(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ゾーン内の被検体から磁気共鳴データを取得する磁気共鳴システムであって、前記磁気共鳴システムは、
マシン実行可能な命令及びパルスシーケンス命令を記憶するメモリであって、前記パルスシーケンス命令は前記磁気共鳴システムに磁気共鳴フィンガープリンティング法によって磁気共鳴データを取得させ、前記パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを含み、各パルスシーケンス繰り返しは繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有し、各パルスシーケンス繰り返しは高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを含み、前記高周波パルスの分布は磁気スピンをフリップ角の分布に回転させ、各パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号が前記パルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定期間サンプリングされるサンプリングイベントを含み、前記サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択され、前記磁気共鳴データは前記サンプリングイベント中に取得され、前記測定ゾーンで使用される磁場の不均一性の影響を低減させるために、前記パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、前記高周波パルスと前記サンプリングイベントとの間の第１の時間的中点で実行されて前記磁気共鳴信号をリフォーカスする第１の１８０°ＲＦパルスを含み、前記パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、前記サンプリングイベントと次のパルス繰り返しの始まりとの間の第２の時間的中点で実行される第２の１８０°ＲＦパルスを含む、メモリと、
前記磁気共鳴システムを制御するプロセッサであって、前記マシン実行可能な命令を実行することによって、前記プロセッサに
・前記磁気共鳴システムをパルスシーケンス命令により制御することにより前記磁気共鳴データを取得させ、
・前記磁気共鳴データを、所定の物質のセットに対して前記パルスシーケンス命令を実行することに応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより、前記所定の物質のセットの各々の存在量を計算させるプロセッサとを備える、磁気共鳴システム。
【請求項２】
前記磁気共鳴システムは磁気共鳴イメージングシステムであり、前記測定ゾーンはイメージングゾーンであり、前記磁気共鳴システムは更に、
前記測定ゾーン内にメイン磁場を生成する磁石と、
前記測定ゾーン内に勾配磁場を生成して前記磁気共鳴データを空間符号化する磁場勾配システムと、を備え、
前記パルスシーケンス命令は更に、前記磁気共鳴データの取得中に前記磁気共鳴データの空間符号化を行うように前記磁場勾配システムを制御する命令を含み、前記空間符号化は、前記磁気共鳴データを離散的なボクセルに分割する、請求項１に記載の磁気共鳴システム。
【請求項３】
更に、前記マシン実行可能な命令を実行することによって、前記プロセッサは、前記離散的なボクセルの各々に対するブロッホ方程式を用いて前記所定の物質の各々を単一のスピンとしてモデリングすることにより、前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを計算する、請求項２に記載の磁気共鳴システム。
【請求項４】
前記空間符号化は１次元であり、前記離散的なボクセルは一群の離散的なスライスであり、前記磁気共鳴データを前記スライスのセットに分割し、前記所定の物質のセットの各々の存在量は、前記スライスのセットの各々の前記磁気共鳴データを前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより前記各スライスのセットの各々内で計算される、請求項２又は３に記載の磁気共鳴システム。
【請求項５】
前記空間符号化は、パルスシーケンスの実行中に一定の磁場勾配を所定の方向に生成するように前記磁場勾配システムを制御することにより実行される、請求項４に記載の磁気共鳴システム。
【請求項６】
前記空間符号化は、少なくとも部分的に前記サンプリングイベント中に１次元読み出し勾配を生成するように前記磁場勾配システムを制御することにより実行される、請求項４に記載の磁気共鳴システム。
【請求項７】
前記空間符号化は３次元であり、前記空間符号化は、少なくとも部分的に前記サンプリングイベント中に３次元読み出し勾配を生成するように前記磁場勾配システムを制御することにより実行される、請求項２又は３に記載の磁気共鳴システム。
【請求項８】
前記空間符号化はマルチスライス符号化として実行され、前記空間符号化は、前記高周波パルス中にスライス選択勾配を生成するように前記磁場勾配システムを制御することにより実行され、前記空間符号化は更に、第１の１８０°ＲＦパルス中に位相選択勾配又はスライス選択勾配を生成するように前記磁場勾配システムを制御することにより実行され、前記空間符号化は、前記サンプリングイベント中に読み出し勾配を生成するように前記磁場勾配システムを制御することにより実行される、請求項２又は３に記載の磁気共鳴システム。
【請求項９】
前記空間符号化は非デカルト空間符号化として実行され、前記空間符号化は、ｋ空間を非デカルト的にサンプリングするサンプリングイベント中に読み出し勾配を生成するように前記磁場勾配システムを制御することにより実行される、請求項２又は３に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１０】
前記磁気共鳴システムはＮＭＲ分光計であり、更に、前記マシン実行可能な命令を実行することによって、前記プロセッサは、離散的なボクセルの各々に対するブロッホ方程式を用いて前記所定の物質の各々を単一のスピンとしてモデリングすることにより、前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを計算する、請求項１に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１１】
離散的なボクセルの各々の前記磁気共鳴データを事前に計算された前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより、前記離散的なボクセルの各々内の前記所定の組織タイプの各々の存在量を計算することは、
前記磁気共鳴データの各磁気共鳴信号を前記所定の物質のセットの各々からの信号の線形結合として表すことと、
最小化手法を用いて前記線形結合を解くことにより前記所定の物質のセットの各々の存在量を決定することと、により行われる、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１２】
更に、前記命令を実行することによって、前記プロセッサは、少なくとも１つの較正ファントムの前記磁気共鳴データの測定を繰り返し、前記少なくとも１つの較正ファントムは、前記所定の物質のセットのうちの少なくとも１つの既知のボリュームを含む、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１３】
測定ゾーン内の被検体から磁気共鳴データを取得するための磁気共鳴システムを制御するプロセッサにより実行される、マシン実行可能な命令及びパルスシーケンス命令を記憶するコンピュータプログラムであって、前記パルスシーケンス命令は前記磁気共鳴システムに磁気共鳴フィンガープリンティング法によって前記磁気共鳴データを取得させ、前記パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを含み、各パルスシーケンス繰り返しは繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有し、各パルスシーケンス繰り返しは高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを含み、前記高周波パルスの分布は磁気スピンをフリップ角の分布に回転させ、各パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号が前記パルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定期間サンプリングされるサンプリングイベントを含み、前記サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択され、前記磁気共鳴データは前記サンプリングイベント中に取得され、前記測定ゾーンで使用される磁場の不均一性の影響を低減させるために、前記パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、前記高周波パルスと前記サンプリングイベントとの間の第１の時間的中点で実行されて前記磁気共鳴信号をリフォーカスする第１の１８０°ＲＦパルスを含み、前記パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、前記サンプリングイベントと次のパルス繰り返しの始まりとの間の第２の時間的中点で実行される第２の１８０°ＲＦパルスを含み、前記マシン実行可能な命令を実行することによって、前記プロセッサに、
・前記磁気共鳴システムをパルスシーケンス命令により制御することにより前記磁気共鳴データを取得させ、
・前記磁気共鳴データを、所定の物質のセットに対して前記パルスシーケンス命令を実行することに応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより、前記所定の物質のセットの各々の存在量を計算させる、コンピュータプログラム。
【請求項１４】
測定ゾーン内の被検体から磁気共鳴データを取得する磁気共鳴システムを動作させる方法であって、前記磁気共鳴システムは、
パルスシーケンス命令を記憶するメモリであって、前記パルスシーケンス命令は前記磁気共鳴システムに磁気共鳴フィンガープリンティング法によって磁気共鳴データを取得させ、前記パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを含み、各パルスシーケンス繰り返しは繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有し、各パルスシーケンス繰り返しは高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを含み、前記高周波パルスの分布は磁気スピンをフリップ角の分布に回転させ、各パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号が前記パルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定期間サンプリングされるサンプリングイベントを含み、前記サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択され、前記磁気共鳴データは前記サンプリングイベント中に取得され、前記測定ゾーンで使用される磁場の不均一性の影響を低減させるために、前記パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、前記高周波パルスと前記サンプリングイベントとの間の第１の時間的中点で実行されて前記磁気共鳴信号をリフォーカスする第１の１８０°ＲＦパルスを含み、前記パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、前記サンプリングイベントと次のパルス繰り返しの始まりとの間の第２の時間的中点で実行される第２の１８０°ＲＦパルスを含む、メモリを備え、
前記方法は、
・前記磁気共鳴システムをパルスシーケンス命令により制御することにより前記磁気共鳴データを取得するステップと、
・前記磁気共鳴データを、所定の物質のセットに対して前記パルスシーケンス命令を実行することに応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより、前記所定の物質のセットの各々の存在量を計算するステップと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング、特に磁気共鳴フィンガープリンティングを実行する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴（ＭＲ）フィンガープリンティングは、時間的に分散した複数のＲＦパルスが、異なる物質又は組織からの信号が測定されたＭＲ信号に対する独自の寄与を有するように印加される新しい技術である。一組又は定数の物質から事前に計算された信号寄与の限定されたディクショナリが、測定されたＭＲ信号と比較され、単一のボクセル内でその組成が決定され得る。例えばボクセルが水分、脂質、及び筋組織のみを含むことが知られている場合には、これらの３つの物質からの寄与のみが考慮されれば十分で、ボクセルの組成を正確に決定するためにほんの少しのＲＦパルスしか必要とされない。
【０００３】
磁気共鳴フィンガープリンティング法は、Ｍａらによる学術論文「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ」Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４９５，ｐｐ．１８７〜１９３，ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎａｔｕｒｅ１１９７１に紹介された。磁気フィンガープリンティング法は、米国特許出願ＵＳ２０１３／０２７１１３２Ａ１及びＵＳ２０１３／０２６５０４７Ａ１にも記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、独立請求項に磁気共鳴イメージングシステム、コンピュータプログラム製品及び方法を提供する。実施形態は従属請求項に記載される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ＭａらによるＮａｔｕｒｅの論文は、磁気共鳴フィンガープリンティングの基本的な考え方と、例えば本明細書で「事前に計算された磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ」、「磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ」及び「ディクショナリ」と呼ばれるディクショナリ等、この手法を説明するために使用される用語を紹介している。
【０００６】
当業者には理解されるように、本発明の態様は、装置、方法又はコンピュータプログラムプロダクトとして具体化され得る。従って、本発明の態様は、全面的にハードウェア実施形態、全面的にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）又は本明細書において全て一般的に「回路」、「モジュール」若しくは「システム」と称され得るソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとり得る。更に、本発明の態様は、コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードを有する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において具体化されたコンピュータプログラムプロダクトの形態をとり得る。
【０００７】
１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読ストレージ媒体でもよい。本明細書で使用される「コンピュータ可読ストレージ媒体」は、コンピューティングデバイスのプロセッサによって実行可能な命令を保存することができる任意の有形ストレージ媒体を包含する。コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読非一時的ストレージ媒体と称される場合もある。コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、有形コンピュータ可読媒体と称される場合もある。一部の実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、コンピューティングデバイスのプロセッサによってアクセスされることが可能なデータを保存可能であってもよい。コンピュータ可読ストレージ媒体の例は、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ハードディスクドライブ、半導体ハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、磁気光学ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルを含むが、これらに限定されない。光ディスクの例は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、又はＤＶＤ−Ｒディスクといったコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。コンピュータ可読ストレージ媒体という用語は、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータデバイスによってアクセスされることが可能な様々な種類の記録媒体も指す。例えば、データは、モデムによって、インターネットによって、又はローカルエリアネットワークによって読み出されてもよい。コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードは、限定されることはないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等を含む任意の適切な媒体、又は上記の任意の適切な組み合わせを用いて送信されてもよい。
【０００８】
コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドにおいて又は搬送波の一部として内部で具体化されたコンピュータ実行可能コードを備えた伝搬データ信号を含んでもよい。このような伝搬信号は、限定されることはないが電磁気、光学的、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含む様々な形態の何れかをとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではない及び命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれと関連して使用するためのプログラムを通信、伝搬、若しくは輸送できる任意のコンピュータ可読媒体でもよい。
【０００９】
「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサに直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の更なる一例である。コンピュータストレージは、任意の不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体である。一部の実施形態では、コンピュータストレージは、コンピュータメモリであってもよい又はその逆でもよい。
【００１０】
本明細書で使用される「プロセッサ」は、プログラム、マシン実行可能命令、又はコンピュータ実行可能コードを実行可能な電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を含むコンピューティングデバイスへの言及は、場合により、２つ以上のプロセッサ又は処理コアを含むと解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサである。プロセッサは、また、単一のコンピュータシステム内の、又は複数のコンピュータシステムの中へ分配されたプロセッサの集合体も指す。コンピュータデバイスとの用語は、各々が一つ又は複数のプロセッサを有するコンピュータデバイスの集合体又はネットワークを指してもよいと理解されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、同一のコンピュータデバイス内の、又は複数のコンピュータデバイス間に分配された複数のプロセッサによって実行される。
【００１１】
コンピュータ実行可能コードは、本発明の態様をプロセッサに行わせるマシン実行可能命令又はプログラムを含んでもよい。本発明の態様に関する動作を実施するためのコンピュータ実行可能コードは、Java（登録商標）、Smalltalk、又はC++等のオブジェクト指向プログラミング言語及び「Ｃ」プログラミング言語又は類似のプログラミング言語等の従来の手続きプログラミング言語を含む１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれてもよい及びマシン実行可能命令にコンパイルされてもよい。場合によっては、コンピュータ実行可能コードは、高水準言語の形態又は事前コンパイル形態でもよい及び臨機応変にマシン実行可能命令を生成するインタプリタと共に使用されてもよい。
【００１２】
コンピュータ実行可能コードは、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアローンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上で及び部分的にリモートコンピュータ上で、又は完全にリモートコンピュータ若しくはサーバ上で実行することができる。後者の場合、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを通してユーザのコンピュータに接続されてもよい、又はこの接続は外部コンピュータに対して（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネットを通して）行われてもよい。
【００１３】
本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラムプロダクトのフローチャート、図及び／又はブロック図を参照して説明される。フローチャート、図、及び／又はブロック図の各ブロック又は複数のブロックの一部は、適用できる場合、コンピュータ実行可能コードの形態のコンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。相互排他的でなければ、異なるフローチャート、図、及び／又はブロック図におけるブロックの組み合わせが組み合わせられてもよいことが更に理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するための手段を生じさせるようにマシンを作るために、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサへと提供されてもよい。
【００１４】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に保存された命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施する命令を含む製品を作るように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイスにある特定の方法で機能するように命令することができるコンピュータ可読媒体に保存されてもよい。
【００１５】
コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するためのプロセスを提供するように、一連の動作ステップがコンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で行われるようにすることにより、コンピュータ実施プロセスを生じさせるために、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイス上にロードされてもよい。
【００１６】
本明細書で使用される「ユーザインタフェース」は、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムとインタラクトすることを可能にするインタフェースである。「ユーザインタフェース」は、「ヒューマンインタフェースデバイス」と称される場合もある。ユーザインタフェースは、情報若しくはデータをオペレータに提供することができる及び／又は情報若しくはデータをオペレータから受信することができる。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にしてもよい及びコンピュータからユーザへ出力を提供してもよい。つまり、ユーザインタフェースはオペレータがコンピュータを制御する又は操作することを可能にしてもよい、及びインタフェースはコンピュータがオペレータの制御又は操作の結果を示すことを可能にしてもよい。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上のデータ又は情報の表示は、情報をオペレータに提供する一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、指示棒、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブコム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、有線グローブ、ダンスパッド、リモコン、及び加速度計を介したデータの受信は、オペレータから情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェース要素の全例である。
【００１７】
本明細書で使用される「ハードウェアインタフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とインタラクトする及び／又はそれを制御することを可能にするインタフェースを包含する。ハードウェアインタフェースは、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置へ制御信号又は命令を送ることを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースはまた、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とデータを交換することを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースの例は、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ４８８ポート、ブルートゥース（登録商標）接続、無線ＬＡＮ接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含むが、これらに限定されない。
【００１８】
本明細書で使用される「ディスプレイ」又は「ディスプレイデバイス」は、画像又はデータを表示するために構成された出力デバイス又はユーザインタフェースを包含する。ディスプレイは、視覚、音声、及び／又は触覚データを出力してもよい。ディスプレイの例は、コンピュータモニタ、テレビスクリーン、タッチスクリーン、触覚電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、ベクターディスプレイ、平面パネルディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ、及びヘッドマウントディスプレイを含むが、これらに限定されない。
【００１９】
磁気共鳴（ＭＲ）データは、本明細書においては、磁気共鳴イメージングスキャン中に磁気共鳴装置のアンテナによって原子スピンにより発せられた無線周波数信号の記録された測定結果として定義される。磁気共鳴データは、医療画像データの一例である。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像は、本明細書においては、磁気共鳴イメージングデータ内に含まれる解剖学的データの復元された２次元又は３次元視覚化として定義される。この視覚化は、コンピュータを使用して行うことができる。
【００２０】
一態様では、本発明は、測定ゾーン内の被検体から磁気共鳴データを取得する磁気共鳴イメージングシステムを提供する。磁気共鳴システムは、マシン実行可能な命令を記憶するメモリを備える。メモリは更にパルスシーケンス命令を記憶する。パルスシーケンス命令は、所謂パルスシーケンスを実行するために使用される命令を含む。本明細書で使用されるパルスシーケンスは、磁気共鳴イメージングシステムに磁気共鳴法を実行させる一組の命令又は制御コマンドを包含する。パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを含む。各パルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される１つの繰り返し時間を有する。各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを含む。高周波パルスの分布は、磁気共鳴スピンを異なるフリップ角の分布で回転させるために使用される。例えば、異なる高周波パルスは、異なる振幅、持続時間又は形状を使用して、特定の磁気スピンを特定の又は異なるフリップ角だけ回転させる。異なる高周波パルスは、異なるタイプの磁気スピンに異なる効果を及ぼし、フリップ角の異なる分布で回転させる。
【００２１】
各パルスシーケンス繰り返しは更に、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定時間サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に取得される。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスとサンプリングイベントとの間の第１の時間的中点で実行されて、磁気共鳴信号をリフォーカスする第１の１８０°高周波パルスを含む。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、サンプリングイベントと次のパルス繰り返しの始まりとの間の第２の時間的中点で実行される第２の１８０°高周波パルスを含む。
【００２２】
２つの１８０°高周波パルスを使用することの利点は、これによって測定ゾーンで使用される磁場の不均一性の影響が低減されることである。
【００２３】
磁気共鳴システムは更に、磁気共鳴システムを制御するプロセッサを備える。マシン実行可能な命令を実行することによって、プロセッサは、パルスシーケンス命令により磁気共鳴システムを制御することにより磁気共鳴データを取得する。更に、マシン実行可能な命令を実行することによって、プロセッサは、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより所定の物質のセットの各々の存在量を計算する。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、所定の物質のセットに対してパルスシーケンス命令を実行することに応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む。
【００２４】
パルスシーケンス命令が実行される時、パルスシーケンス繰り返しが１つずつ実行される。これによって、サンプリング時間中に各パルスシーケンス繰り返しのためにデータが取得される。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、特定の物質について予想される磁気共鳴信号を含む。サンプリング時間の全てにおいて測定された実際の磁気共鳴信号は、様々な物質からの磁気共鳴信号の結合体である。磁気共鳴フィンガープリンティング法では、様々な物質の組成の可能性が考えられる。各物質について考えられるフィンガープリントは実際の測定された物質と比較され、物質の組成は磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを使用してデコンボルーションされ得る。
【００２５】
概して磁気共鳴フィンガープリンティング法は、取得される少ない量のデータ又は磁気共鳴データによって被検体の組成を決定するために用いられる。これによって、この手法は従来の磁気共鳴法よりも迅速なものとなる。２つの１８０°高周波パルスを使用することによって、この手法はより正確なものとなり、取得されなければならないデータ量が低減される。通常、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリが計算される場合は、磁場の不均一性を考慮に入れる必要がある。ボクセルサイズが空間場の変動と比較して小さい場合は、多くの様々な磁場について計算された信号応答を含むディクショナリは、十分に良好なマッチを提供することができる。大きなボクセルサイズでは、フィンガープリントは所定の物質のセットの各々に対して基本的にぼやけたものとなる。２つの１８０°高周波パルスを使用することによって、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリの計算が単純化され、その結果がより正確なものとなる。
【００２６】
別の実施形態では、パルスシーケンス命令によって、磁気共鳴イメージングシステムは磁気共鳴フィンガープリンティング法に従って磁気共鳴データを取得する。パルスシーケンス命令は、磁気共鳴データの測定をパルス繰り返しごとに様々な繰り返し時間、様々なフリップ角及び様々な測定時間で実行する命令を含む。これによって、良好なサンプリングを提供するパルス時間の有用な分布が提供され、様々な成分と磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリとの照合が可能になる。
【００２７】
ＲＦパルス（フリップ角）のシーケンス、繰り返し時間等はランダム又は疑似ランダムであり得る。ＲＦパルスの疑似ランダムシーケンス又は考えられるＲＦパルスの分布から選択されたＲＦパルスでは、ＲＦパルスのシーケンスは、その符号化パワーを最大化して、様々な種についての潜在的ＭＲ応答間で最高の多様性を得るように選択される。主要なポイントは、パルスシーケンスは単一の値ではなく、繰り返し時間及びフリップ角の範囲を含むことである。これは、結果として得られる磁気共鳴信号が組織によって異なり、フィンガープリントに類似するように選択される。
【００２８】
ｋ空間サンプリングは異なり得る。例えば、１次元の均一なｋ空間サンプリング、１次元の不均一なｋ空間サンプリング、及び１次元のランダムなｋ空間サンプリング等である。ｘ及びｙ勾配のないｚスライス選択及びサンプリング（即ち、一度にｚスライス全体）等の１次元スライス選択を使用する場合は、ｋ空間の１つの点（原点）だけがサンプリングされると言える。スライス選択のためではなく、やはりｘ及びｙ勾配を使用せずにｚ方向へのｋ空間サンプリングのためにｚ勾配が使用され得る。この場合は、ｋ空間は１次元であり、サンプリングはｋ空間における点の均一又は不均一分布を使用して実行され得る。別の実施形態では、パルスシーケンスは一連のパルス繰り返しを含む。一連のパルス繰り返しのうちの各パルス繰り返しは、ランダムな持続時間、持続時間の分布から事前に選択される持続時間、又は疑似ランダムな持続時間を有する。事前に選択される持続時間は、結果として得られる一連のＲＦパルスがランダム又は疑似ランダムに見えるように分布から選択されるが、他の特性を最適化するようにも選択される。例えば、既に上で述べられたように、ＲＦパルスは、シーケンスの符号化パワーを最大化して、様々な種についての潜在的ＭＲ応答間で最高の多様性を得るように選択される。
【００２９】
別の実施形態では、磁気共鳴システムはＮＭＲ分光計である。
【００３０】
別の実施形態では、磁気共鳴システムは磁気共鳴イメージングシステムである。
【００３１】
別の実施形態では、測定ゾーンはイメージングゾーンである。
【００３２】
別の実施形態では、磁気共鳴イメージングシステムは更に、イメージングゾーン内に磁場を生成する磁石を備える。磁気共鳴イメージングシステムは更に、イメージングゾーン内に勾配磁場を生成して磁気共鳴データを空間符号化する磁場勾配システムを備える。メイン磁場はＢ０磁場と呼ばれることも多い。パルスシーケンス命令は更に、磁気共鳴データの取得中に磁気共鳴データの空間符号化を行うように磁場勾配システムを制御する命令を含む。空間符号化は磁気共鳴データを離散的なボクセルに分割する。この実施形態は、被検体の結果的な空間組成をより迅速に決定する手段を提供するという理由で有益である。
【００３３】
別の実施形態では、磁気共鳴システムは更に、測定ゾーン内にメイン磁場を生成する磁石を備える。
【００３４】
別の実施形態では、更に、マシン実行可能な命令を実行することによって、プロセッサは、各離散的なボクセルに対するブロッホ方程式を用いて各所定の物質を単一のスピンとしてモデリングすることにより、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを計算する。例えば、各離散的なボクセルでは、ブロッホ方程式、及びパルスシーケンス命令を使用した磁気共鳴システムのシミュレーションを用いることにより仮想スピンがモデリングされ得る。そして、各サンプリング時間において計算された磁気共鳴データは、モデリングされた特定タイプのスピンについての磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリである。これは、測定ゾーンが単一のボクセルにのみ分割されている場合に特に上手く機能する。空間符号化のための勾配磁場が存在しない場合にも適用される。例えば、磁気共鳴システムは、試料に関する化学分析を行う所謂ＮＭＲシステムであり得る。
【００３５】
別の実施形態では、方法は更に、各離散的なボクセルに対するブロッホ方程式を用いて各所定の物質を５及び１の間のスピンとしてモデリングすることにより、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを計算することを含む。
【００３６】
別の実施形態では、方法は更に、各離散的なボクセルに対するブロッホ方程式を用いて各所定の物質をモデリングすることにより、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを計算することを含む。
【００３７】
別の実施形態では、空間符号化は１次元である。離散的なボクセルは一群の離散的なスライスである。方法は更に、磁気共鳴データをスライスのセットに分割するステップを含む。所定のスライスのセットの各々の存在量は、スライスのセットの各々についての磁気共鳴ディクショナリを磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することによりスライスのセットの各々内で計算される。
【００３８】
別の実施形態では、空間符号化は、パルスシーケンスの実行中に磁場勾配を所定の一方向にのみ生成するように磁場勾配システムを制御することにより実行される。この結果、磁気共鳴データはスライスごとに一方向にのみ符号化される。そして、これは所謂磁気共鳴フィンガープリントチャートを作成するために使用される。磁気共鳴フィンガープリントチャートでは、所定の物質のセットの各々の存在量は１次元的拡がりに沿って計算される。
【００３９】
別の実施形態では、空間符号化は、少なくとも部分的にサンプリング時間中に１次元読み出し勾配を生成するように磁場勾配システムを制御することにより実行される。これは、例えば当該次元に沿った各物質の分布を位置の関数として生成するために使用される。これは磁気共鳴フィンガープリントチャートを生成するためにも使用される。
【００４０】
別の実施形態では、空間符号化は３次元である。空間符号化は、少なくとも部分的にサンプリング時間中に３次元勾配を生成するように磁場勾配システムを制御することにより実行される。これは、各所定の物質の３次元分布が被検体に対して空間分解的に決定され得るという理由で有益である。
【００４１】
別の実施形態では、空間符号化はマルチスライス符号化として実行される。空間符号化は、高周波パルス中にスライス選択勾配を生成するように磁場勾配システムを制御することにより実行される。空間符号化は更に、第１の１８０°高周波パルス中に位相又はスライス選択勾配を生成するように磁場勾配システムを制御することにより実行される。空間符号化は更に、サンプリング時間中に読み出し勾配を生成するように磁場勾配システムを制御することにより実行される。
【００４２】
別の実施形態では、空間符号化は非デカルト空間符号化として実行される。空間符号化は、ｋ空間を非デカルト的にサンプリングするサンプリングイベント中に読み出し勾配を生成するように磁場勾配システムを制御することにより実行される。
【００４３】
別の実施形態では、各離散的なボクセルの磁気共鳴データを事前に計算された磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより、各離散的なボクセル内の各所定の組織タイプの存在量を計算することは、次のステップにより行われる。第１のステップは、磁気共鳴データの各磁気共鳴信号を所定の物質のセットの各々からの信号の線形結合として表すステップである。次のステップは、最小化手法を用いて線形結合を解くことにより所定の物質のセットの各々の存在量を決定することである。
【００４４】
別の実施形態では、最小二乗法は、特定の物質の負の値が拒否されるように変形され得る。
【００４５】
別の実施形態では、更に、命令を実行することによって、プロセッサは少なくとも１つの較正ファントムの磁気共鳴データの測定を繰り返す。少なくとも１つの較正ファントムは、所定の物質のセットのうちの少なくとも１つの既知のボリュームを含む。
【００４６】
１次元に沿って磁気共鳴データを測定するシステムと共に使用される場合は、各較正ファントムは較正軸を有する。この場合には、少なくとも１つの較正ファントムは、較正軸が所定の方向に位置合わせされている時に所定の物質のセットのうちの少なくとも１つの既知のボリュームを含む。他の場合、例えば３次元又は２次元イメージングが行われるシステムにおいて較正ファントムが使用される場合は、所定の物質は較正ファントム内における既知の濃度で均一に分布される。
【００４７】
別の態様では、本発明は、磁気共鳴システムを制御するプロセッサにより実行されるマシン実行可能な命令及びパルスシーケンス命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。磁気共鳴システムは、測定ゾーン内の被検体から磁気共鳴データを取得するために使用される。パルスシーケンス命令は、磁気共鳴システムに磁気共鳴フィンガープリンティング法に従って磁気共鳴データを取得させる。パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを含む。各パルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有する。各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを含む。
【００４８】
高周波パルスの分布は、磁気スピンをフリップ角の分布で回転させる。各パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定時間サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に取得される。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスとサンプリングイベントとの間の第１の時間的中点で実行されて、磁気共鳴信号をリフォーカスする第１の１８０°高周波パルスを含む。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、サンプリングイベントと次のパルス繰り返しの始まりとの間の第２の時間的中点で実行される第２の１８０°高周波パルスを含む。
【００４９】
マシン実行可能な命令を実行することによって、プロセッサは、パルスシーケンス命令を使用して又はこれにより磁気共鳴システムを制御することにより磁気共鳴データを取得する。更に、マシン実行可能な命令を実行することによって、プロセッサは、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより所定の物質のセットの各々の存在量を計算する。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、所定の物質のセットに対してパルスシーケンス命令を実行することに応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む。
【００５０】
別の態様では、本発明は、測定ゾーン内の被検体から磁気共鳴データを取得する磁気共鳴システムを動作させる方法を提供する。磁気共鳴システムは、パルスシーケンス命令を記憶するメモリを備える。パルスシーケンス命令は、磁気共鳴システムに磁気共鳴フィンガープリンティング法に従って磁気共鳴データを取得させる。パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを含む。各パルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有する。各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを含む。
【００５１】
高周波パルスの分布は、磁気スピンをフリップ角の分布で回転させる。各パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定時間サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に取得される。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスとサンプリングイベントとの間の第１の時間的中点で実行されて、磁気共鳴信号をリフォーカスする第１の１８０°高周波パルスを含む。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、サンプリングイベントと次のパルス繰り返しの始まりとの間の第２の時間的中点で実行される第２の１８０°高周波パルスを含む。
【００５２】
方法は、磁気共鳴イメージングシステムをパルスシーケンス命令によって制御することにより磁気共鳴データを取得するステップを含む。方法は更に、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと比較することにより所定の物質のセットの各々の存在量を計算するステップを含む。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、所定の物質のセットに対してパルスシーケンス命令を実行することに応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む。
【００５３】
本発明の上述した実施形態の１つ又は複数は、相互に排他的でない限り組み合わされることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
以下において、本発明の好適な実施形態が、単なる例として次の図面を参照して説明される。
【００５５】
【図１】図１は、磁気共鳴イメージングシステムの一例を示す。
【図２】図２は、図１の磁気共鳴イメージングシステムを動作させる方法を示す。
【図３】図３は、パルスシーケンスの一例を示す。
【図４】図４は、パルスシーケンスの別の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図において似通った参照番号を付された要素は、等価な要素であるか、同じ機能を実行するかの何れかである。先に考察された要素は、機能が等価である場合は、後の図においては必ずしも考察されない。
【００５７】
図１は、磁石１０４を含む磁気共鳴イメージングシステム１００の一例を示す。磁石１０４は、それを貫通するボア１０６を有した超伝導円筒型磁石１０４である。異なるタイプの磁石の使用も可能であり、例えば、分割円筒磁石及び所謂開放磁石の両方を使用することも可能である。分割円筒磁石は、クライオスタットが２つの部分に分割されて、磁石の等平面へのアクセスを可能にする点を除いて、標準的な円筒磁石に類似し、斯かる磁石は、例えば荷電粒子ビーム療法と共に使用される。開放磁石は、２つの磁石部分を有し、被検体を受容するのに十分な大きさの空間を間に有して一方が他方の上にあり、２つの部分の領域の配置は、ヘルムホルツコイルのものと類似する。被検体が閉じ込められる度合いが低いことから、開放磁石が普及している。円筒磁石のクライオスタットの内部には、超伝導コイルの一群が存在する。円筒磁石１０４のボア１０６内部には、磁気共鳴イメージングを行うのに十分な程、磁場が強く均一であるイメージングゾーン１０８が存在する。
【００５８】
磁石のボア１０６内部には、磁気共鳴データの取得のために使用されて、磁石１０４のイメージングゾーン１０８内で磁気スピンを空間的に符号化する磁場勾配コイル１１０のセットも存在する。磁場勾配コイル１１０は、磁場勾配コイル電源１１２に接続される。磁場勾配コイル１１０は代表的なものであることが意図される。一般的に、磁場勾配コイル１１０は、３つの直交する空間方向に空間的に符号化を行うための３つの別々のコイルセットを含む。磁場勾配電源は、電流を磁場勾配コイルに供給する。磁場勾配コイル１１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、傾斜がつけられる又はパルス出力される。
【００５９】
イメージングゾーン１０８に隣接するのは、イメージングゾーン１０８内の磁気スピンの配向を操作するため及び同じくイメージングゾーン１０８内のスピンから無線伝送を受信するための高周波コイル１１４である。高周波アンテナは、複数のコイル素子を含む。高周波アンテナは、チャネル又はアンテナとも呼ばれる。高周波コイル１１４は、高周波送受信器１１６に接続される。高周波コイル１１４及び高周波送受信器１１６は、別個の送信及び受信コイル並びに別個の送信器及び受信器によって置き換えられてもよい。高周波コイル１１４及び高周波送受信器１１６は、代表的なものであることが理解される。高周波コイル１１４は、専用送信アンテナ及び専用受信アンテナも表すように意図される。同様に、送受信器１１６は、別個の送信器及び複数の受信器も表す。高周波コイル１１４は、複数の受信／送信素子も有し、高周波送受信器１１６は、複数の受信／送信チャネルを有する。
【００６０】
被検体支持体１２０は、イメージングゾーン１０８内で被検体支持体及び被検体１１８を移動させることができるオプションのアクチュエータ１２２に取り付けられる。このようにして被検体１１８の大部分又は被検体１１８全体を撮像することができる。送受信器１１６、磁場勾配コイル電源１１２及びアクチュエータ１２２は全てコンピュータシステム１２６のハードウェアインターフェース１２８に接続されているものとされる。コンピュータストレージ１３４は、磁気共鳴フィンガープリンティング法を実行するパルスシーケンス命令１４０を含むものとして示される。
【００６１】
パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを含む。各パルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有する。各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを含む。高周波パルスの分布は、磁気共鳴スピンを異なるフリップ角の分布に回転させるように使用される。異なる高周波パルスは、例えば特定の磁気スピンを特定の又は異なるフリップ角に回転させるように異なる振幅、持続時間又は形状を使用する。異なる高周波パルスは、異なるタイプの磁気スピンに異なる効果を及ぼし、磁気スピンをフリップ角の異なる分布に回転させる。各パルスシーケンス繰り返しは更に、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定時間サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に取得される。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスとサンプリングイベントとの間の第１の時間的中点で実行されて、磁気共鳴信号をリフォーカスする第１の１８０°高周波パルスを含む。パルスシーケンス命令の各パルスシーケンス繰り返しは、サンプリングイベントと次のパルス繰り返しの始まりとの間の第２の時間的中点で実行される第２の１８０°高周波パルスを含む。コンピュータストレージ１３４は更に、磁気共鳴イメージングシステム１００を制御するためにパルスシーケンス命令１４０を使用して取得された磁気共鳴データ１４２を含むものとして示される。コンピュータストレージ１３４は更に、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４を含むものとして示される。コンピュータストレージは更に、磁気共鳴データ１４２及び磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４を使用して再構成された磁気共鳴画像１４６を含むものとして示される。
【００６２】
コンピュータメモリ１３６は、プロセッサ１３０が磁気共鳴イメージングシステム１００の動作及び機能を制御することを可能にするオペレーティングシステムや他の命令等のコードを含む制御モジュール１５０を含む。
【００６３】
コンピュータメモリ１３６は更に、磁気共鳴フィンガープリントディクショナリ生成モジュール１５２を含むものとして示される。フィンガープリント生成モジュール１５２は、各ボクセルに対してブロッホ方程式を使用して１つ以上のスピンをモデリングして磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４を構築する。コンピュータメモリ１３６は更に、磁気共鳴データ１４２及び磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４を使用して磁気共鳴画像１４６を再構成する画像再構成モジュールを含むものとして示される。例えば、磁気共鳴画像１４６は、被検体１１８内の１つ以上の所定の物質の空間分布のレンダリングである。
【００６４】
図１の例は、磁気共鳴イメージングシステム又は装置１００が核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計と等価となるように変形され得る。装置１００は、勾配コイル１１０及び勾配コイル電源１１２がない場合はイメージングゾーン１０８において０次元測定を実行する。
【００６５】
図２は、図１の磁気共鳴イメージングシステム１００を動作させる方法を示すフローチャートを示す。まずステップ２００において、磁気共鳴データ１４２は、磁気共鳴イメージングシステムをパルスシーケンス命令１４０により制御することにより取得される。次にステップ２０２において、磁気共鳴データ１４２を磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４と比較することにより所定の物質のセットの各々の存在量が計算される。存在量は、例えば磁気共鳴画像１４６にプロット又は表示される。
【００６６】
磁気共鳴（ＭＲ）フィンガープリンティングは、ＭＲ測定と複数の事前に計算されたディクショナリエントリとを比較することにより組織タイプを決定するための新しく非常に有望な手法である。
【００６７】
本発明は、ＭＲフィンガープリンティングを、複雑さが軽減されたスキャナ並びに専用のシーケンス及び再構成アルゴリズムのＭＲと組み合わせて、非常に効率的ながん検診又は定量的な大規模測定への新しい機会を開くという考えに基づいている。
【００６８】
磁気共鳴フィンガープリンティングは、正確な組織特性評価への高い可能性を有する。現在の技術は今もなおＭＲ画像のボクセル解析に基づいているため、時間も費用もかかる。
【００６９】
一部の例によれば、
１．  ハードウェア費用及びエネルギー消費を低減し、
２．  患者スループットを向上させる
と同時に、特定の組織タイプの存在を効率的に検出及び定量化する手法が提供される。
【００７０】
これによって早期のがん検出や体脂肪定量化のための新たな応用が可能になる。
【００７１】
例として次の特徴の１つ以上を含む可能性がある：
１．  ハードウェア要件が低いＭＲＩシステム：低性能のｘ及びｙコイルが考えられる；これらのコイルは完全に省略されることもある（ｚ勾配コイルが非常に効率的に設計され得る）
２．  Ｂ０非依存磁気共鳴フィンガープリンティング専用の画像取得シーケンス
３．  異なる組織タイプの相対及び絶対体積を測定する専用の再構成アルゴリズム
４．  結果を視覚化するディスプレイデバイス
【００７２】
ボクセルに基づいて医用画像を生成及び解析するのではなく、本明細書に記載される一部の例示的な方法は、ｚスライス全体の組織成分分析をもたらす。（数秒間の）１回の特定のフィンガープリント測定は、面内（ｘ，ｙ）勾配を使用せずに実行される。スライス全体の組織組成及び組織成分の相対存在量は、結果として生じる信号から自動的に決定される。
【００７３】
使用されるＭＲシーケンスは、好ましくは２つの要件を満たす。第１に、組織特異的パラメータ（例えばＴ１及びＴ２値であるが、他にも考えられる）に敏感であり、関心組織を符号化し、測定された信号をディクショナリ（ＭＲフィンガープリンティング）と照合することにより定量的組織特性評価を可能にする。第２に、信号は非組織特異的なパラメータ変動（例えばＢ０変動）から独立しており、その結果、組織成分の照合がスライス全体にわたって可能である。
【００７４】
図４は、Ｔ１及びＴ２に敏感であるがＢ０変動から独立な斯かるシーケンスの一例を示す。シーケンスは、フリップ角αｉ及び遅延時間ｔｉのランダムに又はさもなければ自由に選択されたリストに基づいている。フリップ角α１の第１のＲＦパルスの後、２ｔ１の遅延の後にエコーが生成され、信号が記録される（ＡＤＣ１）。長さ２ｔ１ｂの別のエコーステップによって、フリップ角α２及び遅延ｔ２のフィンガープリントシーケンスの次のパートが始まる前にディフェージングが確実に再除去される。
【００７５】
測定点ＡＤＣｉ後の追加的なエコーは、可能な限り短くｔ１ｂ＝ｔ２ｂ＝．．．で維持され得る。ｚ勾配コイルを使用して各ＲＦパルスについてスライス選択勾配がオンにされる。
【００７６】
図３は、例示的なパルスシーケンス３００の一部を示す。パルスシーケンス３００は、パルスシーケンス命令１４０を生成又は計算するために使用される。このタイミング図では、第１のパルスシーケンス繰り返し３０２が示され、第２のパルスシーケンス繰り返し３０４が示されている。各パルス繰り返しは高周波パルス３０６から始まる。パルス繰り返しの持続時間はパルス繰り返しによって異なる。高周波信号が測定される持続時間３１０がある。高周波パルス３０６及び測定持続時間３１０の間の時間も特定の高周波パルス３０６の振幅及び／又は形状と同様に異なる。このパルスシーケンス３００は、繰り返し３０２、３０４につき２つの１８０°リフォーカスパルス３０８、３０９も示す。第１のリフォーカスパルス３０８は、高周波パルス３０６と測定持続時間３１０との間の時間的中点に位置する。第２の高周波パルス３０９は、測定持続時間３１０及び次のパルス３０６の始まりの間の中点に位置する。第１のリフォーカスパルス３０８は、高周波信号を測定３１０が行われる時にリフォーカスさせる。第２のリフォーカスパルス３０９は、信号を次のパルス３０４が始まる時にリフォーカスさせる。
【００７７】
従来のＭＲＦシーケンスと同様に、各サンプリング点ＡＤＣｉは、実際にｋ空間の非常に速い一連の多重サンプリングから構成される。これはデカルト、スパイラル、又は任意の他の種類のｋ空間サンプリングである。
【００７８】
このシーケンスの背景にある考え方は次の通りである。つまり、リフォーカス１８０°パルス３０８、３０９によって、αｉパルス及びサンプリングＡＤＣｉの時に全てのスピンが確実にリフォーカスされるというものである。従って、Ｂ０変動により生じるディフェージングは、αｉパルス及びＡＤＣｉサンプリングの時点で除去され、測定された信号がＢ０から独立になる。また、ディフェージング効果を考慮する必要がない場合は信号の事前計算が簡単である。この場合は、単一スピンの挙動をモデリングすることができ、各時間ステップｔ１、ｔ１ｂ、ｔ２、ｔ２ｂ等について、スピンの進化を時定数Ｔ１及びＴ２の単純関数で記述することができる。
【００７９】
２つのリフォーカスパルス３０８及び３０９を使用することの効果は、磁場の何れの不均一性の影響も低減される又は最小限にされることである。これによって最終の磁気共鳴フィンガープリンティングチャートにおける信号対雑音が低減され、事前に計算された磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを作成することも容易になる。この補償がなければ、事前に計算された磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを作成するために使用される計算に不均一性の影響を含めることが必要である。
【００８０】
図３に示されたパルスシーケンス３００は、磁場勾配によって、例えば測定ゾーン又はイメージングゾーン全体が一度に取得された全データを有する０次元測定に有用である。０次元測定は、例えば磁気共鳴イメージングシステムではなくＮＭＲ分光計に有用である。空間符号化を実行する磁場勾配を含むより複雑なパルスシーケンスが作成されてもよい。
【００８１】
図４は、パルスシーケンス４００の別の例を示す。この例には３つの異なるタイムラインが示されている。第１のタイムライン４０２は、高周波パルスタイムラインを表示する。タイムライン４０４は磁場勾配がいつ印加されるかを示す。４０６と表示された第３のタイムラインは、測定３１０がいつ行われるかを示す。勾配タイムライン４０４上には表示された３つのタイプのボックスが存在する。Ａと表示されたボックス４０８、Ｂと表示されたボックス４１０、及びＣと表示されたボックス４１２である。Ａと表示されたボックス４０８は、高周波パルス３０６と重なる。Ｂと表示されたボックスは、１８０°高周波パルス３０８、３０９と重なる。Ｃと表示されたボックス４１２は、測定３１０と重なる。各ボックスは、異なる実施形態の説明に従って磁場勾配を設定する又は変化させる期間を表す。原則として、高周波タイムライン４０２は、磁気共鳴フィンガープリンティング法を様々な磁気共鳴モダリティ又は手法を用いて適用できるように、殆どの磁気共鳴法及びｋ空間サンプリング方式と共に使用することができる。
【００８２】
例えば、勾配タイムライン４０４の間に一定の磁場勾配が印加された場合は、磁場勾配が印加された方向に沿ったスラブ内の空間符号化が行われる。別の例では、読み出し勾配はボックスＣ４１２の間にのみ印加される。例えば、１次元又は３次元磁気共鳴フィンガープリントを取得するために１次元又は３次元読み出し勾配が印加され得る。別の例ではマルチスライス符号化が使用され得る。期間Ａ４０８の間の高周波パルス３０６の間にスライス選択勾配が印加され得る。空間符号化は更に、第１の１８０°高周波パルス１８０の間に位相又はスライス選択を行うように磁場勾配システムを制御することにより実行され得る。次に期間Ｃ４１２の間に読み出し勾配が印加され得る。当業者は、図４に示された例を用いて、タイムライン４０２に示された基本高周波パルスが一般にどのようにして大抵の磁気共鳴イメージングサンプリング法に適用され得るのかが分かる。
【００８３】
測定されたＭＲ信号（全てのＡＤＣｉ値のリスト）は、ボリューム内で予想されるＴ１及びＴ２の全ての組み合わせについて事前に計算されたディクショナリと比較される。ディクショナリは、Ｔ１及びＴ２の異なる組み合わせについて上記のフィンガープリンティングシーケンスに対するブロッホ方程式を解くことにより作成される。
【００８４】
スライス全体の組織組成を決定するために、信号は、Ｎ個のディクショナリエントリの（複素）線形結合として以下のように表される。
【数１】
0006588979.tif 000002
【００８５】
ここでｓは信号ベクトルであり、ｄｋはディクショナリエントリである。係数ａｋ≧０は再構成アルゴリズムによって決定される。これは、ａｋ≧０の場合に、
【数２】
0006588979.tif 000003
を最小化せよとの最小二乗問題を解くことにより達成される。ここでＤはディクショナリエントリｄｋを列に有するディクショナリ行列であり、ａは検出された信号への個々の潜在的組織成分／組織タイプの寄与度を示す係数のベクトルである。
【００８６】
各ディクショナリエントリは特定の組織タイプに割り当てられる。従って、係数ａｋは、各成分に関連する「スピンの数」の観点からの異なる組織成分の相対存在量の推定値を提供する。
【００８７】
別のステップでは、これらの相対「スピン数」は、異なる組織タイプのスピン密度が知られている場合は、組織成分の相対体積又は相対質量の変換された推定値であり得る。
【００８８】
一部の実施例では、システムは空間分解画像を生成しない。空間分解能は、図４に示されたＲＦパルスをスライス選択的に印加することにより、ｚ方向（又は他の単一方向）にのみ得られる。しかし、各スライスについて、組織タイプの組成は決定され、数字、棒グラフ等で視覚化され得る。マルチスライススキャンの場合は、異なる成分の存在量はｚ位置の関数として表示され得る。
【００８９】
他の実施例では、システムは、特定の組織タイプが発見された場合（例えば、疑わしい腫瘤、潜在的腫瘍）にオペレータに警告するようにプログラムされる。システムはまた、特定された組織の総体積／相対存在量、例えばある種の転移や脂肪区分を表示するようにプログラムされ得る。
【００９０】
一実施例では、ＭＲＩシステムは、ｘ又はｙ勾配コイルを含まない。ｚ勾配コイルのみが提供される。
【００９１】
一実施例では、ＭＲＩシステムは、勾配コイルを全く含まない。専用のＭＲ磁石と非対称の巻線とにより静的なｚ勾配が与えられる。
【００９２】
一実施例では、体表面近くに配置された空間的に敏感なローカル受信コイルを使用することにより、少し高い空間分解能、好ましくは面内空間分解能が得られ得る。
【００９３】
一実施例では、患者テーブルが段階的に自動で移動する間に複数の測定が行われる。このようにして、体の大部分又は体全体がスキャンされ得る。
【００９４】
別の実施例では、患者は移動テーブル技術を用いて高感度受信アレイ内を進む（「洗車アプローチ」）ことで空間分解能及びＳＮＲが改善され、余分な受信器にかかる費用が低減される。
【００９５】
一実施例では、既知の物質の既知のボリュームを用いたゲージ測定が１回実行され、物質の体積／質量を測定により決定された相対体積／質量の値と関連付ける比例定数が決定される。このようにして、その後に測定された全ての相対体積／質量が絶対組織体積／質量に変換され得る。
【００９６】
本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び記載は、説明的又は例示的であって限定するものではないと見なされるべきである。すなわち本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。
【００９７】
開示された実施形態のその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、備える）」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を果たす。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に若しくは他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適当な媒体に保存／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等の他の形式で分配されてもよい。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００９８】
１００  磁気共鳴システム
１０４  磁石
１０６  磁石のボア
１０８  測定ゾーン又はイメージングゾーン
１１０  磁場勾配コイル
１１２  磁場勾配コイル電源
１１４  高周波コイル
１１６  送受信器
１１８  被検体
１２０  被検体支持体
１２２  アクチュエータ
１２４  所定の方向
１２５  スライス
１２６  コンピュータシステム
１２８  ハードウェアインターフェース
１３０  プロセッサ
１３２  ユーザインターフェース
１３４  コンピュータストレージ
１３６  コンピュータメモリ
１４０  パルスシーケンス命令
１４２  磁気共鳴データ
１４４  磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ
１４６  磁気共鳴画像
１５０  制御モジュール
１５２  磁気共鳴フィンガープリントディクショナリ生成モジュール
１５４  画像再構成モジュール
３００  パルスシーケンス命令
３０２  第１のパルスシーケンス繰り返し
３０４  第２のパルスシーケンス繰り返し
３０６  ＲＦパルス
３０８  第１の１８０°リフォーカスパルス
３０９  第２の１８０°リフォーカスパルス
３１０  測定又は高周波信号
４００  パルスシーケンス
４０２  ＲＦパルスタイムライン
４０２  磁場勾配タイムライン
４０４  読み出しタイムライン
４０８  期間Ａ
４１０  期間Ｂ
４１２  期間Ｃ
【図１】
0006588979.tif 000004
【図２】
0006588979.tif 000005
【図３】
0006588979.tif 000006
【図４】
0006588979.tif 000007