(57)【要約】  本発明の磁気共鳴イメージング方法は、複数の拡散強調の強さ及び拡散方向において拡散強調を付与することにより、磁気共鳴信号の取得を伴う。オブジェクトデータセットは、見かけの拡散係数が割り当てられる磁気共鳴信号から復元される。個別のボクセルについて、ただ１つ又は幾つかの拡散方向の生成が識別される。このようにして、交差するファイバーが考慮に入れられる。
2007520303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング方法であって、
複数の拡散強調の強さ及び複数の拡散方向を伴う、拡散強調の付与を含む磁気共鳴信号を取得するステップと、
前記磁気共鳴信号からオブジェクトデータセットを復元するステップと、
前記オブジェクトデータセットが、見かけの拡散係数を多次元の幾何学的空間のボクセルに割り当てるステップと、
前記オブジェクトデータセットの個別のボクセルにおける単一又は幾つかの拡散方向の生成を識別するステップとを含む磁気共鳴イメージング方法。
【請求項２】
前記個別のボクセルに対する前記見かけの拡散係数が、問題になっている前記ボクセルについて個々の拡散方向に関するコントリビューションに分解される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージング方法。
【請求項３】
前記見かけの拡散係数の前記分解は、問題になっている前記ボクセルの前記識別された主要な拡散方向に関して等しい拡散の強さに基づいて行なわれる、請求項２に記載の磁気共鳴イメージング方法。
【請求項４】
見かけの拡散係数を多次元の幾何学的空間のボクセルに割り当てるオブジェクトデータセットの解析を行なう方法であって、
前記解析が、個別のボクセルに関する複数の拡散方向及び複数の拡散強調の強さから、前記オブジェクトデータセットの個別のボクセルにおける単一又は幾つかの拡散方向の生成を識別するステップを含む方法。
【請求項５】
見かけの拡散係数を多次元の幾何学的空間のボクセルに割り当てるオブジェクトデータセットの解析を行なうコンピュータプログラムであって、
個別のボクセルに関する複数の拡散方向及び複数の拡散強調の強さから、前記オブジェクトデータセットの個別のボクセルにおける単一又は幾つかの拡散方向の生成を識別するための命令を含むコンピュータプログラム。
【請求項６】
複数の拡散強調の強さ及び複数の拡散方向を伴う、拡散強調の付与を含む磁気共鳴信号を取得し、
前記磁気共鳴信号からオブジェクトデータセットを復元し、
前記オブジェクトデータセットが、見かけの拡散係数を多次元の幾何学的空間のボクセルに割り当てるように構成される磁気共鳴イメージングシステムであって、
前記オブジェクトデータセットの個別のボクセルにおける単一又は幾つかの拡散方向の生成を識別するための画像処理ユニットを含む磁気共鳴イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度分解能拡散強調磁気共鳴イメージング（angular resolved diffusion weighted Magnetic Resonance Imaging）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角度分解能拡散磁気共鳴イメージング方法では、拡散強調磁気共鳴信号が得られる。拡散強調は、拡散磁気グラディエントフィールド（diffusion magnetic gradient field，拡散勾配磁場）によってもたらされる。拡散強調される磁気共鳴信号は、更に、リードグラディエントフィールド及び位相エンコードグラディエントのような磁気グラディエントフィールドをエンコードすることによって、空間的にエンコードされる。特に、拡散テンソルイメージング（ＤＴＩ）において、拡散強調は幾つかの空間方向について実施される。拡散強調された磁気共鳴信号から、テンソル解析に基づいて、局所的な主要な拡散方向が、個別のボクセルについて得られる。拡散プロセスは、原子核の（プロトン）スピンの個体数（population，個体群）の確率プロセスであり、テンソル解析は、個体の拡散の動きがスピンする主な拡散方向を得る。これらの主な方向が、拡散テンソルの固有ベクトルの方向に対応し、最大の固有値に関係する主な方向が、主要な拡散方向である。この主要な拡散方向は、問題になっているボクセル（voxel at issue，当該ボクセル）において拡散が主に起こる方向を表す。拡散方向及び見かけの拡散係数の情報は、人間又は動物の脳及びせき髄のような神経系の方向性ファイバー構造体（directional fibre structure，方向性繊維構造体）を抽出するのに役立つ。
【０００３】
角度分解能拡散磁気共鳴イメージングは、L.R.Frank著による論文「高角度分解能拡散強調ＭＲＩにおける異方性の特徴（Characterization of anisotropy in high angular resolution diffusion-weighted MRI）」ＭＲＭ４７（２００２年発行）１０８３〜１０９９ページから知られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用された論文は、複数の主要な拡散方向が単体のボクセルに現れる可能性があり、このようなボクセルでの拡散の特徴が問題になるという課題について言及している。既知の磁気共鳴イメージング方法は、この課題に対してグループ理論の方法を適用して、測定値は、等方性、単一のファイバー又は複数のファイバー成分が、分離できる直和部分空間（separable direct sum subspace，分離可能な直和サブスペース）である回転グループのこれ以上小さくできない表現（irreducible representation，単純化できない表示）に分解され得ることを示す。単一のボクセルを通る複数のファイバーは、球面調和関数に基づいて分解状態で表され、そのボクセルを通る幾つかのファイバーをもつボクセルの状態は、回転グループのこれ以上小さくできない表現の直和として示され得る。
【０００５】
本発明の目的は、既知の磁気共鳴イメージング方法よりも少ない計算作業を必要とする高角度分解能拡散強調の磁気共鳴イメージング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明の磁気共鳴イメージング方法であって、
複数の拡散強調の強さ(diffusion weighting strength，拡散加重強度)及び複数の拡散方向を伴う、拡散強調の付与（application of diffusion weighting，拡散強調勾配の印加）を含む磁気共鳴信号を取得するステップと、
磁気共鳴信号からオブジェクトデータセットを復元するステップと、
オブジェクトデータセットが、見かけの拡散係数（ADC：apparent diffusion coefficient）を多次元の幾何学的空間のボクセルに割り当てるステップと、
オブジェクトデータセットの個別のボクセルにおける単一又は幾つかの拡散方向の生成を識別するステップとを含む、本発明の磁気共鳴イメージング方法によって達成される。
【０００７】
本発明によれば、個別のボクセルの異なる主要な拡散方向（ファイバー方向）からのコントリビューションは、拡散強調の幾つかの値に対する拡散強調磁気共鳴信号に基づいて区別される。拡散強調磁気共鳴信号の信号レベルの拡散強調に対する依存性は、幾つかの主要な拡散方向からのコントリビューションの重ね合わせがあるボクセルと比較して、ただ１つの単一の主要な拡散方向があるボクセルでは異なるという洞察に本発明は基づいている。更に、拡散強調磁気共鳴信号の信号レベルが付与された拡散強調に依存するやり方は、問題になっているボクセルに生じる主要な拡散方向の数を反映する。それゆえ、見かけの拡散係数の拡散の強さ（diffusion strength，拡散力）による変異に基づいて、単一の拡散方向をもつボクセルが、幾つかの拡散方向をもつボクセルと区別される。即ち、ファイバーが種々の異なる方向に通るボクセルが識別されることができる。従って、オブジェクトデータセットの他の解析において、幾つかの主要な拡散方向のコントリビューションが生じるボクセルが考慮に入れられることができる。特に、これらのボクセルでは、それぞれの主要な拡散方向からのコントリビューションの分解が実施された。
【０００８】
本発明のこれら及び他の実施態様は、従属請求項に規定される実施形態を参照して更に詳細に説明される。
【０００９】
幾つかの拡散強調での磁気共鳴信号から、個別のボクセルに対する見かけの拡散係数のそれぞれの値が計算される。これらの拡散強調依存値から、別個の主要な拡散方向に対するコントリビューションが、問題になっているボクセルについて計算されることができる。それゆえ、問題になっているボクセルを通過する種々のファイバーから見かけの拡散係数に対するコントリビューションが得られる。従って、幾つかのファイバーが問題になっているボクセルで交差する場合でさえ、ファイバーの局所的な方向性構造体がより明瞭に解像されることができる。
【００１０】
実際には、幾つかの主要な拡散方向に対する拡散の強さが、個別のボクセルのスケールでは大きく変動しないことは明らかである。本発明の一実施態様によれば、見かけの拡散係数は、それぞれの識別された主要な拡散方向に対するコントリビューションに正確に分解されることができる。この分解は、拡散の強さが、問題になっているボクセルのそれぞれの主要な拡散方向について同等であるという前提に基づいて行なわれ得る。この前提は、多くの場合、かなり正確であることは明らかである。なぜならば、例えば、個別のボクセルは、通常、単一のタイプの組織に関係するからである。この前提により、見かけの拡散係数に対するコントリビューションを計算するための計算作業が大幅に低減される。ファイバーの方向性構造体の局所的な方向性構造体の分解能（resolution，解像度）の最終的な精度は、ほとんど影響を及ぼされない。
【００１１】
本発明は、請求項４に規定されるオブジェクトデータセットの解析を行なう方法にも関する。本発明のオブジェクトデータセットの解析を行なう方法は、磁気共鳴信号の取得とは別に方向性ファイバー構造体を解析することを達成する。即ち、患者は磁気共鳴信号データを取得するためにスキャンされることができ、これらのデータが後に方向性構造体を解析するために解析される。この解析は、オプションとして異なる位置で実施されることもできる。
【００１２】
本発明は、請求項５に規定されるコンピュータプログラムにも関する。本発明のコンピュータプログラムは、汎用ワークステーションが本発明のオブジェクトデータセットの解析の方法を実施することができるように、当該汎用ワークステーションにインストールされることができる。このワークステーションは、拡散強調磁気共鳴信号を取得する磁気共鳴イメージングシステムとは別々であってよい。
【００１３】
本発明は、更に、請求項６に規定される磁気共鳴イメージングシステムに関する。本発明の磁気共鳴イメージングシステムは、本発明の方法を実施する画像処理ユニットを有する。特に、この画像処理ユニットにおいて、本発明のコンピュータプログラムがインストールされる。
【００１４】
本発明のこれら及び他の実施態様は、以下に説明される実施形態及び添付の図面を参照して明瞭に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明が実施される磁気共鳴イメージングシステムの概略的な図を示す。この磁気共鳴イメージングシステムは、静磁場を生成する主磁石を含むＭＲイメージャ（MR-imager，磁気共鳴撮像素子）１と、磁気共鳴信号を空間的にエンコードするために磁気グラディエントフィールドを印加するグラディエントシステムと、磁気共鳴信号を生成し受け取るために供給されているＲＦシステムとを有する。更に、ＭＲイメージャ１は、磁気共鳴信号からオブジェクトデータセットを作り出す再構成ユニットを組み込む。特に、ＭＲイメージャは、拡散強調磁気共鳴信号を生成するように動作される。磁気共鳴イメージングの拡散強調は、一般に、磁気グラディエントフィールド及びＲＦパルスの拡散感応パルスシーケンスを付与することによって実施される。例えば、バイポーラ性（bipolar，二極）グラディエント波形が使用されてもよく、又は同じ極性（polarity，ポラリティ）をもち、リフォーカシングＲＦパルスによって分離される拡散感光性（diffusion sensitizing）グラディエントパルスが使用されてもよい。拡散強調磁気共鳴信号から、オブジェクトデータセットが復元される。このオブジェクトデータセットは、一般に、幾何学量でボクセルに見かけの拡散係数の値を割り当てる。即ち、３次元空間のボクセル位置に対して、そのボクセル位置に関する見かけの拡散係数の値が割り当てられている。このオブジェクトデータセットは、画像処理ユニット３に付与され、メモリユニット３４に記憶される。オブジェクトデータセットでは、見かけの拡散係数が拡散の強さの幾つかの値について供給される。個別のボクセルに対する縮退検査（degeneracy check，ディジェネラシイチェック）３１によって、拡散の強さをもつ見かけの拡散係数の変異が識別される。この縮退検査３１は、種々の異なる主要な拡散方向によるコントリビューションがあるボクセル、即ち、明らかに種々のファイバーが交差するボクセルを識別する。幾つかの拡散方向が生じるこれらの識別されたボクセルについて、分解（decomposition）３２は、問題になっているボクセルにおいて識別されるこれらの主要な拡散方向について見かけの拡散係数をその成分（component，コンポーネント）に分解する。次いで、ファイバートラッキング（fibre tracking）３３が、オブジェクトデータセットの方向性構造体を識別するようにオブジェクトデータセットに付与される。このような方向性構造体又はファイバーは、これらのボクセルにおける拡散方向の方向に沿って接続されるボクセルである。本発明は、ボクセルにおけるファイバーの交差の識別を可能にする。従って、画像処理ユニットは、識別された方向性構造体をビューイングステーション（viewing station，視聴端末）４に付与する。ビューイングステーションには、ファイバー構造体が表示される。
【００１６】
それぞれの主要な拡散方向に関する成分に見かけの拡散係数の分解３２及びその縮退検査３１は、以下の考慮すべき事柄に基づいている。一般に、複数のファイバー状況にて測定された磁気共鳴信号の強度は、以下の式で与えられる。
【数１】
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ここで、Ｓ（ｖ）はボクセル位置ｖでの測定信号であり、Ｓ０は拡散感光（diffusion sensitation）が付与されない場合の測定信号であり、Ｄｋはｋ番目のファイバーに対する３×３拡散マトリックスであり、ｂは拡散感応パルスシーケンスの拡散の強さを表し、ｆｋはそのボクセルのｋ番目のファイバーの体積分率である。ｂ値及び拡散方向について幾つかの測定が行なわれるので、例えば、モデルフィッティング方法に基づいて、数量Ｄｋ及びｆｋが得られることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が実施される磁気共鳴イメージングシステムの概略的な図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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