JP6220331B2 - 脂肪抑制のために化学シフト・エンコードを用いるコントラスト増強磁気共鳴血管造影法 - Google Patents

Description

本発明は、コントラストを増強した初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する方法、コンピュータ・プログラム・プロダクトおよびコントラストを増強した初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する磁気共鳴撮像装置に関する。

二次元または三次元画像を形成するために磁場と核スピンとの相互作用を利用する画像形成MR方法は今日、特に医療診断の分野において広く使われている。軟組織の撮像について、他の撮像方法より多くの点で優れており、電離放射線を必要とせず、通例侵襲的でないからである。
論文Jinfgfei Ma、"A single-point Dixon technique for fat suppressed fast 3D gradient echo imaging with a flexible echo time"、J.MRI, 27(2008)、861-890はT1強調造影剤増強とともに柔軟なエコー時間をもつ単一点ディクソン技法を開示している。

MR方法一般によれば、患者の身体または一般には検査対象物が強い一様な磁場B₀内に配置される。この磁場の方向が、同時に、測定のベースとなる座標系の軸、通常はz軸を定義する。磁場は、加えられる磁場の強さに依存して個々の核スピンについて異なるエネルギー・レベルを生成し、該スピンは、いわゆるラーモア周波数またはMR周波数という所定の周波数の交流電磁場（RF場）を加えることによって励起される（スピン共鳴）。マクロな観点からは、個々の核スピンの分布が全体的な磁化を生成し、該全体的な磁化が、z軸に垂直に磁場が延在している間の適切な周波数の電磁パルス（RFパルス）の印加によって平衡状態から外されることができる。それにより磁化はz軸のまわりに歳差運動をする。

磁化の何らかの変化があれば受信RFアンテナによって検出できる。受信RFアンテナはMR装置の検査体積内で、z軸に垂直な方向において磁化の変動が測定されるよう、配置および配向されている。

身体内で空間分解能を実現するために、三つの主要な軸に沿って延在する線形磁場勾配が一様磁場に対して重畳され、これがスピン共鳴周波数の線形な空間依存性につながる。すると、受信アンテナ内でピックアップされる信号は異なる周波数の成分を含み、それらは身体内の異なる位置に関連付けることができる。受信アンテナを介して得られる信号データは、空間周波数領域に対応し、k空間データと呼ばれる。k空間データは通例、異なる位相エンコードにより収集される複数のラインを含む。各ラインはいくつかのサンプルの集まりによってデジタル化される。k空間データのサンプルの集合が、たとえばフーリエ変換によってMR画像に変換される。

磁気共鳴血管造影法（MRA: magnetic resonance angiography）は患者の動脈および血管の状態を評価することを許容することが示されている。本発明では、コントラスト増強MRA（CE-MRA: contrast-enhanced MRA）が考えられる。CE-MRAでは、諸MR画像が、静脈注射後の常磁性造影剤の動脈初回通過の間に収集される。しかしながら、静脈注射自身は本発明の一部ではない。

従来のコントラスト増強MR血管造影法では、背景抑制〔バックグラウンド抑制〕は反復的なRFパルスによって得られる。このようにして、たいていの背景信号は、脂肪信号のほかは効果的に抑制される。関心対象の脈管構造を不明瞭にすることがある脂肪信号をも抑制するには、一般に、二つの収集が行われる：造影剤の注射前に一回――いわゆる「マスク」画像――と、造影剤の存在中に一回である。次いで、マスク画像がコントラスト画像から減算されて、脂肪信号が消去される。

上記のような減算を使う通常のCE-MRAは多年にわたって使われてきたが、この技法にはいくつかの不都合な点がある。第一に、この技法は、造影剤注射前に一回、注射後に一回と、二回の収集を必要とする。これは全スキャン時間を増す。さらに、マスク・スキャンとコントラスト・スキャンの間に動きが生じる場合には、いくつかの画像特徴の不整列のため、結果として得られる画像の減算は可能ではないことがある。この問題は、息を止めることが要求される領域ではより深刻になりうる――その場合、二回の息止めが同一になることはないので、減算は困難である。

画像から脂肪信号を減算することに対する代替法は、MRA画像の収集中に脂肪抑制を実行することである。脂肪抑制のために、さまざまな型の手法が知られている。たとえば、化学シフト選択的な事前飽和（chemical shift selective pre-saturation）（SPIR、SPAIR）または化学シフト選択的な励起方針が、脂肪信号を抑制するまたは励起しないために適用できる。しかしながら、これらのパルスは、CE-MRAスキャンに組み込むには時間がかかりすぎる。初回通過撮像では利用可能なスキャン時間は非常に限られているからである。

画像からの脂肪信号を消去する代替的な手法は、ディクソン（Dixon）法による水‐脂肪分離を使うことである。しかしながら、通常のディクソン法は、コントラスト増強MR血管造影法には好適ではない。水および脂肪信号が同相および逆相になるエコー時間において二つのエコーの収集を必要とするからである。これは長いエコー時間（TE）に、ひいては長い繰り返し時間（TR）につながり、収集と関心領域への造影剤の到着とのタイミング合わせを不可能にする。よって、通常のディクソン法は一般にはCE-MRAには使用できない。この技法は遅すぎるのである。

国際公開第2010/113048A1号

Michaely HJ, Attenberger UI, Dietrich O, Schmitt P, Nael K, Kramer H, Reiser MF, Schoenberg SO, Walz M.、"Feasibility of gadofosveset-enhanced steady-state magnetic resonance angiography of the peripheral vessels at 3 Tesla with Dixon fat saturation"、Invest Radiol. 2008 Sep;43(9):635-41 Eggers H, Brendel B, Duijndam A, Herigault G、"Dual-echo Dixon imaging with flexible choice of echo times"、Magn Reson Med. 2011 Jan;65(l):96-107 Xiang QS、Two-point water-fat imaging with partially-opposed-phase (POP) acquisition: an asymmetric Dixon method、Magn Reson Med 2006; 56:572-584

以上から、改善されたMR撮像方法が必要とされていることが容易に理解できる。よって、初回通過撮像についてCE-MRA画像に脂肪抑制を提供することによって、高速な仕方でMR撮像を可能にすることが本発明の目的である。さらに、以上から、本発明に基づく方法を実行するよう適応された改善されたMR撮像システムおよび改善されたコンピュータ・プログラム・プロダクトが必要とされていることが容易に理解できる。

本発明によれば、コントラスト増強初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する方法であって、複数エコーのデータ収集技法を使って関心領域の磁気共鳴データセットを収集する段階を含み、前記一つまたは複数のエコーのエコー時間は柔軟であり、データ収集の時点において関心領域は脂肪、水および造影剤を含む、方法が提供される。さらに、本方法は、一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法を使ってデータセットを処理して、背景からの脂肪に由来する信号を、画像データセットの再構成について消去することを含む。

本発明の諸実施形態は、CE-MRAが高速かつ信頼できる仕方で、脂肪抑制をもって実行できるという利点がある。本発明は、別個のベースライン・スキャンを必要とすることなく、血管のみの血管造影画像データセットを生成することを可能にする。さらに、脂肪信号がきわめて効果的に消去される。

本発明のためには、従来のディクソン法に比べエコー時間を自由に選べることが不可欠である。一つまたは複数のエコーのエコー時間が柔軟なので、つまり、水および脂肪信号が同相または逆相になる時間に固定されないので、これらのエコー時間は、ずっと短いものを選ぶことができ、その結果TRも著しく短くなる。結果として、収集の、関心領域への造影剤の到着との正確なタイミング合わせが簡単に可能である。こうして、データ収集は、関心領域、つまり検査対象物の動脈に造影剤がある間に開始され、完了されることができる。本方法は「初回通過（first pass）」撮像――すなわち、造影剤の最初の注入の際の動脈のみの撮像――について実行されるので、動脈の選択的な描出のために利用可能な時間は約15分しかないので、収集のタイミングが決定的に重要である。

このように、適用される初回通過撮像は、収集のタイミングが重要ではないいわゆる「定常状態」撮像とは際立った対照をなす。たとえば、非特許文献１は、コントラスト増強MRAのディクソン画像再構成との組み合わせを開示している。しかしながら、これはガドホスベセット（gadofosveset）注入後50分の定常状態の間に実行されたものであり、動脈脈管構造を選択的に描出することをねらいとしたものではなかった。むしろ、動脈および静脈の両方が描かれる。よって、この場合、収集のタイミングはもはや重要ではない。

対照的に、上述したように、上記の方法は「初回通過」撮像について実行されるので、収集のタイミングが決定的に重要であり、データ収集の完了のための決定的な最大時間制限は定常状態撮像の場合よりも二桁低い。

上記の技法に対する唯一の制限は、MRAを実行するために使われる傾斜磁場システムの最大利用可能パワーによって与えられる。傾斜磁場システムの技術的特徴は、複数エコー・データ収集技法において使われる最小エコー時間を、よって達成可能な画像解像度を直接的に制限する。よって、本発明に基づく実施形態は、脂肪および水、すなわち造影剤を含む血液、からの信号成分を一TR内の異なる相対位相のところで収集することを許容する。

本発明のある実施形態によれば、本方法はさらに、短いT₁の化学種、たとえば組織のための定常状態磁化パルス・シーケンスを、関心領域に適用することを含む。それにより、さらに組織からの信号成分が抑制される。

本発明のある実施形態によれば、複数エコー・データ収集の場合、複数エコー・データ収集技法は、デュアル・グラジエントエコー・データ収集技法であり、一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法は柔軟なエコー時間をもつ二点ディクソン技法である。

柔軟なエコー時間をもつ二点ディクソン技法の例は特許文献１および非特許文献２に与えられている。これらの文献はここに参照によって組み込まれる。これらの技法は「mディクソン再構成技法」としても知られる。

本発明のある実施形態によれば、磁気共鳴データセットの収集は、二つの異なるエコー時間において第一および第二のエコー・データを収集して、第一および第二の信号データセットを与えることを含む。ここで、第一および第二のエコー・データは一回の繰り返しにおいて収集される。使用されるエコー時間を短く選ぶことによって、TRは短い値に保つことができる。結果として、造影剤ボーラス投与の前および後のデータ収集およびベースライン減算を省略することにより、きわめて時間が重要なCE-MRAさえも実行できる。これは、たとえば息止め技法に起因する潜在的な動きをもつ関心領域からのデータ収集および心臓動きによる連続的な動きをもつ関心領域からの収集を含む。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、データセットの処理は、前記第一および第二の信号データセットから第一および第二の成分またはそれらの比もしくは割合を計算し、前記第一および第二の成分から二つの差動位相誤差候補（differential phase error candidate）を導出し、各ピクセルについて、擾乱場不均一性の平滑性の想定に基づいて、導出された差動位相誤差候補の一方を選択し、選択された差動位相誤差候補を使って水画像を再構成することを含む。

以下の記述は、MRスキャンにかけられる被験体中の脂肪（たとえば脂質）および水（たとえば非脂肪組織中）という特定の例に関し、修正ディクソン（modified Dixon）技法を使った分離アルゴリズム（単数または複数）の機能をさらに説明するために与えられる。この記述は特許文献１および非特許文献２に沿っている。修正ディクソン技法を使うと、二つの異なるエコー時間において測定される二つの信号I1およびI2は数学的には次のように記述される。

ここで、WおよびFは全体的な信号へのそれぞれ水（water）および脂肪（fat）の寄与であり（よって、WおよびFは正の実数）、・1〔Θ ₁ 〕および・2〔Θ ₂ 〕は二つのエコー時間における既知の水‐脂肪角であり、・1〔φ ₁ 〕および・2〔φ ₂ 〕は主磁場不均一性などといったシステムの不完全性に起因する（たとえばそれぞれの信号についての）位相誤差を表す。位相誤差の値は未知なので、式(1)および(2)からのWおよびFの直接的な決定は可能ではない。よって、この時点では、プロセッサはそれぞれの信号の「大きな」（big）成分Bおよび「小さな」（small）成分Sを式(1)および(2)から推定する。信号成分BおよびSは、中間データ４０としてメモリ１６に記憶されてもよい。成分BおよびSの一方がWを表し、他方がFを表すが、対応付けは処理が進むまで未知である。したがって、この対応付け問題を解決するために位相誤差が決定される。

二点ディクソン水‐脂肪分離に向けた従来のアプローチでは、位相誤差の推定は、空間的になめらかな関数である、すなわち視野にわたってゆっくり変化するだけであるという想定に基づく。この想定がどの程度成り立つかは、位相誤差の絶対値に依存する。・2〔φ ₂ 〕は位相誤差・1〔φ ₁ 〕およびより小さな差動位相誤差・・〔Δφ〕に分離でき、この後者は・2〔φ ₂ 〕よりずっとよく平滑性の仮定を満たすので、推定は、・1＝0〔Θ1＝0〕を選ぶことによって単純化される。それにより、式(1)および(2)は次のように修正される。

この場合、I1の位相は位相誤差・1〔φ ₁ 〕に等しい。これは次のように補正できる。

この時点では、差動位相誤差・・〔Δφ〕（たとえば・1〔φ ₁ 〕と・2〔φ ₂ 〕の間の差）がまだ見出されていない。式(6)を使って、・・〔Δφ〕についての二つの候補が計算される；一方の候補は「大きな」成分Bが水であり、「小さな」成分Sが脂肪であると仮定して計算され、他方の候補はSが水でありBが脂肪であると想定して計算される。その結果、次のようになる。

BおよびSとWおよびFとの真の対応付けは、空間的に変わる。すなわち、ピクセルによって異なることがある。よって、・・〔Δφ〕は、全体的な解ができるだけなめらかになるよう、各ピクセルについて別個に、二つの候補から選ばれる。・2 mod・・0〔Θ2 mod π≠0〕を前提とするこの手法は既知である（非特許文献３参照）。ひとたび・・〔Δφ〕が推定されたら、式(6)から消去することができ、WおよびFは式(5)および(6)から計算することができる。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、第一および第二のエコー信号データセットは第一および第二の収集された複素データセットである。ここで、収集された磁気共鳴データセットの前記処理は、第一および第二の収集された複素信号データセットを、脂肪のスペクトル信号モデルを用いてモデル化することを含む。前記モデル化は第一および第二のモデル化された複素データセットを与え、前記第一および第二のモデル化されたデータセットは第一および第二の位相誤差および水および脂肪についての別個の信号データセットを含む。前記処理はさらに、第一および第二の収集された複素データセットおよび第一および第二のモデル化された複素データセットから水についての別個の信号データセットを決定することを含む。

換言すれば、この実施形態では、水および脂肪のスペクトルのより複雑なモデルが二点法の分離に組み込まれる。よって、水および脂肪についての信号分離の精度を高められる。

本発明のある実施形態によれば、水および脂肪についての別個の信号データセットの決定は、第一および第二の収集されたデータセットとモデル化されたデータセットの間の残差を最小にすることによって実行される。この後者のモデル化されたデータセットは、前記化学種のうち少なくとも一つの化学種のスペクトル信号モデルに基づく。二つの化学種の例示的な場合では、二つの複素方程式、すなわち全部で四つの方程式が利用可能であり、これら四つの方程式の四つの未知数は水および脂肪についての二つの別個の信号データセットおよび第一および第二の位相誤差である。結果として、数値技法を含め標準的な数学的な方程式解法を用いることによって、これら四つの非線形方程式から、水および脂肪についての二つの別個の信号データセットを得ることができる。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、水および脂肪についての別個の信号データセットの決定は：
第一および第二の収集されたデータセットの絶対値を決定し、第一および第二のモデル化されたデータセットに基づいて水および脂肪についての別個の信号データセットの初期推定を取得する段階と、
第一および第二の収集されたデータセットおよび水および脂肪についての別個の信号データセットの初期推定から、第一および第二のモデル化されたデータセットに基づく第一および第二の位相誤差の間の差についての少なくとも一つの解を導出する段階と、
第一および第二の収集されたデータセットおよび第一および第二の位相誤差の間の差についての一つの解から、水および脂肪についての別個の信号データセットの最終的な推定値を決定する段階とを含む。

これは、第一および第二の位相誤差ならびに水および脂肪についての別個の信号データセットを導出する数学的なプロセスをさらに単純化する。

本発明のある実施形態によれば、水および脂肪についての別個の信号データセットの最終的な推定値の決定は、水および脂肪についての二つの別個の複素信号についての二つの複素方程式の連立を解くことを含む。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、水および脂肪についての別個の信号データセットの初期推定は、第一および第二の収集されたおよびモデル化された複素データセットの絶対値によって形成される二つの二次方程式の連立を解くことを含む。たとえば、これは、数学的に単純でありよって高速な仕方で別個の信号データセットの取得を実行することを許容する、双二次方程式を用いて実行されてもよい。これはさらに、水および脂肪についての信号分離プロセスを高速化することを許容する。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、第一および第二の位相誤差の間の差の決定は、真の解および偽の解を与える。ここで、本方法はさらに、たとえば主磁場不均一性のなめらかな空間変動という仮定に基づいて真の解を決定することを含む。一般に、正しいフェーザー値の選択のためには、領域逐次反復フェーザー抽出（RIPE: regional iterative phasor extraction）のようないくつもの既知の方法が適用できる（たとえば非特許文献３参照）。

位相誤差という記述は、全体を通じて、位相自身の誤差および所与の位相に関連付けられたそれぞれのフェーザーの誤差のいずれでも理解されることを注意しておく必要がある。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、第一および第二のデータセットのモデル化は、水および脂肪についての別個の信号データセットに第一および第二のフェーザーを乗算したものの線形結合を用いることを含む。第一および第二のフェーザーは、第一および第二の位相誤差を含み、線形結合についての重みは、化学種のスペクトル信号モデルから導出される。

この型のモデル化は、水および脂肪についての別個の信号データセットが、たった二つの異なる画像から得られ、それらの画像が同相である必要がないという利点がある。結果として、ディクソン再構成プロセスに対してより制約的でない仮定が適用される必要がある。これは、水および脂肪についての再構成された別個の信号データセットの品質を高める。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、水および脂肪についての別個の信号データセットの決定は、第一および第二の絶対値および二つの収集されたデータセットの共役複素積を使って実行される。あるいはまた、二つの方程式からなる線形連立方程式が、単に第一および第二の収集されたデータセットおよび第一および第二の位相誤差の差を用いることによって、すなわち第一および第二の絶対値を使うことなく、解かれてもよい。二つの方程式からなる線形連立方程式を解くことは、かなり高速に実行できるので、それぞれの再構成プロセスはさらに高速化される。さらに、この手法は、解に対する自由度を一つ加える。これはアーチファクトを軽減する助けになりうる。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、スペクトル信号モデルは脂肪の複数ピーク・スペクトル・モデルである。結果として、本発明は、単に脂肪の唯一の優勢なスペクトル・ピークがスペクトルに存在することを想定するのではなく、脂肪の複数ピーク・スペクトル・モデルを用いる。化学種の一つ、たとえば脂肪だけがモデル化される場合、水は単一ピーク・スペクトルと考えられてもよい。

結果として、化学種の一つ、たとえば脂肪について、相対的な共鳴周波数および相対的な共鳴強さが前もってわかっている、たとえば、理論的または実験的モデルから、あるいはたとえば脂肪のようなある化学種だけを含む可能性が高いピクセルの同定に基づく、別個のまたは統合された較正から得られることが想定される。

本発明のあるさらなる実施形態によれば、第一および第二の収集されたデータセットの第一および第二の位相誤差は、第一および第二の画像データセットの位相誤差を含むが、スペクトル信号データセット・モデルによってモデル化される化学種の存在に起因する化学シフトに誘起された位相誤差は除く。たとえば、脂肪の存在に起因する化学シフトに誘起された位相誤差は除く。

もう一つの側面では、本発明は、コントラスト増強初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する磁気共鳴撮像装置が提供される。前記スキャナは、複数エコーのデータ収集技法を使って関心領域の磁気共鳴データセットを収集するよう動作でき、前記一つまたは複数のエコーのエコー時間は柔軟であり、データ収集の時点において関心領域は脂肪、水および造影剤を含む。前記スキャナはさらに、一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法を使ってデータセットを処理して、背景からの脂肪に由来する信号を、画像データセットの再構成について消去するよう動作できる。

本発明の方法は有利なことに、現在診療現場で使われているたいていのMR装置において実行されることができる。この目的のためには、MR装置が上記で説明した本発明の方法段階を実行するようMR装置を制御するコンピュータ・プログラムを利用するだけでよい。コンピュータ・プログラムはデータ担体上に存在していてもよいし、あるいはデータ・ネットワークに存在していてMR装置の制御ユニットにインストールするためにダウンロードされてもよい。したがって、本発明は、上記の方法を実行するためのコンピュータ実行可能な命令を含むコンピュータ・プログラム・プロダクトにも関する。

添付の図面は本発明の好ましい実施形態を開示する。しかしながら、図面は、本発明の概念の定義としてではなく、単に例解のためにデザインされていることを理解しておくべきである。
本発明の方法を実行するMR装置を示す図である。 上記の方法を使って取得されたCE-MRA画像を示す図である。 本発明の方法を示すフローチャートである。

図１を参照するに、MR撮像システム１が示されている。システムは、超伝導のまたは抵抗のある主磁石コイル２を有しており、検査体積を通じてz軸に沿って実質的に一様な、一時的に一定の主磁場B₀が生成される。

磁気共鳴生成操作システムは、一連のRFパルスおよびスイッチングされる傾斜磁場を印加する。これにより、核磁気スピンを反転させるまたは励起し、磁気共鳴を誘起し、磁気共鳴を再集束し、磁気共鳴を操作し、空間的にまたは他の形で磁気共鳴をエンコードし、スピンなどを飽和させて、MR撮像を実行する。

より具体的には、勾配パルス増幅器３は、検査体積のx、yおよびz軸に沿った全身勾配コイル４、５および６のうち選択されたものに電流パルスを加える。RFパルスを検査体積中に送信するため、RF送信機７が送受信切り換えスイッチ８を介してRFパルスまたはパルス・パケットをRFアンテナ９に送信する。典型的なMR撮像シーケンスは、継続時間が短い諸RFパルス・シーケンスのパケットから構成される。これらのシーケンスが互いとまたは印加される傾斜磁場と一緒になって、核磁気共鳴の選択された操作を達成する。RFパルスは、飽和させ、共鳴を励起し、磁化を反転させ、共鳴を再集束させ、あるいは共鳴を操作して、検査体積中に位置される身体１０の一部を選択するために使われる。ここで、関心領域は、検査体積内に定義される。ここで、関心領域は典型的には、身体１０または一般に撮像される対象物の少なくとも一部を含む。RFアンテナ９によってMR信号がピックアップされてもよい。

身体または一般的な対象物１０の限られた領域のMR画像の生成のため、たとえばパラレルイメージングによって、一組のローカル・アレイRFコイル１１、１２および１３が撮像のために選択された領域に隣接して配置される。アレイ・コイル１１、１２および１３は、RFアンテナを介して実施されるRF送信によって誘起されるMR信号を受信するために使われることができる。しかしながら、検査体積にRF信号を送信するためにアレイ・コイル１１、１２および１３を使うことも可能である。

結果として得られるMR信号はRFアンテナ９によっておよび／またはRFコイル１１、１２および１３のアレイによってピックアップされ、好ましくは前置増幅器（図示せず）を含む受信機１４によって復調される。受信機１４は、送受信切り換えスイッチ８を介してRFコイル９、１１、１２および１３に接続される。

ホスト・コンピュータ１５は、勾配パルス増幅器３および送信機７を制御して、エコープレーナー撮像（EPI: echo planar imaging）、エコーボリューム撮像、グラジエントおよびスピンエコー撮像、高速スピンエコー撮像などのような複数の撮像シーケンスの任意のものを生成する。選択されたシーケンスについて、受信機１４は、各RF励起パルスに続いて、急速に相続いて複数のMRデータ・ラインを受信する。データ収集システム１６は受信された信号のアナログからデジタルへの変換を実行し、各MRデータ・ラインをさらなる処理のために好適なデジタル・フォーマットに変換する。現代のMR装置では、データ収集システム１６は、生画像データの収集を専門とする別個のコンピュータである。

最終的には、デジタルの生画像データは再構成プロセッサ１７によって、画像表現に再構成される。再構成プロセッサ１７は、フーリエ変換またはたとえばディクソン再構成のような他の適切な再構成アルゴリズムを適用する。MR画像は、患者を横切る平面状スライス、平行な平面状スライスのアレイ、三次元体積などを表現してもよい。画像は次いで画像メモリに記憶される。画像メモリにある画像は、スライスまたは画像表現の他の部分を、たとえばビデオ・モニタ１８を介した視覚化のために適切なフォーマットに変換するためにアクセスされうる。モニタは、結果として得られるMR画像の、人間が読むことのできる表示を提供する。

以下では、上記の方法を用いる例示的な画像再構成プロセスがより詳細に記述される。以下の手順は、エコー時間の選択に対していかなる実質的な制約条件も課さない、汎用の二点方法の分離における脂肪の複数ピーク・スペクトル・モデルを考えるために提案される。

本方法は、異なるエコー時間TE_n（n＝1,2）における第一および第二のエコー・データの収集と、再構成プロセッサ１７による第一および第二の画像データセットS_nの再構成のための、前記第一および第二のエコー・データの処理とをもって始まる。次いで、エコー時間TE_n（n＝1,2）について画像空間での合成複素信号Sは

によってモデル化される。ここで、WおよびFは画像空間での実または複素の水および脂肪信号を表し、φ_nは位相誤差を表し、exp(iφ_n)は対応するフェーザー（phasor）を表す。上述したように、位相誤差は、主磁場不均一性に起因する位相と、RF通過および受信機チェーンにおける信号遅延から生じうる静的な位相とを含み、脂肪の存在に起因する化学シフトに誘起された位相は除く。

脂肪のスペクトル信号モデルは、複素重み付け係数（すなわち複素因子）c・〔c'〕を介して次式によって与えられる。

ここで、wは合計すると1になる重みを表し、θ_n,mは2・・f_mTE_n 〔2πΔf _m 〕に等しく、ここで・f_m 〔Δf _m 〕は水に対する脂肪スペクトルのm番目のピークの共鳴周波数におけるオフセットである。任意的に、横緩和の影響が、TE_nでの指数関数的減衰を記述する因子を加えることによって含められる。重み、化学シフトおよび任意的に緩和レートは事前に理論的にまたはたとえば収集されたMR画像自身に対する別個の較正プロセスによって実験的にわかっていることが想定される。

その後のステップでは、二つの信号成分がS₁およびS₂からピクセルごとにまたはボクセル（3Dピクセル）ごとに計算される。これは、式(1)から得られる収集されたおよびモデル化された画像データセットの二つの絶対値を考えることによって実行される。

ここで、c'_nRおよびc'_nIはc'_nの実部および虚部を表す。双二次方程式
a₁F⁴＋a₂F²＋a₃＝0 (13)
を用いることによって、二つの解F_1/2

が導出されうる。定数aは次式によって与えられる。

W_1/2についての対応する二つの解は次のようになる。

よって、第一および第二の種固有の画像データセットWおよびFは、式(11)および(12)において計算される絶対値から得ることができる。

第一および第二のモデル化された画像データセットのモデル、式(1)と、WおよびFについての二対の値（式(14)および(18)）から、フェーザー

についての二つの値

が得られる。

これは二つの可能なフェーザー候補を与える。一方が真で他方は偽である。真のフェーザーは、領域逐次反復フェーザー抽出（RIPE）手順のような手順を通じて上記二つのフェーザー候補から抽出される。さらに、真のフェーザーの推定値は、ピクセルの空間的近傍において得られる結果に鑑みて、適応されてもよい。

フェーザーのこの推定値を与えられて、WおよびFが再計算される。これはたとえば、実変数WおよびFについての四つの方程式からなる非線形連立方程式を解くことによってなされてもよい。該四つの方程式のうち二つは式(11)および(12)における|S₁|²および|S₂|²についての式であり、二つは

の実部および虚部である。

あるいはまた、複素変数W'およびF'について二つの方程式からなる線形連立方程式を解いてもよい。

〔W'＝Wexp(iφ ₁ )およびF'＝Fexp(iφ ₁ )〕なので、W'およびF'の絶対値はWおよびFの絶対値に等しい。

よって、再構成プロセッサ１７によって上記のステップを実行することによって、高速データ収集方法に関して良好な水‐脂肪分離が達成される。水および脂肪は、たった二つの複素数値の画像から分離されることができ、それらの画像はいずれも同相である必要はない。

図２は、上記の方法を使って収集されたCE-MRA画像を示している。図２のａは、1.5T MRIシステムを使って収集されたもので、柔軟なエコー時間をもつデュアル・グラジエントエコー・データ収集技法およびその後の二点ディクソン水‐脂肪分離（「mディクソン手法」）を用いて収集された末梢脈管構造を示している。図２のｂは、3T MRIシステムを使って収集されたもので、やはり末梢脈管構造を示している。データ収集および画像再構成は図１と同じである。

このように、図２は、上記の方法が高解像度で優れたMRA画像を与えることを示している。この方法の利点をより正確に強調するため、以下では、通常のディクソン手法との直接比較を与えておく。1.5T MRAシステムの場合、通常のディクソン手法を使ったCE-MRAのために必要とされる二つのエコーのためのエコー時間はTE1＝2.3msおよびTE2＝4.6msである。これは正確に同相および逆相のエコー時間を使うという要求のためである。結果として、臨床的に有意な解像度では、対応するTRは6.1ms近辺となる。

それに比べ、上記のmディクソン手法を使うCE-MRAは、TE1＝1.8msおよびTE2＝3.0msをもつ二つのエコーのために柔軟なエコー時間を使うことを許容する。臨床的に有意な解像度では、対応するTRは4.3ms近辺となる。これは通常のディクソン手法と比べて40%短縮されたスキャン時間に対応する。

同様に、3T MRIシステムの場合、通常のディクソン手法を使ったCE-MRAのために必要とされる二つのエコーのためのエコー時間はTE1＝2.3msおよびTE2＝3.5msである。これは正確に同相および逆相のエコー時間を使うという要求のためである。結果として、臨床的に有意な解像度では、対応するTRは5.2ms近辺となる。

それに比べ、上記のmディクソン手法を使うCE-MRAは、TE1＝1.6msおよびTE2＝2.8msをもつ二つのエコーのために柔軟なエコー時間を使うことを許容する。臨床的に有意な解像度では、対応するTRは4.5ms近辺となる。これは通常のディクソン手法と比べて14%短縮されたスキャン時間に対応する。

典型的なCA-MRAスキャンにおける全スキャン時間は約15秒なので、高い解像度を維持することが望まれる場合、スキャン時間の40%増は耐えられない。この問題は、柔軟なエコー時間を使う上記の方法を用いて解決される。

さらに、通常のディクソン手法の禁止的なほどに長いTE2値のため、信号の位相分散（dephasing）が起こることがあることを注意しておく必要がある。これも、柔軟な（よってより短い）エコー時間を使う上記の方法を用いることによって回避される。

図３は、本発明に基づく方法を示すフローチャートである。ステップ３００では、対象物がMRスキャナの検査ゾーン内に設けられる。検査ゾーン内では、関心領域が定義される。関心領域は、血液の存在のために水を含み、脂肪および造影剤をも含む対象物の領域を少なくとも部分的にカバーする。

ステップ３０２では、関心領域の磁気共鳴データセットが複数エコーのデータ収集技法を使って収集される。ここで、前記一つまたは複数のエコーのエコー時間は柔軟である。ステップ３０２の実行は、TRと等価な継続時間がかかり、ステップ３０２は、最大合計時間に達するまで、データセットの累積をするために、連続的に反復される。この時間は、関心領域内で造影剤の存在が所定のレベルで保証される認容時間（tolerable time）によって定義される。しかしながら、この時間は、呼吸に誘起された動きまたは心拍に誘起された動きのような関心領域において生じる動きによってさらに制限されてもよい。

ステップ３０２の完了後、本方法は、一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法を使って画像データセットの再構成のために背景からの脂肪に由来する信号を消去する、ステップ３０２で収集されたデータセットの処理を実行するステップ３０４に続く。最後に、本方法は、再構成された水画像データセットを表示することで、ステップ３０４で終了する。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様１〕
コントラスト増強初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する方法であって：
単一エコーまたは複数エコーのデータ収集技法を使って関心領域の磁気共鳴データセットを収集する段階であって、前記一つまたは複数のエコーのエコー時間は柔軟であり、データ収集の時点において関心領域は脂肪、水および造影剤を含む、段階と；
一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法を使って前記データセットを処理して、背景からの脂肪に由来する信号を、画像データセットの再構成について消去する段階とを含む、
方法。
〔態様２〕
複数エコー・データ収集の場合、前記複数エコー・データ収集技法は、デュアル・グラジエントエコー・データ収集技法であり、前記一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法は柔軟なエコー時間をもつ二点ディクソン技法であり、
単一エコー・データ収集の場合、前記単一エコー・データ収集技法は単一グラジエントエコー・データ収集技法であり、前記一般化されたディクソン水‐脂肪分離は一点ディクソン技法である、
態様１記載の方法。
〔態様３〕
磁気共鳴データセットの収集は、二つの異なるエコー時間において第一および第二のエコー・データを収集して、第一および第二の信号データセットを与えることを含み、前記第一および第二のエコー・データは一回の繰り返しにおいて収集される、態様１記載の方法。
〔態様４〕
態様３記載の方法であって、前記データセットの前記処理は：
前記前記第一および第二の信号データセットから第一および第二の成分またはそれらの比もしくは割合を計算する段階と、
前記第一および第二の成分から二つの差動位相誤差候補を導出する段階と、
各ピクセルについて、擾乱場不均一性の平滑性の想定に基づいて、導出された差動位相誤差候補の一方を選択する段階と、
選択された差動位相誤差候補を使って水画像を再構成する段階とを含む、
方法。
〔態様５〕
態様３記載の方法であって、前記第一および第二のエコー信号データセットは第一および第二の収集された複素データセットであり、収集された磁気共鳴データセットの前記処理は：
前記第一および第二の収集された複素信号データセットを、脂肪のスペクトル信号モデルを用いてモデル化する段階であって、前記モデル化は第一および第二のモデル化された複素データセットを与え、前記第一および第二のモデル化されたデータセットは第一および第二の位相誤差および水および脂肪についての別個の信号データセットを含む、段階と、
前記第一および第二の収集された複素データセットおよび前記第一および第二のモデル化された複素データセットから水についての別個の信号データセットを決定する段階とを含む、
方法。
〔態様６〕
態様１ないし５のうちいずれか一項記載の方法段階のいずれかを実行するためのコンピュータ実行可能命令を含む、コンピュータ・プログラム。
〔態様７〕
コントラスト増強初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する磁気共鳴撮像装置であって、前記スキャナは：
単一エコーまたは複数エコーのデータ収集技法を使って関心領域の磁気共鳴データセットを収集する段階であって、前記一つまたは複数のエコーのエコー時間は柔軟であり、データ収集の時点において関心領域は脂肪、水および造影剤を含む、段階と、
一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法を使って前記データセットを処理して、背景からの脂肪に由来する信号を、画像データセットの再構成について消去する段階とを実行するよう動作できる、
装置。

Claims (3)

1. コントラスト増強初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する磁気共鳴撮像装置の作動方法であって：
   複数のエコーのデータ収集とともに一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法を使って関心領域の磁気共鳴データセットを収集する段階であって、複数エコー・データ収集技法はデュアル・グラジエントエコー・データ収集技法であり、前記一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法は柔軟なエコー時間をもつ二点ディクソン技法であり、前記複数のエコーのエコー時間は柔軟であり、前記データ収集が造影剤の初回通過の間に行われ、データ収集の時点において関心領域は脂肪、水および造影剤を含む、段階と；
   前記一般化されたディクソン水‐脂肪分離技法を使って前記データセットを処理して、背景からの脂肪に由来する信号を、画像データセットの再構成について消去する段階とを含み、
   前記磁気共鳴データセットの収集は、二つの異なるエコー時間において第一および第二のエコー・データを収集して、第一および第二の信号データセットを与えることを含み、前記第一および第二のエコー・データは一回の繰り返しにおいて収集され、
   前記第一および第二のエコー信号データセットは第一および第二の収集された複素データセットであり、収集された磁気共鳴データセットの前記処理は：
   前記第一および第二の収集された複素信号データセットを、脂肪のスペクトル信号モデルを用いてモデル化する段階であって、前記モデル化は第一および第二のモデル化された複素データセットを与え、前記第一および第二のモデル化されたデータセットは第一および第二の位相誤差および水および脂肪についての別個の信号データセットを含む、段階と、
   前記第一および第二の収集された複素データセットおよび前記第一および第二のモデル化された複素データセットから水についての別個の信号データセットを決定する段階とを含み、
   前記二つの異なるエコー時間TE_n（n＝1,2）について画像空間での合成複素信号Sは
   

   

   によってモデル化され、WおよびFは画像空間での実または複素の水および脂肪信号を表し、φ_nは位相誤差を表し、exp(iφ_n)は対応するフェーザーを表し、
   その後のステップでは、二つの信号成分がS₁およびS₂からピクセルまたはボクセルごとに計算され、該計算は、式(9)から得られる収集されたおよびモデル化された画像データセットの二つの絶対値を考えることによって実行され、
   

   

   であり、S₁およびS₂は第一および第二の画像データセットであり、c'_nRおよびc'_nIはc'_nの実部および虚部を表し、これから二つの解F_1/2およびW_1/2についての対応する二つの解を求め、
   第一および第二のモデル化された画像データセットのモデル、式(9)と、WおよびFについての求められた対の値から、フェーザー
   

   

   についての二つの値
   

   

   を求め、このうち真のフェーザーを推定し、
   フェーザーのこの推定値を与えられて、WおよびFが再計算され、
   該再計算は
   （ｉ）式(11)および(12)における|S₁|²および|S₂|²についての式および
   

   

   の実部および虚部からなる連立方程式を解く
   または
   （ｉｉ）複素変数W'およびF'について二つの方程式からなる線形連立方程式
   

   

   を解くことによって行なわれる、
   方法。
2. 請求項１記載の方法の各段階を実行するためのコンピュータ実行可能命令を含む、コンピュータ・プログラム。
3. コントラスト増強初回通過磁気共鳴血管造影法を実行する磁気共鳴撮像装置であって、請求項１記載の方法を実行するよう構成されている、磁気共鳴撮像装置。

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