用されているほとんどのＭＲ装置において有利に実行されることができる。この目的で、本発明の上記方法ステップを実行するようにＭＲ装置が制御されるコンピュータプログラムを利用することだけが必要である。コンピュータプログラムはデータキャリア上に存在するか若しくはＭＲ装置の制御ユニットへのインストールのためにダウンロードされるようにデータネットワークに存在し得る。従って、本発明は上記方法を実行するコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータプログラム製品にも関する。
【００２５】
さらに、本発明は物体の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の同時決定のための磁気共鳴イメージング装置に関する。
【００２６】
装置は磁気共鳴画像データを取得するための磁気共鳴イメージングスキャナを有し、装置は以下のスキャナ動作を制御するように構成されるコントローラをさらに有する：
定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスを印加することによって核スピンを励起し、上記パルスシーケンスは核スピン磁化を定常状態レベルにするための一連の小フリップ角ＲＦ励起パルスを有し、上記ＲＦ励起パルスの各々の後に複数のグラジエントエコーを生じるマルチグラジエントエコー読み出しトレインが続く、ステップ。
定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスの後続ＲＦ励起パルスの印加の間に上記グラジエントエコーのＭＲ信号データを取得するステップ。
装置は以下のステップのために構成されるデータ再構成若しくは解析システムをさらに有する：
上記ＭＲ信号データから第１の時点における第１の動的マルチグラジエントエコーデータセットと第２の時点における第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットを再構成するステップ、
第１の動的マルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の基準横緩和挙動とスピン系の基準平衡磁化を決定するステップ、
第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の平衡磁化を決定するステップ、
第２の動的マルチグラジエントエコーデータセットからスピン系の動的横緩和挙動を決定するステップ、
スピン系の基準平衡磁化とスピン系の平衡磁化からスピン系の動的縦緩和挙動を決定するステップ。
【００２７】
添付の図面は本発明の好適な実施形態を開示する。しかしながら、図面は例示の目的に過ぎず本発明の限定の定義として考案されたものではないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の方法を実行するためのＭＲ装置を示す。
【図２】核スピン系の縦及び横緩和挙動の同時決定の概念を図示する。
【図３】スピン系の横及び縦緩和挙動の同時決定のための動的処理ステップを図示するフローチャートである。
【図４】Ｃａｒｂｏｇｅｎ（９５％）に対する健常ボランティアのＲ２＊及びＲ１反応マップを描く。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１を参照すると、ＭＲイメージングシステム１が示される。システムは実質的に均一な時間的に一定の主磁場Ｂ０が検査ボリュームを通るｚ軸に沿って生成されるように超電導若しくは常電導主磁石コイル２を有する。
【００３０】
磁気共鳴発生操作システムは一連のＲＦパルスとスイッチ傾斜磁場を印加して核磁気スピンを反転若しくは励起し、磁気共鳴を誘導し、磁気共鳴を再集束し、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的に若しくは他の方法でエンコードし、スピンを飽和させるなどしてＭＲイメージングを実行する。
【００３１】
より具体的には、傾斜磁場パルス増幅器３が検査ボリュームのｘ，ｙ，ｚ軸に沿った全身傾斜磁場コイル４，５，６の選択された１つに電流パルスを印加する。ＲＦ送信器７はＲＦパルスを検査ボリュームに送信するためにＲＦパルス若しくはパルスパケットを送信／受信スイッチ８を介してＲＦアンテナ９へ送信する。典型的なＭＲイメージングシーケンスは互いに一緒にとられる短期間のＲＦパルスシーケンスのパケットから成り、任意の印加傾斜磁場は核磁気共鳴の選択された操作を達成する。ＲＦパルスは飽和、共鳴励起、磁化反転、共鳴再集束、若しくは共鳴操作、及び検査ボリューム内に位置する体１０の一部分の選択のために使用される。ＭＲ信号もＲＦアンテナ９によって受信され得る。
【００３２】
例えばパラレルイメージングを用いて、体若しくは一般に物体１０の限られた領域のＭＲ画像の生成のために、局所アレイＲＦコイル１１，１２，１３のセットがイメージングのために選択される領域に隣接して置かれる。アレイコイル１１，１２，１３はＲＦアンテナを介してもたらされるＲＦ送信によって誘導されるＭＲ信号を受信するために使用されることができる。しかしながら、検査ボリュームにＲＦ信号を送信するためにアレイコイル１１，１２，１３を使用することも可能である。
【００３３】
得られるＭＲ信号はＲＦアンテナ９によって及び／又はＲＦコイルのアレイ１１，１２，１３によって受信され、好適には前置増幅器（不図示）を含む受信器１４によって復調される。受信器１４は送信／受信スイッチ８を介してＲＦコイル９，１１，１２，１３に接続される。
【００３４】
ホストコンピュータ１５は傾斜磁場パルス増幅器３と送信器７を制御して複数のイメージングシーケンスのいずれか、例えばエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）、エコーボリュームイメージング、グラジエント及びスピンエコーイメージング、高速スピンエコーイメージングなどを生成する。これは物体１０の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の決定のための上記イメージングシーケンスの発生を含む。
【００３５】
選択されたシーケンスに対して、受信器１４は各ＲＦ励起パルスに続いて立て続けに単一の若しくは複数のＭＲデータ線を受信する。データ収集システム１６は受信信号のアナログデジタル変換を実行し、各ＭＲデータ線をさらなる処理に適したデジタル形式に変換する。現代のＭＲ装置においてデータ収集システム１６は生画像データの収集を専門とする個別コンピュータである。
【００３６】
最終的に、物体１０の核スピン系の縦緩和挙動と横緩和挙動の決定に関して上記の通り、フーリエ変換若しくは他の適切な再構成アルゴリズムを適用する再構成プロセッサ１７によってデジタル生画像データが画像表現に再構成される。ＭＲ画像は患者を通る平面スライス、平行平面スライスのアレイ、３次元ボリュームなどをあらわし得る。そして画像は画像メモリに保存され、ここでこれは、得られるＭＲ画像の人が読み取り可能な表示を提供する例えばビデオモニタ１８を介して、画像表現のスライス若しくは他の部分を視覚化のための適切な形式に変換するためにアクセスされ得る。
【００３７】
図２ａは従来技術の横緩和挙動、特にＲ２＊測定の概念を図示する。Ｒ２＊定量化は通常はＲＦ励起後の異なるエコー時間における複数のグラジエントエコー画像の取得に基づく。図２ａに図示の通り、フリップ角αのＲＦ励起パルス２００が印加され、その後読み出し傾斜磁場２０２と複数画像取得点２１４のセットが続く。図２に図示の通り、磁化Ｍは初期磁化値Ｍ０から経時的に減少する。Ｒ２＊は全エコーにわたる信号強度Ｓの指数関数的減衰の緩和速度定数として定量化される。
【数１】
0006050126.tif 000002
【００３８】
図２ａにおける灰色の影付きブロック２０８はマルチグラジエントエコーシーケンスの個別スキャンを示し、複数のＲＦ励起パルスは時間ＴＲだけ間隔を空けている。
【００３９】
図２ｂは従来技術の定常状態スポイルグラジエントエコーシーケンスを用いる動的Ｒ１定量化の概念を図示する。シーケンスは短い繰り返し時間ＴＲでスピン系に印加される小角（スポイル）（α）ＲＦパルス２０４のセットを有する。各個々のＲＦパルス２０４において、残留横磁化をディフェーズするために読み出し傾斜磁場２０６とスポイラ傾斜磁場が印加される。小フリップ角ＲＦ励起パルス２０４は例えばスライス選択傾斜磁場の存在下で印加され、各ＭＲ信号データは読み出し傾斜磁場２０６の存在下でデータ取得ウインドウ中に取得される。
【００４０】
イメージング目的で、パルスシーケンスは上記間隔ＴＲで繰り返され得、位相エンコーディング傾斜磁場はそこから画像が再構成され得るｋ空間の完全サンプリングを得るために値のセットを通じて段階的になり得る。従ってスキャン時間は位相エンコーディングの数によって決定される。ＲＦ及び傾斜磁場スポイリングの目的は、各個別スキャン２１０（各読み出し傾斜磁場２０６においてＲＦパルス２０４を有する各スキャン２１０）の終わりに横磁化が残るように典型的にＴＲが横緩和時間よりも短いためである。スポイラ傾斜磁場を用いて残留横磁化は読み出しＭＲ信号に影響を及ぼさないようにディフェーズされる。
【００４１】
高速Ｒ１定量化への１つのアプローチは定常状態（ＴＲ＜１／Ｒ１）スポイルグラジエントエコーシーケンスのＲ１依存平衡磁化を利用することである。以下、取得信号はＳであらわされる。
【数２ａ】
0006050126.tif 000003
【００４２】
通常、短いエコー時間が使用されＴＥ＜１／Ｒ２＊、Ｒ２＊依存指数関数Ｅ２は無視されるので、上述の通り、Ｒ２＊の影響も変化する。
【数２ｂ】
0006050126.tif 000004
【００４３】
そしてＲ１の動的変化(すなわちＲ１ｔ)が基準信号Ｓｔ＝０（例えば動的な系の最初のスキャン）に対する時点ｔにおける信号Ｓｔの変化に基づいて定量化される。
【数３】
0006050126.tif 000005
【００４４】
Ｅ１０とＥ１ｔはそれぞれ固有（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）（ｅｘｐ（−ＴＲ・Ｒ１０））及び動的（ｅｘｐ（−ＴＲ・Ｒ１ｔ））指数項である。スポイリングは上述の通り、（各ＲＦパルスの前にクラッシャ傾斜磁場とＲＦスポイリングを用いる位相スクランブリングによって）ＲＦパルスに続く信号へのいかなる前の横磁化の寄与も除去するために重要である。
【００４５】
式３及びフリップ角αとＲ１０のさらなる（例えば理論的）仮定から、動的縦緩和速度Ｒ１ｔが推定されることができる。
【００４６】
図２ｃは核スピン系の縦及び横緩和挙動の同時決定の概念を図示する。本発明は図２ａと図２ｂに示す２つの概念の組み合わせを提示し、この組み合わせはマルチグラジエントエコー読み出しによる動的Ｒ１定量化概念の拡張として、又はＲ１０定量化によって拡張される動的定常状態Ｒ２＊定量化概念として理解されることができる。
【００４７】
図２ｃに図示の通りこれら２つの概念の組み合わせにおいて、一連のＲＦ励起パルス２０４は核スピン磁化を定常状態レベルにするために印加される。ＲＦ励起パルス２０４の各々の後にマルチグラジエントエコー読み出しトレイン２０２が続き、この読み出しトレインは複数のグラジエントエコーを生じ、これらは黒点２１４で示される複数の画像取得ステップでＭＲ信号データとして取得される。さらに、スポイラ傾斜磁場パルス２１６を用いて各個々のマルチグラジエントエコー読み出しトレインの印加後に残留横磁化がスポイルされる。図２ｃにおいて、各スキャンが一連のＲＦ励起パルス２０４と読み出し傾斜磁場２０２を有する個々のスキャンはブロック２１４で示される。連続的にブロック２１４（すなわちスキャン）を繰り返すことによって、Ｒ１及びＲ２＊並びに動的Ｒ１及びＲ２＊変化の定量化が得られる。
【００４８】
随意に、参照数字２１２で示す通り、定常状態グラジエントエコーパルスシーケンスの非存在下でのスピン系の縦緩和挙動をあらわすスピン系の基準縦緩和挙動が決定され、Ｒ１０をもたらし得る。例えば、上記スピン系の基準縦緩和挙動は造影剤が注入されるか若しくは酸素が吸われる前に決定され得る（Ｄ（Ｃ）Ｏ２Ｅ‐ＭＲＩ）。定常状態シーケンス自体はＲ１に影響を及ぼさない。各スキャンはスキャン２１４を実行する前若しくはスキャン２１４を実行した後のいずれかに、いずれの場合もスピン系が平衡値に完全に戻ったときに実行され得る。
【００４９】
また随意に、スキャン２１２はＲＦ励起パルスの正確なフリップ角の決定を有し、その後上記フリップ角はスキャン２１４から得られる縦緩和挙動の決定において利用される。
【００５０】
図３はスピン系の横及び縦緩和挙動の同時決定のための動的処理ステップを図示するフローチャートである。式１に関して述べた通り、各個別スキャン２１４のマルチグラジエントエコー信号は全エコーにわたって信号強度の指数関数的減衰を与える。その結果、各動的ステップごとに（各スキャンごとに）Ｒ２＊ｔ（動的横緩和速度）とＭ０ｔ（動的磁化）が例えば式１を解く指数関数フィッティング若しくは数値的アプローチによって各動的時点において得られる。さらに、最初のスキャンにおいて取得されるＭＲ信号データからスピン系の静的横緩和挙動（Ｒ２＊０）及びスピン系の静的平衡磁化（Ｍ００）がステップ３００において得られる。
【００５１】
以下、ステップ３０２が説明される。スポイルグラジエントエコー短ＴＲシーケンスに対する定常状態信号式によれば、Ｍ０はＲ１の関数であるがＲ２＊から独立している。Ｍ０ｔとＭ００の除算はさらに系に関する定数κ及びｓｉｎα項を消去する。
【００５２】
ステップ３０４において、Ｒ１ｔの動的変化が定量化され、ステップ３０４に示す式はＥ１ｔについてステップ３０２に示す式を解くことによって得られる。ステップ３０４における残りの変数はＥ１０、フリップ角α及びＴＲである。これらの値はステップ３０８において追加の先験的測定から得られているか（図２ｃにおけるスキャン２１２）、又はシーケンス固有定数である（ＴＲ，α）。
【００５３】
最後に、ステップ３０６においてＲ１１がＥ１ｔの対数から得られる。
【００５４】
スキャン２１２における追加（随意）Ｂ１測定（ステップ３０８）は真のフリップ角決定を含むことによってアプローチの精度をさらに向上させることができることが留意されるべきである。高スキャン効率のために、可変フリップ角アプローチがＲ１０定量化のために使用されることが多いが、Ｌｏｏｋ‐Ｌｏｃｋｅｒ、反転回復ＴＳＥ若しくは同時Ｂ１及びＲ１０マッピング法も勿論適用可能である。
【００５５】
本発明の特徴は、例えばＤＣＥ‐及びＤＳＥ‐ＭＲＩにおいて使用される標準動的Ｒ１若しくは標準Ｒ２＊測定とは反対に、両緩和速度値が同時に及び互いに独立して与えられるような、Ｒ１及びＲ２＊定量化法の組み合わせである。式２におけるＥ２項はもはや無視される必要がなく、マルチグラジエントエコー信号から導き出されるので、従来の動的Ｒ１測定の精度が改良される。精度の増加は別にして、同時緩和時間測定態様は同時の、従って効率的なＤＣＥ‐ＤＳＥ生理学的測定をサポートする。Ｇｄ注入後の同じ測定から得られる動的Ｒ２＊及びＲ１曲線は組織かん流、血流及び血管透過性についての統合情報を伝える。
【００５６】
本発明はＤ（Ｃ）Ｏ２Ｅ‐ＭＲＩ実験においてさらにより重要であり得る。酸素及びＣＯ２濃度の高いガスの吸入は血液及び組織酸素化、並びに血流及び血液量をそれぞれ変化させ、酸素化と血管反応性についてのフィードバックを与える。同時Ｒ１及びＲ２＊シーケンスは特異度を増し、"偽陰性"を回避すると期待される（背景技術についての章を参照）。Ｒ２＊は血液酸素化、血流及び血液量の変化に敏感であるが、Ｒ１は組織及び液体中の溶存分子酸素の濃度の変化、並びにシーケンスに依存して血流の変化にも敏感である。
【００５７】
概念実証が図４に示される。図はＣａｒｂｏｇｅｎ（９５％）に対する健常ボランティアのＲ２＊（左）とＲ１（右）反応マップを描く。血液酸素化の増加はＲ２＊の経時的な減少をもたらし、血漿及び組織中の溶存常磁性分子酸素量の増加及び血流速度の増加はＲ１の経時的な増加をもたらす。大きさは非常に低いが（Ｒ２＊の効果の１００分の１）、Ｒ１の動的変化は数秒以内に定量化されることができる。この２Ｄ実施例において時間分解能は２．１ｓ／フレームであり面内空間分解能は２ｍｍ未満であった。
【００５８】
血流と組織及び血漿中の分子酸素の増加はわずかなＲ１変化をもたらし、これは３Ｔで２．１ｓの時間分解能で定量化されることができる。上昇した血液酸素化レベルはもっと高いＲ２＊変化（＝１００倍）をもたらし、これは上述の方法を用いて同時に定量化された。
【００５９】
このアプローチはＲ１関連及び磁化率機構の両方を利用する造影剤の供給及び分布の定量的モニタリングをさらにサポートすることができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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