(57)【要約】正確なスペクトル分解に必要なＮＭＲデータ量を低減するために、代謝産物の共振ピークと、それらの相対的なサイズについてのアプリオリ情報を用いて、ＭＲＩシステムにより代謝産物画像が生成される。アプリオリ情報を用いて、取得されたＮＭＲ信号がモデル化される。このモデル及び複数のエコー時間（ＴＥ）において取得されたＮＭＲデータを用いて、各画像画素における代謝産物が計算される。【選択図】図１
2009534101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムで代謝産物の画像を生成する方法であって、前記方法が、
ａ）第１のエコー時間（ＴＥ）を有するパルスシーケンスの指示で、既知の共振周波数を有する代謝産物を含有する対象から、前記ＭＲＩシステムを用いてＮＭＲ画像信号を取得するステップ、
ｂ）異なるエコー時間（ＴＥ）を有するパルスシーケンスの指示で、ステップａ）を繰り返すステップ、
ｃ）ステップａ）及びｂ）で取得された前記ＮＭＲ画像信号から画像を再構成するステップ、
ｄ）各画素における前記再構成された画像信号と、モデルＮＭＲ信号から導出される式とを用いて、各画像画素における前記代謝産物のうちの１つによって生成される信号を計算するステップ、
を含み、
前記モデルＮＭＲ信号は、単一の既知の共振周波数を有する各代謝産物に対する項と、複数の既知の共振周波数のそれぞれにおけるＮＭＲ信号の既知の相対値を示す係数と共に、別の代謝産物の前記の複数の既知の共振周波数のそれぞれに対する別の項とを含む、ＭＲＩシステムで代謝産物の画像を生成する方法。
【請求項２】
前記代謝産物が、乳酸塩およびアラニンについての既知の共振周波数ｆA、ｆLと、ピルビン酸塩についての２つの既知の共振周波数ｆP1及びｆP2とを有する乳酸塩、アラニン及びピルビン酸塩を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モデルＮＭＲ信号が、以下の式の形で表される、請求項２に記載の方法。
【数１】
2009534101.tif 000011
（式中、ＰA、ＰL及びＰPはそれぞれ、アラニン、乳酸塩およびピルビン酸塩からの信号寄与分であり、ｒp1及びｒp2は、２つのピルビン酸塩共振周波数におけるＮＭＲ信号の既知の相対値であり、Ψは、ＭＲＩシステムにおける磁場の不均一性であり、ｔnは、前記ＮＭＲ信号を取得するために用いられたパルスシーケンスのエコー時間（ＴＥ）である。）
【請求項４】
ステップａ）が、３つの異なるエコー時間（ＴＥ）において３回実施される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
エコー時間（ＴＥ）が、約１．０ミリ秒ずつ相互に異なる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップｄ）が、各画像画素における信号をＭＲＩシステム分極磁場の不均一性に関して補正することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ステップａ）を実行する前に、前記対象に常磁性標識を投与すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記常磁性標識が炭素１３である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ステップａ）が、選択されたラーモア周波数のｒｆ励起磁場を生成し、結果として生じるＮＭＲ信号を取得するようにＭＲＩシステムに指示するパルスシーケンスを繰り返し実施することによって、実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
炭素１３のラーモア周波数が選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルスシーケンスが、グラジエント・リコールド・エコー・パルスシーケンスである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記パルスシーケンスが、定常自由歳差パルスシーケンスである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ステップｂ）で種々のエコー時間（ＴＥ）を設定する際に使用するためのエコー時間の差を決定して、前記代謝産物によって生成された前記ＮＭＲ信号が最適化されるようにすること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記差が約１．０ミリ秒である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップｄ）が、前記各代謝産物によって生成された前記信号を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
ステップｄ）で計算された前記代謝産物の信号が各画像画素の強度を変調しかつ各代謝産物が異なる色を表す画像を生成することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムで代謝産物の画像を生成する方法であって、前記方法が、
ａ）選択されたエコー時間（ＴＥ）を有するパルスシーケンスを用いて、既知の共振周波数を有する代謝産物を含有する対象から、前記ＭＲＩシステムを用いてＮＭＲ画像信号を取得するステップ、
ｂ）前記パルスシーケンスを用いて複数回ステップａ）を繰り返し、繰り返しのたびに前記エコー時間（ＴＥ）に選択された量を増分するステップ、
ｃ）単一の既知の共振周波数を有する各代謝産物に対する項と、複数の既知の共振周波数のそれぞれにおいてＮＭＲ信号の既知の相対値を示す係数と共に、別の代謝産物の前記の複数の既知の共振周波数のそれぞれに対する別の項とを含むモデルＮＭＲ信号から導出される式を確立するステップ、
ｄ）前記取得されたＮＭＲ画像信号と前記確立された式とを用いて、各画像画素における前記代謝産物のうちの１つによって生成される前記信号を表す画像を再構成するステップ、
を含む、ＭＲＩシステムで代謝産物の画像を生成する方法。
【請求項１８】
ステップｄ）が、
ｄ）ｉ）ステップａ）及びｂ）で取得された前記ＮＭＲ画像信号から画像を再構成することと、
ｄ）ｉｉ）各画素における前記再構成された画像信号と前記確立された式とを用いて、各画像画素における前記代謝産物のうちの１つによって生成される信号を計算することと、
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記代謝産物が、乳酸塩とアラニンについての単一の既知の共振周波数を有し、ピルビン酸塩についての２つの既知の共振周波数を有する、乳酸塩、アラニン及びピルビン酸塩を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
ステップｄ）が、
ｄ）ｉｉｉ）各画像画素における前記信号をＭＲＩシステム分極磁場の不均一性に関して補正すること
を含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
本発明の分野は、核磁気共鳴イメージング方法およびシステムである。より具体的には、本発明は、過分極炭素１３などの常磁性標識を用いた、生体内代謝産物の画像化に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒト組織等の物質が均一な磁場（分極磁場Ｂ0）に晒されると、その組織内におけるスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場によって整列しようとするが、その周囲ではそれらの固有のラーモア周波数で、でたらめな順序に歳差運動を行う。この物質すなわちこの組織が、ｘ−ｙ平面にあり、かつ、ラーモア周波数に近い磁場（励起磁場Ｂ1）に晒されると、ネット整列モーメントＭzは、そのｘ−ｙ平面に対して回転し、あるいは「傾いて」、ネット横磁気モーメントＭtを作り出す。励起信号Ｂ1が終了した後に信号がその励起されたスピンによって出力され、この信号が受信および処理されて画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して画像を作成する際、磁場勾配（Ｇx、Ｇy、及びＧz）が用いられる。典型的には、撮像すべき領域は、使用される特定の位置決定法にしたがってこれらの勾配が変動する連続的な測定サイクルにより走査される。結果として生じる受信ＮＭＲ信号はデジタル化され、処理されて、広く知られた多くの再構成技術の一つを用いて画像が再構成される。
【０００４】
過分極（炭素１３）が現れたことによって、血管イメージング（ＭＲＡ）および代謝フラックスといった様々な生体内適用において、この同位体を用いて撮像することに関心が高まっている。これらのうちの１つは、Ｃ−１３で標識化したピルビン酸塩(pyruvate)およびその代謝産物（乳酸塩(lactate)およびアラニン）であり、これらは腫瘍学での応用において特に重要である。これら３つの代謝産物のＮＭＲスペクトルは比較的分散しており、その結果それらは、水と脂肪を別々に撮像するのに通常用いられる撮像方法などの、化学シフトを利用したイメージング方法に適している。図２に示されるとおり、これらの代謝産物は、乳酸塩の単一ピーク（Ｌａｃ）と、アラニンの単一ピーク（ＡＬ）と、ピルビン酸塩の２つのピーク（ＰＥ及びＰｙｒ）とを有する。３テスラ分極磁場内では、アラニンの周波数の化学シフトは、乳酸塩に比べて約−２４２Ｈｚであり、ピルビン酸塩は約−６２２Ｈｚで主ピークを有し、ピルビン酸エステルのピークは乳酸塩に比べて約−２４２Ｈｚにある。
【０００５】
これらＣ−１３同位体を撮像する従来の方法は、大量のデータ取得を必要とするエコープラナー分光イメージング法を用いる。ＡＬ及びＰＥのスペクトルピークを分解するために、種々のエコー時間で６４個のＮＭＲ信号を取得する必要がある。データについてフーリエ変換を実行してスペクトルを生成する場合、必要な「スペクトル分解」を得るのに大量のデータが必要とされる。取得されるデータが大量であるため、多くの場合、スキャン時間をより短くすることと空間解像度をより高くすることとの間で、難しい選択を要求される。
【０００６】
近年、脂肪および水などのスピン種を撮像するために、ＩＤＥＡＬとして知られる新しい方法が開発された。２００５年２月１５日付で発行された、発明の名称が「脂肪−水の信号分離を伴った磁気共鳴イメージング法(Magnetic  Resonance  Imaging  With  Fat-Water  Signal  Separation)」である米国特許第６，８５６，１３４Ｂ１号に記載されているように、ＩＤＥＡＬ法は、種々のエコー時間（ＴＥ）で複数の画像を取得するためのパルスシーケンスと、分離した水および脂肪の信号成分を予測するための反復線形最小二乗法とを採用している。ＩＤＥＡＬ法の利点は、撮像されている特定の代謝産物の周波数が分かる場合、種々のエコー時間の繰り返し回数が、大幅に減少し得ることである。この「アプリオリ(a  priori)」情報は、走査時間を短縮し、パルスシーケンスの繰り返し数を増すことにより高い画像解像度を得ることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要約）
本発明は、代謝産物によって生成されたピークＮＭＲ信号の周波数が分かり、代謝産物によって生成された複数のＮＭＲピーク信号の相対値が分かる場合に、代謝産物のＭＲ画像を生成する方法である。このアプリオリ情報を用いて、比較的少ない未知数の式でＮＭＲ信号をモデル化できる。これに対応して比較的少ないＭＲ画像が対象について得られ、この取得されたＮＭＲ画像データと式から、代謝産物のピーク信号に対応する信号成分が算出され、この算出結果を用いて代謝産物の画像が生成される。エコー時間（ＴＥ）が、取得されたＮＭＲ画像のそれぞれにおいてシフトされ、測定結果のＳＮＲを高めるために、最適エコー時間シフトが決定される。
【０００８】
（発明の一般的な説明）
本発明によれば、代謝産物についてアプリオリ情報が分かる場合に、Ｃ−１３で標識化したピルビン酸塩およびその代謝産物である乳酸塩およびアラニンといった代謝産物のスペクトルを、効率よく生成することができる。より具体的には、代謝産物のＮＭＲ信号における各ピークの周波数が分かる場合、この情報を用いて、その代謝産物の画像を生成するために取得する必要のあるＮＭＲデータ量を大幅に減少することができる。さらに、単一の代謝産物が２つ以上の信号ピークを生成する場合は、複数の信号ピークの相対面積に関する利用可能なアプリオリ情報を用いて、取得に必要なＮＭＲデータの量を大幅に減少することもできる。
【０００９】
図２で示されるとおり、２つのピルビン酸塩ピークであるＰＥ及びＰｙｒの相対面積と同じように、Ｃ−１３で標識化したピルビン酸塩代謝産物の周波数が既知である。次に、エコー時間ｔnで測定されたこれらの３つの種を含むボクセルからのＮＭＲ信号は以下の式で表される。
【数１】
2009534101.tif 000003
（式中、ＰA、ＰL及びＰPはそれぞれ、アラニン、乳酸塩およびピルビン酸塩からの合計した信号寄与分であり、ｆA、ｆL、ｆP1及びｆP2は、アラニン、乳酸塩、主のピルビン酸塩ピーク及びピルビン酸エステルのピークの共振周波数であり、ｒP1及びｒP2は、２つのピルビン酸塩ピークからの合計信号の相対的な割合である（ｒP1＋ｒP2＝１．０）。）
【００１０】
式（１）の外側の位相項は、局所分極磁場不均一性（Ψ）に由来し、この項は、信号Ｓ（ｔn）が代謝産物レベルを計算するのに用いられる前に、信号Ｓ（ｔn）から除去されなければならない。この磁場不均一性(field  inhomogeneity)の項Ψは、ＲｅｅｄｅｒらによるＭＲＭ、５１（１）：１２３〜３０、２００４年に記載されている反復法を用いて、取得した信号Ｓ（ｔn）から予測可能である。この方法においては、４つの未知数（ＰA、ＰL、ＰP、Ψ）を解くには少なくとも４つの信号Ｓ（ｔn）が取得されなければならない。または、不均一性（Ψ）は、プロトン密度（1Ｈ）較正画像から計算することができる。プロトン密度（1Ｈ）較正画像は、別個に取得され、Ｂ0磁場不均一性マップを作成するのに用いられる。本実施態様では、Ψは、別個のプロトン密度画像取得によって決定されるので、３つの信号Ｓ（ｔn）のみを取得すればよい。このマップは、標準(nominal)ラーモア周波数からのラーモア周波数のシフトによる各画像画素における磁場不均一性Ψを示している。磁場不均一性によって生成される位相は、信号Ｓ（ｔn）に位相の項ｅ-i2πΨtnを乗算することによって得られるＮＭＲ信号Ｓ（ｔn）から復調され、これによりＢ0磁場不均一性の効果を除去する。
【００１１】
磁場不均一性によって生成される位相を除去すると、式（１）は次のように書き換えることができる。
【数２】
2009534101.tif 000004
ここで、
【数３】
2009534101.tif 000005
である。
種々のエコー時間ＴＥにおいて十分な画像が取得される場合、係数マトリックスＡの項は全て既知になり、次に、３つの代謝産物
【数４】
2009534101.tif 000006
の推定値が、式（２）の擬似逆行列から計算されてもよい。
【数５】
2009534101.tif 000007
ここで、「H」は、エルミート転置を示している。Ｃ−１３で標識化したピルビン酸塩の場合、３個の画像が最低限必要である。明らかに、これは、必要なスペクトル分解を実現するのに６４個の画像を必要とする従来の方法に比べてスキャン時間を大幅に低減する。
【００１２】
ｎ＝３個の画像では種々のエコー時間が必要であり、エコー時間ＴＥの変化すなわちシフトが、有効な信号平均値の数（number  of  signal  averages：ＮＳＡ）のＳＮＲ性能を最大にするように選択可能である。ＮＳＡは、各種に対して、共分散マトリックスにおける各対角項の反転として容易に計算される。
【数６】
2009534101.tif 000008
（式中、アラニンでは、ｍ＝１であり、
乳酸塩では、ｍ＝２であり、
ピルビン酸塩では、ｍ＝３である。）
【００１３】
代謝産物の一部または全てについてのＮＳＡを最大にするために、種々のエコーシフトに対してＮＳＡ値を計算することにより、ノイズ性能を最大にする最適エコー空間を決定することができる。例えば、図４は、磁場マップ（Ψ）が既知であるか、または外部較正を用いて測定される場合についての、３つの等間隔のエコーに対するＮＳＡ性能を示している。この図から、約１．０ｍｓのエコー間隔が、３つの代謝産物すべてに対してＮＳＡが優れていると決定できる。これは、３つの種の分解に対して良好なノイズ性能を提供する１つの可能なエコーの組み合わせであるが、等間隔でないエコーを含む、エコーの他の組み合わせをこの形態の最適化のために用いることもできる。
【００１４】
３つの種を分解するために、３つを超えるエコーを使用することも可能である。最適なエコー間隔（例えば、１．０ｍｓ）を達成するために、すべてのパルスシーケンスがそのシーケンスのタイミングにおいて十分に柔軟であるというわけではない。このため、パルスシーケンスの特性を最適なエコー組み合わせに合致させるために、３つを超えるエコーを取得することが有利であり得る。例えば、図６は、４つのエコーを用いた、同じ分解に対するＮＳＡを示している。最適な間隔は１．４ｍｓまたは２．１ｍｓの間隔で生じている。したがって、パルスシーケンスが、好適な３つのエコー分解を実行するために、１．０ｍｓのエコー間隔を実現することができない場合、１．４ｍｓまたは２．１ｍｓのエコー間隔を用いて４つのエコーを取得することが有利となり得る。
【００１５】
（好ましい実施態様の詳細な説明）
特に図１を参照すると、本発明の好ましい実施態様がＭＲＩシステムに採用される。ＭＲＩシステムは、ディスプレイ１２及びキーボード１４を有するワークステーション１０を備える。ワークステーション１０は、市販のオペレーティングシステムを走らせている市販のプログラマブルマシンであるプロセッサ１６を備える。ワークステーション１０は、スキャン指示をＭＲＩシステムに入力できるようにするオペレータインタフェースを提供する。
【００１６】
ワークステーション１０は４つのサーバ、すなわちパルスシーケンスサーバ１８、データ取得サーバ２０、データ処理サーバ２２、及びデータ記憶サーバ２３に結合される。好ましい実施態様では、データ記憶サーバ２３は、ワークステーションプロセッサ１６及び関連するディスクドライブインタフェース回路によって実行される。残りの３つのサーバ１８、２０、及び２２は、単一のエンクロージャに搭載され、且つ６４ビットバックプレーンバスを使用して相互接続された別個のプロセッサによって実行される。パルスシーケンスサーバ１８は、市販のマイクロプロセッサ及び市販の４通信コントローラを採用する。データ取得サーバ２０及びデータ処理サーバ２２は両方とも、同じ市販のマイクロプロセッサを採用し、データ処理サーバ２２は、市販のパラレルベクトルプロセッサに基づいた１つ又は複数のアレイプロセッサをさらに備える。
【００１７】
ワークステーション１０及びサーバ１８、２０及び２２の各プロセッサは、シリアル通信ネットワークに接続される。このシリアルネットワークは、ワークステーション１０からサーバ１８、２０及び２２にダウンロードされたデータを伝達するとともに、サーバ間及びワークステーションとサーバの間で通信されるタグデータを伝達する。これに加えて、高速データリンクがデータ処理サーバ２２とワークステーション１０の間に設けられて、画像データをデータ記憶サーバ２３に伝達する。
【００１８】
パルスシーケンスサーバ１８は、ワークステーション１０からダウンロードされたプログラム要素に応答して、勾配システム２４及びＲＦシステム２６を動作させるように機能する。指定されたスキャンを実行するために必要な勾配波形が生成されて勾配システム２４に与えられ、勾配システム２４はアセンブリ２８内の勾配コイルを励起して、ＮＭＲ信号の位置エンコーディングに使用される磁場勾配Ｇx、Ｇy、及びＧzを生成する。勾配コイルアセンブリ２８は、分極マグネット３２及び全身ＲＦコイル３４を備えるマグネットアセンブリ３０の一部を成す。好ましい実施態様においては、ジェネラル・エレクトリック社によって「ＳＩＧＮＡ」という商標で販売されている３．０テスラスキャナが使用される。
【００１９】
ＲＦ励起波形が、ＲＦシステム２６によりＲＦコイル３４に与えられて、指定の磁気共鳴パルスシーケンスを実行する。ＲＦコイル３４により検出される応答性ＮＭＲ信号はＲＦシステム２６により受信され、パルスシーケンスサーバ１８により生成されるコマンドの命令の下で増幅され、復調され、濾波され、デジタル化される。ＲＦシステム２６は、ＭＲパルスシーケンスに使用される広範なＲＦパルスを生成するＲＦトランスミッタを備える。ＲＦトランスミッタは、スキャン指示及びパルスシーケンスサーバ１８からの命令に応答して、所望の周波数、位相、及びパルス振幅波形のＲＦパルスを生成する。生成されたＲＦパルスは、全身ＲＦコイル３４に与えることができ、１つ又は複数のローカルコイル又はコイルアレイに与えることができる。
【００２０】
ＲＦシステム２６は、１つ又は複数のＲＦレシーバチャネルも備える。各ＲＦレシーバチャネルは、接続されているコイルが受け取ったＮＭＲ信号を増幅するＲＦ増幅器、及び受信したＮＭＲ信号のＩ及びＱ直角位相成分を検出しデジタル化する直角位相検出器を備える。受信したＮＭＲ信号の大きさはこうして、Ｉ成分及びＱ成分の二乗和の平方根によりいずれのサンプリングポイントでも求めることができ、
【数７】
2009534101.tif 000009
また、受信したＮＭＲ信号の位相も求めることができる。
【数８】
2009534101.tif 000010
好ましい実施態様では、発明の名称が「二重周波数ＮＭＲ表面コイル(Dual  Frequency  NMR  Surface  Coil)」である米国特許第４，７９９，０１６号に記載されているような、二重同調陽子−炭素伝送及び受信ローカルコイル(dual-tuned，proton-carbon  transmit  and  receive  local  coil)が使用される。
【００２１】
パルスシーケンスサーバ１８は任意的に、生理的取得コントローラ３６から患者データを受信する。コントローラ３６は、電極からのＥＣＧ信号又はベローズからの呼吸信号等、患者に接続されたいくつかの異なるセンサから信号を受信する。パルスシーケンスサーバ１８は通常、このような信号を使用して、スキャンのパフォーマンスを患者の呼吸又は心拍に同期又は「ゲート」させる。
【００２２】
パルスシーケンスサーバ１８は、患者及びマグネットシステムの状態に関連する各種センサから信号を受信するスキャンルームインタフェース回路３８にも接続する。患者位置合わせシステム４０がスキャン中に患者を所望の位置に移動させるコマンドを受信することもスキャンルームインタフェース回路３８を通してである。
【００２３】
パルスシーケンスサーバ１８が、スキャン中にＭＲＩシステム要素のリアルタイム制御を行うことが明らかであるべきである。その結果、そのハードウェア要素がランタイムプログラムにより適時に実行されるプログラム命令で動作することが必要である。スキャン指示の指令構成要素は、ワークステーション１０からオブジェクトの形でダウンロードされる。パルスシーケンスサーバ１８は、これらオブジェクトを受け取るプログラムを含み、これらオブジェクトをランタイムプログラムに採用されるオブジェクトに変換する。
【００２４】
ＲＦシステム２６により生成される、デジタル化されたＮＭＲ信号サンプルをデータ取得サーバ２０が受け取る。データ取得サーバ２０は、ワークステーション１０からダウンロードされる指令構成要素に応答して動作し、リアルタイムＮＭＲデータを受け取り、データがデータオーバーランにより失われないようにバッファストレージを提供する。スキャンによっては、データ取得サーバ２０は、取得されたＮＭＲデータをデータプロセッササーバ２２に渡すにすぎない。しかし、取得されたＮＭＲデータから導出された情報をスキャンのさらなるパフォーマンスの制御に必要とするスキャンでは、データ取得サーバ２０は、このような情報を生成してパルスシーケンスサーバ１８に伝達するようにプログラムされる。たとえば、プレスキャン中、ＮＭＲデータを取得し、これを使用してパルスシーケンスサーバ１８により行われるパルスシーケンスを較正する。また、ナビゲータ信号をスキャン中に取得し、これを使用して、ＲＦシステム又は勾配システムの動作パラメータを調整し、又はｋ空間がサンプリングされるビュー順序(view  order)を制御することができる。また、データ取得サーバ２０を採用して、ＭＲＡスキャン中に造影剤の到着を検出するために使用されるＮＭＲ信号を処理することができる。これら例のすべてにおいて、データ取得サーバ２０はＮＭＲデータを取得し、リアルタイムで処理して、スキャンの制御に使用される情報を生成する。
【００２５】
データ処理サーバ２２は、ＮＭＲデータをデータ取得サーバ２０から受け取り、ワークステーション１０からダウンロードされた指令構成要素に従って処理する。このような処理には、未処理のｋ空間ＮＭＲデータをフーリエ変換して２次元画像又は３次元画像を生成すること、再構成された画像にフィルタを適用すること、並びに本発明に係る代謝画像の再構成を行うことが含まれる。
【００２６】
データ処理サーバ２２により再構成される画像は再びワークステーション１０に伝達されて記憶される。リアルタイム画像はデータベースメモリキャッシュ（図示せず）に記憶され、ここから画像を、マグネットアセンブリ３０付近に配置され担当医師により使用されるオペレータディスプレイ１２又はディスプレイ４２に出力することができる。バッチモード画像又は選択されたリアルタイム画像は、ディスクストレージ４４上のホストデータベースに記憶される。このような画像が再構成されストレージに転送されるとき、データ処理サーバ２２はワークステーション１０上のデータ記憶サーバ２３に通知する。オペレータがワークステーション１０を使用して、画像の保存、フィルムの生成、又はネットワークを介しての他の施設への画像の送信を行うことができる。
【００２７】
本発明を実施するのに必要なデータを取得するために、多数の異なるパルスシーケンスを用いてＭＲＩシステムを制御することができる。好ましい実施態様では、図３に示されるとおり、定常自由歳差運動（steady  state  free  precision：ＳＳＦＰ）原理を用いたパルスシーケンスが採用されている。シーケンスは、指定されたスライスにおける横磁化を生成するために、各ＴＲ期間の始まりで繰り返される選択ｒｆ励起パルス５０及びｒｆパルス５０と同時に生成されたスライス選択勾配パルス５２を含む。スライスにおけるスピン励起の後、位相エンコーディング勾配パルス５４を加えて、スライスの一方向に沿ってＮＭＲ信号５６を位置エンコーディングする。また、デフェージング(dephasing)勾配ローブ６０の後に、読み出し勾配パルス５８を加えて、スライスの第２の直角方向に沿ってＮＭＲ信号５６を位置エンコーディングする。ＮＭＲ信号５６はデータ取得ウィンドウ６２の間にサンプリングされる。定常状態を維持するために、３つの勾配の積分はそれぞれ合計してゼロになる。これを達成するために、リフェージング(rephasing)ローブ６４が、スライス選択勾配波形に加えられ、リフェージングローブ６６が読み出し勾配波形に加えられ、巻戻し勾配ローブ６８が位相エンコーディング勾配波形に加えられる。当技術分野で周知のように、パルスシーケンスは繰り返され、位相エンコーディング勾配５４の振幅、及びそれと等しいが反対の巻戻し６８が、一連の値を階段状に変化させて、指定された方法で２Ｄのｋ空間をサンプリングする。以下により詳細に説明するとおり、各スライスは、３回以上取得され、連続して取得されている間は、エコー時間ＴＥの増分は、１．０ｍｓに設定される。
【００２８】
特に図５を参照すると、Ｃ−１３の代謝産物スキャンを実行する第１ステップは、プロセスブロック１００で示されるとおり、対象を準備することである。これは、非過分極または過分極された炭素１３で標識化したピルビン酸塩を、分極デバイスなどの適切なソースから注入することを含む。
【００２９】
次に、プロセスブロック１０２に示されるとおり、分光画像データを取得するために、上述のパルスシーケンスを用いて上記のＭＲＩシステムでスキャンが実行される。３つの異なるエコー時間ＴＥにおける３つの画像が、各指定されたスライス位置で取得される。これは、代謝産物の信号に関するアプリオリ情報と組み合わせると、十分な情報を提供して、代謝産物であるアラニン、乳酸塩およびピルビン酸塩の画像を生成する。
【００３０】
プロセスブロック１０４で示されるとおり、次のステップは、各スライス位置において３つの画像を再構成することである。これは、通常は、取得されたｋ空間データを２次元の複素フーリエ変換することによってなされる。その結果、３つのＮＭＲ信号Ｓ（ｔTE1）、Ｓ（ｔTE2）及びＳ（ｔTE3）が、各スライスにおける各画素位置に対して生成される。
【００３１】
次に、プロセスブロック１０６に示されるとおり、磁場マップ（Ψ）が作成される。上述のように、これは、Ｓ．Ｂ．Ｒｅｅｄｅｒらによる「逐次最小二乗推定法を用いた多重らせんディクソン化学種分離(Multicoil  Dixon  Chemical  Species  Separation  With  An  Iterative  Least-Squares  Estimation  Method)」、ＭＲＭ、５１：３５〜４５（２００４年）に記載された反復法を用いて実行できるか、または、上述のように、別のスキャンを実行してプロトン較正画像を取得し、その画像から位相誤差Ψが各画像画素において決定される。次に、スキャナの分極磁場における不均一性に起因して生じる位相シフトが、上述およびプロセスブロック１０８で示されているように、画像から復調される。
【００３２】
次に、プロセスブロック１１０に示されるとおり、各スライス画像画素における信号の代謝産物成分が、補正された画像信号Ｓ（ｔTE1）、Ｓ（ｔTE2）及びＳ（ｔTE3）と上記の式（３）とを用いて計算される。これにより、代謝産物信号ρA、ρL、ρPの値が、各スライス画像画素で計算される。これらは、プロセスブロック１１２で示されるとおり、別の代謝産物画像として表示するか、または、３つの別個の代謝産物画像を、各代謝産物について異なる色符号(color  coding)で単一画像に結合することができる。スキャン中にプロトン画像を取得し、各スライスの高解像度の解剖学的画像を再構成することもできる。代謝産物の画像（複数可）を記録し、白黒の背景を形成する解剖学的画像をカラーで表示してもよい。
【００３３】
当業者であれば、上記で説明した好ましい実施態様から多くの変形形態が可能であることは明らかであろう。例えば、ＮＭＲデータを取得するために、多くの他のパルスシーケンスを用いることができ、種々の画像再構成方法を用いることができる。例えば、放射状経路に沿ってｋ空間をサンプリングするパルスシーケンスを用いることができ、逆投影法を用いて画像を再構成することもできる。また、代謝産物のＮＭＲ信号ピークの周波数およびそれらの多重ピークの相対値について、十分なアプリオリ情報が分かっている場合は、本発明を用いて、他の代謝産物を画像化してもよい。
【００３４】
好ましくは、式１〜３で説明した分解は、画像空間で実行される。磁場マップ（Ψ）が無視できる限り、または原始データから復調されている限り、式１で示されるとおり、信号は線形システムであって、これはｋ空間にフーリエ変換した後も保持される。これによって、化学種のｋ空間信号を別のデータマトリックスに分離することができる。ｋ空間のデータを分離後、フーリエ変換を実行して各代謝産物の画像を生成する。しかし、一般に、磁場マップ（式１を非線形式にする）が非ゼロである場合は、画像空間で計算を実行して、位置依存の位相シフトを生成することがより好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を採用したＭＲＩシステムのブロック図である。
【図２】Ｃ−１３で標識化したピルビン酸塩およびその代謝産物によって生成されたスペクトルのグラフである。
【図３】図１のＭＲＩシステムの操作を指示するために用いられる好ましいパルスシーケンスのグラフである。
【図４】図２の代謝産物に対するＮＳＡプロットのグラフである。
【図５】本発明の好ましい実施態様を実行するために用いられるステップを示したフローチャートである。
【図６】４つのエコー取得における、図２の代謝産物のＮＳＡプロットのグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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