(57)【要約】【課題】検査領域内の磁気共鳴緩和パラメータを空間分解して決定をする高速方法を提供する。【解決手段】先ず、プリパレーションパルスが検査領域内に照射される。縦磁化の緩和中に少なくとも２つの異なる反転時間で高速の磁気共鳴シーケンスにより空間エンコードされた磁気共鳴信号が取得される。各反転時間で磁気共鳴信号から画像データセットが再構成され、それらの画像データセットが弾性的にレジストレーションされる。レジストレーションされた画像データセットから磁気共鳴緩和パラメータの値が位置正しく決定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査領域内の磁気共鳴緩和パラメータを高速で空間分解して決定する方法であって、
検査領域内にプリパレーションパルス（２６）が照射されるステップと、
縦磁化の緩和中に少なくとも２つの異なる反転時間（ＴＩ1，ＴＩ2，…）で、空間エンコードされた磁気共鳴信号が高速の磁気共鳴シーケンスにより取得されるステップと、
各反転時間（ＴＩ1，ＴＩ2，…）で磁気共鳴信号から画像データセット（３０，３１，３２，…）が再構成されるステップと、
少なくとも２つの画像データセットの弾性レジストレーション（５０）が行われるステップと、
レジストレーションされた画像データセット（４０，４１，４２，…）から磁気共鳴緩和パラメータの値が位置正しく決定されるステップと
を有する検査領域内の磁気共鳴緩和パラメータを高速で空間分解して決定する方法。
【請求項２】
プリパレーションパルスが反転パルス（２６）であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
プリパレーションパルスが飽和パルスであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
磁気共鳴緩和パラメータが縦緩和定数Ｔ1であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
磁気共鳴緩和パラメータが横緩和定数Ｔ2であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項６】
高速の磁気共鳴シーケンスがグラジエントエコーシーケンスとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
グラジエントエコーシーケンスがＴｒｕｅＦＩＳＰシーケンスであることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
磁気共鳴信号の取得が１つの心サイクル（ｔcard）内において行われることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも２つの画像データセットに対するレジストレーションが複数の合成評価画像データセットにより行われ、個々の合成評価画像データセットはそれぞれの画像データセットから反復法により決定されることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項１０】
各心サイクルで相次いで磁気共鳴緩和パラメータマップが作成され、これらのマップが順番にリアルタイムＴ1マッピングとして表示されることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
各反転時間についての画像データセットが互いにレジストレーションされ、各反転時間について磁気共鳴緩和パラメータの値が位置正しく決定されることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１２】
付加的に、個々の心時相について、予め与えられた目標コントラストを再現する合成画像データセットが発生されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
個々の反転時間で磁気共鳴パラメータが対応する画像データセットと一緒に表示されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１４】
磁気共鳴パラメータが画像データに重ね合わされて表示されることを特徴とする請求項１０乃至１３の１つに記載の方法。
【請求項１５】
磁気共鳴緩和パラメータの位置正しく決定された値から磁気共鳴緩和パラメータマップが作成されることを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査領域内の例えば縦緩和定数Ｔ1および横緩和定数Ｔ2のような磁気共鳴緩和パラメータを高速で空間分解して決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用磁気共鳴画像化は、診断において、高い軟部コントラストにより特にさまざまの組織の撮像に適し、あるいは組織状態の画像表示にも適している。縦緩和定数Ｔ1又は横緩和定数Ｔ2のような磁気共鳴緩和パラメータ値を空間分解して決定することは、医用磁気共鳴技術において付加的に重要な価値を持つ。何故ならば、それによりさまざまな組織の診断ができ、あるいは病的な組織変化の診断もできるからである。空間分解してかつ定量的に決定した緩和パラメータは、パラメータマップとして表示され、従って診断時の直観的な補助手段となる。
【０００３】
特に心臓組織の病気を診断する際には、緩和パラメータを決定する定量的な方法がますます重要になる。この関係で縦緩和定数Ｔ1の定量的な決定が重要になった。
【０００４】
勿論、心臓運動および呼吸運動に制約された心臓組織のＴ1定数の決定は、大きな挑戦である。それは、心臓組織において造影剤投与前に典型的に存在するような長いＴ1緩和定数の場合に更に一層困難になる。データ取得技術に関係なく、不規則な心サイクルおよび呼吸サイクルも、Ｔ1定数を決定する際の更に別の障害である。これは、Ｔ1定数を正確に定量化するために縦磁化が既知でなければならないからである。繰り返し時間が短すぎる場合、新たな励起の前に縦磁化が完全には初期状態に戻っていない。その際、心拍数同期式データ取得の場合にもう一度心拍数を加えて決定した実際の繰り返し時間を付加的に考慮しなければならない。
【０００５】
心臓組織におけるＴ1定量化のための公知の方法は、複数の心周期に亘る息止め相において磁気共鳴データが検出される。心拍動によってトリガーされる複数の反転パルスが描出すべき領域に照射され、それらの反転パルスにはそれぞれ縦磁化の取得時相および回復時相が続く。
【０００６】
非特許文献１には、異なる反転時間を有する磁気共鳴データを得るために特殊な互いに入り組んだ取得パターンが用いられる方法（ＭＯＬＬＩ法）が記載されている。その取得パターンは心拍動によってトリガーされるので、データは常に同一の心臓時相、即ち同一の心臓運動状態から得られる。
【０００７】
ＭＯＬＬＩ法における特別なデータ取得パターンによって心臓運動に起因する運動アーチファクトが大幅に回避できるのに、被検査患者がデータ取得中に完全に息を止めなければ、なおも運動アーチファクト（モーションアーチファクト）が発生する。運動アーチファクトはＴ1定数の正確な決定を妨害する。何故ならば、そのために同一のボクセル（画像データとしては“ピクセル”）から緩和中に少なくとも２つの測定値が異なる時間で取得されなければならないからである。
【０００８】
心臓組織のＴ1マッピングの際におけるＭＯＬＬＩ法で取得されたデータの運動補正方法が非特許文献２に記載されている。そこに記載された運動補正は、最初に取得された画像と類似のコントラストを有する合成画像の評価を基礎としている。緩和および運動に基づいて変化する画像コントラストが共通な評価課題として公式化される。反復法と初期のＴ1評価（Ｔ1開始値）とにより、一連の運動補正された合成反転回復画像（ＩＲ画像）が生成される。Ｔ1の最初の評価値により各反転時間について合成画像が算出される。合成画像は全て規定の呼吸位置にあって、最初に測定された画像と類似のコントラストを持つ。従ってそれらの合成画像は強度を基礎とする画像レジストレーションに適している。この方法は呼吸運動を補正するために開示されている。
【０００９】
緩和パラメータ、特に拍動する心臓における緩和パラメータを空間分解して決定するための従来公知の方法は、複数の心拍動に亘って行われ、従って相対的に長い測定時間を必要とする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】2004年に刊行されたMagnetic Resonance in Medicine 52の第141-146 頁のDaniel R.Messroghli等共著による刊行物"Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) for High-Resolution T1 Mapping of the Heart"
【非特許文献２】2011年8月29日にMagnetic Resonance in Medicineでオンライン刊行されたHui Xue等共著による刊行物“Motion Correction for Myocardial T1 Mapping Using Image Registration with Synthetic Image Estimation”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、検査領域内の緩和パラメータを空間分解して決定する高速方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、本発明によれば、請求項１記載の特徴を有する方法によって解決される。請求項１によれば、検査領域にプリパレーションパルスが照射される。縦磁化の緩和中に少なくとも２つの異なる反転時間で空間エンコードされた磁気共鳴信号が高速の磁気共鳴シーケンスにより取得される。各反転時間で磁気共鳴信号から画像データセットが再構成される。再構成された画像データセットが互いに弾性的にレジストレーションされ、レジストレーションされた画像データセットから緩和パラメータが位置正しく決定される。
【００１３】
本発明は、検査領域内の個々の位置で磁気共鳴緩和パラメータの値を決定することを可能にするために、検査領域内の大きなゆがみにも拘わらず、運動補正をなおも十分に正確に実施することができるという意外な認識に基づいている。
【００１４】
有利な実施形態では、プリパレーションパルスとして反転パルスが使用される。反転パルスは平衡磁化を反対方向に傾ける。それにより緩和中に後続の磁気共鳴信号検出のために大きなダイナミックレンジを使用することができる。
【００１５】
別の有利な実施形態では、プリパレーションパルスとして飽和パルスが検査領域に照射される。それにより、各プリパレーションパルスの後には緩和のために同じ開始値が存在する。それにより、先行するプリパレーションの後の異なる待機時間に起因する画像アーチファクト又は定量化の際の誤った結果が回避される。
【００１６】
本発明は、磁気共鳴データ又は画像をいわば連続的に心サイクルに亘って取得することを可能にする。ＭＯＬＬＩ法の場合のような１つの特定の心時相における取得の特殊な位置決めは旧式となる。そのようにして取得された磁気共鳴データは、更に、異なる反転時間で得られた画像データの後続のレジストレーションにより心臓運動を補正することによって、後処理を施される。
【００１７】
更に、いわゆるシングルショット撮像技術において、例えば反復再構成法、並列撮像法、ラジアルスキャン法等の高速化された撮像技術を使用すると有利である。それにより、同様に、撮像中の可変の心拍数に起因した運動アーチファクトを補償することができる。
【００１８】
心臓撮像の場合、特に診断用のいわゆるＴ1マッピングが有用である。遅延ガドリニウム造影技術において、縦緩和時間Ｔ1は心臓組織の損傷に対する尺度である。
【００１９】
高速測定の場合に、磁気共鳴データを分割して取得する、即ち複数の心拍動に亘って合わせて取得するのではなくて、むしろ１つの心拍動のみで取得することができる。本発明における別の有利なこの実施形態では、各心サイクルで相次いで磁気共鳴緩和パラメータマップが生成され、これらのマップが順番に「リアルタイムＴ1マッピング」として表示される。検査領域に長いＴ1定数が存在する場合、ほんの２、３個の心サイクルで十分である。
【００２０】
更に、有利であるのは、データ取得ウィンドウの開始点を心サイクル内において僅かな心臓運動しか持たない時相に置くことができる点である。従って、特に重要な磁気共鳴データが心拡張期の短い反転時間において取得され、心臓運動による影響ができるだけ少なくされる。付加的に、不十分な運動補正のために誤りとみなされる磁気共鳴データは後処理時に無視することもできる。このための基準は、心時相情報にも運動補正法自体にも由来し得る。
【００２１】
各心時相について個別に画像データセットが互いにレジストレーションされ、各心時相について磁気共鳴緩和パラメータの値が位置正しく決定される他の有利な実施形態では、拡張された診断可能性が得られる。従って、各心時相についてＴ1マップが存在する。この「拍動するＴ1マップ」は、基準Ｔ1マップのコントラストを有するシネ表示として、Ｔ1マップの時間的変化を示す。このシネ表示が情報内容に関して静止Ｔ1マップよりも優れているのは、例えば、変化する壁厚や心サイクルを超える運動に起因してさまざまに部分容積効果によって悪影響を受ける心臓壁周縁ピクセルからＴ1値の解明を目指す場合である。
【００２２】
格別に有利な実施形態では、拍動する心臓の解剖学的構造に重ね合わされるＴ1マップ列を作成するために、「レジストレーション心時相」からの空間分解された緩和定数と、レジストレーションステップからの心臓運動に関する情報とが使用される。即ちいわば、個々の測定された運動状態から「レジストレーション心時相」にどのようにして到達するかという計算規則の逆が使用される。「レジストレーション心時相」とは、画像補正により他の全ての心時相に惹き起こされた心臓の運動状態であると考えるべきである。
【００２３】
異なる心時相のデータのレジストレーションの更なる結果は、実際に任意のあらゆる心時相の個々の合成ＴＩ画像の提供であり、例えば心拡張期および心収縮期のＴＩ画像対比の提供である。その背後には、例えば遅延ガドリニウム造影法における血液零通過のような病理判断にとって特定の反転時間ＴＩにおける画像が有利であり、従って、その遅延ガドリニウム造影法によって、このコントラストを直接測定してしまうことなくいわば合成して心サイクル全体に亘って発生させ得る可能性が存在するという考察がある。
【００２４】
一般的に、ＴｒｕｅＦＩＳＰシーケンスにより取得されて定量化された値は、自由緩和の実際の値と相違する。ＴｒｕｅＦＩＳＰシーケンスは、Ｔ1およびＴ2に依存した混合コントラストを有する。そのようにして決定される混合コントラストは、例えばPeter Schmitt等共著による論文"Inversion Recovery TrueFISP: Quantification of T1, T2, and Spin Density"に記載された方法に従って補正することができる。この論文は2004年に発行されたMagnetic Resonance in Medicine 51の第661-667頁に掲載されている。この論文には、混合コントラストから正味のＴ1定数も正味のＴ2定数も決定できることが示されている。従って、Ｔ2マップ、つまり空間分解されたＴ2値も決定して表示することができる。磁気共鳴データから純粋なプロトン密度マップも作成することができる。
【００２５】
本発明を適用した場合の他の利点は、空間分解されたＴ1値から、健全な組織が最小信号を放出する反転時間を再び算出できることによってもたらされる。最適反転時間とも称せられるこの反転時間は、遅延ガドリニウム造影法（ＬＧＥ法）との関連において重要である。それゆえ、通常はセグメント化された反転回復シネシーケンスとして構成されているＴＩスカウト測定の使用を省略することができる。
【００２６】
本発明の他の利点および実施形態は、以下に３つの図に基づいて説明する本発明の実施例により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本発明を実施するための診断用磁気共鳴装置の主要な機能ユニットを示す概略図である。
【図２】図２はシーケンスパターンの実施形態を示すタイムチャートである。
【図３】図３は弾性レジストレーションを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１には、磁気共鳴緩和パラメータマップを作成することができる診断用磁気共鳴装置が概略的に示されている。磁気共鳴緩和パラメータマップは、検査領域における磁気共鳴緩和定数の値の局所的な分布を位置正しく示す。心臓におけるいわゆる遅延ガドリニウム造影検査法（ＬＧＥ検査法）では、特に縦緩和定数Ｔ1の局所的な分布に関心がある。
【００２９】
磁気共鳴装置は分極磁場Ｂ0を発生するための磁石１０を有し、寝台１１上に横たわる被検者１２が磁石１０の中心部に移動させられ、そこで空間エンコードされた磁気共鳴信号が検査領域から取得される。高周波パルス列の照射および磁場勾配のスィッチング（切換え）によって、分極磁場Ｂ0により発生させられた磁化が傾斜させられる。傾斜させられた磁化が図示されていない受信コイル中に磁気共鳴信号を誘導する。さまざまの取得シーケンスを用いて磁気共鳴信号を生成するための一般的な動作態様は専門家にとって原理的に知られているので、個々の装置構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３０】
更に、磁気共鳴装置は、磁気共鳴装置を制御するために使用される中央の制御ユニット１３を有し、この制御ユニット１３は、高周波制御ユニット１４と、磁場勾配制御ユニット１５と、シーケンス制御ユニット１６とを有する。そのシーケンス制御ユニットは、照射される高周波パルスの順序および磁場勾配のスイッチングを、所望の信号コントラストおよび設定された取得シーケンスに関係して制御する。画像コンピュータ１７は、検出された磁気共鳴信号から、一般的に知られている如く、検査対象の磁気共鳴画像又は、例えばＴ1緩和定数の局所的分布のような空間分解された種々の特性を算出する。その解剖学的情報およびその特性が位置正しく磁気共鳴装置の表示ユニット１８に表示される。その際に磁気共鳴装置は操作ユニット１９を介して操作者によって制御可能である。
【００３１】
Ｔ1緩和定数は、相応の高周波励起による偏向後の縦磁化の緩和を表す。縦磁化が平衡磁化に対抗する姿勢に傾けられるように高周波励起が行われる場合には、反転パルスあるいは１８０°パルスとも称する。反転パルスにより、後続の撮像シーケンスのための磁化の準備が行われる。
【００３２】
図２は、Ｔ1緩和定数の値を定量化する際に使用される本発明に応じたパルスパターンの実施例を示す。図２は上側の線図２０と下側の線図２２とに分けられている。下側の線図はＱＲＳ群２４によって表される心臓活動の時間的経過を示す。個々のＱＲＳ群２４間の間隔は心周期つまり心サイクルｔcardを表している。上側の線図２０は、励起後の縦磁化の緩和中における空間エンコードされた磁気共鳴信号の取得の時点を、時間上に例示する。磁気共鳴の緩和パラメータＴ1を高速で空間分解して決定する方法は、検査領域、つまりここでは心臓内の描出すべきスライスへの１８０°高周波パルスつまり反転パルス２６の照射から始まる。この時点は、上側の線図２０において、検査領域内の縦方向の平衡磁化ＭZ0が逆方向−ＭZ0へ反転することによって認識することができる。縦磁化は、その反転後に縦緩和定数Ｔ1にともなって再び平衡状態に戻る。緩和過程は反転回復（Inversion Recovery）とも呼ばれ、指数関数に従って経過する。その緩和経過は、上側の線図２０に符号２８によって示されている。反転時間ＴＩ1で高速撮像シーケンスにより第１の空間エンコードされた磁気共鳴信号が取得され、これらの磁気共鳴信号から励起されたスライスの画像データセットが再構成される。高速撮像シーケンスとしては、特にグラジエントエコーシーケンス、例えばシングルショットＴｒｕｅＦＩＳＰシーケンスが適している。例えば８ｍｍのスライス厚の場合に、約２×２ｍｍ2の分解能が得られる。その際にエコー時間ＴＥは例えば１ｍｓであり、繰り返し時間は例えば２．３ｍｓである。高速撮像シーケンスは反転時間ＴＩ2，ＴＩ3，…，ＴＩ10で繰り返される。各反転時間ＴＩ1〜ＴＩ10で対応する磁気共鳴信号から画像データセットが再構成される。従って、１０個の磁気共鳴画像が、異なる縦磁化に基づいて、異なる心時相で異なるコントラストにて存在する。図２では、更に磁気共鳴信号が反転時間ＴＩ5およびＴＩ6で強い心臓運動の領域において取得されることも認識することができる。これらの磁気共鳴信号は拒否することができる。何故ならば、そのようにしてもなおも十分に、磁気共鳴データつまり画像データをＴ1緩和定数の定量化のために使用することができるからである。
【００３３】
反転パルスはＥＣＧ信号によりトリガーされて開始されるとよい。遅延時間ＴＤは使用者によって設定可能である。それにより使用者は心サイクル内での取得ウィンドウ、特に取得ウィンドウの開始点を確定する。取得ウィンドウは、重要なデータの取得が僅かな心臓運動しか持たない時相で行われるように設けられるのが有利である。
【００３４】
上述の如き反転パルス２６の代わりに、飽和パルスが検査領域内に照射されてもよい。その際には指数関数に従う緩和は−ＭZ0からではなくて、零から始まる。
【００３５】
図３により個々の反転時間ＴＩ1〜ＴＩ10で再構成された画像データセット３０〜３９の後処理ついて説明する。個々の画像データセット３０〜３９の間における異なるコントラストのほかに、心臓運動に起因するゆがみが存在する。これらのゆがみは、ピクセルごとの評価の前に、個々の画像データセット３０〜３９の弾性レジストレーションによる運動補正５０を必要とする。適切な運動補正方法は、冒頭で既に挙げた非特許文献２に記載されている。この方法は、複数の合成評価画像により、各ピクセルについてＴ1の初期評価値から出発して反復法によりエネルギー関数を最小化することによって、運動補正された画像４０〜４９を生成する。運動補正５０が基準として予め与えられた心時相に適用される。模範的に、ここでは反転時間ＴＩ1において存在する心時相に全ての画像データセット３０〜３９がレジストレーションされる。従って、運動補正された画像データセット４０〜４９が縦緩和定数Ｔ1の定量化のために出力される。定量化自体は、ＦＩＴ法５１により行われ、この場合には全ての運動補正された画像データセット４０〜４９に対して誤差が最小であるように決定される振幅および緩和定数Ｔ1なるパラメータを有する指数関数が基礎とされる。縦緩和定数Ｔ1の定量化のために、少なくとも２つの異なる画像データセット、例えば運動補正された画像データセット４０および４９が必要である。しかし、誤差最小化のためには、運動補正された２つよりも多い異なる画像データセットから定量化したほうがよい。
【００３６】
他の基準心時相、例えば反転時間ＴＩ2，ＴＩ3等での心時相にも運動補正を適用する場合、これらの反転時間ＴＩ1，ＴＩ2，ＴＩ3等についていわゆるシネ画像を作成するとよく、シネ画像によりＴ1値の変化に基づいた運動スタディの様式で心臓運動を表示することができる。
【００３７】
全ての重要な磁気共鳴信号を１つの心時相又は複数の最少の心時相で取得するために、リアルタイムＴ1マッピングつまりリアルタイムでのＴ1マップを作成して表示することも考えられる。
【００３８】
前述の方法に従ってＴｒｕｅＦＩＳＰシーケンスにより決定される緩和パラメータの精度は、適用されたフリップ角、エコー時間ＴＥおよび繰り返し時間ＴＲの緩和に対する影響を考慮することによって、更に改善することができる。好適な補正法は、2004年に発行されたMagnetic Resonance in Medicine 51の第661-667頁のPeter Schmitt等共著による論文"Inversion Recovery TrueFISP: Quantification of T1, T2, and Spin Density"に記載されている。
【００３９】
本発明の前述の実施例により、短い息止め時間しか必要としない高速のデータ取得が可能である。この方法は、場合によっては自由呼吸のもとでデータ取得を行い得る能力も有する。データ取得ウィンドウがほぼ１つの心周期にしか延びていないので、データ取得は心臓リズムの乱れにも敏感でない。
【符号の説明】
【００４０】
１０              磁石
１１              寝台
１２              被検体
１３              制御ユニット
１４              高周波制御ユニット
１５              磁場勾配制御ユニット
１６              シーケンス制御ユニット
１７              画像コンピュータ
１８              表示ユニット
１９              操作ユニット
２０              線図
２２              線図
２４              ＱＲＳ群
２６              反転パルス
２８              緩和経過
３０〜３９        再構成された画像データセット
４０〜４９        運動補正された画像データセット
５０              運動補正
５１              ＦＩＴ法
【図１】
2013223724.tif 000003
【図２】
2013223724.tif 000004
【図３】
2013223724.tif 000005