JP2004148024A - Ｎ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易に精度良く行える生体内のＮ−アセチルアスパレート（ＮＡＡ）、グルタミンおよびグルタメート（Ｇｌｘ）の定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置を実現する。
【解決手段】ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのＮＡＡおよびＧｌｘを含む第１および第２のスペクトルを取得し、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのＮＡＡのみの第３および第４のスペクトルを取得し，これらのスペクトルの差分から概ねＧｌｘからなる第１および第２の差分スペクトルを取得し、ＮＡＡのみの第２のスペクトルおよび概ねＧｌｘのみからなる第１の差分スペクトルに対して、マーカットフィッティングを行い最適なフィッティング波形を求めることとしているので、高精度に、しかも簡易に被検体内部のＮＡＡおよびＧｌｘを定量化することを実現させる。
【選択図】 図６
【解決手段】ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのＮＡＡおよびＧｌｘを含む第１および第２のスペクトルを取得し、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのＮＡＡのみの第３および第４のスペクトルを取得し，これらのスペクトルの差分から概ねＧｌｘからなる第１および第２の差分スペクトルを取得し、ＮＡＡのみの第２のスペクトルおよび概ねＧｌｘのみからなる第１の差分スペクトルに対して、マーカットフィッティングを行い最適なフィッティング波形を求めることとしているので、高精度に、しかも簡易に被検体内部のＮＡＡおよびＧｌｘを定量化することを実現させる。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プレス（ｐｒｅｓｓ）法で取得されたスペクトル（ｓｐｅｃｔｒｕｍ）によるＮーアセチルアスパレート（Ｎ−ａｃｅｔｙｌ ａｓｐａｒｔａｔｅ）、グルタミン（ｇｌｕｔａｍｉｎ）およびグルタメート（ｇｌｕｔａｍａｔｅ）の定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気共鳴現象を用いたプロトンスペクトロスコピー（ｐｒｏｔｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による生体内代謝物質の定量的評価が行われている。ここでは、例えば、Ｎアセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメート等の定量的評価が行われるが、生体内を非侵襲的に検査できることから生体への負荷が軽く、有用なものとなっている。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
ロスマン（Ｄ．Ｌ．Ｒｏｔｈｍａｎ）他著、「人脳におけるグルタメートの局所プロトンスペクトル（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ １Ｈ ＮＭＲ Ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｈｕｍａｎ Ｂｒａｉｎ）」、マグネティックレゾナンス イン メディスン（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ），ＵＳＡ，１９９２，２５，ｐ．９４−１０６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、簡易に精度良く代謝物質を定量化することができなかった。すなわち、精度良く代謝物質を定量化するためには、撮影時間の長時間化、特殊なパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）あるいは解析ソフト等を別途準備する必要があった。
【０００５】
特に、磁気共鳴周波数が近接する複数の代謝物質では、スペクトルが重なり合って存在しており、これら複数の代謝物質が混在するスペクトル（ｓｐｅｃｔｒａ）から特定の代謝物質のみのスペクトルを分離抽出することには、困難が伴っている。
【０００６】
これらのことから、簡易に精度良く行える生体内のＮ−アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置をいかに実現するかが重要となる。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による課題を解決するためになされたものであり、簡易に精度良く行える生体内のＮ−アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかるＮーアセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法は、水信号抑制を含むプレス法を用いる異なるＴＥのパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを複数取得し、複数の前記スペクトルの差分を行い、前記スペクトルおよび前記差分から最適なフィッティング関数を求め、前記フィッティング関数に基づいて前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定することを特徴とする。
【０００９】
この第１の観点による発明によれば、水信号抑制を含むプレス法を用いる異なるＴＥのパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを複数取得し、さらに複数の前記スペクトルの差分を行い、前記スペクトルおよび前記差分から最適なフィッティング関数を求め、前記フィッティング関数に基づいて前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定することとしているので、共鳴周波数が近接し、かつ、異なる緩和時間を有するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートとの磁気共鳴信号を分離して取得し、これらの分離したスペクトルに対してフィッティングを行い、精度の高い定量化情報を、簡易に取得することができる。
【００１０】
また、第２の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、水信号抑制を含むプレス法を用いるパルスシーケンスにより、被検体内部あるいはファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのプロトンスペクトルを取得する磁気共鳴撮像装置であって、前記パルスシーケンスのＴＥが異なる複数のスペクトルを取得する取得手段と、複数の前記スペクトルの差分を行う差分手段と、前記スペクトルおよび前記差分から前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの最適なフィッティング関数を求めるフィッティング手段と、前記フィッティング関数から前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この第２の観点の発明によれば、取得手段により、パルスシーケンスのＴＥが異なる複数のスペクトルを取得し、差分手段により、複数のスペクトルの差分を行い、フィッティング手段により、スペクトルおよび差分からＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの最適なフィッティング関数を求め、推定手段により、フィッティング関数からＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの前記被検体内の量を推定することとしているので、Ｎ―アセチルアスパレートと、グルタミンおよびグルタメートと、の磁気共鳴信号を分離して取得し、これらの分離したスペクトルに対してフィッティングを行い、精度の高い定量化情報を取得することができる。
【００１２】
また、第３の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記取得手段が、前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートのＴ２緩和時間より充分に短いＴＥの前記パルスシーケンスにより取得される前記ファントムおよび前記被検体の第１および第２のスペクトルを備えることを特徴とする。
【００１３】
この第３の観点の発明によれば、取得手段により、ファントムおよび被検体の第１および第２のスペクトルを、Ｎ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのＴ２緩和時間より充分に短いＴＥのパルスシーケンスにより取得することとしているので、Ｎ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを高い信号強度で取得することができる。
【００１４】
また、第４の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記取得手段が、前記グルタミンおよび前記グルタメートのＴ２緩和時間より充分に長く、前記Ｎ−アセチルアスパレートのＴ２緩和時間より短いＴＥの前記パルスシーケンスにより取得される前記ファントムおよび前記被検体の第３および第４のスペクトルを備えることを特徴とする。
【００１５】
この第４の観点の発明によれば、取得手段により、ファントムおよび被検体の第３および第４のスペクトルを、グルタミンおよびグルタメートのＴ２緩和時間より充分に長く、Ｎ−アセチルアスパレートのＴ２緩和時間より短いＴＥのパルスシーケンスにより取得することとしているので、Ｎ−アセチルアスパレートの磁気共鳴信号のみを含むスペクトルを取得することができる。
【００１６】
また、第５の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記差分手段が、前記第１および第３、並びに、前記第２および第４のスペクトルの差分である第１および第２の差分スペクトルを備えることを特徴とする。
【００１７】
この第５の観点の発明によれば、差分手段により、第１および第２の差分スペクトルを、第１および第３、並びに、第２および第４のスペクトルの差分により求めることとしているので、グルタミンおよびグルタメートをＮーアセチルアスパレートから概ね分離することができる。
【００１８】
また、第６の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記フィッティング手段は、マーカットフィッティング手段であることを特徴とする。
【００１９】
この第６の観点の発明によれば、フィッティング手段として、マーカットフィッティング手段を用いることとしているので、短い時間で最適なフィッティングを行うことができる。
【００２０】
また、第７の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記第４のスペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形のピーク周波数、半値幅、ピークを初期値とすることを特徴とする。
【００２１】
この第７の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段が、初期値として、第４のスペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形のピーク周波数、半値幅、ピークを用いることとしているので、最適なフィッティング関数に近似した初期値とすることができる。
【００２２】
また、第８の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記初期値を用いて前記第３のスペクトルのフィッティングを開始し、パラメータであるピーク周波数、半値幅、ピーク値を変化させ、最も適合するＮ−アセチルアスパレート波形を求めることを特徴とする。
【００２３】
この第８の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段が、最も適合するＮ−アセチルアスパレート波形を、前記初期値を用いて第３のスペクトルのフィッティングを開始し、パラメータであるピーク周波数、半値幅、ピーク値を変化させ、求めることとしているので、短い時間で精度の高いフィッティングを行うことができる。
【００２４】
また、第９の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記パラメータを前記第２の差分スペクトルにフィッティングし、前記第２の差分スペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形を求めることを特徴とする。
【００２５】
この第９の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段が、パラメータを第２の差分スペクトルにフィッティングし、第２の差分スペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形を求めることとしているので、第２の差分スペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレートを的確に評価することができる。
【００２６】
また、第１０の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記差分手段が、前記第２の差分スペクトルから前記Ｎ−アセチルアスパレート波形を差分したグルタミンおよびグルタメートスペクトルを備えることを特徴とする。
【００２７】
この第１０の観点の発明によれば、差分手段が、グルタミンおよびグルタメートスペクトルを、第２の差分スペクトルからＮ−アセチルアスパレート波形を差分して求めることとしているので、グルタミンおよびグルタメートのみのスペクトルを分離抽出することができる。
【００２８】
また、第１１の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記グルタミンおよびグルタメートスペクトルを用いて前記第１の差分スペクトルのフィッティングを行い、最も適合するグルタミンおよびグルタメート波形を求めることを特徴とする。
【００２９】
この第１１の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段は、グルタミンおよびグルタメートスペクトルを用いて第１の差分スペクトルのフィッティングを行い、最も適合するグルタミンおよびグルタメート波形を求めることとしているので、高い精度でグルタミンおよびグルタメートの量を求めることが出来る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるＮ−アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。また、以下において、Ｎ―アセチルアスパレートをＮＡＡ、グルタミンおよびグルタメートをＧｌｘと略称する。
【００３１】
まず、本発明の実施の形態にかかる磁気共鳴撮像装置の全体構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である磁気共鳴撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図１において、この磁気共鳴撮像装置は、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）１００、データ収集部１５０、送信駆動部１４０、勾配駆動部１３０、および制御処理部１９９を含む。
【００３２】
マグネットシステム１００は、主磁場コイル（ｃｏｉｌ）部１０２、勾配コイル部１０６、送信コイル部１０８およびＲＦコイル１１０を有する。これら各コイル部およびコイルは、概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム１００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、撮像の被検体１がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）１２０に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００３３】
制御処理部１９９は、スキャンコントローラ（ｓｃａｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）部１６０、データ処理部１７０、表示部１８０および操作部１９０を含む。ここで、各種制御情報の入力は、操作部１９０からデータ処理部１７０に対して行われ、この制御情報は、パルスシーケンスとしてスキャンコントローラ部１６０に転送された後に、スキャンコントローラ部１６０によりデータ収集部１５０、送信駆動部１４０および勾配駆動部１３０の制御に用いられる。
【００３４】
主磁場コイル部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は、概ね被検体１の体軸の方向に平行である。すなわち、いわゆる水平磁場を形成する。主磁場コイル部１０２は、例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、静磁場強度は、生体内代謝物質を分離して検出するために、高い強度が好ましく、例えば３テスラ（Ｔｅｓｌａ）のものが用いられる。
【００３５】
勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を発生させる。
【００３６】
送信コイル部１０８は、静磁場空間にある被検体１の体内に磁気共鳴を励起するための高周波磁場を形成する。また、ＲＦコイル１１０は、クレードル１２０上に置かれ、被検体１と共にマグネットシステム１００の中心部に配置される。このＲＦコイル１１０は、送信コイル部１０８により被検体１の体内に励起された磁気共鳴信号を受信する。
【００３７】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００３８】
送信コイル部１０８には送信駆動部１４０が接続されている。送信駆動部１４０は、送信コイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、送信コイル部１０８は、送信されたＲＦパルスからＲＦ磁場をマグネットシステム１００の中心部に形成し、被検体１を磁気共鳴の励起状態にする。
【００３９】
ＲＦコイル１１０には、データ収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル１１０が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。
【００４０】
勾配駆動部１３０、送信駆動部１４０およびデータ収集部１５０にはスキャンコントローラ部１６０が接続されている。受信制御部であるスキャンコントローラ部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御してデータの収集を遂行する。
【００４１】
データ収集部１５０の出力側は、データ処理部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータは、データ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えば計算機等を用いて構成される。データ処理部１７０は、図示しないメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。
【００４２】
データ処理部１７０は、スキャンコントローラ部１６０に接続されている。データ処理部１７０は、スキャンコントローラ部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００４３】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間は１次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。データ処理部１７０は、この１次元フーリエ空間のデータを１次元逆フ−リエ変換することにより被検体１あるいはファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）のプロトンスペクトルを生成する。
【００４４】
データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００４５】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力されるスペクトルおよび各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００４６】
ＲＦコイル１１０は、円筒形型のコイルで、例えばフェイズドアレイ（ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）型あるいはバードケイジ（ｂｉｒｄｃａｇｅ）型等のコイルが使用される。
【００４７】
スキャンコントローラ部１６０のパルスシーケンスとしては、水脂肪抑制部を有するプレス法が用いられる。図２に、本実施の形態にかかるプレス法のパルスシーケンスを示す。図２は、横軸に共通の時間軸を有する、送信駆動部１４０，勾配駆動部１３０、データ収集部１５０の動作を示すタイムチャートである。このパルスシーケンスは、前半の水抑制部と、後半のプレス部とからなる。
【００４８】
図２（Ａ）は、送信駆動部１４０からＲＦコイル１１０に出力されるＲＦ信号波形、およびＲＦコイル１１０からデータ収集部１５０が受信する受信エコーを示した。なお、ここに示されているのは、ＲＦ信号の包絡線波形であり、内部に磁気共鳴周波数のＲＦ信号を含むものである。
【００４９】
また、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、ｚ軸方向、ｙ軸方向およびｘ軸方向に勾配駆動部１３０から出力される勾配波形である。この勾配波形は、マグネットシステム１００のボア内に生成される線形勾配磁場の勾配の大きさを現す。
【００５０】
ここで、水抑制部においては、水プロトンのみを限定的に励起するため、狭周波数帯域を有する時間幅の広い９０度パルスが３回印加され、各パルスごとにｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向のスポイラー（Ｓｐｏｉｌｅｒ）勾配により励起磁場が分散され水プロトン信号を抑制する。
【００５１】
また、プレス部においては、選択的な励起を行う９０度パルスおよび２つの１８０度パルスが存在する。９０度パルスは、同時に出力されるｚ軸方向の勾配磁場によりｚ軸方向の限定された領域を励起状態とする。その後、１８０度パルスは、同時に出力されるｘ軸方向の勾配磁場によりｘ軸方向の限定された領域で励起磁場の反転を行い、さらに次の１８０度パルスは、同時に出力されるｙ軸方向の勾配磁場によりｙ軸方向の限定された領域で励起磁場の反転を行う。
【００５２】
そして、９０度パルスおよび２つの１８０度パルスのパルス間隔で決定される所定時間の後に、受信エコーが観測される。なお、プレス部にある９０度パルスの中心位置から、受信エコーの中心位置までの時間をＴＥと称する。
【００５３】
ここで、図３にデータ処理部１７０の機能ブロック図を示す。データ処理部１７０は、スペクトル取得手段３０１、差分手段３０２、マーカットフィッティング（Ｍａｒｑｕａｒｄｔ Ｆｉｔｔｉｎｇ）手段３０３および推定手段３０４を含む。
【００５４】
スペクトル取得手段３０１は、図２に示したパルスシーケンスにより取得される受信エコーを、逆フーリエ変換することにより、限定された領域に存在する代謝物質のスペクトルを取得する。差分手段３０２は、スペクトル取得手段３０１で取得されたスペクトルあるいはフィッティング波形の差分を行い、差分スペクトルを算出する。
【００５５】
マーカットフィッティング手段３０３は、スペクトル波形に対して、共鳴周波数、半値幅、ピーク値をパラメータとして共鳴波形のフィッティングを行い最適なフィッティング波形を求める。例えば、各パラメータ値の共鳴波形と、フィッティング先のスペクトル波形との差分により波形の誤差を求め、誤差の最も少ないパラメータ値の共鳴波形を最適なフィッティング波形とする。
【００５６】
推定手段３０４は、フィッティング波形の面積を求め、この面積を既知の代謝物質を含むファントムのスペクトル面積情報と比較することにより、被検体１のスペクトル情報の定量化を行う。
【００５７】
つづいて、図４および５のフローチャートを用いて、ＮＡＡおよびＧｌｘの定量化を行う動作について説明する。
【００５８】
まず、データ処理部１７０は、ＮＡＡおよびＧｌｘを定量化する際の基礎データとなるファントムのスペクトルを取得する（ステップＳ４０１）。この際、ファントム内には、一例として、ＰＨ７．０に調整されたリン酸バッファーにＮＡＡ、Ｇｌｘおよびクレアチンとグルタミンとの混合物が所定量溶解される。
【００５９】
そして、このファントムは、オペレータにより、図１に示したＲＦコイル１１０内の被検体１の位置に配置され、図２に示したプレス法を用いたパルスシーケンスにより、受信エコーを取得する。パルスシーケンスのＴＥは、ＮＡＡおよびＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に短い時間、例えば２５ｍｓｅｃと、ＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に長く、ＮＡＡのＴ２緩和時間よりも充分に短い時間、例えば６０ｍｓｅｃとの２種類のＴＥで、受信エコーの取得が行われる。
【００６０】
そして、これら受信エコーは、スペクトル取得手段３０１により、逆フーリエ変換され、ＴＥ＝２５ｍｓｅｃの場合の第１のスペクトルと、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃの場合の第３のスペクトルとが取得される。なお、この際、ファントム内のＮＡＡおよびＧｌｘ量と、スペクトル面積との対応マップが同時に作成される。
【００６１】
その後、データ処理部１７０は、被検体１のスペクトルを取得する（ステップＳ４０２）。この際、被検体１は、オペレータにより、図１に示したＲＦコイル１１０内に配置され、図２に示したプレス法を用いたパルスシーケンスにより、受信エコーを取得する。パルスシーケンスのＴＥは、ＮＡＡおよびＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に短い時間、例えば２５ｍｓｅｃと、ＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に長く、ＮＡＡのＴ２緩和時間よりも充分に短い時間、例えば６０ｍｓｅｃとの２種類のＴＥで、受信エコーの取得が行われる。
【００６２】
そして、これら受信エコーは、スペクトル取得手段３０１により、逆フーリエ変換され、ＴＥ＝２５ｍｓｅｃの場合の第２のスペクトルと、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃの場合の第４のスペクトルとが取得される。
【００６３】
その後、データ処理部１７０は、第１〜第４のスペクトルの差分スペクトルを算出する（ステップＳ４０３）。ここで、データ処理部１７０は、差分手段３０２を用いて、第１と第３のスペクトルの差分である第１の差分スペクトルと、第２と第４のスペクトルの差分である第２の差分スペクトルと、を算出する。
【００６４】
ここで、図６の表を用いて第１〜第４のスペクトルおよび第１〜第２の差分スペクトルについて説明する。図６の表の各欄に記載されたスペクトルは、取得されるスペクトルを模式的に示したものであり、各スペクトルの横軸は、同一の周波数軸を構成している。
【００６５】
ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得されるファントムの第１のスペクトルは、ＮＡＡおよびＧｌｘのＴ２緩和時間が２５ｍｓｅｃより充分に長いので、ＮＡＡおよびＧｌｘのピークを有する。このスペクトルは、ＮＡＡピーク１およびピーク２の２つのピークを有し、Ｇｌｘは、これらピークの中間のＮＡＡピーク２に近接した位置に存在する。
【００６６】
ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得される被検体１の第２のスペクトルは、第１のスペクトルと概ね同様のスペクトルであるが、ＮＡＡおよびＧｌｘのピーク位置およびピーク波形が若干異なり、ピークの半値幅が広くなる。
【００６７】
ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得されるファントムの第２のスペクトルは、ＮＡＡのＴ２緩和時間が６０ｍｓｅｃより充分に長く、ＧｌｘのＴ２緩和時間が６０ｍｓｅｃより充分に短いので、Ｇｌｘのピークは存在せず、ＮＡＡピークのみが第１のスペクトルと同一位置に存在する。なお、ＮＡＡのピーク値は、ＴＥが３５ｍｓｅｃ長くなった分、Ｔ２緩和により減衰し、小さなものとなる。
【００６８】
ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得される被検体１の第４のスペクトルは、第３のスペクトルと概ね同様のスペクトルであるが、ＮＡＡのピーク位置およびピーク波形が若干異なり、ピークの半値幅が広くなる。
【００６９】
ファントムの第１のスペクトルと第３のスペクトルの差分である第１の差分スペクトルは、ＮＡＡのピーク波形が差分により概ね消滅するので、Ｇｌｘのピークを抽出することができる。ただし、ＴＥが異なるので、ＮＡＡの緩和時間の差に起因するピーク値の差分であるΔＮＡＡピーク１およびピーク２のスペクトル波形は残存する。
【００７０】
被検体１の第２のスペクトルと第４のスペクトルとの差分である第２の差分スペクトルも、第１の差分スペクトルと概ね同様であるが、ＧｌｘおよびΔＮＡＡのピーク位置およびピーク波形が若干異なり、ピークの半値幅が広くなる。
【００７１】
ここで、図４に戻り、データ処理部１７０は、第４のスペクトルのＮＡＡピーク２のピーク値、半値幅および周波数を計測し、以下で行うマーカットフィッティング手段３０３の初期値を算定する（ステップＳ４０４）。
【００７２】
その後、マーカットフィッティング手段３０３により、ＮＡＡおよびＧｌｘの最適なフィッティング波形を求める。まず、ステップＳ４０４で算定した初期値を用いて、第３のスペクトルのＮＡＡにフィッティングを行う（ステップＳ４０５）。さらに、ステップＳ４０４で算定した初期値を用いて、第２の差分スペクトルのΔＮＡＡピーク１にフィッティングを行う（ステップＳ４０６）。ここで、ΔＮＡＡピーク２にフィッティングを行うこともできるが、Ｇｌｘと周波数が大きく異なり、重なり合う部分の少ないΔＮＡＡピーク１にフィッティングを行うことが、フィッティング精度上好ましい。
【００７３】
その後、ステップＳ４０６で求めたフィッティング波形を、同じく第２の差分スペクトルから差分する（ステップＳ４０７）。これにより、Ｇｌｘスペクトルを生成する。
【００７４】
図７にステップＳ４０６およびステップＳ４０７の処理を図示する。図７（Ａ）は、第２の差分スペクトルであり、ΔＮＡＡピーク１に図中点線で示されたフィッティング波形が示されている。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の第２の差分スペクトルからΔＮＡＡピーク１のフィッティング波形を差分したＧｌｘスペクトルである。これにより、ΔＮＡＡピーク１が概ね消滅するので、Ｇｌｘスペクトルのフィッティングをより高精度に行うことができる。
【００７５】
その後、ファントムの第１の差分スペクトルに対して、ステップＳ４０７で求めたＧｌｘスペクトルをフィッティングする（ステップＳ４０８）。そして、ステップＳ４０５の第３のスペクトルとフィッティング波形の差分およびステップＳ４０８の第１の差分スペクトルとフィッティング波形との差分を求めフィッティング波形の誤差を算出する（ステップＳ４０９）。
【００７６】
その後、パラメータの変更を行うかどうかを判定し（ステップＳ４１１）、パラメータの変更を行う場合には（ステップＳ４１１肯定）、ＮＡＡピーク２のピーク値、半値幅および周波数を、初期値に基づいた新たなパラメータ値に変更し（ステップＳ４１０）、ステップＳ４０５の第３のスペクトルに対するフィッティングに移行する。パラメータの変更を行わない場合には（ステップＳ４１１否定）、次のステップに移行し、ステップＳ４０９で求めた誤差の最も少ない最適なフィッティング波形を決定する（ステップＳ４１２）。なお、ここで、パラメータの変更を行うかどうかの判定は、例えば、所定回数あるいは所定範囲のパラメータ変更を行ったかどうかにより判定される。
【００７７】
その後、最適なフィッティング波形から、ファントムの第３のスペクトルおよび第１の差分スペクトルの対応マップを用いて、被検体１内部のＮＡＡおよびＧｌｘ量を、推定手段３０４により推定し定量化を行う（ステップＳ４１３）。
【００７８】
上述してきたように、本実施の形態では、ファントムおよび被検体１から、ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いてＮＡＡおよびＧｌｘの第１および第２のスペクトルを取得し、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いてＮＡＡのみの第３および第４のスペクトルを取得し，これらのスペクトルの差分から概ねＧｌｘからなる第１および第２の差分スペクトルを取得し、ＮＡＡのみの第２のスペクトルおよび概ねＧｌｘのみからなる第１の差分スペクトルに対して、被検体１の第４のスペクトル波形を初期値として、さらには、残存ΔＮＡＡスペクトルを除去した第２の差分スペクトルをフィッティング波形としてマーカットフィッティングを行い最適なフィッティング波形を求めることとしているので、高精度に、しかも簡易に被検体１内部のＮＡＡおよびＧｌｘを定量化することができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、グルタミンおよびグルタメートであるＧｌｘのスペクトルは、１つであるとして説明したが、厳密には、２つのスペクトルに分離する。これら２つのスペクトル各々に対して、定量化のためのマーカットフィッティングを行うこともできる。
【００８０】
また、本実施の形態では、シングルボクセル（ｓｉｎｇｌｅ ｖｏｘｅｌ）のプレスパルスシーケンスを用いたが、マルチボクセル（ｍｕｌｔｉ ｖｏｘｅｌ）のパルスシーケンス、シングルボクセルのスティーム（ＳＴＥＡＭ）法あるいはアイシス（ＩＳＩＳ）法等のすべてのプロトンＭＲＳを用いて行うことが出来る。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水信号抑制を含むプレス法を用いた異なるＴＥのパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを複数取得し、さらに複数の前記スペクトルの差分を行い、前記スペクトルおよび前記差分から最適なフィッティング関数を求め、前記フィッティング関数に基づいて前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの量を推定することとしているので、共鳴周波数が近接し、かつ、異なる緩和時間を有するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの磁気共鳴信号を分離して取得し、これらの分離したスペクトルに対してフィッティングを行い、精度の高い定量化情報を、簡易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気共鳴撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態のパルスシーケンスを示す図である。
【図３】実施の形態のデータ処理部を示す機能ブロック図である。
【図４】実施の形態のデータ処理部の動作を示すフローチャートである（その１）。
【図５】実施の形態のデータ処理部の動作を示すフローチャートである（その２）。
【図６】実施の形態のスペクトルを比較した図である。
【図７】実施の形態の第２の差分スペクトルからＧｌｘスペクトルを求める図である。
【符号の説明】
１ 被検体
１００ マグネットシステム
１０２ 主磁場コイル部
１０６ 勾配コイル部
１０８ 送信コイル部
１１０ ＲＦコイル
１２０ クレードル
１３０ 勾配駆動部
１４０ 送信駆動部
１５０ データ収集部
１６０ スキャンコントローラ部
１６０ 部
１７０ データ処理部
１８０ 表示部
１９０ 操作部
１９９ 制御処理部
３０１ スペクトル取得手段
３０２ 差分手段
３０３ マーカットフィッティング手段
３０４ 推定手段
【発明の属する技術分野】
この発明は、プレス（ｐｒｅｓｓ）法で取得されたスペクトル（ｓｐｅｃｔｒｕｍ）によるＮーアセチルアスパレート（Ｎ−ａｃｅｔｙｌ ａｓｐａｒｔａｔｅ）、グルタミン（ｇｌｕｔａｍｉｎ）およびグルタメート（ｇｌｕｔａｍａｔｅ）の定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気共鳴現象を用いたプロトンスペクトロスコピー（ｐｒｏｔｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による生体内代謝物質の定量的評価が行われている。ここでは、例えば、Ｎアセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメート等の定量的評価が行われるが、生体内を非侵襲的に検査できることから生体への負荷が軽く、有用なものとなっている。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
ロスマン（Ｄ．Ｌ．Ｒｏｔｈｍａｎ）他著、「人脳におけるグルタメートの局所プロトンスペクトル（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ １Ｈ ＮＭＲ Ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｈｕｍａｎ Ｂｒａｉｎ）」、マグネティックレゾナンス イン メディスン（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ），ＵＳＡ，１９９２，２５，ｐ．９４−１０６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、簡易に精度良く代謝物質を定量化することができなかった。すなわち、精度良く代謝物質を定量化するためには、撮影時間の長時間化、特殊なパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）あるいは解析ソフト等を別途準備する必要があった。
【０００５】
特に、磁気共鳴周波数が近接する複数の代謝物質では、スペクトルが重なり合って存在しており、これら複数の代謝物質が混在するスペクトル（ｓｐｅｃｔｒａ）から特定の代謝物質のみのスペクトルを分離抽出することには、困難が伴っている。
【０００６】
これらのことから、簡易に精度良く行える生体内のＮ−アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置をいかに実現するかが重要となる。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による課題を解決するためになされたものであり、簡易に精度良く行える生体内のＮ−アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかるＮーアセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法は、水信号抑制を含むプレス法を用いる異なるＴＥのパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを複数取得し、複数の前記スペクトルの差分を行い、前記スペクトルおよび前記差分から最適なフィッティング関数を求め、前記フィッティング関数に基づいて前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定することを特徴とする。
【０００９】
この第１の観点による発明によれば、水信号抑制を含むプレス法を用いる異なるＴＥのパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを複数取得し、さらに複数の前記スペクトルの差分を行い、前記スペクトルおよび前記差分から最適なフィッティング関数を求め、前記フィッティング関数に基づいて前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定することとしているので、共鳴周波数が近接し、かつ、異なる緩和時間を有するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートとの磁気共鳴信号を分離して取得し、これらの分離したスペクトルに対してフィッティングを行い、精度の高い定量化情報を、簡易に取得することができる。
【００１０】
また、第２の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、水信号抑制を含むプレス法を用いるパルスシーケンスにより、被検体内部あるいはファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのプロトンスペクトルを取得する磁気共鳴撮像装置であって、前記パルスシーケンスのＴＥが異なる複数のスペクトルを取得する取得手段と、複数の前記スペクトルの差分を行う差分手段と、前記スペクトルおよび前記差分から前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの最適なフィッティング関数を求めるフィッティング手段と、前記フィッティング関数から前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この第２の観点の発明によれば、取得手段により、パルスシーケンスのＴＥが異なる複数のスペクトルを取得し、差分手段により、複数のスペクトルの差分を行い、フィッティング手段により、スペクトルおよび差分からＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの最適なフィッティング関数を求め、推定手段により、フィッティング関数からＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの前記被検体内の量を推定することとしているので、Ｎ―アセチルアスパレートと、グルタミンおよびグルタメートと、の磁気共鳴信号を分離して取得し、これらの分離したスペクトルに対してフィッティングを行い、精度の高い定量化情報を取得することができる。
【００１２】
また、第３の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記取得手段が、前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートのＴ２緩和時間より充分に短いＴＥの前記パルスシーケンスにより取得される前記ファントムおよび前記被検体の第１および第２のスペクトルを備えることを特徴とする。
【００１３】
この第３の観点の発明によれば、取得手段により、ファントムおよび被検体の第１および第２のスペクトルを、Ｎ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのＴ２緩和時間より充分に短いＴＥのパルスシーケンスにより取得することとしているので、Ｎ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを高い信号強度で取得することができる。
【００１４】
また、第４の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記取得手段が、前記グルタミンおよび前記グルタメートのＴ２緩和時間より充分に長く、前記Ｎ−アセチルアスパレートのＴ２緩和時間より短いＴＥの前記パルスシーケンスにより取得される前記ファントムおよび前記被検体の第３および第４のスペクトルを備えることを特徴とする。
【００１５】
この第４の観点の発明によれば、取得手段により、ファントムおよび被検体の第３および第４のスペクトルを、グルタミンおよびグルタメートのＴ２緩和時間より充分に長く、Ｎ−アセチルアスパレートのＴ２緩和時間より短いＴＥのパルスシーケンスにより取得することとしているので、Ｎ−アセチルアスパレートの磁気共鳴信号のみを含むスペクトルを取得することができる。
【００１６】
また、第５の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記差分手段が、前記第１および第３、並びに、前記第２および第４のスペクトルの差分である第１および第２の差分スペクトルを備えることを特徴とする。
【００１７】
この第５の観点の発明によれば、差分手段により、第１および第２の差分スペクトルを、第１および第３、並びに、第２および第４のスペクトルの差分により求めることとしているので、グルタミンおよびグルタメートをＮーアセチルアスパレートから概ね分離することができる。
【００１８】
また、第６の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記フィッティング手段は、マーカットフィッティング手段であることを特徴とする。
【００１９】
この第６の観点の発明によれば、フィッティング手段として、マーカットフィッティング手段を用いることとしているので、短い時間で最適なフィッティングを行うことができる。
【００２０】
また、第７の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記第４のスペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形のピーク周波数、半値幅、ピークを初期値とすることを特徴とする。
【００２１】
この第７の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段が、初期値として、第４のスペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形のピーク周波数、半値幅、ピークを用いることとしているので、最適なフィッティング関数に近似した初期値とすることができる。
【００２２】
また、第８の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記初期値を用いて前記第３のスペクトルのフィッティングを開始し、パラメータであるピーク周波数、半値幅、ピーク値を変化させ、最も適合するＮ−アセチルアスパレート波形を求めることを特徴とする。
【００２３】
この第８の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段が、最も適合するＮ−アセチルアスパレート波形を、前記初期値を用いて第３のスペクトルのフィッティングを開始し、パラメータであるピーク周波数、半値幅、ピーク値を変化させ、求めることとしているので、短い時間で精度の高いフィッティングを行うことができる。
【００２４】
また、第９の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記パラメータを前記第２の差分スペクトルにフィッティングし、前記第２の差分スペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形を求めることを特徴とする。
【００２５】
この第９の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段が、パラメータを第２の差分スペクトルにフィッティングし、第２の差分スペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形を求めることとしているので、第２の差分スペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレートを的確に評価することができる。
【００２６】
また、第１０の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記差分手段が、前記第２の差分スペクトルから前記Ｎ−アセチルアスパレート波形を差分したグルタミンおよびグルタメートスペクトルを備えることを特徴とする。
【００２７】
この第１０の観点の発明によれば、差分手段が、グルタミンおよびグルタメートスペクトルを、第２の差分スペクトルからＮ−アセチルアスパレート波形を差分して求めることとしているので、グルタミンおよびグルタメートのみのスペクトルを分離抽出することができる。
【００２８】
また、第１１の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記マーカットフィッティング手段が、前記グルタミンおよびグルタメートスペクトルを用いて前記第１の差分スペクトルのフィッティングを行い、最も適合するグルタミンおよびグルタメート波形を求めることを特徴とする。
【００２９】
この第１１の観点の発明によれば、マーカットフィッティング手段は、グルタミンおよびグルタメートスペクトルを用いて第１の差分スペクトルのフィッティングを行い、最も適合するグルタミンおよびグルタメート波形を求めることとしているので、高い精度でグルタミンおよびグルタメートの量を求めることが出来る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるＮ−アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法並びに磁気共鳴撮像装置について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。また、以下において、Ｎ―アセチルアスパレートをＮＡＡ、グルタミンおよびグルタメートをＧｌｘと略称する。
【００３１】
まず、本発明の実施の形態にかかる磁気共鳴撮像装置の全体構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である磁気共鳴撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図１において、この磁気共鳴撮像装置は、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）１００、データ収集部１５０、送信駆動部１４０、勾配駆動部１３０、および制御処理部１９９を含む。
【００３２】
マグネットシステム１００は、主磁場コイル（ｃｏｉｌ）部１０２、勾配コイル部１０６、送信コイル部１０８およびＲＦコイル１１０を有する。これら各コイル部およびコイルは、概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム１００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、撮像の被検体１がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）１２０に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００３３】
制御処理部１９９は、スキャンコントローラ（ｓｃａｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）部１６０、データ処理部１７０、表示部１８０および操作部１９０を含む。ここで、各種制御情報の入力は、操作部１９０からデータ処理部１７０に対して行われ、この制御情報は、パルスシーケンスとしてスキャンコントローラ部１６０に転送された後に、スキャンコントローラ部１６０によりデータ収集部１５０、送信駆動部１４０および勾配駆動部１３０の制御に用いられる。
【００３４】
主磁場コイル部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は、概ね被検体１の体軸の方向に平行である。すなわち、いわゆる水平磁場を形成する。主磁場コイル部１０２は、例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、静磁場強度は、生体内代謝物質を分離して検出するために、高い強度が好ましく、例えば３テスラ（Ｔｅｓｌａ）のものが用いられる。
【００３５】
勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を発生させる。
【００３６】
送信コイル部１０８は、静磁場空間にある被検体１の体内に磁気共鳴を励起するための高周波磁場を形成する。また、ＲＦコイル１１０は、クレードル１２０上に置かれ、被検体１と共にマグネットシステム１００の中心部に配置される。このＲＦコイル１１０は、送信コイル部１０８により被検体１の体内に励起された磁気共鳴信号を受信する。
【００３７】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００３８】
送信コイル部１０８には送信駆動部１４０が接続されている。送信駆動部１４０は、送信コイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、送信コイル部１０８は、送信されたＲＦパルスからＲＦ磁場をマグネットシステム１００の中心部に形成し、被検体１を磁気共鳴の励起状態にする。
【００３９】
ＲＦコイル１１０には、データ収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル１１０が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。
【００４０】
勾配駆動部１３０、送信駆動部１４０およびデータ収集部１５０にはスキャンコントローラ部１６０が接続されている。受信制御部であるスキャンコントローラ部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御してデータの収集を遂行する。
【００４１】
データ収集部１５０の出力側は、データ処理部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータは、データ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えば計算機等を用いて構成される。データ処理部１７０は、図示しないメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。
【００４２】
データ処理部１７０は、スキャンコントローラ部１６０に接続されている。データ処理部１７０は、スキャンコントローラ部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００４３】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間は１次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。データ処理部１７０は、この１次元フーリエ空間のデータを１次元逆フ−リエ変換することにより被検体１あるいはファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）のプロトンスペクトルを生成する。
【００４４】
データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００４５】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力されるスペクトルおよび各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００４６】
ＲＦコイル１１０は、円筒形型のコイルで、例えばフェイズドアレイ（ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）型あるいはバードケイジ（ｂｉｒｄｃａｇｅ）型等のコイルが使用される。
【００４７】
スキャンコントローラ部１６０のパルスシーケンスとしては、水脂肪抑制部を有するプレス法が用いられる。図２に、本実施の形態にかかるプレス法のパルスシーケンスを示す。図２は、横軸に共通の時間軸を有する、送信駆動部１４０，勾配駆動部１３０、データ収集部１５０の動作を示すタイムチャートである。このパルスシーケンスは、前半の水抑制部と、後半のプレス部とからなる。
【００４８】
図２（Ａ）は、送信駆動部１４０からＲＦコイル１１０に出力されるＲＦ信号波形、およびＲＦコイル１１０からデータ収集部１５０が受信する受信エコーを示した。なお、ここに示されているのは、ＲＦ信号の包絡線波形であり、内部に磁気共鳴周波数のＲＦ信号を含むものである。
【００４９】
また、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、ｚ軸方向、ｙ軸方向およびｘ軸方向に勾配駆動部１３０から出力される勾配波形である。この勾配波形は、マグネットシステム１００のボア内に生成される線形勾配磁場の勾配の大きさを現す。
【００５０】
ここで、水抑制部においては、水プロトンのみを限定的に励起するため、狭周波数帯域を有する時間幅の広い９０度パルスが３回印加され、各パルスごとにｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向のスポイラー（Ｓｐｏｉｌｅｒ）勾配により励起磁場が分散され水プロトン信号を抑制する。
【００５１】
また、プレス部においては、選択的な励起を行う９０度パルスおよび２つの１８０度パルスが存在する。９０度パルスは、同時に出力されるｚ軸方向の勾配磁場によりｚ軸方向の限定された領域を励起状態とする。その後、１８０度パルスは、同時に出力されるｘ軸方向の勾配磁場によりｘ軸方向の限定された領域で励起磁場の反転を行い、さらに次の１８０度パルスは、同時に出力されるｙ軸方向の勾配磁場によりｙ軸方向の限定された領域で励起磁場の反転を行う。
【００５２】
そして、９０度パルスおよび２つの１８０度パルスのパルス間隔で決定される所定時間の後に、受信エコーが観測される。なお、プレス部にある９０度パルスの中心位置から、受信エコーの中心位置までの時間をＴＥと称する。
【００５３】
ここで、図３にデータ処理部１７０の機能ブロック図を示す。データ処理部１７０は、スペクトル取得手段３０１、差分手段３０２、マーカットフィッティング（Ｍａｒｑｕａｒｄｔ Ｆｉｔｔｉｎｇ）手段３０３および推定手段３０４を含む。
【００５４】
スペクトル取得手段３０１は、図２に示したパルスシーケンスにより取得される受信エコーを、逆フーリエ変換することにより、限定された領域に存在する代謝物質のスペクトルを取得する。差分手段３０２は、スペクトル取得手段３０１で取得されたスペクトルあるいはフィッティング波形の差分を行い、差分スペクトルを算出する。
【００５５】
マーカットフィッティング手段３０３は、スペクトル波形に対して、共鳴周波数、半値幅、ピーク値をパラメータとして共鳴波形のフィッティングを行い最適なフィッティング波形を求める。例えば、各パラメータ値の共鳴波形と、フィッティング先のスペクトル波形との差分により波形の誤差を求め、誤差の最も少ないパラメータ値の共鳴波形を最適なフィッティング波形とする。
【００５６】
推定手段３０４は、フィッティング波形の面積を求め、この面積を既知の代謝物質を含むファントムのスペクトル面積情報と比較することにより、被検体１のスペクトル情報の定量化を行う。
【００５７】
つづいて、図４および５のフローチャートを用いて、ＮＡＡおよびＧｌｘの定量化を行う動作について説明する。
【００５８】
まず、データ処理部１７０は、ＮＡＡおよびＧｌｘを定量化する際の基礎データとなるファントムのスペクトルを取得する（ステップＳ４０１）。この際、ファントム内には、一例として、ＰＨ７．０に調整されたリン酸バッファーにＮＡＡ、Ｇｌｘおよびクレアチンとグルタミンとの混合物が所定量溶解される。
【００５９】
そして、このファントムは、オペレータにより、図１に示したＲＦコイル１１０内の被検体１の位置に配置され、図２に示したプレス法を用いたパルスシーケンスにより、受信エコーを取得する。パルスシーケンスのＴＥは、ＮＡＡおよびＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に短い時間、例えば２５ｍｓｅｃと、ＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に長く、ＮＡＡのＴ２緩和時間よりも充分に短い時間、例えば６０ｍｓｅｃとの２種類のＴＥで、受信エコーの取得が行われる。
【００６０】
そして、これら受信エコーは、スペクトル取得手段３０１により、逆フーリエ変換され、ＴＥ＝２５ｍｓｅｃの場合の第１のスペクトルと、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃの場合の第３のスペクトルとが取得される。なお、この際、ファントム内のＮＡＡおよびＧｌｘ量と、スペクトル面積との対応マップが同時に作成される。
【００６１】
その後、データ処理部１７０は、被検体１のスペクトルを取得する（ステップＳ４０２）。この際、被検体１は、オペレータにより、図１に示したＲＦコイル１１０内に配置され、図２に示したプレス法を用いたパルスシーケンスにより、受信エコーを取得する。パルスシーケンスのＴＥは、ＮＡＡおよびＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に短い時間、例えば２５ｍｓｅｃと、ＧｌｘのＴ２緩和時間より充分に長く、ＮＡＡのＴ２緩和時間よりも充分に短い時間、例えば６０ｍｓｅｃとの２種類のＴＥで、受信エコーの取得が行われる。
【００６２】
そして、これら受信エコーは、スペクトル取得手段３０１により、逆フーリエ変換され、ＴＥ＝２５ｍｓｅｃの場合の第２のスペクトルと、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃの場合の第４のスペクトルとが取得される。
【００６３】
その後、データ処理部１７０は、第１〜第４のスペクトルの差分スペクトルを算出する（ステップＳ４０３）。ここで、データ処理部１７０は、差分手段３０２を用いて、第１と第３のスペクトルの差分である第１の差分スペクトルと、第２と第４のスペクトルの差分である第２の差分スペクトルと、を算出する。
【００６４】
ここで、図６の表を用いて第１〜第４のスペクトルおよび第１〜第２の差分スペクトルについて説明する。図６の表の各欄に記載されたスペクトルは、取得されるスペクトルを模式的に示したものであり、各スペクトルの横軸は、同一の周波数軸を構成している。
【００６５】
ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得されるファントムの第１のスペクトルは、ＮＡＡおよびＧｌｘのＴ２緩和時間が２５ｍｓｅｃより充分に長いので、ＮＡＡおよびＧｌｘのピークを有する。このスペクトルは、ＮＡＡピーク１およびピーク２の２つのピークを有し、Ｇｌｘは、これらピークの中間のＮＡＡピーク２に近接した位置に存在する。
【００６６】
ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得される被検体１の第２のスペクトルは、第１のスペクトルと概ね同様のスペクトルであるが、ＮＡＡおよびＧｌｘのピーク位置およびピーク波形が若干異なり、ピークの半値幅が広くなる。
【００６７】
ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得されるファントムの第２のスペクトルは、ＮＡＡのＴ２緩和時間が６０ｍｓｅｃより充分に長く、ＧｌｘのＴ２緩和時間が６０ｍｓｅｃより充分に短いので、Ｇｌｘのピークは存在せず、ＮＡＡピークのみが第１のスペクトルと同一位置に存在する。なお、ＮＡＡのピーク値は、ＴＥが３５ｍｓｅｃ長くなった分、Ｔ２緩和により減衰し、小さなものとなる。
【００６８】
ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いて取得される被検体１の第４のスペクトルは、第３のスペクトルと概ね同様のスペクトルであるが、ＮＡＡのピーク位置およびピーク波形が若干異なり、ピークの半値幅が広くなる。
【００６９】
ファントムの第１のスペクトルと第３のスペクトルの差分である第１の差分スペクトルは、ＮＡＡのピーク波形が差分により概ね消滅するので、Ｇｌｘのピークを抽出することができる。ただし、ＴＥが異なるので、ＮＡＡの緩和時間の差に起因するピーク値の差分であるΔＮＡＡピーク１およびピーク２のスペクトル波形は残存する。
【００７０】
被検体１の第２のスペクトルと第４のスペクトルとの差分である第２の差分スペクトルも、第１の差分スペクトルと概ね同様であるが、ＧｌｘおよびΔＮＡＡのピーク位置およびピーク波形が若干異なり、ピークの半値幅が広くなる。
【００７１】
ここで、図４に戻り、データ処理部１７０は、第４のスペクトルのＮＡＡピーク２のピーク値、半値幅および周波数を計測し、以下で行うマーカットフィッティング手段３０３の初期値を算定する（ステップＳ４０４）。
【００７２】
その後、マーカットフィッティング手段３０３により、ＮＡＡおよびＧｌｘの最適なフィッティング波形を求める。まず、ステップＳ４０４で算定した初期値を用いて、第３のスペクトルのＮＡＡにフィッティングを行う（ステップＳ４０５）。さらに、ステップＳ４０４で算定した初期値を用いて、第２の差分スペクトルのΔＮＡＡピーク１にフィッティングを行う（ステップＳ４０６）。ここで、ΔＮＡＡピーク２にフィッティングを行うこともできるが、Ｇｌｘと周波数が大きく異なり、重なり合う部分の少ないΔＮＡＡピーク１にフィッティングを行うことが、フィッティング精度上好ましい。
【００７３】
その後、ステップＳ４０６で求めたフィッティング波形を、同じく第２の差分スペクトルから差分する（ステップＳ４０７）。これにより、Ｇｌｘスペクトルを生成する。
【００７４】
図７にステップＳ４０６およびステップＳ４０７の処理を図示する。図７（Ａ）は、第２の差分スペクトルであり、ΔＮＡＡピーク１に図中点線で示されたフィッティング波形が示されている。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の第２の差分スペクトルからΔＮＡＡピーク１のフィッティング波形を差分したＧｌｘスペクトルである。これにより、ΔＮＡＡピーク１が概ね消滅するので、Ｇｌｘスペクトルのフィッティングをより高精度に行うことができる。
【００７５】
その後、ファントムの第１の差分スペクトルに対して、ステップＳ４０７で求めたＧｌｘスペクトルをフィッティングする（ステップＳ４０８）。そして、ステップＳ４０５の第３のスペクトルとフィッティング波形の差分およびステップＳ４０８の第１の差分スペクトルとフィッティング波形との差分を求めフィッティング波形の誤差を算出する（ステップＳ４０９）。
【００７６】
その後、パラメータの変更を行うかどうかを判定し（ステップＳ４１１）、パラメータの変更を行う場合には（ステップＳ４１１肯定）、ＮＡＡピーク２のピーク値、半値幅および周波数を、初期値に基づいた新たなパラメータ値に変更し（ステップＳ４１０）、ステップＳ４０５の第３のスペクトルに対するフィッティングに移行する。パラメータの変更を行わない場合には（ステップＳ４１１否定）、次のステップに移行し、ステップＳ４０９で求めた誤差の最も少ない最適なフィッティング波形を決定する（ステップＳ４１２）。なお、ここで、パラメータの変更を行うかどうかの判定は、例えば、所定回数あるいは所定範囲のパラメータ変更を行ったかどうかにより判定される。
【００７７】
その後、最適なフィッティング波形から、ファントムの第３のスペクトルおよび第１の差分スペクトルの対応マップを用いて、被検体１内部のＮＡＡおよびＧｌｘ量を、推定手段３０４により推定し定量化を行う（ステップＳ４１３）。
【００７８】
上述してきたように、本実施の形態では、ファントムおよび被検体１から、ＴＥ＝２５ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いてＮＡＡおよびＧｌｘの第１および第２のスペクトルを取得し、ＴＥ＝６０ｍｓｅｃのパルスシーケンスを用いてＮＡＡのみの第３および第４のスペクトルを取得し，これらのスペクトルの差分から概ねＧｌｘからなる第１および第２の差分スペクトルを取得し、ＮＡＡのみの第２のスペクトルおよび概ねＧｌｘのみからなる第１の差分スペクトルに対して、被検体１の第４のスペクトル波形を初期値として、さらには、残存ΔＮＡＡスペクトルを除去した第２の差分スペクトルをフィッティング波形としてマーカットフィッティングを行い最適なフィッティング波形を求めることとしているので、高精度に、しかも簡易に被検体１内部のＮＡＡおよびＧｌｘを定量化することができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、グルタミンおよびグルタメートであるＧｌｘのスペクトルは、１つであるとして説明したが、厳密には、２つのスペクトルに分離する。これら２つのスペクトル各々に対して、定量化のためのマーカットフィッティングを行うこともできる。
【００８０】
また、本実施の形態では、シングルボクセル（ｓｉｎｇｌｅ ｖｏｘｅｌ）のプレスパルスシーケンスを用いたが、マルチボクセル（ｍｕｌｔｉ ｖｏｘｅｌ）のパルスシーケンス、シングルボクセルのスティーム（ＳＴＥＡＭ）法あるいはアイシス（ＩＳＩＳ）法等のすべてのプロトンＭＲＳを用いて行うことが出来る。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水信号抑制を含むプレス法を用いた異なるＴＥのパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを複数取得し、さらに複数の前記スペクトルの差分を行い、前記スペクトルおよび前記差分から最適なフィッティング関数を求め、前記フィッティング関数に基づいて前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの量を推定することとしているので、共鳴周波数が近接し、かつ、異なる緩和時間を有するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの磁気共鳴信号を分離して取得し、これらの分離したスペクトルに対してフィッティングを行い、精度の高い定量化情報を、簡易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気共鳴撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態のパルスシーケンスを示す図である。
【図３】実施の形態のデータ処理部を示す機能ブロック図である。
【図４】実施の形態のデータ処理部の動作を示すフローチャートである（その１）。
【図５】実施の形態のデータ処理部の動作を示すフローチャートである（その２）。
【図６】実施の形態のスペクトルを比較した図である。
【図７】実施の形態の第２の差分スペクトルからＧｌｘスペクトルを求める図である。
【符号の説明】
１ 被検体
１００ マグネットシステム
１０２ 主磁場コイル部
１０６ 勾配コイル部
１０８ 送信コイル部
１１０ ＲＦコイル
１２０ クレードル
１３０ 勾配駆動部
１４０ 送信駆動部
１５０ データ収集部
１６０ スキャンコントローラ部
１６０ 部
１７０ データ処理部
１８０ 表示部
１９０ 操作部
１９９ 制御処理部
３０１ スペクトル取得手段
３０２ 差分手段
３０３ マーカットフィッティング手段
３０４ 推定手段
Claims (11)
- 水信号抑制を含むプレス法を用いる異なるＴＥのパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのスペクトルを複数取得し、
複数の前記スペクトルの差分を行い、
前記スペクトルおよび前記差分から最適なフィッティング関数を求め、
前記フィッティング関数に基づいて前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定することを特徴とするＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートの定量化方法。 - 水信号抑制を含むプレス法を用いるパルスシーケンスにより、被検体内部およびファントムに存在するＮ―アセチルアスパレート、グルタミンおよびグルタメートのプロトンスペクトルを取得する磁気共鳴撮像装置であって、
前記パルスシーケンスのＴＥが異なる複数のスペクトルを取得する取得手段と、複数の前記スペクトルの差分を行う差分手段と、
前記スペクトルおよび前記差分から前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの最適なフィッティング関数を求めるフィッティング手段と、
前記フィッティング関数から前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートの前記被検体内の量を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 前記取得手段は、前記Ｎ―アセチルアスパレート、前記グルタミンおよび前記グルタメートのＴ２緩和時間より充分に短いＴＥの前記パルスシーケンスにより取得される前記ファントムおよび前記被検体の第１および第２のスペクトルを備えることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置。
- 前記取得手段は、前記グルタミンおよび前記グルタメートのＴ２緩和時間より充分に長く、前記Ｎ−アセチルアスパレートのＴ２緩和時間より短いＴＥの前記パルスシーケンスにより取得される前記ファントムおよび前記被検体の第３および第４のスペクトルを備えることを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴撮像装置。
- 前記差分手段は、前記第１および第３、並びに、前記第２および第４のスペクトルの差分である第１および第２の差分スペクトルを備えることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴撮像装置。
- 前記フィッティング手段は、マーカットフィッティング手段であることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置。
- 前記マーカットフィッティング手段は、前記第４のスペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形のピーク周波数、半値幅、ピーク値を初期値とすることを特徴とする請求項５および６に記載に磁気共鳴撮像装置。
- 前記マーカットフィッティング手段は、前記初期値を用いて前記第３のスペクトルのフィッティングを開始し、パラメータであるピーク周波数、半値幅、ピーク値を変化させ、最も適合するＮ−アセチルアスパレート波形を求めることを特徴とする請求項７に記載の磁気共鳴撮像装置。
- 前記マーカットフィッティング手段は、前記パラメータを前記第２の差分スペクトルにフィッティングし、前記第２の差分スペクトルに含まれるＮ−アセチルアスパレート波形を求めることを特徴とする請求項８に記載の磁気共鳴撮像装置。
- 前記差分手段は、前記第２の差分スペクトルから前記Ｎ−アセチルアスパレート波形を差分したグルタミンおよびグルタメートスペクトルを備えることを特徴とする請求項９に記載の磁気共鳴撮像装置。
- 前記マーカットフィッティング手段は、前記グルタミンおよびグルタメートスペクトルを用いて前記第１の差分スペクトルのフィッティングを行い、最も適合するグルタミンおよびグルタメート波形を求めることを特徴とする請求項１０に記載の磁気共鳴撮像装置。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005007181A (ja) * | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | Ｍｒ分光法において代謝産物の信号分離を改良させた方法及び装置 |
| JP2009291348A (ja) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 磁気共鳴イメージング装置および神経伝達物質定量化方法 |
| JP2016540602A (ja) * | 2013-12-19 | 2016-12-28 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | Ｄｉｘｏｎタイプ水／脂肪分離する磁気共鳴イメージング |
| WO2022171038A1 (zh) * | 2021-02-10 | 2022-08-18 | 华东师范大学 | 一种非诊断目的的利用N-乙酰天门冬氨酸分子磁共振信号检测活体pH值的方法 |
-
2002
- 2002-11-01 JP JP2002319324A patent/JP2004148024A/ja not_active Withdrawn
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