(57)【要約】  本発明は、ＭＲ装置の検査ボリューム内に位置している患者の身体の少なくとも一部のＭＲイメージング方法に関する。本発明の目的は、ＣＥＳＴコントラスト改善イメージングを改善することである。本発明の方法は、ａ）ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数に適合された少なくとも１つの周波数選択的飽和ＲＦパルスに対して身体の一部を影響下に置くことにより患者に投与されたＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの核磁化を飽和させるステップと、ｂ）少なくとも１つのＲＦパルス及び切り換えられる磁界勾配を有するＭＲイメージングシーケンスに対して身体の一部を影響下に置くことにより、身体の水プロトンの少なくとも１つのＭＲ信号を生成するステップと、ｃ）身体から少なくとも１つのＭＲ信号を取得してサンプリングするステップと、ｄ）ＭＲイメージングシーケンスのパラメータの変化の下で複数回、ステップａ）乃至ｃ）を繰り返すステップであって、ＭＲ信号は、飽和構築期間中に、即ち、ＣＥＳＴ効果の定常状態が得られる前に、取得されてサンプリングされる、ステップと、ｅ）取得されてサンプリングされたＭＲ信号からプロトン密度重み付けされたＣＥＳＴコントラスト改善ＭＲ画像を再構成するステップと、を有する。
2012513239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲ装置の検査ボリューム内に位置している患者の身体の少なくとも一部のＭＲイメージング方法であって：
ａ）少なくとも１つの周波数選択的飽和ＲＦパルスにして前記身体の前記一部を影響下に置くことにより前記患者の投与されたＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの核磁気を飽和させるステップであって、飽和期間、即ち、前記周波数選択的飽和ＲＦパルスの持続時間又は周波数選択的飽和ＲＦパルス列の持続時間は、０飽和から始まるフルＣＥＳＴ効果を構築するのに必要な時間より短い、ステップ；
ｂ）少なくとも１つのＲＦパルス及び切り換えられる磁界勾配を有するＭＲイメージングシーケンスに対して前記身体の前記一部を影響下に置くことにより、前記身体の水プロトンの少なくとも１つのＭＲ信号を生成するステップ；
ｃ）前記身体から前記少なくとも１つのＭＲ信号を生成するステップ；
ｄ）前記ＭＲイメージングシーケンスのパラメータの変化の下で複数回、前記ステップａ）乃至ｃ）を繰り返すステップであって、ＭＲ信号は、飽和構築期間中に、即ち、前記ＣＥＳＴ効果の定常状態が得られる前に、取得されてサンプリングされる、ステップ；
ｅ）前記取得されてサンプリングされたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成するステップ；
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記ステップｂ）における前記ＭＲイメージングシーケンスの前記持続時間は、前記ステップａ）における次の飽和ＲＦパルスの照射まで、前記ステップａ）乃至ｃ）の前のサイクル中に構築された前記ＣＥＳＴ効果は少なくとも一部が損なわれていない、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記ステップｂ）の前記ＭＲイメージングシーケンスの前記持続時間は、前記ステップａ）における前記飽和ＲＦパルスの前記持続時間より短い、方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記飽和ＲＦパルスの前記持続時間は１乃至１０００ｍｓｅｃであり、好適には、２乃至２００ｍｓｅｃである、方法。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記ＭＲイメージングシーケンスは１乃至１０００ｍｓｅｃであり、好適には、１乃至５０ｍｓｅｃである、方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法であって、前記ＭＲイメージングシーケンスは勾配バランス化シーケンスである、方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法であって、前記ＭＲイメージングシーケンスは勾配エコーシーケンスであり、好適には、ＥＰＩシーケンスである、方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法であって、前記ステップａ）乃至ｃ）の繰り返し回数は、ＣＥＳＴ効果の定常状態が得られるように選択される、方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法であって、ｋ空間は、ｋ空間の周辺部分がより低いＣＥＳＴコントラスト改善においてサンプリングされる一方、ｋ空間の中央部分がより高いＣＥＳＴコントラスト改善においてサンプリングされるように、前記ステップａ）乃至ｃ）の繰り返し中にサンプリングされる、方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法であって、前記飽和ＲＦパルスは非矩形形状パルス又は周波数掃引パルスである、方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法であって、前記ステップａ）乃至ｃ）の繰り返し回数を有する基準走査であって、前記周波数選択的飽和ＲＦパルスの前記周波数は、前記ＣＥＳＴ造影剤の前記交換可能プロトンの前記ＭＲ周波数とは異なる周波数において設定される、基準走査を更に有する、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、先記基準走査中に取得されてサンプリングされたＭＲ信号と、前記ＣＥＳＴ造影剤の前記交換可能プロトンの前記ＭＲ周波数における周波数選択的飽和の下で、取得されてサンプリングされた前記ＭＲ信号とが、前記ステップｅ）において互いから減算される、方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法を実行するＭＲ装置であって、前記ＭＲ装置は、検査ボリューム内の一様で安定した磁界を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、前記検査ボリューム内の異なる空間方向に切り換えられる磁界勾配を生成する複数の勾配コイルと、前記検査ボリューム内でＲＦパルスを生成し、前記検査ボリューム内に位置している患者の身体からのＭＲ信号を受信する少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り換えられる時間勾配の時間的継続性を制御する制御ユニットと、前記ＭＲ装置が下記ステップａ）乃至ｅ）を実行するように備えられている再構成ユニット及び視覚化ユニットと、を有する方法であって、該ステップａ）乃至ｅ）は：
ａ）前記患者の前記身体の方に少なくとも１つの周波数選択的飽和ＲＦパルスを前記ＲＦコイルを介して放射することにより前記患者に投与されたＣＥＳＴ増影剤の交換可能プロトンの核磁気を飽和させるステップであって、前記飽和ＲＦパルスは、前記ＣＥＳＴ増影剤の前記交換可能プロトンの前記ＭＲ周波数に適合させ、前記飽和期間、即ち、前記周波数選択的飽和ＲＦパルスの持続時間又は周波数選択的飽和ＲＦパルス列の持続時間は、０飽和から開始するフルＣＥＳＴ効果を構築するのに必要な時間より短い、ステップ；
ｂ）少なくとも１つのＲＦパルス及び切り換えられる磁界勾配を有するＭＲイメージングシーケンスに対して前記身体を影響下に置くことにより前記身体の水プロトンの少なくとも１つのＭＲ信号を生成するステップ；
ｃ）前記ＲＦコイルを介して前記身体から前記少なくとも１つのＭＲ信号を取得するステップ；
ｄ）前記ＭＲイメージングシーケンスのパラメータの変化の下で、前記ステップａ）乃至ｃ）を複数回繰り返すステップであって、ＭＲ信号は、飽和構築期間中に、即ち、前記ＣＥＳＴ効果の定常状態が得られる前に、取得される、ステップ；並びに
ｅ）前記取得されたＭＲ信号から前記再構成ユニットによりＭＲ画像を再構成し、前記視覚化ユニットを介して前記再構成されたＭＲ画像を表示するステップ；
を有する、ＭＲ装置。
【請求項１４】
ＭＲ装置において実行されるコンピュータプログラムであって：
ａ）ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数に適合された少なくとも１つの周波数選択的飽和ＲＦパルスを生成する命令であって、飽和期間、即ち、前記周波数選択的飽和ＲＦパルスの持続時間及び周波数選択的飽和ＲＦパルス列の持続時間は、０飽和から開始するときに、フルＣＥＳＴ効果を構築するのに必要な時間より短い、命令；
ｂ）少なくとも１つのＲＦパルス及び切り換えられる磁界勾配を有するＭＲイメージングシーケンスを生成する命令；
ｃ）少なくとも１つのＭＲ信号を記録する命令； 
ｄ）前記ＭＲイメージングシーケンスの変化の下で前記ステップａ）乃至ｃ）を複数回繰り返す命令であって、ＭＲ信号は、飽和構築期間中に、即ち、前記ＣＥＳＴ効果の定常状態が得られる前に、取得される、命令；並びに
ｅ）前記記録されたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する命令
を有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングの分野に関する。本発明は、ＭＲ装置の検査ボリューム内に位置付けられた患者の身体の少なくとも一部のＭＲイメージングの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元画像又は三次元画像を形成するように磁場と各スピンとの間の相互作用を利用する画像形成ＭＲ方法は今日、特に医療診療分野で広く用いられていて、イオン化放射線を必要とせず、通常侵襲的でないために、柔らかい組織について、多くの点で地のイメージング方法に比べて優れている。
【０００３】
一般に、ＭＲ方法に従って、検査される患者の身体は強く、一様な磁界内に配置され、その磁界の方向は、その測定が基づいている座標系の軸を規定する。その磁界は、規定された周波数の交番電磁界（ＲＦ電磁界）の適用により励起されることが可能である磁界強度に依存する個々の核スピン（スピン共鳴）について、異なるエネルギーレベルを生成する。巨視的な観点から、個々の核スピンの分布は、適切な周波数の電磁パルス（ＲＦパルス）の適用により平衡状態から偏向され得る総合的な磁化を生成する一方、磁界がｚ軸に対して垂直に広がっていて、故に、その磁化は、ｚ軸の周囲で歳差連動を実行する。その歳差運動は錐体の表面を描き、その歳差運動のアパーチャの角度はフリップ角と称されている。フリップ角の大きさは、適用される電磁パルスの強度及び持続時間に依存する。所謂９０°パルスの場合、それらのスピンは、ｚ軸から横断面に偏向される（フリップ角９０°）。
【０００４】
ＲＦパルスの終了後、磁化はオリジナルの平衡状態に戻って緩和され、その平衡状態において、ｚ方向の磁化が第１時定数Ｔ１（スピン格子又は縦方向緩和時間）により再び構築され、ｚ方向に対して垂直な方向の磁化は、第２時定数Ｔ２（スピン−スピン又は横緩和時間）により緩和される。磁化の変化は、その磁化の変化がｚ軸に対して垂直な方向において測定されるように通例、方向合わせされるコイルにより検出されることが可能である。例えば、同じ位相を有する整えられた状態から全ての方位角が一様に分布されている（ディフュージング）状態への核スピンの遷移（局所的磁界不均一性によりもたらされる）により、９０°パルスの適用後に、横磁化の減衰が得られる。そのディフュージングは、再フォーカシングパルス（例えば、１８０°パルス）により補償されることが可能である。これは、検出コイルにおけるエコー信号（スピンエコー）を生成する。
【０００５】
身体内の空間分解能を実現するように、３つの主軸に沿って延在する線形磁界勾配は一様な磁界に重ね合され、スピン共鳴周波数の線形空間依存性に繋がる。検出コイルにおいて捕捉された信号はその場合、時間領域から周波数領域へのフーリエ変換後に、身体内の異なる位置に関連付けられることが可能である異なる周波数の成分を含む。
【０００６】
ときどき、ＭＲ信号強度における差分、即ち、異なる組織間のコントラストは、満足のいく医療情報を得るには十分でなく、故に、ＭＲ造影剤が用いられる。ＭＲイメージングにおいて造影剤を用いる重要性は益々高まってきている。現在用いられている造影剤は、近接水（ｎｅａｒｂｙ  ｗａｔｅｒ）１Ｈ核（プロトン）の緩和処理に影響し、故に、画像コントラストの局所的変化に繋がる常磁性材料を（典型的には）有する。そのような造影剤は、例えば、健全な組織と病気の組織との間のコントラストを強調するように投与されるＧｄ−ＤＴＰＡ又はＧｄ−ＤＯＴＡである。それらの常磁性造影剤は、フォトンの縦緩和時間又は横緩和時間を減少させる。これは、例えば、Ｔ１重み付けＭＲ画像における正（明）コントラスト又はＴ２重み付けＭＲ画像における負（暗）コントラストを生成するように用いられる。
【０００７】
コントラストの改善をもたらす他の方法については、Ｂａｌａｂａｎ等（米国特許第６，９６２，７６９Ｂ１号明細書を参照されたい）により発表されている。この従来の方法は、ＣＥＳＴ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）に基づいている。このＣＥＳＴ技術を用いる場合、画像コントラストは、水プロトン信号の強度を変えることにより得られる。これは、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ信号を選択的に飽和させることにより達成される。ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数に適合される周波数選択的飽和ＲＦパルスは、この目的で用いられる。交換可能プロトンのＭＲ信号の飽和は、水プロトンとの（化学的又は物理的）交換による、検査を受けている患者の身体内の近接水プロトンのＭＲ信号に実質的に変換され、故に、水プロトンＭＲ信号を減少させる。造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数における選択的飽和は、従って、プロトン密度重み付けＭＲ画像における負コントラスト改善（ＣＥＳＴの影響）をもたらす。バルク水ＭＲ信号及び選択的飽和ＲＦパルスの両方の有限スペクトル幅の結果として、バルク水ＭＲ信号のプロトンの不所望の直接的飽和は、付加的な減衰をもたらす。バルク水ＭＲ信号のスペクトルが対称的である場合、直接的飽和量は、選択的飽和ＲＦパルスの周波数がバルク水ＭＲ信号のスペクトル位置の反対側に設定される基準測定により決定され得る。
【０００８】
ＣＥＳＴ造影剤は、Ｔ１及びＴ２に基づくＭＲ造影剤に対して複数の重要な有利点を有する。ＣＥＳＴ造影剤は、１つの信号マルチ周波数ＣＥＳＴ  ＭＲ検査において別個にアドレス指定され得る交換可能プロトンを坦持する単独の化合物又は複数の化合物の混合物を用いることによる多重化が可能である。これは分子イメージンダのために特に関心がもたれるものであり、マルチバイオマーカーが複数の一意のＣＥＳＴ周波数と関連付けられることが可能である。更に、ＭＲコントラストは、選択的飽和ＲＦパルスにより随意にオン及びオフが切り換えられる。調整可能なコントラスト改善は、例えば、検査されている身体における病気の組織における造影剤の選択的摂取がゆっくりであるときには、多くのアプリケーションにおいてかなり有利である。そのような場合に既存のＴ１及びＴ２造影剤を用いるときには、２つの別個のＭＲ調査が必要とされ、それらの一はコントラスト改善画像の取得のためのものであり、第２の一はバックグラウンド補正のための基準画像を得る（典型的には前日における）ためのものである。ＣＥＳＴを用いる場合、基準画像は、コントラスト改善画像の直前又は直後に得られる。結果的には、単独のＭＲ検査セッションで十分である。後者の有利点は、‘変調ＣＥＳＴ’と呼ばれる技術を更に用いて、利用されることが可能である（国際公開第２００６／１１４７６５Ａ２パンフレットを参照されたい）。変調ＣＥＳＴ検査においては、一連のＭＲ画像は、より長い時間期間中に連続して記録される一方、ＣＥＳＴコントラスト改善は、例えば、選択的飽和ＲＦパルスのパワー又は周波数を変調することにより、所与のプロトコルに従って変調される。これは得られる画像のＣＥＳＴにより生じるコントラストの変調をもたらし、その変調は用いられる変調プロトコルにより補正される。変調ＣＥＳＴ方法は、ＣＥＳＴ  ＭＲイメージングの感度を更に改善する高い可能性を有する。
【０００９】
全ての従来のＣＥＳＴ  ＭＲイメージング技術の短所は、画像データの実際の取得に先立つ選択的飽和はかなり長い時間を要することである（特徴的タイムスケールは１秒のオーダーである）。従って、従来のＣＥＳＴ測定における飽和期間は典型的には、２乃至１５秒である。その場合、飽和期間に続いて直ぐに、（スライス選択的）励起ＲＦパルスが通常、バルク水ＭＲ信号の生成のために適用され、１つ又はそれ以上のＭＲ信号が、例えば、勾配エコー又はスピンエコーとして記録される。イメージングのために用いられるＭＲ信号の取得は典型約には、単に数ミリ秒を有する。最終的には、飽和遅延を０にするように、及びＭＲ画像において不所望のＴ１重み付けコントラスト改善を回避するように、少なくとも２秒の緩和遅延が通常、ＭＲ信号取得の次のサイクルを開始する前に念まれる。結果的に、信号測定の全持続時間は２秒よりかなり長い。殆どの実際（特に、高磁界強度及び比較釣短いＴ２緩和時間）の場合には、複数測定がｋ空間の十分なカバレッジを得るために必要であり、ＣＥＳＴ重み付けＭＲ画像を得るために必要な全時間は比例的に増加する。
【００１０】
複数の理由のために、従来の方法が許容されているのに比べて、かなり高い速度でＣＥＳＴ改善ＭＲ画像を測定することは好ましいことである。これは、薬剤放出をリアルタイムにモニタリングすることを可能にするために、画像ガイド薬剤送達に適用される。更に、高速ＣＥＳＴイメージングは、造影剤の投与直後に、検査を受けている患者の組織におけるＣＥＳＴ造影剤の流入及び流出の動力学の調査を可能にする。そのような動力学は、治療上の処置の効果の及び病気の組織の関連指標である。より高速な測定はまた、高い時間分解能における変調ＣＥＳＴイメージングのために有利である。高速変調ＣＥＳＴイメージングは、ＣＥＳＴ重み付け画像が取得される速度が、例えば、検査を受けている患者の呼吸頻度に比べてかなり高いことが可能であるために、患者の動きによる画像アーティファクトを低減する助けとなる。従って、呼吸運動のための画像アーティファクトは、ＭＲ画像再構成中に、より効率的に抑制されることが可能である。ＣＥＳＴイメージングにおける更なる問題は、実際のＭＲ信号取得に先立つ冗長な飽和期間に関連している。必要な飽和ステップは、複数画像スライスの通常のインターリーブ取得方法を妨げる。イメージング時間は、患者の快適さに悪影響を与える数十分を楽に越えてしまい得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，９６２，７６９Ｂ１号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／１１４７６５Ａ２パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記から、改善されたＣＥＳＴイメージング技術についての要請が存在することが容易に理解できる。従って、本発明の目的は、ＣＥＳＴコントラストが改善された高速ＭＲイメージングを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に従って、以下で、ＭＲ装置の検査において位置付けられている患者の身体の少なくとも一部のＭＲイメージング方法について詳述している。本発明の方法は、次のステップであって、
ａ）ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数に対して適合された周波数選択的飽和ＲＦパルス（周波数選択的飽和ＲＦパルス列）に対して身体の一部を影響下に置くことにより患者に投与されたＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの核磁化を飽和するステップであって、飽和期間、即ち、周波数選択的飽和ＲＦパルス（又は、飽和ＲＦパルス列）の持続時間が、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトン及び／又はバルク水プロトンの磁化の０飽和から開始するときに、フルＣＥＳＴコントラスト改善効果を確立する飽和のために必要な時間より短い、ステップと、
ｂ）少なくとも１つのＲＦパルス及び切り換えられた磁界勾配を有するＭＲイメージングシーケンスに対して身体の一部を影響下に置くことにより身体の水プロトンの少なくとも１つのＭＲ信号を生成するステップと、
ｃ）身体からの少なくとも１つのＭＲ信号を取得してサンプリングするステップと、
ｄ）ＭＲイメージングシーケンスの種々のパラメータ（例えば、位相符号、スライス位置、エコー時間等）の下で複数回、ステップａ）乃至ｃ）を繰り返すステップと、
ｅ）取得されてサンプリンダされたＭＲ信号から（プロトン密度重み付けされた、ＣＥＳＴコントラスト改善された）ＭＲ画像を再構成するステップと、
を有する。
【００１４】
本発明は本質的に、連続的にＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンを飽和させるために提案している一方、単独のＭＲ画像又は（動的な）一連の連続的なＭＲ画像の再構成のために用いられるＭＲ信号の取得は、飽和のために用いられるＲＦ放射線が僅かに中断される短い間隔中に実行される。ＭＲ信号生成及び取得（ステップｂ）及びｃ））のために必要な中断間隔が十分に短い場合には、選択的飽和の連続性が乱されるのは単に最小である。本発明に従って、ステップａ）に適用される周波数選択的飽和ＲＦパルス（又は、飽和ＲＦパルス列）の持続時間は、フルＣＥＳＴコントラスト改善効果を構築するために必要な時間より短い。‘フル’ＣＥＳＴ効果は本質的には、プロトン密度重み付けＭＲ画像において達成可能な最大コントラスト改善である。本発明に従ったステップａ）に適用される飽和ＲＦパルスの振幅は略１μＴ乃至１ｍＴの範囲内にあることが可能である。
【００１５】
飽和を構築するのに必要なステップａ）乃至ｃ）の複数のサイクルの後、実際的なフル飽和（即ち、‘定常状態’ＣＥＳＴ効果）が、前の取得サイクルから各々のＭＲ信号取得ステップにおいて維持される。本発明の本質的な特徴は、飽和期間の持続時間が、０飽和から開始されるときに、完全な飽和を構築するために必要な時間より（かなり）短い（少なくとも五分の一又は十分の一）ことである。従って、本発明に従った、各々のＭＲ信号取得ステップに先立つ飽和のために必要な時間は、従来のＣＥＳＴイメージング方法に比べてかなり短い。本発明の驚くべき効果は、飽和期間の持続時間が従来のＣＥＳＴ方法に比べてかなり短い場合でさえ、殆どフルサイズのＣＥＳＴコントラスト改善効果が得られることである。これは、先立つステップａ）乃至ｃ）のサイクル中に生成された、前に存在する操り返し可能な飽和の再使用によるものである。
【００１６】
上記のように、本発明の方法のステップａ）乃至ｃ）の特定の繰り返しの回数の後に、飽和の定常状態が得られることが判明している。この定常状態においては、完全な飽和又は略完全な飽和（プラトー）が、ＣＥＳＴコントラスト改善について用いられることが可能である。本発明の重要な特徴は、ＣＥＳＴ技術がこの飽和の定常状態に適用されることが可能であることである。各々のＭＲ信号取得ステップに先行する飽和の再構築を待機する必要がないために、イメージング速度のかなりの増加が得られる。
【００１７】
しかしながら、本発明の重要な洞察は、ＭＲ信号取得が飽和構築期間中に、即ち定常状態が得られる前に、既に開始することである。略定常状態ＣＥＳＴ状態になるのに典型的には、２秒以上を要する。本発明の技術の時間的分解能及び速度は、ＭＲイメージングについての最初のＣＥＳＴ測定を用い、定常状態のＣＥＳＴ測定（のみ）を用いないことにより、かなり高くされることが可能である。ＣＥＳＴユントラスト改善がプラトー値にもはや達しないような方式で適用することが、本発明の範囲内で更に可能である。飽和構築曲線の最初の部分のみが測定されることが可能である。本発明の方法により、１分当たり１０回又はそれ以上のＣＥＳＴ測定の時間分解能が、コントラスト対雑音比の些細な減少を犠牲にして、可能である。増加した時間分解能及び速度に付加して、本発明の最初の飽和構築方法は更なる有利点を有する。例えば、定常状態ＣＥＳＴ効果は、Ｔ１にかなり強く依存するとして知られている。ＣＥＴＳコントラスト改善の最初に構築されたレートは、定常状態ＣＥＴＳ効果に比較して、Ｔ１にそれ程依存しない。この理由のために、本発明の最初に構築された方法においては、短いＴ１の緩和時間により組織においてより良好に実行することができることが予測される。更に、本発明の技術は、ＣＥＳＴイメージングにおける１つの主な問題である、バルク水プロトンの直接的飽和に対して有利に、あまり感度が高くないことが判明している。
【００１８】
特に、高速なＭＲイメージング（ＦＬＡＳＨ、ＥＰＩ及びＳＥＮＳＥのような）についての従来の技術との本発明の高速ＣＥＳＴ  ＭＲイメージング方法の組み合わせは、コントラスト改善診断ＭＲイメージングについての強力なツールを構成する。
【００１９】
本発明の好適な実施形態に従って、ステップｂ）におけるＭＲイメージングシーケンスの持続時間は、飽和がステップａ）における実質的飽和ＲＦパルスの照射まで維持するように選択される。上記のように、飽和ステップ及び信号取得ステップの持続時間が適切に選択される場合には、次の飽和が従来のＣＥＳＴ方法におけるように、０から開始する必要がないように、各々のＭＲ信号取得ステップの後に飽和は維持される。好適には、ステップｂ）におけるＭＲイメージングシーケンスの持続時間は、ステップａ）における飽和ＲＦパルスの持続時間より短い。本発明の重要な特徴は、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンが本質的に連続的に飽和にされ、画像生成（ステップｂ）及びｃ））のためのＭＲ信号の生成及び取得が、周波数選択的飽和ＲＦパルスの照射の実質的に短い中断中に行われることである。本発明の方法の好適な実施形態においては、飽和ＲＦパルスの持続時間は１乃至１０００ミリ秒、好適には、２乃至２００ミリ秒である一方、ＭＲイメージングシーケンスの持続時間は１乃至１００ミリ秒、好適には、１乃至５０ミリ秒である。このように、連続的な一連のＣＥＳＴ改善ＭＲ画像は、単に１００ミリ秒又はそれ以下のオーダーの時間分解能で取得されることが可能である（例えば、動的な又は変調されたＣＥＳＴイメージングについて）。
【００２０】
ステップａ）乃至ｃ）を繰り返している間に、バルク水ＭＲ信号の直接的飽和を回避するように、ステップｂ）におけるＭＲ信号の生成のための小さいフリップ角（１乃至１０°）を有するＲＦパルスを用いることは有利である。しかしながら、小さいフリップ角は、本発明の方法の成功裡のアプリケーションのためには本質的ではない。本発明のＣＥＳＴイメージング方法は、‘真のＦＩＳＰ’又は‘バランスが取られたＦＦＥ’ＭＲイメージング方法と組み合わされることも可能である。そのような勾配バランス化ＭＲイメージング技術は、検査される身体の水プロトンのＭＲ信号の不所望の直接的飽和を効率的に回避する助けとなる。
【００２１】
本発明の好適な実施形態に縦って、ｋ空間は、ｋ空間の周辺部分がより低いＣＥＳＴコントラスト改善においてサンプリングされるー方、ｋ空間の中央部分はより高いＣＥＳＴコントラスト改善においてサンプリングされるように、ステップａ）乃至ｃ）の繰り返し中にサンプリングされる。例えば、ｋ空間の周辺部分は、フル飽和が得られる前に、即ち、飽和構築期間中に、ＭＲイメージングシーケンスによりサンプリングされる。最終的に再構築されるＭＲ画像における最適なコントラストを得るように、中央のｋ空間領域は、飽和プラトーに達せられた後に、サンプリングされる。飽和の開始からすぐ外側のｋラインを取得する方法は、ＣＥＳＴ改善ＭＲ画像を生成するかなり高速な方法を可能にする。
【００２２】
本発明の更に好適な実施形態に従って、ステップａ）において照射された周波数選択的飽和ＲＦパルスは非矩形形状パルスである。より短い飽和パルス持続時間（例えば、１００ミリ秒のような）においては、特定の形状のＲＥパルスが、矩形状パルスに比べて周波数選択的に改善され、ステップａ）乃至ｃ）を連続的に繰り返している間に生じ得るバルク水信号の不所望の直接的飽和をより良好に回避することができる。従来の形状のＲＦパルス（ガウシアン、ｓｉｎｃ又は所謂Ｅ−ＢＵＲＰ形状のパルス）が、例えば、１００ミリ秒の矩形状飽和ＲＦパルスの代わりに用いられることが可能である。また、例えば、ＣＨＩＲＰパルスのような周波数掃引選択的飽和ＲＦパルスが用いられることが可能である。そのようなパルスは、それらの二次式の位組挙動のために、不所望の核磁気のコヒーレンスを強く低減する。更に、周波数掃引飽和ＲＦパルスは、比較的短い持続的磁化及び比較的一定のＲＦ振幅を有するＲＦパルスにより狭い励起プロファイルを可能性高く可能にする。結果的には、そのようなパルスは、患者における最小のＲＦパワー預託による選択的飽和を可能性高く可能にする。
【００２３】
本発明の他の好適な実施形態に従って、ステップａ）乃至ｃ）の複数の繰り返しを有する基準走査が与えられ、周波数選択的飽和ＲＦパルスの周波数は、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数と異なる周波数に設定される。バルク水信号及び選択的飽和ＲＦパルスの両方の有限幅の結果として、バルク水信号の直接的飽和は常に、ある程度まで、水信号の付加的な不所望の減衰をもたらす。バルク水信号が対称的なスペクトルを有する場合、選択的ＲＦ飽和パルスの周波数が、例えば、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの共鳴周波数に関連してバルク水信号の反対側において正確に設定される、基準走査により、直接的飽和が決定されることが可能である。更に、基準走査中に取得され、サンプリングされるＭＲ信号、及びＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数において周波数選択的飽和の下で取得され、サンプリングされるＭＲ信号は、ステップｅ）において互いから減算されることが可能である。ＣＥＳＴ改善ＭＲ画像ＭＣＥＳＴの画素強度は、次式に従って演算されることが可能である。
ＭＣＥＳＴ＝１００％＊（Ｍｒ−Ｍｚ）／Ｍ０
ここで、Ｍｚは、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの共鳴周波数において飽和ＲＦパルスが適用された直後に撮像されたＭＲ画像の強度である。Ｍｒは、バルク水信号の反対側に適用される、飽和ＲＦパルスを用いることにより取得された基準画像の強度であり、そしてＭ０は、バルク水信号からの‘無限’距離（例えば、１０ｋＨｚ以上、又は好適には、１００ｋＨｚ以上）に適用される、飽和ＲＦパルスの適用下で取得された基準画像の強度である。Ｍｚ、Ｍｒ及びＭ０は、飽和ＲＦパルスの周波数を交互的に又は周期的に切り換えることにより、ＭＣＥＳＴを演算する目的で連続的に取得されることが可能である。任意に、Ｍ０の測定なしで済ませることが可能であり、Ｍｒは、上記式に従って、ＭＣＥＳＴの演算に代えて用いられることが可能である。
【００２４】
従って、上記の本発明の方法は、検査ボリューム内で一様で安定な磁界を生成する少なくとも１つの主磁石コイルと、検査ボリューム内の異なる空間的方向における切り換えられる磁界勾配の生成のための複数の勾配コイルと、検査ボリューム内でＲＦパルスを生成して、検査ボリューム内に位置付けられる患者の身体からＭＲ信号を受け入れるための少なくとも１つのＲＦコイルと、ＲＦパルス及び切り換えられる磁界勾配の時間的連続性を制御する制御ユニットと、再構成ユニットと、視覚化ユニットと、を有するＭＲ装置により実行されることが可能である。
【００２５】
本発明の方法は、現在の臨床使用における殆どのＭＲ装置で有利に実行されることが可能である。このために、本発明についての上記方法の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用いることは単に必要なことであるに過ぎない。そのコンピュータプログラムは、ＭＲ装置の制御ユニットにおける命令がダウンロードされるようにデータネットワークに存在する又はデータ担体に存在することが可能である。
【００２６】
添付図は本発明の好適な実施形態を開示している。しかしながら、それらの図は単に例示目的のためにデザインされたものであり、本発明の阪定を規定するものではないことが理解される必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の方法を実行するＭＲ装置を示す図である。
【図２】本発明に従ったＣＥＳＴイメージングのための切り換えられる磁界勾配及びＲＦパルスのシーケンスを示す図である。
【図３】ＥＰＩイメージングシーケンスを用いる本発明の方法の代替の実施形態を示す図である。
【図４】飽和のために整形されたＲＦパスルの列を用いる更なる実施形態を示す図である。
【図５】勾配がバランスされたＭＲイメージングシーケンスを用いる更なる実施形態を示す図である。
【図６】本発明に従って構築された飽和を示すように、時間の関数として正規化されたＭＲ画像強度を示す図である。
【図７】本発明に従ってＴｍ（ＩＩＩ）ＨＰＤＯ３Ａを有する感熱性リポゾームの含水懸濁液の一次元ＣＥＳＴイメージングの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１を参照するに、主磁界制御部１０は、実質的に均一な、時間的に一定の主磁界が検査ボリューム１４を通ってｚ軸に沿って生成されるように、超電導主磁石又は常電導主磁石１２を制御する。
【００２９】
磁気共鳴生成及び操作システムは、核磁気スピンを反転する又は励起する、磁気共鳴を誘導する、磁気共鳴を再フォーカシングする、磁気共鳴を操作する、磁気共鳴を空間的に及び別のやり方で符号化する、スピンを飽和する、ＭＲイメージングを実行する等のように、一連のＲＦパルス及び切り換えられる磁界勾配を適用する。
【００３０】
特に、勾配パルス増幅器２０は、検査ボリューム１４のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿って磁界勾配を生成するように全身勾配コイル２２の選択された複数の対のコイルに電流パルスを適用する。ディジタルＲＦ周波数送信器２４は、検査ボリューム１４にＲＦパルスを送信するように全身ＲＦコイル２６にＲＦパルス又はパルスパケットを送信する。典型的なＭＲイメージングシーケンスは、互いに共に要し、何れかの適用される勾配が核磁気共鳴の選択された操作を達成する短い時間期間のパルスセグメントのパケットから成っている。ＲＦパルスは、飽和する、共鳴を励起する、磁化を反転する、共鳴を再フォーカシングする、又は共鳴を操作して、検査ボリューム１４内に位置している検査を受ける患者の身体（図示せず）の一部を選択するように用いられる。全身への適用のために、ＭＲ信号は、全身ＲＦコイル２６により通常、捕捉される。
【００３１】
患者の身体の限定された領域のＭＲ画像の生成のために、局所コイル（図示せず）が通常、選択された領域に連続して位置付けられる。例えば、受信のみの局所ＲＦコイルは、身体コイルＲＦ送信により導入されるＭＲ信号を受信するように用いられることが可能である。
【００３２】
共鳴ＭＲ信号が、全身ＲＦコイル２６又は他の専用ＲＦコイルにより捕捉され、前置増幅器（図示せず）を好適に有する受信器３２により復調される。
【００３３】
ホストコンピュータ４０は、エコープラナーイメージング（Ｅｃｈｏ  ＰＩａｎａｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ（ＥＰＩ））、エコーボリュームイメージング、勾配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等の複数のＭＲイメージングシーケンスの何れかを生成するように勾配パルス増幅器２０及び送信器２４を制御する。データ取得システム４２は、受信された信号のアナログ−ディジタル変換を実行し、更なる処理のために適切なディジタルフォーマットに各々のＭＲデータラインを変換する。現代のＭＲ装置においては、データ取得システム４２は、生画像データの取得において専用化された別個のコンピュータである。
【００３４】
最終的に、ディジタル生画像データは、フーリエ変換又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５０による画像表現に再構成される。ＭＲ画像は、患者を通るプラナースライス、平行プラナースライスアレイ、三次元ボリューム等を表すことが可能である。その画像は、その場合、ホストコンピュータ４０の画橡メモリ５２に記憶され、そのホストコンピュータにおいて、その画像は、例えば、結果として得られるＭＲ画像の人間可読ディスプレイを提供するビデオモニタを介して、視覚化のために適切なフォーマットに画像表現のスライス、投影又は他の部分を変換するためにアクセスされることが可能である。
【００３５】
図２を参照するに、本発明のＣＥＳＴイメージング方法の第１実施形態について説明する。データ読み出しのためのＭＲ信号の各々の生成は、用いられるＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの核磁気を飽和するための短い（１００ミリ秒）周波数選択的飽和ＲＦパルス（１乃至１０μＴの範囲内の磁界振幅）により先行される。短い飽和期間は、０から（略）完全なＣＥＳＴ効果を構築するのに十分でない。しかしながら、そのような期間の一連のＮ（Ｎは、２に等しい又は３より大きい何れかの整数）は、飽和がＭＲ信号飽和ために中断される間隔が十分に短い場合には、従来のＣＥＳＴ技術において用いられる長い周波数選択的飽和ＲＦパルスと同様に作用する。ＭＲ信号の生成並びにＭＲ信号の取得及びサンプリングは、飽和ＲＦパルスの繰り返し照射の間の短い期間中に実行される。図２に示す実施形態においては、クラッシャー勾配ＧＺ、ＧＹ及びＧＸが、飽和ＲＦパルス後に適用される。クラッシャー勾配は、身体の水プロトンの核磁気を励起するためのスライス選択的ＲＦパルスにより後続される。小さいフリップ角（５°）が、水プロトンの直接的飽和を回避するように用いられる。周波数符号化及び位相符号化が、磁界勾配ＧＺ及びＧＸのそれぞれが切り換えられることにより実行される。図２に示すシーケンスは、ＭＲ画像データの完全な集合が得られるまで、位相符号化の変化の下でＮ回、操り返される。
【００３６】
図３を参照するに、図２で用いられるＭＲイメージングシーケンスは、各々の励起ＲＦパルス後に、複数のｋ空間ラインが取得されるＥＰＩシーケンスにより置き換えられる。  図４を参照するに、本発明の技術の更なる実施形態は、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの周波数選択的飽和のためのｎ個（ｎは１に等しい又は２以上の何れかの整数である）の整形されたＲＦパルスの列を用いる。核磁気の不所望のコヒーレンスは、図２及び３に示している飽和のための（略）連読的な波形ＲＦ照射に代えて、整形されたＲＦパルスを用いることにより効果的に回避されることが可能である。繰り返し回数はこの実施形態においては、更に減少されるために、励起ＲＦパルスのフリップ角は、バルク水信号の直接的飽和を回避するように、２°まで更に減少される。
【００３７】
図５を参照するに、図４に示している実施形態は、再び、バルク水信号の直接的飽和を回避するように、十分に勾配バランス化されたバージョンに拡張される。ここで、改善されたコントラスト−雑音比に繋がる励起ＲＦパルスの比較的大きいフリップ角（１０°）が用いられることが可能である。
【００３８】
図６を参照するに、本発明に従って取得された一連のＣＥＳＴ  ＭＲ画像の相対的積分ＭＺ／Ｍ０が、時間の関数として示されている。７２秒において、一連の１２８個のＣＥＳＴ改善ＭＲ画像が取得されている。最初の３２個の画像の集合の間に、１００ミリ秒の持続時間（７８μＴＢ１振幅）の矩形状飽和ＲＦパルスが用いられ、飽和ＲＦパルスの周波数は、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンのＭＲ周波数に適合されている。３２個の画像の各々の後に、飽和ＲＦパルスの周波数は、バルク水ＭＲ信号の反対側においてスペクトルに正維に設定されている（換言すれば、水ラインに対する飽和ＲＦパルスの周波数オフセットの符号は反転されている）。データ取得（３２個のＭＲ画像の４セット）の終了後に、全てのＭＲ画像は、フーリエ変換を用いることにより大きさモードで再構成されている。各々のＭＲ画像の積分ＭＺは各々の画像について演算されている。取得された対応するＭＲ画像の積分Ｍ０により各々の積分値ＭＺが除算されることにより正規化が実行されていて、その圧規化において、飽和周波数オフセットが‘無限に’大きい距離（１００ｋＨｚ）においてバルク水スペクトルラインを引き立たせている。得られた正規化された値ＭＺ／Ｍ０は、時間の関数として図６においてプロットされている。その図から理解できるように、ＭＲ画像強度は、プラトー値が約４ＭＲ画像後に達せられるまで、一連の最初のＭＲ画像においては減少されている。この減少は、ＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトンの最初の飽和構築のためである。そのプラトーは、本発明により用いられる飽和の定常状態を示している。飽和ＲＦパルスの周波数が変化する３２画像（１８秒に対応する）後に、交換可能プロトンはもはや飽和されず、ＭＲ画像強度は平衡値にゆっくり戻る。次いで、更なる１８秒後に、飽和ＲＦパルスの周波数は、交換可能プロトンの周波数に再び戻るように変えられ、ＭＲ画像強度は減少して、前に観測された同じプラトー値に達する。最終的には、更なる１８秒後に、飽和ＲＦパルスの周波数は再び変えられ、ＭＲ画像強度は、それが平衡値に戻るまで、増加する。図６に示している上方プラトー値と下方プラトー値との強度差として演算される相対ＣＥＳＴ効果は約８０％である。このＣＥＳＴ効果の大きさは、同じＣＥＳＴ造影剤Ｅｕ（ＩＩＩ）ＤＯＴＡＭＧｌｙを用いる文献（Ｔｅｒｒｅｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｖｅ  Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，  ３９：２３５−２４３を参照されたい）に記載されている値とよく整合している。これは、本発明の定常状態に基づく方法のＣＥＳＴ効果が従来のＣＥＳＴイメージング方法におけるものと本質的に同じであることを示している。しかしながら、本発明の方法の有利点は、画像取得の速度がかなり高いことである。
【００３９】
本発明に従って、上記のように、ＭＲ信号取得は、飽和構築期間中に、即ち、定常状態が得られる前に、既に開始する。その技術の時間分解能及び速度は、定常状態のＣＥＳＴ測定ばかりでなく、ＭＲイメージングのための最初のＣＥＳＴ測定を用いることにより、高くなる。図７を参照するに、本発明の技術においては、ＣＥＳＴコントラスト改善はもはやプラトー値に達しない、本発明の実施形態を示している。飽和構築曲線の最初の部分のみが測定される。弱い飽和パルスの条件下では、交換可能プロトン信号の瞬時の飽和が、そしてバスク水信号の直接的飽和がない場合には、飽和構築が、次式により表される。
ＭＺ（ｔ）＝Ｍ０［ｋｓ／ｋｅ］ｅｘｐ（−ｋｅｔ）＋１／（ｋｅＴ１）］
ここで、ＭＺ（ｔ）は、飽和期間中のある点におけるＭＲ画像強度であり、Ｍ０は平衡ＭＲ画像であり、ｋｓはＣＥＳＴ造影剤と水との間のプロトン交換速度であり、Ｔ１は、水プロトンの縦緩和時間であり、そしてｋｅ＝ｋｓ＋１／Ｔ１である。ここで、最初の飽和構築速度、即ち、ＩＲ＝ｄ（ＭＺ（ｔ））／ｄｔ］（ｔ→０）は次式により表される。
ｄ（ＭＺ（ｔ））／ｄｔ］（ｔ→０）＝Ｍ０ｋｓ
実際には、その式が有効である条件は完全には満たされないが、その式は、最初の飽和構築速度が本発明に従ったＣＥＳＴコントラスト改善を検出する特に高速な方法として用いられることを示している。これは、図７における実験データにより支持されている。この実施例においては、時間分解能は、１分当たり１６ＣＥＳＴ測定である。
【００４０】
図７Ａ及び７Ｂにおいては、時間の関数としての一連の一次元ＣＥＳＴ重み付け画像の相対積分（ＭＺ／Ｍ０）を示している。画像は、リポソーム内水溶液においてＴｍ（ＩＩＩ）ＨＰＤＯ３Ａを含む浸透圧変形感熱性リポソームの水系懸濁の（周波数及び位相符号化を伴わない）図２に示すシーケンスを用いて、得られる。この感熱剤は、約３１３Ｋで位相変換を表す。位相変換温度以上の温度においては、常磁性ケミカルシフト剤がリポソームから開放され、その結果、ＣＥＳＴ効果はなくなる。このＣＥＳＴ造影剤により、リポソームからのＴｍ（ＩＩＩ）ＨＰＤＯ３Ａの開放は、温度の関数としてＣＥＳＴ効果を測定することにより‘リアルタイム’に調査されることが可能である。１３７８秒で、連続的な一連の１２２８８個の一次元ＣＥＳＴ重み付けＭＲ画像が得られた。最初の８画像の集合中、飽和ＲＦパルスの周波数オフセット（バルク水信号に関連する）が、ＭＺを測定するためのＣＥＳＴ造影剤の交換可能プロトン信号（＋２４００Ｈｚ）において設定された。８個の一次元画像の各々の集合の後、更なる８個の一次元画像Ｍ０が、周波数オフセットを＋２００ｋＨｚに設定することにより、測定された。その後、周波数オフレットの符号は逆（−２４００Ｈｚ）にされるが、更なる８個の画像Ｍｒが測定された。このスキームは複数回繰り返される。この一連の繰り返し中、サンプルの温度は、０．９５Ｋ／ｍｉｎの一定速度で２９７Ｋから３１７Ｋまで増加された。図７Ｂは、１５．５分と１６．５分との間のデータを拡大して示している。この温度範囲においては、特に、飽和周波数オフセットが＋２４００Ｈｚに設定された場合の画像設定に対して、画像強度の大きな変化が起こる。明らかに、この温度範囲においては、Ｔｍ（ＩＩＩ）ＨＰＤＯ３Ａの殆どが、リン脂質二重層の融解のために、リポソームから開放される。図７から理解できるように、飽和構築曲線の最初の部分のみが測定される。その飽和はもはや、プラトー値に達しない。図７Ｃは、温度の関数としての最初の速度ｄＭ／ｄｔ（図７Ａ及びＢに示しているデータからの線形回帰により演算される）を示している。図７Ｄは、交換可能プロトン周波数（＋２４００Ｈｚ）における飽和中に観測される最初の速度と、基準周波数（−２４００Ｈｚ）における飽和中に観測される最初の速度との間の差分Δを示している。図７Ｃに存在する正弦波振動は不所望のコヒーレンスによるものである。それらの振動は、例えば、飽和ＲＦパルスとして周波数掃引ＣＨＩＲＰを用いることにより低減することができる。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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