(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴で被検体の弾性画像を発生するため、磁気イメージング・システムの制御部が下記の工程に従って前記磁気イメージング・システムの各部を順次作動する方法であって、
（ａ） 前記被検体内の核スピンが分極しているときに、選択された周期性及び振幅で前記被検体の所望の部分を振動する手段が作動する工程と、
（ｂ） 前記被検体の振動する部分に対して第１の方向にスライス選択磁界勾配を印加する勾配コイルが作動する工程と、
（ｃ） 核スピンのアンサンブルを章動させるように、選択された周波数及び位相を有している無線周波数パルスを前記スライス選択磁界勾配の印加と同時に印加するＲＦ送信器が作動する工程であって、これにより前記第１の方向と垂直な方向を向いている前記被検体の振動する部分のスライス内に、回転する横方向正味磁化を発生させる、無線周波数パルスを前記スライス選択磁界勾配の印加と同時に印加する前記ＲＦ送信器が作動する工程と、
（ｄ） 前記第１の方向に実質的に直角な第２の方向に、選択された振幅の位相符号化磁界勾配パルスを印加するように前記勾配コイルが作動する工程と、
（ｅ） 前記速度符号化磁界勾配の方向の核スピンの速度に比例した位相シフトを前記横方向正味磁化に生じさせるように、選択された極性の速度符号化磁界勾配パルスを前記第１及び第２の方向とは独立な選択された方向に前記被検体に印加する前記勾配コイルが作動する工程と、
（ｆ） 印加された当該読み出し磁界勾配の方向に沿ったスピン位置に比例した周波数を有している磁気共鳴応答信号を発生するように、前記第１及び第２の方向と実質的に直角な第３の選択された方向に読み出し磁界勾配パルスを印加する前記勾配コイルが作動する工程と、
（ｇ） 選択された周波数で前記磁気共鳴応答信号を受け取って、第１の磁気共鳴データセットを求めるように受信器コイルが作動する工程と、
（ｈ） 前の繰り返しと実質的に反対の速度符号化勾配パルス極性で工程（ｃ）〜工程（ｇ）を繰り返して、第２の磁気共鳴データセットを求めるように前記磁気イメージング・システムが作動する工程と、
（ｉ） 前記第２の磁気共鳴データセットから前記第１の磁気共鳴データセットを減算して、前記速度符号化磁界勾配パルスによる変化を示す第１の差データセットを求めるように前記磁気イメージング・システムが作動する工程と、
（ｊ） 前記第１、第２及び第３の方向のうちの少なくとも１つの方向において、選択された視野オフセットで工程（ｃ）〜工程（ｉ）を繰り返して、第２の差データセットを求めるように前記磁気イメージング・システムが作動する工程と、
（ｋ） 前記第２の差データセットから前記第１の差データセットを減算して、せん断速度データセットを求めるように前記磁気イメージング・システムが作動する工程と、
（ｌ） 繰り返しごとに前記位相符号化勾配パルスに対して独特の振幅として、工程（ｃ）〜工程（ｋ）を複数であるＹ回繰り返して、Ｙ個の位相符号化されたせん断速度データセットを求めるように前記磁気イメージング・システムが作動する工程と、
（ｍ） 前記Ｙ個の位相符号化されたせん断速度データセットをフーリエ変換して、前記被検体の振動する部分の弾性画像を再構成するように前記磁気イメージング・システムが作動する工程とを備えた方法。
【請求項２】
前記第１の方向の視野オフセットは、前記無線周波数パルスの周波数及び受信周波数を量Ｆだけ変化させることにより達成される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の方向の視野オフセットは、Ｙ回の繰り返しごとに前記位相符号化勾配の振幅に比例するように前記無線周波数パルスの位相を選択することにより達成される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第３の方向の視野オフセットは、前記無線周波数パルスに対する受信周波数を量Ｆ’だけ変化させることにより達成される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
磁気共鳴で被検体の弾性画像を発生するため、磁気イメージング・システムの制御部が下記の工程に従って前記磁気イメージング・システムの各部を順次作動する方法であって、
（ａ） 前記被検体内の核スピンが分極しているときに、選択された周期性及び振幅で前記被検体の所望の部分を振動する手段が作動する工程と、
（ｂ） 第１の視野オフセットを有している振動に同期して、複数の画素値で構成されている速度に感度を有する第１の磁気共鳴画像を得るように前記磁気イメージング・システムが作動する工程と、
（ｃ） 第２の視野オフセットを有している振動に同期して、複数の画素値で構成されている速度に感度を有する第２の磁気共鳴画像を得るように前記磁気イメージング・システムが作動する工程と、
（ｄ） 前記速度に感度を有する第１の磁気共鳴画像の画素値を前記速度に感度を有する第２の磁気共鳴画像の対応する画素値から減算して、前記被検体の振動する部分の弾性画像を再構成するように前記磁気イメージング・システムが作動する工程とを備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願との関係】
本出願は、本発明の譲り受け人に譲渡され、ここに引用されている、１９９３年１２月２７日に出願されたチャールズ・エル・デュムリン（Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｌ．Ｄｕｍｏｕｌｉｎ）及びロリンダ・アール・オプサール（Ｌｏｒｉｎｄａ  Ｒ．Ｏｐｓａｈｌ）による米国特許出願第０８／１７３，０２２号、「運動流体のせん断速度のイメージングのための方法」（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＴＨＥＩＭＡＧＩＮＧ  ＯＦ  ＳＨＥＡＲ  ＲＡＴＥ  ＩＮ  ＭＯＶＩＮＧ  ＦＬＵＩＤＳ）に関連する。
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は、外部の機械的な刺激に応答した被検体内のせん断応力の分布を測定すると共に表示することが望ましい医用及び非医用の手順に関する。
【０００３】
【従来の技術】
せん断（ｓｈｅａｒ）は、位置に対する速度の変化と定義される。せん断は、多くの機械的なシステムにおいて重要なパラメータである。例えば、流れる流体では、流れがその周囲に及ぼす動的影響は、せん断（又はせん断速度）によって決定されることが多い。これらの影響には、管内の腐食速度、及び血管内の動脈硬化症の進行が含まれる。流れない生物学的組織のせん断速度は、病気の診断の際の重要なパラメータでもある。組織のせん断速度は組織の弾性の尺度であり、触診のような健康診断の間に組織の特性を判断するために弾性が用いられることが多い。運動する流体内でせん断速度を測定するために、インキ流線のような伝統的な流体流分析法及びレーザ・ドップラが用いられてきたが、これらの方法は侵襲的であり、生体内の用途、特に流れない組織でのせん断速度の測定には適していない。
【０００４】
動的及び静的な機械的負荷が加えられた状態での組織の弾性のイメージングは、超音波法で行われてきた。この超音波法については、アコースティック・イメージング誌所載のラーナ・アール・エム等による「音響弾性：機械的に振動させられた目標内の超音波信号から得られる医用弾性画像」（”Ｓｏｎｏ−ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ：Ｍｅｄｉｃａｌ  ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ  ｉｍａｇｅｓ  ｄｅｒｉｖｅｄ  ｆｒｏｍ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｓｉｇｎａｌｓ  ｉｎ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ｖｉｂｒａｔｅｄ  ｔａｒｇｅｔｓ”，  Ｌｅｒｎｅｒ，Ｒ．Ｍ．ｅｔ  ａｌ．，  Ａｃｏｕｓｔ．Ｉｍａｇｉｎｇ  １９８８，１６：３１７−３２７）、並びにウルトラサウンド・メディカル・バイオロジイ誌所載のラーナ・アール・エム、エス・アール・ファング及びケー・ジェー・パーカによる「機械的に振動させられた組織内の超音波信号から得られる音響弾性画像」（”Ｓｏｎｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ  ｉｍａｇｅｓ  ｄｅｒｉｖｅｄ  ｆｒｏｍ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｓｉｇｎａｌｓ  ｉｎ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ｖｉｂｒａｔｅｄ  ｔｉｓｓｕｅｓ”，  Ｌｅｒｎｅｒ，Ｒ．Ｍ．，Ｓ．Ｒ．Ｈｕａｎｇ  ａｎｄ  Ｋ．Ｊ．Ｐａｒｋｅｒ，  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｍｅｄ．  Ｂｉｏｌ．，１９９０，１６：２４１−２４６）に記載されている。試料の弾性の非侵襲的なイメージングのための方法が提供されたが、これらの方法は超音波スペックル・パターンを追跡するのに膨大な量の計算を必要とすると共に、超音波イメージングのすべての制約を受ける。
【０００５】
速度はベクトル量であるので、これは互いに直交する３つの成分ベクトルの和として表すことができる。これらの各成分は、互いに直交する３つの空間次元に対してこれらの成分の各々を測定することにより、合計９つの異なるせん断の測定値を求めることができる。既存の手法を用いて、これらのせん断成分のいくつかを測定することができるが、すべての成分の検出はほとんどの場合に困難であるか、又は不可能である。
【０００６】
【発明の概要】
外部の機械的な刺激に応答してせん断画像を取得するために磁気共鳴（ＭＲ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ））パルス系列を用いる方法を開示する。これらのパルス系列は、スライス選択無線周波数パルスと、空間符号化のための従来の位相符号化及び読み出し勾配パルスと、速度を結果の画像の位相シフトとして符号化するための双極性の速度符号化勾配パルスとから構成されている。速度符号化勾配の方向が、検出される速度の成分を決定する。所望する場合には、この手順を繰り返して、速度の直交成分に敏感な画像を得ることができる。
【０００７】
せん断の選択された成分のイメージングは、位相符号化勾配の各増分に対してパルス系列を最低４回繰り返すことにより行われる。第１の取得では、正極性の速度符号化勾配が印加される。第２の取得では、負極性の速度符号化勾配が印加される。第１及び第２の取得の間とも、受信器及び送信器は同一の周波数で動作する。第３及び第４の取得は、第１及び第２の取得と同様に行われるが、視野の中心が第１及び第２の取得に対して量Ｄだけ移動（シフト）される点が異なる。
【０００８】
第１及び第２の取得からのデータを用いて、位相差データセットを計算する。位相差データセット内の各画素の位相は、（位相ラップがないと仮定すると）速度に正比例する。第３及び第４の取得からのデータを同様に処理して、第２の位相差データセットを求める。しかしながら、第３及び第４の取得は、ずれた視野で得られるので、第２の位相差データセットは第１の位相差データセットと正しく合わされない。第１及び第２の位相差データセットは空間内のわずかに異なる点からの速度情報を含んでいるので、第１及び第２の位相差画像の位相差を求めることにより、次にせん断画像を計算することができる。
【０００９】
読み出し、位相符号化、及びスライス選択の方向に第３及び第４の位相画像を移動させることにより、直交する３つの空間次元に対するせん断画像を作成することができる。速度成分の多重化検出を用いることにより、収集しなければならないデータの量を最小にすることができる。
本発明の目的は、被検体内の組織弾性の検出及び表示のための方法を提供することにある。
【００１０】
新規であると考えられる本発明の特徴は、特許請求の範囲に明確に記述されている。しかしながら、本発明の他の目的及び利点と共に、本発明の構成及び動作方法は、図面を参照した以下の説明により最も良く理解することができる。
【００１１】
【実施例】
本発明の本実施例では、磁気共鳴イメージング・システムの磁石内に被検体が配置される。次に、多分従来の磁気共鳴（ＭＲ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ））イメージング系列の助けを借りて、組織の弾性のイメージングを行うべき領域を操作者が識別する。次に、パルス系列を印加して、データを分析する。
【００１２】
図１は、ここで説明する本発明で使用するのに適したＭＲイメージング・システムの主要構成要素の簡略ブロック図である。システムは、ディスク記憶ユニット２ａと、インタフェース・ユニット２ｂとに機能的に結合されている汎用ミニコンピュータ２を含んでいる。無線周波数（ＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ））送信器３、信号平均器４、並びに勾配電源５ａ、５ｂ及び５ｃはすべて、インタフェース・ユニット２ｂを介してコンピュータ２に接続されている。勾配電源５ａ、５ｂ及び５ｃは勾配コイル１２−１、１２−２及び１２−３を付勢して、イメージング対象の被検体の上にそれぞれ「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」方向に磁界勾配Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚを形成する。ＲＦ送信器３はコンピュータ２からのパルス・エンベロープでゲーティングされて、被検体からのＭＲ応答信号を励起するために必要な変調を有しているＲＦパルスを発生する。ＲＦパルスは、イメージング方法に応じて１００ワットから数キロワットまで変化するレベルまでＲＦ電力増幅器６において増幅されて、送信器コイル１４−１に印加される。全身イメージングのようにサンプル体積が大きい場合、そしてより大きいＮＭＲ周波数帯域幅を励起するために短時間パルスが必要な場合には、より高い電力レベルが必要になる。
【００１３】
ＭＲ応答信号は受信器コイル１４−２によって検知され、低雑音前置増幅器９で増幅されて、更なる増幅、検出及びフィルタリングのために受信器１０に送られる。次に、信号はディジタル化されて、信号平均器４によって平均されると共にコンピュータ２によって処理される。前置増幅器９及び受信器１０は、能動ゲーティング又は受動フィルタリングによって送信の間、ＲＦパルスから保護される。
【００１４】
コンピュータ２は、ＭＲパルスに対するゲーティング及びエンベロープ変調、前置増幅器及びＲＦ電力増幅器に対するブランキング、並びに勾配電源に対する電圧波形を供給する。コンピュータは又、フーリエ変換、画像再構成、データ・フィルタリング、画像表示及び記憶の機能のようなデータ処理を実行する（これらの機能のすべては従来のものであり、本発明の範囲外にあるものである。）。
【００１５】
送信器コイル１４−１及び受信器ＲＦコイル１４−２は所望する場合には、単一のコイルで構成することができる。代替案として、電気的に直交する２つの個別のコイルを用いてもよい。後者の構成には、パルス送信の間に受信器に漏れるＲＦパルスが小さくなるという利点がある。どちらの場合にも、コイルは磁石手段１１によって発生される静磁界Ｂ0 の方向と直角である。コイルは、ＲＦ遮蔽されたかご（ケージ）内のエンクロージャによってシステムの残りの部分から隔離され得る。
【００１６】
サンプル体積を通じて単調で線形である勾配Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚを供給するために、磁界勾配コイル１２−１、１２−２及び１２−３がそれぞれ必要とされる。多値勾配磁界により、ひどい画像アーティファクトの原因となる、エイリアシングとして知られているＭＲ応答信号データの劣化が生じる。非線形勾配により、画像の幾何学的歪みが生じる。
【００１７】
図２に概略図示されている磁石集合体１１は、中心円筒内腔１１ａ（ボア）を有しており、中心円筒内腔１１ａは通常、軸方向に、即ちＺデカルト座標方向に静磁界Ｂ0 を発生する。図１のコイル１２−１、１２−２及び１２−３のような一組のコイル１２は、入力接続１２ａを介して電気信号を受け取って、内腔１１ａの体積内に少なくとも１つの勾配磁界を形成する。内腔１１ａ内には、ＲＦコイル１４も配置されている。ＲＦコイル１４は、少なくとも１つの入力ケーブル１４ａを介してＲＦエネルギを受け取って、通常はＸ−Ｙ平面内にＲＦ磁界Ｂ1 を形成する。
【００１８】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、速度符号化磁界勾配パルス系列の２つの実施例を示す。図３（Ａ）において、磁界勾配は時点ｔ＝０まで、実質的にゼロの強度を有している。ｔ＝０からｔ＝ａまで、第１の磁界勾配パルス３００が印加される。ｔ＝ｂからｔ＝ｃまで、第１の勾配パルスと継続時間及び強度が実質的に同じであるが、極性が反対である第２の磁界勾配パルス３１０が印加される。２つの勾配パルスの間の時間間隔はＴである。
【００１９】
この速度符号化勾配パルスの代替実施例が図３（Ｂ）に示されている。この実施例は、図３（Ａ）に示された実施例と同様であるが、勾配波形３２０と勾配波形３３０との間に再集束ＲＦパルス３４０が付加されると共に、第２の波形３３０の極性が第１の勾配パルス３２０の極性と同じである点が異なっている。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の磁界勾配パルス系列のような磁界勾配パルス系列の印加により、横方向スピン磁化の位相シフトが生じる。この横方向スピン磁化の位相シフトは、速度、パルス系列の各ローブの面積Ａｇ、核種の磁気回転比γ、及び相次ぐ勾配ローブの間の時間間隔Ｔに正比例する。この関係は当業者には周知であり、次式で表すことができる。
【００２０】
Φ＝γＶＴＡｇ                                              （１）
ここで、Φは速度により誘導される位相シフトであり、Ｖは印加される磁界勾配に平行な核スピンの速度成分である。
速度符号化磁界勾配パルスが固定スピン磁化の物体に及ぼす影響が図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示されている。説明の目的で、印加された速度符号化勾配の方向の異なる位置における２つのスピンの横方向磁化に対応するベクトルのみが示されている。ＲＦパルスによる横方向スピン磁化の発生後に、すべてのスピンは同じ位相を有しており、図４（Ａ）に示すように時点ｔ＝０で単一のベクトル４００として表すことができる。しかしながら、時点ｔ＝ａでは、各スピンは図４（Ｂ）に示すように、磁界勾配に沿ったその位置に正比例する位相シフトを取得した。これらの個々のベクトル４１０及び４２０は、位置を変えないスピンから生じる。従って、第２の勾配パルスが印加されたときに、第１の勾配パルスによって生じる位相シフトは、第２の勾配パルスによって正確に相殺される。この結果、各スピンに対する時点ｔ＝ｃでの位相シフトは同じであり、２つのベクトルは一致して、図４（Ｃ）の単一のベクトル４３０として表される。時点ｔ＝ｃでの位相シフトは、時点ｔ＝０で見出される位相シフトと実質的に同じである。
【００２１】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示された速度符号化磁界勾配パルスが運動スピン磁化の物体に及ぼす影響は、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示された速度符号化磁界勾配パルスが固定スピン磁化の物体に及ぼす影響とは異なる。説明のために、同じ速度で進んでいるが、印加された速度符号化勾配の方向の異なる位置における２つのスピンの横方向スピン磁化に対応するベクトルのみが示されている。ＲＦパルスによる横方向スピン磁化の発生後に、図５（Ａ）に示されるように、すべてのスピンは同じ位相を有しており、時点ｔ＝０で単一のベクトル５００として表すことができる。しかしながら、時点ｔ＝ａで、各スピンは、図５（Ｂ）のベクトル５１０及び５２０で示されるような磁界勾配に沿ったその位置に正比例する位相シフトを取得した。これらの個々のベクトルは、時間と共に位置を変えるスピンから生じるので、第２の勾配パルスが印加されたときに、第１のパルスによって生じる位相シフトは、第２の勾配パルスによって完全には相殺されない。従って、図５（Ｃ）に示されるような単一のベクトル５３０によって表される時点ｔ＝ｃの位相シフトは、時点ｔ＝０に見出される位相シフトから量Φだけ異なる。この位相シフトは、式（１）の速度Ｖに正比例する。
【００２２】
図６は、図１及び図２のＭＲイメージング・システムによって実行することができる本発明の第１の実施例で用いられる無線周波数（ＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ））パルス及び磁界勾配のパルス系列図である。パルス系列６００には、スライス選択磁界勾配パルス６４０が存在する状態で印加される励起ＲＦパルス６３０が含まれている。励起パルス６３０は、被検体の選択された部分でスピン磁化を章動させる。章動の量は、検出パルス６３０の継続時間及び振幅を選択することによって選択することができる。選択される部分の位置及び大きさは、ＲＦパルス６３０の周波数及び帯域幅、並びにスライス選択磁界勾配パルス６４０の振幅の適当な選択によって調整することができる。
【００２３】
励起ＲＦパルス６３０及びスライス選択磁界勾配パルス６４０が印加された後に、スライス再集束磁界勾配パルス６５０が印加される。スライス再集束磁界勾配パルス６５０は、被検体の選択された部分の内部のすべての横方向スピン磁化がスライス再集束勾配パルス６４０の印加後と実質的に同相となるように選択された振幅及び継続時間を有している。本実施例では、当業者には周知のように、スライス再集束勾配パルス６５０の振幅と継続時間との積は、スライス選択勾配パルス６４０の振幅と継続時間との積の負量の実質的に半分である。
【００２４】
励起ＲＦパルス６３０及びスライス選択磁界勾配パルス６４０が印加された後に、双極性の速度符号化磁界勾配パルスが選択された方向に印加される。速度符号化パルスは、第１の速度符号化磁界勾配パルス・ローブ６５５ａと、第２の速度符号化磁界勾配パルス・ローブ６５５ｂとで構成されている。第２の速度符号化パルス・ローブ６５５ｂのパルスの継続時間と振幅との積は、図３で説明したような第１の速度符号化パルス・ローブ６５５ａのパルスの継続時間と振幅との積の負量に実質的に等しい。
【００２５】
横方向スピン磁化に第１の速度符号化パルス・ローブ６５５ａ及び第２の速度符号化パルス・ローブ６５５ｂを相次いで印加することにより、速度符号化磁界勾配の方向に平行なスピンの速度成分に比例した正味磁化の位相シフトが生じる。この位相シフトを用いて、固定スピンから運動スピンを区別することができる。
【００２６】
励起ＲＦパルス６３０及びスライス選択勾配パルス６４０が印加された後に、選択された振幅の位相符号化磁界勾配パルス６６０が印加される。位相符号化勾配パルス６６０は、スライス選択勾配パルス６４０に対して実質的に垂直な方向に印加され、所望する場合にはスライス再集束パルス６５０と同時に印加することができる。明瞭にするため、位相符号化勾配パルス６６０、速度符号化パルス６５５ａ及び６５５ｂ、並びにスライス再集束パルス６５０は、図６では同時であるように示されていないが、これらのパルスの組み合わせを同時に印加することが可能である。
【００２７】
励起ＲＦパルス６３０及びスライス選択勾配パルス６４０が印加された後に、選択された振幅の読み出し位相外し磁界勾配パルス６７０が印加される。読み出し位相外し勾配パルス６７０は、スライス選択勾配パルス６４０及び位相符号化パルス６６０の両方に実質的に垂直な方向に印加される。読み出し位相外しパルス６７０は、所望する場合には、スライス再集束パルス６５０又は位相符号化パルス６６０と同時に印加することができる。読み出し位相外しパルス６７０によって、読み出し位相外し磁界勾配の方向に沿った異なる位置で横方向正味磁化は、読み出し方向の位置に比例した位相シフトを得る。
【００２８】
スライス再集束パルス６５０、位相符号化パルス６６０及び読み出し位相外しパルス６７０の印加に続いて、読み出し磁界勾配パルス６８０が印加される。読み出しパルス６８０は、読み出し位相外しパルス６７０と同じ方向に印加されるが、極性は反対になっている。読み出しパルス６８０の間の選択された点で実質的にすべての横方向スピン磁化が同じ位相シフトを有するように、読み出しパルス６８０の振幅及び継続時間は選択される。
【００２９】
読み出しパルス６８０と実質的に同時に、データ取得信号パルス６９０がイメージング・システムの一部であるデータ取得サブシステムに送られる。データ取得パルス６９０の間に、ＭＲ応答信号がディジタル化される。被検体の選択された部分の内部の共鳴核から到来するＭＲ信号は読み出し磁界勾配６８０の間に取得されるので、検出される各々のＭＲ応答信号は、前述の信号を発生した横方向スピン磁化の位置に比例する周波数を有していることになる。当業者には周知の方法で、取得された信号データをフーリエ変換することにより、各々の信号源の位置を決定することができる。
【００３０】
本発明では、パルス系列６００は、組織６０１の外部で誘導される変位の間の選択された時点で印加される。この変位は周期的であるが、任意の形式（例えば、正弦波、三角、インパルス等）をとり得る。パルス系列６００を外部誘導変位に同期させることにより、イメージングされる組織の各部分の瞬時速度は、パルス系列６００の各印加に対して実質的に同じである。
【００３１】
本発明では、パルス系列６００を複数回、即ちＮ回繰り返して、単一フレームのデータを形成する。この単一フレームのデータは、応力の少なくとも１つの成分の測定を行うのに十分な情報を有している。フレームの取得は、複数回、即ちＹ回繰り返される。各々のフレーム取得において、位相符号化パルス６６０には異なる振幅が与えられる。位相符号化パルス６６０によって、検出されるＭＲ信号に位相シフトが生じる。この位相シフトは、位相符号化磁界勾配６６０の方向に沿った横方向スピン磁化の位置に比例する。当業者には周知の方法で、位相符号化勾配６６０の異なる振幅に応答して取得されたデータをフーリエ変換して、横方向スピン磁化を発生させる信号の（位相符号化勾配６６０の方向の）位置を求めることができる。
【００３２】
本発明の第１の実施例では、各フレームはパルス系列６００のＮ＝４回の印加で構成されている。第１の印加では、速度符号化勾配パルス６５５ａ及び６５５ｂは、選択された極性で印加される。これにより、横方向スピン磁化の位相は速度に比例することになる。しかしながら、横方向の正味スピン磁化の各部分の位相には、速度以外の要因からの寄与もある。これらの要因には、送信器のオフセット、化学シフト効果及び渦電流が含まれ得る。
【００３３】
速度以外のすべての要素からの寄与を除去するために、パルス系列６００の２度目の印加が行われ、第２のデータセットが取得される。第２の印加のＲＦパルス及び磁界勾配パルスは、第１の速度符号化パルス・ローブ６５５ａ及び第２の速度符号化パルス・ローブ６５５ｂを除いて、第１の印加のＲＦパルス及び磁界勾配パルスと同じである。それらの代わりに、第３の速度符号化パルス・ローブ６５５ｃに続いて第４の速度符号化パルス・ローブ６５５ｄが印加される。第３の速度符号化パルス・ローブ６５５ｃ及び第４の速度符号化パルス・ローブ６５５ｄは、極性が反対になっている点を除けば、第１の速度符号化パルス・ローブ６５５ａ及び第２の速度符号化パルス・ローブ６５５ｂとそれぞれ同じである。次に、第１の印加で収集されたデータを第２の印加で収集されたデータから減算して、第１の差データセットが得られる。第３及び第４の速度符号化勾配ローブによって誘導される位相シフトは、第１及び第２の速度符号化勾配ローブによって誘導される位相シフトに対して逆極性となる。
【００３４】
パルス系列６００の第１の印加から取得されたデータの位相をパルス系列６００の第２の印加に応答して取得されたデータの位相から減算すると、すべての非速度要因からの位相寄与が実質的に相殺され、速度から生じる位相シフトのみが残る。この位相シフトは速度に正比例し、この位相シフトを用いて、速度を量的に表すことができる。
【００３５】
次に、第１及び第２の印加とそれぞれ同様に、パルス系列６００の第３及び第４の印加が行われるが、視野の中心が選択された量Ｄだけ選択された方向に移動される点が異なる。パルス系列６００の第３及び第４の印加に応答して、第２の差データセットが作成される。視野のシフトの方向に対する速度の変化として定義されるせん断情報は、図７に示されるような第１及び第２の差データセットの位相の差を計算することによって求めることができる。視野の中心のシフトは、最終画像の単一画素の大きさよりも小さくすることができることに注意すべきである。
【００３６】
視野の中心を移動させるために選択された方向によって、第３及び第４の印加においてパルス系列６００がどのように変形されるかが決定される。選択された方向がスライス選択勾配パルス６４０の方向に平行である場合には、視野のシフトは、核スピンの磁気回転比及びスライス再集束勾配パルス６５０の強度によって決定される量ＦだけＭＲイメージング・システムの送信器３及び受信器１０の両方の周波数を変化させることにより行われる。選択された方向が読み出し勾配パルス６８０の方向に平行である場合には、視野のシフトは、核スピンの磁気回転比、データ取得速度及び読み出し勾配パルス６８０の強度によって決定される量Ｆ’だけ受信器１０又は送信器３の周波数を変化させることにより行われる。選択された方向が位相符号化勾配パルス６６０の方向に平行である場合には、位相シフトが送信器の位相に加算される。この位相シフトは、位相符号化勾配パルス６６０のＹ増分の各々に対して量Ｐだけ増加する。増分位相シフトＰは、核スピンの磁気回転比、視野及びＹによって決定され、位相符号化勾配パルス６６０の振幅と継続時間との積に正比例する。
【００３７】
視野の中心で変化を行うために必要なパルス系列６００の変形が、表１にまとめられている。視野の中心のシフトは、各フレームに対して単一の所望の方向にのみ行うことができる。従って、応力のすべての成分を測定しなければならない場合には、３つの直交空間次元の各々について３つの速度方向の各々に対するフレームを測定しなければならず、合計９つの測定を行わなければならない。本実施例の各フレームはパルス系列６００の４回の繰り返しを必要とするので、応力のすべての成分を測定するためには、パルス系列６００の合計９×４＝３６回の繰り返しを必要とする。
【００３８】
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本発明の第２の実施例では、速度の直交成分の検出を多重化することにより、応力のすべての成分がより効率的に取得される。アダマール多重化方式を用いることにより、パルス系列６００を４回だけ印加して選択された視野オフセットで３つの速度ベクトル成分すべてについて定量的な情報を得ることができる。次に、スライス選択方向、読み出し方向及び位相符号化方向の視野のシフトに応答して付加的なデータを収集することにより、応力のすべての成分を決定することができる。このような方式は、パルス系列６００を４×４＝１６回だけ印加すればよい。このような方式の一実施例が表２に示されている。ここで、「＋」は第１の速度符号化パルス６５５ａ及び第２の速度符号化パルス６５５ｂの印加を表し、「−」は第３の速度符号化パルス６５５ｃ及び第４の速度符号化パルス６５５ｄの印加を表す。この実施例では、印加１〜４を用いて、シフトされない視野に対する３つの互いに直交する速度ベクトルを求め、印加５〜８を用いて、スライス選択方向にシフトされたデータに対する３つの互いに直交する速度ベクトルを求め、印加９〜１２を用いて、読み出し方向にシフトされたデータに対する３つの互いに直交する速度ベクトルを求め、そして印加１３〜１６を用いて、位相符号化方向にシフトされたデータに対する３つの互いに直交する速度ベクトルを求める。速度の個々の成分のアダマール多重分離の後に、印加５〜８で取得されたデータから印加１〜４で取得されたデータを減算することにより、スライス選択方向に対するせん断画像を得ることができる。同様に、印加９〜１２で取得されたデータから印加１〜４で取得されたデータを減算することにより、読み出し方向に対するせん断画像を得ることができ、印加１３〜１６で取得されたデータから印加１〜４で取得されたデータを減算することにより、位相符号化方向に対するせん断画像を得ることができる。
【００３９】
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外部で印加された機械的な運動に応答して組織内のせん断速度の測定のための磁気共鳴には、いくつかの可能性のある用途がある。例えば、イメージングすべき組織の表面に圧縮力を加えると、表面の下方の組織の弾性を測定することができる。弾性定数ｋ、質量ｍ、減衰係数λの簡単な調和系の場合、振幅ｆ及び周波数γの機械的な力の関数に対する応答を記述する微分方程式は、次式のように書くことができる。
【００４０】
ｘ”＋２λｘ’＋ω２ｘ＝（ｆ／ｍ）ｃｏｓ（γｔ）            （２）
ここで、ｘは印加された力の方向の空間座標、ｘ’及びｘ”はそれぞれ１次及び２次の時間導関数、ω＝ｋ／ｍ、並びにγは駆動力振動の周波数である。
組織内の機械的振動は、図８に示されるようなＭＲ適合ドライバによって作成することができる。このドライバは、結合流体８２０を収容している非磁性ハウジング８１０を含んでいる。結合流体８２０は典型的には、水であるが、所望する場合には水溶液又は非水流体とすることもできる。イメージングすべき組織は、非磁性ハウジング８１０内に配置されており、結合流体８２０によって取り囲まれている。結合流体８２０の圧力を周期的に変化させることにより、組織内に運動を起こす。正常な組織８３０が正常な弾性を示すのに対して、異常な組織８４０の一部では弾性が増加又は減少する。本発明で遂行されるイメージングは、結合流体８２０に印加される圧力の変動に同期させられる。結合流体８２０に対する圧力変動は、圧力発生手段８６０によって生じる。圧力発生手段８６０は、圧電装置、電動機で駆動されるピストン等で構成することができる。圧力の増加は、導管８５０を介して非磁性ハウジング８１０に伝搬される。理想的には、被検体の不快を最小限にするために、圧力の変動は十分に大きな最大速度（１ｃｍ／ｓｅｃ以上）及び低い総組織変位（５ｍｍ未満）を許容すべきである。
【００４１】
本発明の代替実施例では、組織を移動する板と接触するように配置することにより、振動性の機械的な力を得ることができる。この板は、組織を運動させるために並進させたり又は回転させたりすることができる。図８に示す装置と同様に、イメージングは板の運動と同期させられる。
本発明のもう１つの代替実施例では、加速度及びジャークのような、より高次の運動を符号化する勾配波形を用いることができる。これは、当業者には周知のように、速度符号化勾配波形にローブを付加することにより行うことができる。
【００４２】
本発明の更にもう１つの代替実施例では、速度に感度を有するエコープラナ・イメージング又は速度に感度を有するスピンエコー・イメージングを用いることができる。
新規なＭＲ組織弾性イメージング方法のいくつかの実施例について詳細に説明してきたが、多くの改変及び変更が当業者には明らかとなろう。従って、本発明の要旨の範囲に入るこのようなすべての改変及び変更を包含するように特許請求の範囲を記載してあることが理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用するのに適した磁気共鳴（ＭＲ）イメージング・システムの簡略ブロック図である。
【図２】図１の磁石集合体の更に詳細な図である。
【図３】図３（Ａ）はせん断イメージング・パルス系列に組み込まれた速度符号化磁界勾配パルス系列の一実施例を図式的に表した図であり、図３（Ｂ）は速度符号化磁界勾配パルス系列の第２の実施例を図式的に表した図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は双極性の磁界勾配パルスが固定スピン磁化に及ぼす影響をベクトル的に表した図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は双極性の磁界勾配パルスが運動スピン磁化に及ぼす影響をベクトル的に表した図である。
【図６】被検体内の組織弾性を測定するために用いることができる本発明の第１の実施例のパルス系列図である。
【図７】図６に示すパルス系列を用いてせん断画像を得るために必要とされるデータ処理工程を示す概略図である。
【図８】図６に示すパルス系列の印加の間に被検体内の組織に機械的な運動を与えるための簡単な装置を示す概略図である。
【符号の説明】
６３０  励起ＲＦパルス
６４０  スライス選択磁界勾配パルス
６５５ａ、６５５ｂ、６５５ｃ、６５５ｄ  速度符号化磁界勾配パルス・ローブ
６６０  位相符号化磁界勾配パルス
６８０  読み出し磁界勾配パルス
６９０  データ取得信号パルス
【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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【図８】
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