(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴イメージングにおいて組織を差別化する方法であって、
高脂肪抑制を伴う周波数応答を生ずるように阻止帯域及び通過帯域における低リップル及び移行帯域における大きな帯域勾配を有する設計されているＲＦパルス・プロファイルを有するスペクトル選択抑制パルスを作成する工程と、
２つの組織種別の間の磁化移動コントラストを生ずるようにスペクトル選択抑制振幅を選択する工程と、
脂肪抑制及び磁化移動コントラスト飽和を同時に最適化するために、静磁場強度が少なくとも１．５テスラで、フリップ角が １００°を超え且つ１０００°に満たない角度を有するように前記スペクトル選択抑制パルスを印加する工程と、を具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
１．５テスラにおいて搬送波周波数から±２２０Ｈｚの共鳴オフセットであって、任意の磁場強度において３．４ｐｐｍのオフセットである位置を中心として前記スペクトル選択抑制パルスを印加する工程を更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
全ＲＦ電力に比例する量をそれぞれ有する少なくとも２つの前記スペクトル選択抑制パルスを同時に且つ共鳴周波数の両側に均等に分布させて印加する工程を更に具備する方法であって、
前記全ＲＦ電力の２分の１をそれぞれ有する２つのみのスペクトル選択抑制パルスが、オフ・レゾナンス周波数において同時に印加され、前記スペクトル選択抑制パルスのうちの一方は前記共鳴周波数の正の側においてで所望の脂肪抑制周波数で印加され、他方は、前記共鳴周波数の負の側において前記所望の脂肪抑制周波数で印加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記磁化移動コントラスト飽和を少なくとも１５％増大させながら少なくとも８０％の脂肪抑制を有する周波数応答を示すように前記フリップ角を設定する工程を更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１００Ｈｚと２００Ｈｚとの間の帯域幅を有し且つ約８ミリ秒〜約３２ミリ秒のパルス幅を有するスペクトル選択抑制パルスを最適に設計する工程を更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
効果的な組織差別化が可能な磁気共鳴イメージング装置であって、
分極磁場を印加するためにマグネットのボアの周囲に配置されている複数の勾配コイルを有すると共に、磁気共鳴画像を取得するためのＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリに送信するためにパルス制御モジュールにより制御されるＲＦ変調器を持つＲＦ送受信器システムとを有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムと、
コンピュータであって、
（イ）所望の帯域幅と所望の帯域内リップル百分率と所望の帯域外リップル百分率とを含む入力設計規準に基づいて、阻止帯域及び通過帯域における低リップル及び移行帯域における大きな帯域勾配を有するように所望のＲＦパルスを構築し、
（ロ）脂肪組織の共鳴周波数に比例して前記所望のＲＦパルスのＲＦパルス周波数を選択し、
（ハ）蛋白組織と水組織との間の磁化移動コントラスト効果を最大化するように前記所望のＲＦパルスのＲＦパルス振幅を選択し、
（ニ）静磁場強度が少なくとも１．５テスラで、フリップ角を１００°を超え且つ１０００°に満たない角度に設定し、
（ホ）脂肪抑制及び蛋白組織と水組織との間での磁化移動コントラスト効果を同時に有し、蛋白組織と水組織との間のコントラストを強調すると共に脂肪組織を抑制するような磁気共鳴画像を取得するために、前記ＲＦコイル・アセンブリに対してＲＦ信号を送信するように前記パルス制御モジュールへ前記所望のＲＦパルスを送信し、
（ヘ）全ＲＦ電力に比例する量をそれぞれ有する少なくとも２つの前記スペクトル選択抑制パルスを同時に且つ共鳴周波数の両側に均等に分布させて印加し、
（ト）前記全ＲＦ電力の２分の１をそれぞれ有する２つのみのスペクトル選択抑制パルスを、オフ・レゾナンス周波数において同時に印加し、前記スペクトル選択抑制パルスのうちの一方を、前記共鳴周波数の正の側においてで所望の脂肪抑制周波数で印加し、他方を、前記共鳴周波数の負の側において前記所望の脂肪抑制周波数で印加するようにプログラムされているコンピュータと、を備えている磁気共鳴イメージング装置。
【請求項７】
前記コンピュータは、同時に印加される正弦ＲＦパルス・トレインが所望されるか否かに基づいて前記所望のＲＦパルスを構築するように更にプログラムされている請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項８】
前記コンピュータは、前記磁化移動コントラスト飽和を少なくとも１５％増大させながら少なくとも８０％の脂肪抑制を有する周波数応答を示すようにフリップ角を設定するように更にプログラムされている請求項６に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）に関し、より具体的には、磁化移動コントラスト(magnetization transfer contrast)と脂肪抑制とを同時に組み合わせた周波数応答を与えるように設計されているＲＦパルスを用いたＭＲＩによる効果的な組織の差別化のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冠状動脈疾患は現在、西側諸国での主要死因となっている。従って、冠状動脈の視覚化は、冠状動脈疾患による死を予防する重要な段階となる。現在、冠状動脈の視覚化は、侵襲性の高い手順であるＸ線コントラスト・アンジオグラフィを用いて行われている。Ｘ線アンジオグラフィでは、Ｘ線アンジオグラフィを行うために患者の鼠径部を通る動脈にカテーテルを挿入する。このような侵襲的な手順を必要とせずに冠状動脈のアンジオグラフィ画像を取得することができると有益である。
【０００３】
磁気共鳴アンジオグラフィ（ＭＲＡ）は、Ｘ線アンジオグラフィに代わる非侵襲的な方法であり、頸動脈、大動脈及びその他の末梢血管を撮像するのに用いられて成功を収めている。しかしながら、冠状動脈は、小さく且つ彎曲した血管であり、通常、直径が１ｍｍ〜５ｍｍ以下である。冠状動脈はしばしば、心臓周囲の脂肪及び心筋に包囲されているため、従来のＭＲＡを用いていたのでは冠状動脈の十分な視覚化は妨げられ、特に、より末梢の部分の十分な視覚化が妨げられる。公知の方法によれば、標準的な化学的飽和パルスを用いて高度の脂肪抑制を達成することができる。しかしながら、従来、心筋信号の抑制は、血液信号を付随して低下させない限り困難な問題であった。心筋信号は、冠状動脈のコントラスト対雑音比（ＣＮＲ）の重要な特質であるので、心筋の抑制は、左前下行（ＬＡＤ）冠状動脈のより完全な部分及び右冠状動脈の末梢部分の信頼性の高い視覚化に必須である。
【０００４】
磁化移動コントラスト（ＭＴＣ）として公知である方法は、画像コントラストを改善するために撮像シーケンスに広く用いられているが、従来、様々な制約のため、冠状動脈のＭＲＡにおいては限定された方式でしか用いられていない。ＭＴＣ法は、生体系の水の一部が大きな高分子に結合しているとの事実によるものである。この結合によって水の運動速度が低下し、結果的に緩和時間が低下する。この「結合水プール(bound pool)」は、「自由水プール(free pool) 」と化学的な交換を行う関係にあり、従って、磁化の移動が生ずる。すると、結合水プールの飽和は、自由水プールの飽和を生ずる。ＭＴＣ効果は、人間及び動物の心臓の心筋信号を適度に抑制することが判明しており、二項ゼロ次のオン・レゾナンス(on-resonance)励起か、又はオフ・レゾナンス(off-resonance) のスペクトル選択励起のいずれかを用いることにより得ることができる。従来は、オフ・レゾナンス照射は、大きなＢ1  振幅を有するＲＦパルスを利用しており、水の共鳴周波数から少なくとも１ｋＨｚの所に設定されている。共鳴のずれ（オフセット）を大きくすると、撮像空間内で長いＴ2  時間を有するスピンの望ましくない飽和が回避される。しかしながら、照射が更にオフ・レゾナンスになる（共鳴からずれる）につれて、観測可能なＭＴＣ効果を生ずるためにはより高いＲＦ電力レベルが必要となる。連続波ＭＴＣは、患者にとって過度に高い比吸収率（ＳＡＲ）を与え、且つ従来の全身型ＭＲイメージング・スキャナ上に補助的なＲＦ増幅器を必要とするので、広く用いられておらず、又、望ましくもない。
【０００５】
オフ・レゾナンスＭＴＣ法は、例えば、５００Ｈｚの固定の帯域幅を持つ、１５００Ｈｚのオフ・レゾナンス位置のガウス・パルス・トレインを用いると最も効果的に達成される。ＭＴＣパルス複合体の全持続時間は典型的には、約２００ミリ秒〜３００ミリ秒である。心拍ゲート式３次元高速グラディエント・リコールド・エコー・シーケンスを用いるＭＲＡでは、様々な問題が生ずる。第１に、これらのパルスの比吸収率は極めて高く、これにより、用途が限定される。又、磁化移動に基づく方法と併用可能であり心筋信号を抑制するもう１つの機構である連続ＲＦの利用が阻まれる。しかしながら、これらのようなＲＦパルスが、Ｒ−Ｒ区間のＲ波の開始から心拡張期の中期までの時間遅延で印加されると、結果として得られるパルスは極めて長くなり、結果的に、同じＲ−Ｒ区間で多数のｋ空間線が取得されるようなインタリーブ式若しくはセグメント式３次元高速グラディエント・リコールド・エコー・シーケンス、混成型シーケンス、又は他の任意の高速画像取得シーケンスに用いるには実用的でない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、脂肪組織を抑制すると同時に、ＭＴＣ効果の欠点を除いて利点を活用し、有効比吸収率をより低くして冠状動脈を撮像し、血液と周囲組織との間のコントラストが典型的には不十分であるような組織の見易さを向上させることが可能な方法及び装置を提供することが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＲイメージングにおいて組織種別を差別化するシステム及び方法であって、脂肪組織を蛋白組織から、又、脂肪組織及び蛋白組織の各々を水を基本成分とする組織から効果的に区別することができ、前述の問題を解決するシステム及び方法に関する。
【０００８】
冠状動脈の効果的なＭＲアンジオグラフィを行う、又は水を基本成分とする組織と周囲組織との間のコントラストが典型的には不十分であるような人体の任意の部分のＭＲ画像を得るために、本発明は、ＲＦパルスにおいて脂肪抑制及び磁化移動（ＭＴ）を結合して前述の問題を克服する。２つの基本的なアプローチについて述べる。１つのアプローチでは、オフ・レゾナンスの脂肪飽和パルスを過駆動（overdrive）することにより、パルスを、ＭＴ効果及び脂肪抑制の所望の量に基づいてフリップ角を増大させることによりＭＴ効果を惹起するように設計することができる。しかしながら、ＭＴＣ効果を増大させる脂肪飽和パルスのフリップ角、即ち、有効Ｂ1 を増大させることは、いくつかのフリップ角においては脂肪抑制を低下させるという代償の下に行われるので、患者に望ましい比吸収率を上回ることのないように注意を払わなければならない。
【０００９】
もう１つのアプローチは、アダマール（Hadamard）励起パルスにおいて行われているように、正弦関数によってＲＦパルスを変調させることを含んでいる。得られるパルスの周波数応答は、元のＲＦパルスの周波数応答が搬送波の両側に周波数シフトしたものとなる。パルスの間隔は、変調関数の周波数によって決定される。脂肪飽和用にアダマール符号式パルスを用いると、送信器周波数の両側での励起が行われ、ＭＴＣを伴う等価な単一の脂肪飽和パルスの２倍に等しい有効ＭＴＣ効果を与える。このように、アダマール・パルスを用いると、脂肪抑制のためには同じフリップ角を維持しながら、しかも、利用可能なＭＴＣ効果を倍増させることができる。
【００１０】
従って、本発明の一側面によれば、ＮＭＲイメージングにおいて組織を差別化する方法が、高脂肪抑制を伴う周波数応答を生ずるように設計されているＲＦパルス・プロファイルを有するスペクトル選択抑制パルスを作成する工程と、２つの組織種別の間の磁化移動コントラストを生ずるようにスペクトル選択抑制振幅を選択する工程とを含んでいる。本発明は又、脂肪抑制及び磁化移動コントラスト飽和を同時に最適化するように選択されたフリップ角を有するようにスペクトル選択抑制パルスを印加する工程を含んでいる。
【００１１】
本発明のもう１つの側面によれば、効果的な組織差別化が可能なＭＲアンジオグラフィ用のＭＲＩ装置が開示され、このＭＲＩ装置は、マグネットのボアの周囲に配置されており、分極磁場を印加する複数の勾配コイルと、パルス制御モジュールによって制御されるＲＦ変調器を有し、ＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリへ送信してＭＲ画像を取得するＲＦ送受信器システムとを有するＭＲＩシステムを含んでいる。このＭＲＩ装置は又、所望の帯域幅と、所望の帯域内（通過帯域）リップル百分率と、所望の帯域外（阻止帯域）リップル百分率とを含む入力設計規準、及び所望のフリップ角に基づいて、阻止帯域及び通過帯域における低リップル並びに移行帯域における大きな勾配を有するように所望のＲＦパルスを構築するようにプログラムされているコンピュータを含んでいる。これらの設計パラメータは、通過帯域内での脂肪信号の一様な抑制を保証すると共に、阻止帯域内での血液及び組織信号の飽和を最小化するのに必要とされる。このコンピュータは又、最適な脂肪抑制を得ると同時に蛋白組織と水組織との間の実質的なＭＴＣ効果を得るように、脂肪組織の共鳴周波数に比例して上述の所望のＲＦパルスのＲＦパルス周波数を選択し、上述の所望のＲＦパルスのＲＦパルス振幅を選択するようにプログラムされている。次いで、このシステムは、脂肪抑制及び蛋白組織と水組織との間でのＭＴＣ効果を同時に有するＭＲ画像を取得するために、ＲＦコイル・アセンブリに対してＲＦ信号を送信するようにパルス制御モジュールへ所望のＲＦパルスを送信する。取得されたＭＲ画像は、蛋白組織と水組織との間のコントラストを強調すると同時に脂肪組織を抑制している。
【００１２】
本発明の更にもう１つの側面によれば、ＭＲＩ装置と共に用いられ、コンピュータ・プログラムを搭載しているコンピュータ読み出し可能な記憶媒体からプログラムされているコンピュータを備えたコンピュータ・システムが開示される。上述のコンピュータは、高脂肪抑制を伴う周波数及び振幅応答を生ずるように設計されているＲＦパルス・プロファイルを有するスペクトル選択抑制パルスを作成し、２つの組織種別の間の磁化移動コントラストを生ずるようにスペクトル選択抑制振幅を選択するようにプログラムされている。このコンピュータは又、ＭＲＩ装置によって用いるために、脂肪抑制及び磁化移動コントラスト飽和を同時に最適化するように選択されたフリップ角を有するスペクトル選択抑制パルスを印加するようにプログラムされている。
【００１３】
本発明のその他の様々な特徴、目的及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。本発明の実施に適した形式の核磁気共鳴（ＮＭＲ）イメージング・システム８が、コンピュータ１０を含んでおり、コンピュータ１０は、パルス制御モジュール１２を介して勾配コイル電力増幅器１４を制御する。パルス制御モジュール１２及び勾配増幅器１４は共に、スピン・エコー、グラディエント・リコールド・エコー・パルス・シーケンス、高速スピン・エコー又は他の形式のパルス・シーケンスのいずれかについて適正な勾配波形Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚを発生する。これらの勾配波形は、マグネット３４のボア（中孔）の周囲に配置されている勾配コイル１６に接続され、勾配Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚがマグネット３４からの分極磁場Ｂ0 上でそれぞれの軸に沿って印加されるようになっている。
【００１５】
パルス制御モジュール１２は又、ＲＦ送受信器システムの一部である無線周波数合成器１８を制御している。ＲＦ送受信器システムの各部は、破線のブロック３６で囲ってある。パルス制御モジュール１２は又、無線周波数合成器１８の出力を変調するＲＦ変調器２０を制御する。結果として生ずるＲＦ信号は、電力増幅器２２によって増幅され、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ２４を介してＲＦコイル２６に印加されて、撮像物体（図示されていない）の核スピンを励起するのに用いられる。
【００１６】
撮像物体の励起した核からのＮＭＲ信号は、ＲＦコイル２６によって捕らえられ、送信／受信スイッチ２４を介して前置増幅器２８へ供給され、増幅された後に、直交位相検波器３０によって処理される。検波後の信号は、高速Ａ／Ｄ変換器３２によってディジタル化され、コンピュータ１０に印加されて、物体のＮＭＲ画像を形成する処理を施される。コンピュータ１０は又、シム・コイル・アセンブリ４０に給電するシム・コイル電源３８を制御する。
【００１７】
本発明は、水を基本成分とする組織を蛋白組織から差別化すると同時に脂肪組織を抑制するＭＲイメージングのための方法及びシステムを含んでおり、本発明は、ＭＲアンジオグラフィ（ＭＲＡ）に特に有用であるが、血液組織と周囲組織との間のコントラストの強調が不十分であるような人体の任意の部分の任意のＭＲイメージングに応用することができる。本発明は、磁化移動コントラスト法を脂肪抑制パルスと組み合わせて、組織差別化が向上したＭＲ画像を形成する。具体的には、冠状動脈は、典型的には直径が１ｍｍ〜５ｍｍの間にある小さく且つ彎曲した血管であるので、これらのような血管のＭＲＡを用いた視覚化は、血管がしばしば心臓周囲の脂肪に包囲されていると共に心筋に埋め込まれていることから妨げられる。本発明では、スペクトル化学的飽和の標準的な方法を用いることにより高度の脂肪抑制が達成され、同時に、磁化移動コントラスト（ＭＴＣ）・パルスを脂肪抑制パルスと組み合わせて血液信号の付随的低下を回避することにより心筋信号の抑制が達成される。これにより、冠状動脈のコントラスト対雑音比が大幅に増大し、侵襲性の高いＸ線アンジオグラフィに代わるＭＲＡの利用を可能にする。オン・レゾナンスの（水）スピンの直接的な飽和を回避しながら良好な脂肪抑制及びＭＴＣ効果を維持するために、特殊な設計を有する所要の特徴を備えたＲＦパルスを用いなければならない。
【００１８】
磁化移動イメージングは、組織に存在する短時間Ｔ2 の核種を飽和させることによりＭＲ画像のコントラストを変化させる。オフ・レゾナンスの連続波及びパルス式の短時間Ｔ2 選択飽和は、組織のコントラストを支配する緩和機構を変化させ、これにより、飽和した核種に近接したスピンの一部がより長いＴ2時間及びＴ1 時間を経るようにするものである。連続波ＭＴ法は、より低い電力のオフ・レゾナンス照射を加えることを要求する。パルス式ＭＴ手法は、周期的なＲＦパルスを印加することにより全体的な比吸収率を減少させ、２次的なＲＦ送信器の必要性を回避して、送信される合計の平均ＲＦ電力を大幅に低下させる。従って、パルス式ＭＴ法が好ましい。
【００１９】
無線周波数パルスに要求される電力は、送信周波数と共鳴周波数との間の差に依存する。磁化が横断する距離は、有効フリップ角の所産であり、送信周波数がオフ・レゾナンス方向に移動するのに伴って増大する。有効フリップ角は、パルス磁場強度と送信周波数との差から算出され、次の式で与えられる。
【００２０】
αeffective＝ωeffectiveｔ＝［（ω0−ωtransmit）２＋（γＢ1）２］１／２ｔ
ここで、ωtransmitは送信周波数であり、ω0 は共鳴周波数であり、Ｂ1 はパルス磁場強度であり、ｔは送信時間であり、γは物理的定数である磁気回転比であり、αeffective は有効フリップ角である。従って、共鳴に近接して送信することにより、吸収されるＲＦ電力の実質的な低下が達成される。これらのようなパルスの利用は、短時間Ｔ2 核種の効果的な飽和を提供する。僅かにオフ・レゾナンスであり、具体的には、脂肪の共鳴周波数にあるこれらの二項ＲＦパルスを印加すると、適度なＭＴ効果を発揮しながら脂肪信号が効果的に抑制される。このような２つの手法を開示する。
【００２１】
第１の手法では、１．５ＴのＭＲイメージング装置を想定すると、１．５テスラにおいて±２２０Ｈｚのオフ・レゾナンス周波数（即ち、３．４ｐｐｍのオフ・レゾナンス）で送信される脂肪抑制パルスを、有効フリップ角を増大させることによりＭＴ効果を惹起するようにすることができる。脂肪飽和パルスのフリップ角を増大させる、即ち、実際にはＢ1 を増大させることにより、ＭＴコントラスト効果が増大するが、脂肪抑制の劣化は極く僅かである。この脂肪飽和パルスを用いると、約２００°又はこれよりも大きいフリップ角において許容可能なＭＴＣ効果を達成することができるものと判明している。このようなパルスの一例を図２に示す。同図は、本発明によるスペクトル選択抑制パルス５０のＲＦパルス・プロファイルを示している。このパルスは、実数値を有するパルスであり、好ましい実施例では、次の設計パラメータを有する。即ち、パルス幅は約８ミリ秒、点総数は約４００、フリップ角は約２００°、通過帯域及び阻止帯域におけるリップルは１．０％以下、帯域幅は約１８０Ｈｚ、及び反転最小位相のパルスである。一般的には、フリップ角は、ＭＴＣ飽和を少なくとも１５％増大させると同時に、少なくとも８５％の脂肪飽和を伴う周波数応答を示すように設定される。このようなパルスは、蛋白組織の信号強度をその最大レベルの８０％未満に低下させて、蛋白組織と水組織との間のコントラストを強調すると共に、脂肪組織の大部分を抑制する。
【００２２】
本発明によれば、取得すべき画像、ＭＲ装置におけるマグネットの強さ、所望の脂肪抑制の量、及びどの程度の比吸収率が許容可能であるかに応じて、フリップ角を１００°と１０００°との間に設定することができる。パルスの帯域幅も同様に、上述の要因に依存し、１００Ｈｚと２００Ｈｚとの間の範囲とすることができる。パルス幅は、殆どの応用について８ミリ秒乃至３２ミリ秒の範囲とすることができる。図２の移行勾配５２及び５４は好ましくは、オン・レゾナンスのあらゆるプロトンの飽和を回避するように、最大勾配に（即ち、周波数の広がりが可能な限り小さくなるように）設定する。上述の要求条件は、オン・レゾナンス周波数のプロトンの飽和を回避するように、良好な移行帯域幅と、最小の通過帯域及び阻止帯域リップルとを有する明確に画定された（well-defined）パルスを与える。当業者には容易に理解されるように、パルスが周波数スペクトルに更に加わるにつれて、オン・レゾナンスのプロトンの飽和を回避するために良好な形状のパルスの重要性がより高まる。
【００２３】
図３を見ると、図１のスペクトル選択抑制パルスの周波数応答５６が示されている。縦磁化（Ｍz ）が周波数の関数としてプロットされており、オン・レゾナンス周波数においてはプロトンが磁化から受ける影響が最小限であることを示している。
【００２４】
図４は、寒天（アガー）と脂肪とＣｕＳＯ4 混入水とを有するファントムについて百分率で測定した飽和のプロットを、ＲＦ飽和対抑制パルスのフリップ角又はパルス振幅の関数として示している。公知のように、寒天は、蛋白組織を模擬しており、ＭＴＣ効果を示す組織を模倣するのに用いられている。ＲＦパルス振幅が増大するにつれて、寒天のプロット５８が顕著なＭＴＣ飽和効果を示していることに留意されたい。脂肪組織のプロット６０は、脂肪抑制について幅広い最小値を示しており、ＲＦ抑制パルスを過駆動することを可能にし、脂肪抑制を最小限しか劣化させずに模擬的な蛋白組織５８のＭＴＣ飽和の増大を可能にしている。名目上、ＲＦパルスは、少なくとも１００°のフリップ角を用いて印加され、約９０％の脂肪の抑制を行いながら寒天に対して少なくとも１６％のＭＴＣ効果を与える。１００°のフリップ角においてはオン・レゾナンスの水信号６２の飽和は僅か１％しか観測されなかった。脂肪組織６０の抑制最小値が幅広いので、フリップ角を増大させてＭＴＣ飽和５８を対応して増大させることができる。ＭＴＣ飽和を２２％と２９％との間まで増大させても、脂肪抑制を８８％〜９０％に維持し得ることに留意されたい。ＲＦ振幅を増大させるにつれて、より長時間のＴ2 を有する核種は飽和の増大を示し始め、より高いフリップ角における混入水の飽和６２には無視できる程度の劣化しか存在しない。
【００２５】
図５は、寒天６４、脂肪組織６６及び混入水６８の飽和のプロットを、１１０°に設定された抑制フリップ角を用いた場合の周波数オフセットの関数として示している。高い方の周波数オフセットにおいて脂肪又は水の飽和と比較した場合の寒天の飽和の持続性がＭＴＣ効果を示していることに留意されたい。従って、寒天信号及び水信号は抑制パルスによって同等に影響を受けている訳ではないので、観測された飽和効果は磁化移動によるものであって、寒天の直接的な飽和によるものではないことが図５から明らかである。事実、約−５００Ｈｚの周波数オフセットにおいては、脂肪及び混入水の両方が、比較的影響を受けないままとなっているが、寒天は８％の飽和レベルを示している。
【００２６】
図６は、志願した患者の正常な膝のＭＲＩから得られた実際のデータ点を示しており、上述のファントム測定で示されたものと同様の結果を示している。図６は、筋肉７０、及び脂肪髄である柱骨７２の飽和のＲＦ抑制フリップ角の関数としてのプロットである。図６の人体の膝の信号強度を取得するために、図４及び図５に示すファントムと同じ取得パラメータを用いたことを特記しておく。前述のファントムを用いたシミュレーションで見出されたものと同様に、膝のスキャンにおいても、フリップ角が増大するにつれて、脂肪抑制プロット７２の同じ幅広い最小値、及び筋肉７０におけるＭＴＣ飽和の同じ増大が見出された。具体的には、脂肪抑制を８５％〜９０％に維持しながら、６０％〜７０％のＭＴＣ飽和が得られた。スペクトル選択抑制ＲＦパルスを約５０％だけ過駆動すると、更に１７％のＭＴＣ飽和を得ることができることが明らかである。
【００２７】
これらの結果は、脂肪抑制に用いられるスペクトル選択抑制ＲＦパルスを僅かに過駆動することにより、かなりのＭＴＣ効果を得ることができることを示している。ＲＦ抑制パルスを名目上の抑制フリップ角の１．５倍未満まで駆動しただけで、６０％までの更なるＭＴＣ飽和が実現した。しかしながら、スペクトル選択抑制ＲＦパルスを過度に過駆動すると、撮像空間内のより長時間のＴ2を有する核種の抑制が増大するという代償がある。脂肪抑制は、示唆したような抑制ＲＦパルスのフリップ角の増大に対する代償はなかった。
【００２８】
以上に述べた例の全てについて、印加したスペクトル選択抑制パルスは、当業界で周知のＳＬＲパルスであった（Shinnar-Le Rouxアルゴリズムを用いて設計されたパルス。このアルゴリズムは、１９９１年３月のIEEE Trans. Med. Imaging誌、第１０巻、第５３頁〜第６５頁のPauley J.及びLe Roux P.による「Shinnar-Le Roux選択励起パルス設計アルゴリズムのためのパラメータ関係（Parameter Relations for the Shinnar-Le Roux Selective Excitation Pulse Design Algorithm）」による）。パルスは、定常状態高速グラディエント・リコールド・エコー・パルス・シーケンスで印加された。１つのＲＦ励起パルス当たり８ミリ秒のパルスが１回印加され、最小のシーケンスをクラッシャ勾配を含めて約１２ミリ秒だけ延長した。スペクトル選択抑制パルスの振幅は、正（＋）、負（−）、負（−）、正（＋）の方式で位相循環して、データ取得ウィンドウ内で偽エコーが形成するのを減少させるようにした。他のパルス設計パラメータは、前に開示されている。
【００２９】
前述のように、図４及び図５をプロットするのに用いたファントムは、蛋白組織の代用物である寒天と、脂肪組織と、ＣｕＳＯ4 混入水とを含んでいた。パルス・シーケンス・パラメータは、断面が５ｍｍ厚、視野が２４ｃｍ、取得行列が２５６×１２８、受信器の帯域幅が±３２ｋＨ、フリップ角が３０°、並びにＴＥ／ＴＲがそれぞれ２．９ミリ秒及び１９．９ミリ秒であった。実験は全て頭部コイルで行った。ＭＴＣ飽和効果は、スペクトル選択抑制ＲＦパルスのフリップ角の関数として測定され、飽和パルスのフリップ角を固定した場合には周波数オフセットの関数となっている。同様に、膝について得られた測定も、頭部コイルで得られており、ファントム研究と同じ取得パラメータを用いた。但し、取得された画像は、コロナル平面にある。信号強度は、筋肉、及び脂肪信号については膝の直下の腓骨の柱骨で測定された。ファントムを用いた実験結果は、±２２０Ｈｚの脂肪共鳴において２０％〜３０％のＭＴＣ飽和効果を示していた。
【００３０】
従って、本発明は、ＮＭＲイメージングにおいて組織を差別化する方法であって、高脂肪抑制を伴う周波数応答を生ずるように設計されているＲＦパルス・プロファイルを有するスペクトル選択抑制パルスを作成する工程と、２つの組織種別、即ち、蛋白組織と水組織との間の磁化移動コントラストを生ずるようにスペクトル選択抑制振幅を選択する工程とを有する方法を含んでいる。この方法は又、２つの組織種別の脂肪抑制及び磁化移動コントラスト飽和を同時に最適化するように選択されたフリップ角を有するようにスペクトル選択抑制パルスを印加する工程を含んでいる。好ましくは、この方法は、脂肪抑制を少なくとも８０％に維持しながら少なくとも１５％の磁化移動コントラスト飽和を生ずる。前述の設計パラメータに応じて、フリップ角は、１００°を超え且つ１０００°に満たないように設定される。スペクトル選択抑制パルスは、１００Ｈｚと２００Ｈｚとの間の帯域幅を有し、約８ミリ秒〜３２ミリ秒のパルス幅を有すべきである。阻止帯域及び通過帯域におけるリップルを最小化することが重要であり、好ましくは、１．０％未満とする。パルスは好ましくは、約±２２０Ｈｚの脂肪共鳴周波数で印加される。オン・レゾナンスのプロトンの飽和を回避するために、パルスは、最小の移行帯域幅を有するように設計されるべきである。
【００３１】
本発明は又、マグネットのボアの周囲に配置されており、分極磁場を印加する複数の勾配コイルと、パルス制御モジュールによって制御されるＲＦ変調器を含んでおり、ＲＦ信号をＲＦコイル・アセンブリに送信してＭＲ画像を取得するＲＦ送受信器システムとを有するＭＲＩシステムを含んでいる効果的な組織差別化が可能なＭＲＩ装置を含んでいる。このＭＲＩ装置は、所望の帯域幅と、所望の帯域内（通過帯域）リップル百分率と、所望の帯域外（阻止帯域）リップル百分率とを含む入力設計規準に基づいて、阻止帯域及び通過帯域における低リップル及び最小の移行帯域幅を有するように所望のＲＦパルスを構築するコンピュータ・プログラムを含んでいる。コンピュータは更に、脂肪組織の共鳴周波数に比例して所望のＲＦパルスのＲＦパルス周波数を選択し、蛋白組織と水組織との間の磁化移動コントラスト効果が最大化するように所望のＲＦパルスのＲＦパルス振幅を選択するようにプログラムされている。コンピュータは又、脂肪抑制及び蛋白組織と水組織との間での磁化移動コントラスト効果を同時に有するＭＲ画像を取得するために、ＲＦコイル・アセンブリに対してＲＦ信号を送信するように、パルス制御モジュールへ所望のＲＦパルスを送信するようにプログラムされている。結果として取得されるＭＲ画像は、蛋白組織と水組織との間のコントラストを強調し、同時に、脂肪組織を実質的に抑制する。パルス設計は前述と同様である。
【００３２】
本発明は又、ＭＲＩ装置と共に用いられ、コンピュータ・プログラムを搭載したコンピュータ読み出し可能な記憶媒体からプログラムされているコンピュータを備えたコンピュータ・システムを含んでおり、このコンピュータは、高脂肪抑制を伴う周波数応答を生ずるように設計されているＲＦパルス・プロファイルを有するスペクトル選択抑制パルスを作成し、２つの組織種別の間に磁化移動コントラストを生ずるようにスペクトル選択抑制振幅を選択し、ＭＲＩ装置のために脂肪抑制及び磁化移動コントラスト飽和を同時に最適化するように選択されたフリップ角を有するようにスペクトル選択抑制パルスを印加するようにプログラムされている。このコンピュータ・システムは、前述と同様のパルス設計規準を用いて実現される。
【００３３】
本発明の代替的な実施例は、図２に示すものに類似したＲＦパルスを正弦関数で変調させることを含んでおり、それぞれ同じ周波数絶対値であるが周波数スペクトルの相対する側で印加される少なくとも２つのスペクトル選択抑制パルスが、同時に、しかしＲＦ振幅を比例して減少させて印加される。結果として得られるパルスの周波数応答は、元の単一のＲＦパルスの周波数応答であるが、オン・レゾナンスの搬送波周波数の他方の側に複写されており、その間隔は、変調関数の周波数によって決定される。このようなパルスの一例は、公知のアダマール符号化パルスであり、送信器周波数の両側で励起を生ずる。これにより、前述の実施例において、脂肪抑制パルスがθであるならば、２θに等しい有効ＭＴＣ効果が得られる。
【００３４】
従って、本発明は、全ＲＦ電力の比例量をそれぞれ有する少なくとも２つのスペクトル選択抑制パルスを同時に且つ共鳴周波数の両側に均等に分布させて印加する代替的な工程を含んでいる。より特定的な応用では、この方法は、印加される全ＲＦ電力の２分の１をそれぞれ有する２つのみのスペクトル選択抑制パルスをオフ・レゾナンス周波数において同時に印加する工程を含んでおり、スペクトル選択抑制パルスの一方は、共鳴周波数の正の側で所望の脂肪抑制周波数において印加され、他方は、共鳴周波数の負の側で所望の脂肪抑制周波数において印加される。これらの代替的な方法の工程は、コンピュータをこれら代替的な工程を実行するように同等にプログラムすることができるので、装置にも同等に適用することができる。
【００３５】
上述の発明の特定的な実現形態は、血管内の血液と血管の周囲に位置する心筋組織との間の磁化移動コントラストを生じながら血管周囲の関連する脂肪を抑制することにより、ＭＲＩにおける血管の見易さを向上させ、これにより、血管の改善されたＭＲ画像を形成するものである。好ましい実施例では、血管は、冠状動脈であり、ＭＲ画像は、ＭＲアンジオグラフィ画像である。スペクトル選択抑制パルスを印加する工程は更に、患者の冠状動脈のＭＲアンジオグラフィ画像を取得するように、心臓を撮像する際に患者にスペクトル選択抑制パルスを印加する工程として定義され、患者の冠状動脈の画像を再構成する工程を更に含んでおり、再構成された画像は、脂肪を抑制すると同時に冠状動脈内の血液と冠状動脈の周囲の心筋との間のコントラストを強調する。
【００３６】
本発明のＭＲＩ装置のコンピュータは又、好ましい実施例では、心臓血管内の血液と、心臓血管の周囲に位置する心筋組織との間の磁化移動コントラストを生じながら心臓血管の周囲の関連する脂肪を抑制することにより、ＭＲＩにおける心臓血管の見易さを向上させ、これにより、冠状動脈のＭＲアンジオグラフィ画像を形成する。更に、好ましい実施例では、コンピュータは、患者の冠状動脈のＭＲ画像を取得するように、患者の冠状動脈にスペクトル選択抑制パルスを印加し、患者の冠状動脈の画像を再構成するようにプログラムされており、得られる再構成画像は、脂肪を適度に抑制すると同時に冠状動脈内の血液と冠状動脈の周囲に位置する心筋組織との間のコントラストを強調する。
【００３７】
好ましい実施例によって本発明を記載したが、明確に述べた以外の均等構成、代替構成及び改変が可能であり、これらは特許請求の範囲内に含まれているものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と共に用いられるＮＭＲイメージング・システムの概略的なブロック図である。
【図２】本発明によるスペクトル選択抑制パルスのグラフである。
【図３】図２のスペクトル選択抑制パルスの周波数応答のグラフである。
【図４】図１のＮＭＲイメージング・システムから取得され、図２に従ったＲＦパルスを用いてファントムから受け取られた３つの組織種別の飽和をＲＦ抑制パルスのフリップ角の関数として示すグラフである。
【図５】図４と同様にして取得された３つの組織種別の飽和を周波数オフセットの関数として示すグラフである。
【図６】図１のＮＭＲイメージング・システムから取得され、図２に従ったＲＦパルスを用いて人間の被検体から受け取られた２つの組織種別の飽和をＲＦ抑制フリップ角の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
８  核磁気共鳴イメージング・システム
３４  マグネット
３６  ＲＦ送受信器システム
５０  スペクトル選択抑制パルス
５２、５４  移行部勾配
５６  スペクトル選択抑制パルスの周波数応答
５８、６４  寒天
６０、６６  脂肪
６２、６８  ＣｕＳＯ4 混入水
７０  筋肉
７２  脂肪髄
【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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