JP5196408B2 - 多重ピークを備えた種の磁気共鳴スペクトロスコピー - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
(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、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、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。
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
乳酸塩では、m=2であり、
ピルビン酸塩では、m=3である。)
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。
Claims (20)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 前記常磁性標識が炭素13である、請求項7に記載の方法。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 前記差が約1.0ミリ秒である、請求項13に記載の方法。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
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