(57)【要約】本開示は、被験体（218）における目標体積（208）からの磁気共鳴撮像（MRI）データ（170）を処理するための医療分析システム（111）に関する。システム（111）は、機械実行可能命令を記憶するためのメモリ（107）と、システム（111）を制御するためのプロセッサ（103）とを備え、機械実行可能命令の実行により、プロセッサ（103）は、MRIデータ（103）から、所定のプロトンのプールと水プロトンとの間の飽和の移動に対応する化学交換飽和移動（CEST）ボクセル値を決定し、CEST値を重み付けして、目標体積（208）内の固体組織（505）のCEST値から流体に富む組織（507）のCEST値を区別する。流体に富む組織は所定の最小流体量よりも高い流体量を含む。
2021510567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体内の目標体積からの磁気共鳴画像（MRI）データを処理するための医療分析システムであって、前記目標体積は、流体に富む組織および固体組織を含み、前記流体に富む組織は、あらかじめ定義された最小流体量よりも多い量の流体を含むものであり、当該システムは、機械実行可能命令を記憶しているメモリと、当該システムを制御するためのプロセッサとを有しており、前記機械実行可能命令の実行が、前記プロセッサに：
前記MRIデータから、あらかじめ定義されたプロトンのプールと水のプロトンとの間の飽和の移動に対応する化学交換飽和移動（CEST）ボクセル値を決定する段階であって、前記プールのプロトンはあらかじめ定義された化学シフトを有する、段階と；
前記目標体積における固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するために前記CEST値に重み付けする段階とを実行させ、
前記MRIデータは、あらかじめ定義されたMRIシーケンスを用いて取得され、前記第1のMRIデータは、あらかじめ定義された大きな飽和周波数オフセットにおけるまたはRF飽和なしでの非飽和データと、N個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データとを含み、N≧2であり、前記重み付けは：前記MRIデータにおける各ボクセルにおける流体含量および固体組織含量を評価するために、N2個の飽和周波数オフセットを含む前記飽和移動データのサブセットと前記非飽和データとを用いて定量的な組織スコア付けを実行し、前記スコア付けの結果を用いて補正関数を生成し、前記補正関数を用いて各ボクセルのCEST値を重み付けすることを含み、前記補正関数を用いてCEST値を重み付けすることは、補正因子CF＝ε×MTR(＋Δωc)＋MTR(−Δωc))をCEST値に乗算することを含み、ここで、±Δωcは前記飽和周波数オフセットであり、εは、前記補正因子を適用することにより、固体組織についてはCEST値が変化しないままである一方、流体に富む組織内のCEST値はスケール変更されるように決定される、
システム。
【請求項２】
前記プロトンのプールがアミドプロトンを含み、前記CEST値がアミドプロトン移動強調（APTw）値である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記重み付けは、固体組織についてはCEST値が変化しないままである一方、流体に富む組織内のCEST値はスケール変更されるように実行される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記機械実行可能命令の実行が、さらに、前記飽和移動データの前記サブセットと非飽和データとから、前記プロセッサに、N2個の飽和周波数オフセットにおける、各ボクセルについての、N2個の磁化移動比MTRを生成する段階であって、N2≦Nである、段階と、各ボクセルについて前記N2個のMTRを組み合わせる段階とを実行させ、前記定量的な組織スコア付けは、前記組み合わされたMTRを使用して実行される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
所与のボクセルについての前記組み合わされたMTRは、前記所与のボクセルの前記N2個のMTRの加重和である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記MRIデータは、前記目標体積の、N個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データと、非飽和MRIデータとを含み、前記機械実行可能命令の前記実行が、さらに、前記プロセッサに、前記飽和移動データのサブセットおよび前記非飽和MRIデータから、N3個の飽和周波数オフセットにおける、各ボクセルについての磁化移動比MTRを生成する段階を実行させ、N3≦Nにおいて、前記CEST値は、水共鳴周波数に関して対称な分布と比較した、MTRの分布の分析によって得られる、請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
所与のボクセルのCEST値は、水共鳴周波数の反対側に対称的に位置する2つの周波数オフセットにおける前記所与のボクセルのMTRの間の差である磁気移動非対称性分析MTRasymによって得られる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記MRIデータは、水共鳴周波数に関してあらかじめ定義された化学シフト差を有する複数の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データを含む、請求項１ないし７のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記飽和移動データは、前記飽和移動データが使用される前に、B0場の不均一性について補正される、請求項１ないし８のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記流体に富む組織が、以下の組織型：嚢胞、出血、脳脊髄液（CSF）、浮腫、炎症組織、壊死組織の流体部分、または他の流体に富む組織のうちの少なくとも一つを含む、請求項１ないし９のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のうちのいずれか一項に記載の医療分析システムと、前記MRIデータを取得するための取得コンポーネントとを有する、MRIシステム。
【請求項１２】
被験体における目標体積からの磁気共鳴撮像（MRI）データを処理する方法であって、当該方法は：
前記MRIデータから、あらかじめ定義されたプロトンのプールと水のプロトンの間の飽和の移動に対応する化学交換飽和移動（CEST）ボクセル値を決定する段階であって、前記プールのプロトンはあらかじめ定義された化学シフトを有する、段階と；
前記目標体積における固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するために前記CEST値に重み付けする段階とを含み、
前記MRIデータは、あらかじめ定義されたMRIシーケンスを用いて取得され、前記第1のMRIデータは、あらかじめ定義された大きな飽和周波数オフセットにおけるまたはRF飽和なしでの非飽和データと、N個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データとを含み、N≧2であり、前記重み付けは：前記MRIデータにおける各ボクセルにおける流体含量および固体組織含量を評価するために、N2個の飽和周波数オフセットを含む前記飽和移動データのサブセットと前記非飽和データとを用いて定量的な組織スコア付けを実行し、前記スコア付けの結果を用いて補正関数を生成し、前記補正関数を用いて各ボクセルのCEST値を重み付けすることを含み、前記補正関数を用いてCEST値を重み付けすることは、補正因子CF＝ε×MTR(＋Δωc)＋MTR(−Δωc))をCEST値に乗算することを含み、ここで、±Δωcは前記飽和周波数オフセットであり、εは、前記補正因子を適用することにより、固体組織についてはCEST値が変化しないままである一方、流体に富む組織内のCEST値はスケール変更されるように決定される、
方法。
【請求項１３】
プロセッサによる実行のための機械実行可能命令を含むコンピュータ・プログラムであって、前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに請求項１２に記載の方法を実行させる、コンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャニング撮像システムに関し、特に、流体に富む組織に由来するデータを抑制するために磁気共鳴撮像（MRI）データを処理するための医療分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気共鳴撮像（MRI）のコントラストは、静磁場およびさまざまな高周波（RF）パルスのもとでの種々の身体組織のスピン緩和速度に基づいている。既知のコントラストは、T1、T2、プロトン密度（PD）、およびT2*の強調に依存する。身体の状態に関するさらなる情報を得るために、アミドプロトン移動（amide  proton  transfer、APT）技法のような新しい撮像技法を用いて新たな画像コントラストが導入されている。APT技法は、APT強調（APT-weighted、APTw）MRIとも呼ばれ、たとえば、内因性細胞質（endogenous  cytosolic）タンパク質またはペプチドのMRベースの分子撮像に用いられる。それは化学交換飽和移動（chemical  exchange  saturation  transfer、CEST）効果に基づいており、交換速度を介してタンパク質濃度および局所pHを反映する。APT  MRIの一つの重要な目的は、特に腫瘍医療において悪性病変を特徴付けることであるが、他の組織型がAPT画像において高信号（hyper-intensity）を示すことがあり、悪性病変と混同されることがある。特に、顕著な流体含量およびしばしば高いタンパク質含量を有する組織区画は、APT画像上で目立つ。よって、診断読影を簡単にし、改善するためには、そうした区画におけるAPT信号を抑制することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さまざまな実施形態は、独立請求項の主題事項によって記載されているような、MRIデータを処理する方法、医学分析システム、およびコンピュータ・プログラム・プロダクトを提供する。有利な実施形態は、従属請求項に記載される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、APTw  MRIまたは化学交換飽和移動（CEST）MRIのための補正関数（correction  function）（メトリックとも称される）を開示する。これは、CEST  MRI（たとえばAPTw  MRI）において悪性病変と誤認される可能性のある、顕著な流体含量を有する組織区画（たとえば、嚢胞、出血、CSF、浮腫、壊死組織の流体部分など）の混乱させる信号を抑制するために磁化移動比（magnetization  transfer  ratio、MTR）を使用している。これは、脳における腫瘍医療の応用のために特に有利でありうる。補正関数は、固体組織中の標準的なCEST値（たとえばAPTw値）の数値を保存するために使用される。補正関数はCEST  MRIの応用において、有意な流体含量をもつ区画からのデータの抑制が望まれる場合に有用である。
【０００５】
ある側面では、本発明は、被験体における目標体積からのMRIデータを処理するための医療分析システムに関する。本システムは、機械実行可能命令を記憶するためのメモリと；システムを制御するためのプロセッサとを備え、機械実行可能命令の実行は、プロセッサに：プロトンのあらかじめ定義されたプールと水プロトンとの間の飽和の移動に対応するCESTボクセル値（またはCEST信号）をMRIデータから決定する段階であって、プロトンのプールはあらかじめ定義された化学シフトを有する、段階と；目標体積内の固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するために、CEST値を重み付けする段階であって、前記流体に富む組織は、あらかじめ定義された最小量の流体よりも多い量の流体を含む、段階とを実行させる。
【０００６】
プールのプロトンは水プロトンとは異なる周波数で共鳴する。CEST技法では、プロトンのプールから水プロトンに磁化が移行させられ、もともとプロトンのプールに課されていた飽和効果（すなわち、信号低下）が代わりに水プロトンで観測できる。MRIデータは、プロトンのプールを飽和させ、プロトンのプールと水プロトンとの間で磁化が移動することを許容することによって、取得されうる。MRIデータから得られたCEST値は、プロトンのプールの一つまたは複数の周波数オフセットにおけるCESTコントラストを示すことができる。周波数オフセットの数は、分析される飽和スキームに依存して決定されうる。交換する化合物についてのCEST値を導出するために、少なくとも2つの反対のスペクトル位置についてのCEST測定に加えて、参照スキャン（大きな周波数オフセット、たとえばΔω0<-1000pm）が必要とされうる。たとえば、患者における脳腫瘍のAPTw画像を得るためのアミド・プロトン・プールの場合、7オフセット（1：＋Δω、2：−Δω、3：＋Δω+δ、4：−Δω−δ、5：＋Δω−δ、6：−Δω＋δ、7：Δω0）飽和スキーム（N＝6個のオフセット、およびΔω0での1つの参照スキャンS0）が使用されてもよい。ここで、Δω＝3.5ppm（アミドの化学シフト）およびたとえば磁場補正の目的のためのδ=0.8ppmである。
【０００７】
用語「飽和移動（saturation  transfer）」、「プロトン移動（proton  transfer）」、「化学的交換（chemical  exchange）」および「磁化移動（magnetization  transfer）」は、プロトンが、プロトンのプールおよび水プロトンの間で移転または交換され、よってそれらの核スピン磁化状態、特に、飽和したスピン状態を伝える同じプロセスに関わる。
【０００８】
目標体積内の固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するためのCEST値の重み付けは、流体に富む組織のCEST値のスケール変更、ダウンスケーリングまたは抑制を含みうる。
【０００９】
用語「固体組織」は、体液または流体に富む組織ではない被験体中の生物学的組織を指す。固体組織は、堅い組織粘稠性（consistency）をもち、空気で満たされた組織でもなく、液体（血液など）でもない。固体組織は、脳、肝臓、肺、腎臓、前立腺、膵臓、卵巣、脾臓などの組織を指しうる。
【００１０】
用語「流体に富む組織」とは、所定の最小流体量よりも多い量の流体（たとえば、総水分濃度＞70%（所定の最小流体量は70%））を有する、流体で満たされた組織を指す。「流体に富む組織」は、間質液または血漿液のような、細胞外空間（細胞外）での大きな水分濃度を有する組織、ならびに無細胞流体の区画（たとえば、脳脊髄液（cerebrospinal  fluid）＝CSF、嚢胞性区画、または出血）を指す。流体に富む組織は、流体で満たされた組織であってもよい。流体に富む組織は固体組織とは異なる。
【００１１】
本システムは、流体に富む組織におけるCEST信号の自動的な抑制を可能にしうる。これは、CEST  MRIデータの診断的読影を簡単し、改善しうる。
【００１２】
ある実施形態によれば、プロトンのプールは、アミドプロトンのプールであり、ここで、CEST値はアミドプロトン移動強調（amide proton transfer weighted、APTw）値である。この実施形態では、CEST効果は、検出されるCEST信号がAPT効果を反映するように、アミドプロトンに基づく。アミドプロトンは水共鳴周波数からΔω＝3.5ppmの化学シフトで共鳴する。用語「APT値」および「APTw値」は、本明細書では交換可能に使用されることがある。
【００１３】
ある実施形態によれば、強調〔重み付け〕は、流体に富む組織内のCEST値がダウンスケールされ、一方、固体組織についてはCEST値が不変のままであるように実行される。これは、本発明の、既存のシステムとのシームレスな統合を可能にしうる。すなわち、本発明の実施は、ユーザーが依然として、標準的な方法と同じレベルで固体組織の信号を見ることができるという点で、ユーザーにとって透明でありうる。本方法は、たとえば、固体組織中の標準的なAPTw値の数値を保存しうる。
【００１４】
ある実施形態によれば、前記MRIデータは、あらかじめ定義されたMRIシーケンスを用いて取得され、前記MRIデータは、大きな飽和周波数オフセットΔω0（たとえば、Δω0＜−1000pm）での（またはRF飽和なしでの）非飽和データS0＝S(Δω0)と、N個の飽和周波数オフセットでの飽和移動データとを含み（飽和移動データおよび非飽和データを含むMRIデータは、Zスペクトルとも呼ばれる）、ここで、N≧2であり、前記重み付けは：前記MRIデータ内の各ボクセルにおける流体含量および固体組織含量を評価するために、前記飽和移動データのサブセット（または飽和移動データの少なくとも一部）および前記非飽和データを用いて定量的な組織スコア付けを実行し、前記スコア付けの結果を用いて補正関数を生成し、前記補正関数を用いて、各ボクセルのCEST値を重み付けすることを含む。
【００１５】
補正関数を生成するために流体含量のスコア付けに使用される前記飽和移動データのサブセットは、N2個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データを含む。ここで、N2≦Nである。
【００１６】
流体含量の定量的なスコア付けは、流体含量と一緒にスケールする、または相関するが、流体濃度の直接的な指標であることは要求されない。この実施形態は、流体含量の正確な分類を可能にしうる。よって、本開示によるCESTコントラストの決定を改善しうる。さらに、開示されるメトリックの利点は、余分な取得時間が必要とされないことがありうるという事実にある。というのも、補正関数は、標準的なCEST  MRIにも必要とされる飽和移動データから計算できる（たとえば、CEST値を計算するために使用されるMRIデータが、補正関数を決定するために使用されうる）からである。
【００１７】
補正関数を生成するために使用されるN2個の飽和周波数オフセット（N2≧2）は、CEST値を決定するために使用される同じN3個（2≦N3≦N）の周波数オフセットであってもなくてもよい。両方のオフセットとも、N個の異なる周波数オフセットを有する取得されたZスペクトルから取られてもよい。流体補正のためのN2個の周波数オフセットは、水共鳴周波数のまわりで対称的に選ばれてもよい。実用およびスキャン時間効率の観点からは、補正関数およびCEST値を同じ周波数オフセットから導出することが有利でありうる。これにより、MRIデータとして取得される必要がある飽和周波数オフセットの数Nを最小にできる。
【００１８】
ある実施形態によれば、前記機械実行可能命令の実行がさらに、プロセッサに、飽和移動データ（N2）のサブセットおよび非飽和データS0から、N2個の飽和周波数オフセットにおける、各ボクセルについての磁化移動比（magnetic  transfer  ratio、MTR）を生成させる。ここで、2≦N2≦Nである。その後、各ボクセルについてN2個のMTRを組み合わせる、ここで、定量的な組織スコア付けは、組み合わされたMTRを用いて実行される。所与の周波数オフセットΔωにおけるMTRは、次のように定義される：MTR＝1−S(Δω)/S0、ここで、S(Δω)は飽和移動データから得られる信号振幅であり、S0は非飽和参照信号である。MTRの組み合わせは、流体に富む組織と固体組織の画像データの間の区別をするための信頼できる弁別メトリックを提供しうる。たとえば、諸MTRのスペクトル平均は、各ボクセルにおける飽和移動の全体的なパーセント・レベルを提供し、これは固体組織については大きいが、流体に富む組織については小さい。
【００１９】
ある実施形態によれば、所与のボクセルについての組み合わされたMTRは、該所与のボクセルのN2個のMTRの加重和である。加重和は、N2個のMTRの平均または加重平均であってもよい。加重和を使用することにより、使用される周波数に基づいて、本開示の補正プロセスを制御することが可能になりうる。たとえば、和のN2個のMTRは、それぞれの周波数オフセット値に依存して重み付けされうる。
【００２０】
ある実施形態によれば、補正関数を用いてCEST値を重み付けすることは、補正因子CF＝ε×(MTR(＋Δωc)＋MTR(−Δωc）)をCEST値に乗算することを含み、ここで±Δωcは飽和周波数オフセットであり、これは、この実施形態では、上記補正関数に使用されるN2＝2個のMTRに対応する。εは、補正因子の適用により、固体組織についてはCEST値が変化しないまま、流体に富む組織内のCEST値は再スケールされる結果となるように決定される因子である。使用されるN2＞2個のMTRについては、補正係数CFは
【数１】
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として定義されてもよい。
【００２１】
ある実施形態によれば、補正関数は、補正因子をCEST値に乗算することCESTcf(x)＝CF*CEST(x)によって重み付けする（たとえば、流体に富むエリアにおけるCEST値のダウンスケーリング）のために使用される。
【００２２】
別の例では、補正因子CFは、CEST値にCFを適用するために乗算以外の演算が使用されうるように選択されてもよい。すなわち、補正関数F[;]を用いて、
CESTcf(x)=F[CF;CEST(x)]
となる。
【００２３】
ある実施形態によれば、MRIデータは、N個の飽和周波数オフセットでの飽和移動データと目標体積の非飽和MRIデータとを含み、前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、飽和移動データのサブセットおよび非飽和MRIデータから、N3個の飽和周波数オフセットでの、各ボクセルについての、磁化移動比MTRを生成させる。ここで、N3≦Nであり、CEST値は、水共鳴周波数に関して対称である分布（たとえば、MTバックグラウンドの当てはめされたモデル）と比較してのMTRの分布の分析によって得られる。CEST値を決定するために使用される飽和移動データのサブセットは、N3個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データを含む。ここで、2≦N3≦Nである。CEST値を決定するために使用される飽和データのサブセットは、補正関数を生成するために流体含量のスコア付けのために使用される飽和移動データのサブセットと同じであっても、なくてもよい。
【００２４】
ある実施形態によれば、所与のボクセルのCEST値は、磁化移動非対称解析（MTRasym）によって得られる。これは、水共鳴周波数の反対側に対称的に位置された2つの周波数オフセットにおける所与のボクセルのMTR間の差であり、この2つの周波数は、関心のあるプロトンのプールの化学シフトおよびそれに負号をつけたものに対応する。
【００２５】
ある実施形態によれば、MRIデータは、水共鳴周波数に関してあらかじめ定義された化学シフト差を有する複数の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データを含む。好ましくは、すべての飽和周波数オフセットは、水共鳴周波数から少なくとも1ppmでありうる；そうではなく1ppm未満では、直接的な水の飽和が流体上で生じるので、流体に富む組織からのCEST値は十分に抑制されない可能性がある。APTw  MRIの一例では、流体補正のための飽和周波数オフセットΔωcは、好ましくは3.5ppmに選択され、これは、APTw値の計算のために使用されるのと同じであり、流体区画と固体区画との間に実質的なMTR差があり、流体区画と固体区画との間の良好な分離を提供する周波数領域である。一例では、飽和周波数オフセットは、あらかじめ定義された最大シフトよりも小さい水共鳴周波数に対するあらかじめ定義された化学シフト差を有する。あらかじめ定義された最大シフトを使用してシフトを小さな値（たとえば、1…5ppm）に制限することは、オフセットが小さいほど、流体区画と固体区画との間の期待される信号変化が大きくなるため、有利でありうる。
【００２６】
ある実施形態によれば、飽和移動データは、使用される前に（たとえば、CEST値が計算される前および補正因子が決定される前に）、B0場の不均一性について補正される。B0場の不均一性の結果は、飽和移動データを表すZスペクトル全体の位置依存シフトであり、たとえばS(Δω)はもはやその想定された位置ではなくなり、CEST値の計算を不正確にする。B0場不均一性情報は、同じZスペクトル収集からの本来的に収集されたB0情報から、または別個に収集されたB0情報（たとえば、グラジエントエコーB0磁場マップ、WASSRマップなど）によって、導出されてもよい。
【００２７】
たとえば、B0不均一性によって引き起こされうるアーチファクトについての補正は、±Δωのまわりの余分なオフセットについての余分なMRIデータの取得を含んでいてもよい。たとえば、磁場補正のための余分なオフセットを指定するδ、たとえばδ＝0.8ppmを用いて、7つのオフセット（1：＋Δω、2：−Δω、3：＋Δω＋δ、4：−Δω−δ、5：＋Δω−δ、6：−Δω＋δ、7：Δω0）の飽和スキーム（N＝6）が使用されてもよい。両側で測定された追加の周波数オフセットとB0マップとを用いて、±3.5ppmでの実際の信号が（たとえば、Zスペクトルについてのラグランジュ補間によって）推定され、次いで、たとえば、MTRasymを用いてCEST値を計算するために使用されてもよい。
【００２８】
ある実施形態によれば、流体に富む組織は、以下の組織型：嚢胞、出血、脳脊髄液（SF）、浮腫、炎症組織、壊死組織の流体部分、または他の流体に富む組織のうちの少なくとも1つを含む。
【００２９】
別の側面では、本発明は、被験体における目標体積からの磁気共鳴撮像MRIデータを処理する方法に関する。本方法は、MRIデータから、プロトンのあらかじめ定義されたプールと水プロトンとの間の飽和の移動に対応する化学交換飽和移動（CEST）ボクセル値を決定する段階であって、プロトンのプールはあらかじめ定義された化学シフトをもつ、段階と；目標体積内の固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するために、前記CEST値を重み付けする段階であって、前記流体に富む組織は、あらかじめ定義された最小流体量よりも高い量の流体を含む、段階とを含む。
【００３０】
本方法は、たとえば、CESTボクセル値を決定または受領する際に、自動的に実行されてもよい。
【００３１】
別の側面では、本発明は、プロセッサによる実行のための機械実行可能命令を有するコンピュータ・プログラム・プロダクトに関し、前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、前述の実施形態のいずれかの方法をさせる。
【００３２】
本発明の前述の実施形態の一つまたは複数は、組み合わされる実施形態が相互に排他的でない限り、組み合わされうることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
下記では、本発明の好ましい実施形態が、単なる例示として、図面を参照して記述される。
【図１】医療分析システムの概略図である。
【図２】MRIシステムの断面・機能図を示す。
【図３】MRIデータを処理する方法のフローチャートである。
【図４】固体組織のボクセルおよび流体に富む組織のボクセルについてのZスペクトルのプロットである。
【図５】A〜Cは、選択された腫瘍症例についての流体に富む組織についての補正（重み付け）を含む、APTw値のマップおよび重み付けまたは補正されたAPTw値の対応するマップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
下記において、図中の同様の番号を付された要素は、類似の要素であるか、または同等の機能を実行する。先に議論された要素は、機能が等価である場合には、必ずしも後の図では議論されない。
【００３５】
さまざまな構造、システムおよび装置が、単に説明の目的のために、当業者に周知の詳細で本発明を埋没させないように、図面において概略的に描かれている。それにもかかわらず、添付の図面は、開示される主題事項の例解用の例を記述し説明するために含まれる。
【００３６】
図1は、医療分析システム111の概略図である。医療分析システム111は、プロセッサ103と、メモリ107とを備え、それぞれがシステム111の一つまたは複数のコンポーネントと通信することができるる。たとえば、医療分析システム111のコンポーネントは、双方向システム・バス109に結合される。
【００３７】
本明細書に記載される方法は、少なくとも部分的に非対話式であり、コンピュータ化されたシステムによって自動化されることが理解されるであろう。たとえば、これらの方法は、さらに、ソフトウェア121、（ファームウェアを含む）、ハードウェア、またはそれらの組み合わせで実装できる。例示的な実施形態では、本明細書に記載される方法は、実行可能プログラムとしてソフトウェアで実装され、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ミニコンピュータ、またはメインフレームコンピュータなどの特殊または汎用のデジタルコンピュータによって実行される。
【００３８】
プロセッサ103は、ソフトウェア、特にメモリ107に記憶されたソフトウェアを実行するためのハードウェア装置である。プロセッサ103は、任意のカスタムメイドのまたは市販のプロセッサ、中央処理装置（CPU）、医療分析システム111に関連するいくつかのプロセッサの間の補助プロセッサ、半導体ベースのマイクロプロセッサ（マイクロチップまたはチップセットの形）、マクロプロセッサ、または一般にソフトウェア命令を実行するための任意のデバイスでありうる。プロセッサ103は、医療分析システム111が接続されるスキャニング撮像システムの動作を制御しうる。
【００３９】
メモリ107は、揮発性メモリ要素（たとえば、ランダムアクセスメモリ（DRAM、SRAM、SDRAM等のRAM）および不揮発性メモリ要素（たとえば、ROM、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（EPROM）、電子的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（EEPROM）、プログラマブル読み出し専用メモリ（PROM））のいずれか1つまたは組み合わせを含むことができる。メモリ107は、さまざまなコンポーネントが互いからリモートに位置しているがプロセッサ103によってアクセスされることができる、分散アーキテクチャを有することができることを注意しておく。メモリ107は、システム111の少なくとも1つの他の構成要素に関連する命令またはデータを格納しうる。
【００４０】
医療分析システム111は、たとえばユーザー・インターフェース129上に文字および画像等を表示する表示装置125をさらに有していてもよい。表示装置125は、タッチスクリーン表示装置であってもよい。
【００４１】
医療分析システム111は、医療分析システム111に電力を与えるための電源108をさらに有していてもよい。電源108は、たとえば、バッテリーであってもよく、または、標準的なACコンセントによって供給される電気のような外部電源であってもよい。
【００４２】
医療分析システム111は、MRI、CTおよびPET-CT撮像装置のようなスキャニング撮像システム（図示せず）に接続するように構成されてもよい。医療分析システム111とスキャニング撮像システムとの間の接続は、たとえば、BUS  Ethernet接続、WAN接続、インターネット接続などを含んでもよい。医療分析システム111およびスキャニング撮像システムは、一体的な部分であってもなくてもよい。他の言い方をすると、医療分析システム111は、スキャニング撮像システムの外部であってもなくてもよい。スキャニング撮像システムは、スキャニング撮像システムを構成するためにプロセッサ103によって制御されうるコンポーネントを有する。スキャニング撮像システムの該構成により、スキャニング撮像システムの動作が可能になりうる。スキャニング撮像システムの動作は、たとえば、自動的であってもよい。図3は、MRIシステムであるスキャニング撮像システムのコンポーネントの例を示す。ある実施形態では、スキャニング撮像システムは、指定された測定に応答して画像などの出力データを提供するように構成されてもよい。
【００４３】
プロセッサ103は、そのような情報が表示装置125に表示されうるように、互換性のあるデジタル形式でスキャニング撮像システムから情報を受信するように適応されてもよい。そのような情報は、動作パラメータ、アラーム通知、およびスキャニング撮像システム101の使用、動作および機能に関連する他の情報を含んでいてもよい。
【００４４】
メモリ107は、被験体内の目標体積からのMRIデータ170を処理するためのCEST分析コンポーネント150をさらに有していてもよい。MRIデータ170は、システム111の記憶装置160に記憶されてもよい。CEST分析コンポーネント150は、ソフトウェア・コンポーネント121の一部であってもなくてもよい。たとえば、CEST分析コンポーネント150は、本方法の少なくとも一部を実行するように構成されてもよい。
【００４５】
図2は、磁気共鳴撮像システム200を示す。磁気共鳴撮像システム200は、磁石204を備える。磁石204は、超伝導円筒型の磁石であり、その中にボア206がある。異なる型の磁石の使用も可能であり、たとえば、分割円筒磁石やいわゆる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、標準的な円筒磁石と同様であるが、クライオスタットが2つのセクションに分割されており、磁石のアイソ平面へのアクセスを許容している。そのような磁石は、たとえば、荷電粒子ビーム療法と併せて使用されてもよい。開放磁石は、2つの磁石セクションを有し、一方が他方の上方にあって、その間に、撮像されるべき被験体218を受け入れるのに十分な大きさの空間がある。この2つのセクションの配置は、ヘルムホルツコイルのものと同様である。円筒磁石のクライオスタットの内部には、超伝導コイルの集合がある。円筒磁石204のボア206内には、磁場が磁気共鳴撮像を実行するのに十分に強くかつ均一である撮像ゾーンまたは体積または解剖学的構造208がある。
【００４６】
磁石のボア206内では、磁石204の撮像領域または検査領域208内の目標領域の磁気スピンを空間的にエンコードするために磁気共鳴データの収集中に使用される一組の傾斜磁場コイル210もある。傾斜磁場コイル210は、傾斜磁場コイル電源212に接続される。傾斜磁場コイル210は、代表的なものであるように意図されている。典型的には、傾斜磁場コイル210は、3つの直交する空間方向におけるエンコードのための3つの別々の組のコイルを含む。傾斜磁場電源は、傾斜磁場コイルに電流を供給する。傾斜磁場コイル210に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプ状にされ、またはパルス状にされてもよい。
【００４７】
MRIシステム200は、さらに、RF励起パルスを生成するために、被験体218のところに、検査体積208に隣接して、RFコイル214を有する。RFコイル214は、たとえば、一組の表面コイルまたは他の特殊化されたRFコイルを含んでいてもよい。RFコイル214は、RFパルスの送信のためおよび磁気共鳴信号の受信のために交互に使用されてもよく、たとえば、RFコイル214は、複数のRF送信コイルを含む送信アレイ・コイルとして実装されてもよい。RFコイル214は、一つまたは複数のRF増幅器215に接続される。
【００４８】
傾斜磁場コイル電源212およびRF増幅器215は、医療分析システム111に接続されてもよく、たとえば、医療分析システム111のハードウェアインターフェースに接続されてもよい。医療分析システム111のメモリ107は、たとえば、制御モジュールを有していてもよい。制御モジュールは、プロセッサ103が磁気共鳴画像システム200の動作および機能を制御できるようにするコンピュータ実行可能コードを含む。制御モジュールはまた、磁気共鳴データの取得など、磁気共鳴撮像システム200の基本的な動作を可能にする。制御モジュールは、たとえば、CEST分析コンポーネント150の一部であってもよい。
【００４９】
MRIシステム200は、目標体積208からMRIデータ170を収集するように構成されてもよい。MRIデータ170は、複数のボクセルをもつあらかじめ定義されたスライスにおいて収集されてもよい。MRIデータは、MRIデータを用いてMRIデータ中のボクセルについてのCEST値を決定することにより、CEST効果を定量化するために使用されてもよい。CEST効果は、飽和なしの信号S0に対する信号低下を用いて表わされてもよい。MRIデータ170は、たとえば、N≧2として、N個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データを含んでいてもよい。
【００５０】
MRIデータ170は、非飽和データをさらに含んでいてもよい。所与の周波数オフセットΔωでの飽和移動データは、たとえば、所与の周波数オフセットであらかじめ定義されたプロトンのプールを選択的に励起し、飽和させるようにMRIシステム200を制御するための選択的飽和RFパルスおよびそれに続く励起RFパルスを含むMRIシーケンスを使用して収集されてもよい。該MRIシーケンスは、TSEシーケンスであってもよい。プロトンのプールは、たとえば、アミド（NH）プロトンを含んでいてもよく、所与の周波数オフセットΔωは、水共鳴周波数に対してΔω＝±3.5ppmであってもよい。この場合、CEST効果はアミドプロトン移動APT効果でありうる。
【００５１】
非飽和データは、たとえば、MRIシーケンスにおいて、大きく離調された飽和周波数オフセット（たとえば、周波数オフセットはΔω0<-1000ppmであってもよい）で、またはRF飽和なしで、得られてもよい。
【００５２】
CEST効果は、飽和移動比MTRの分布の解析に関わる既知の技法を用いて定量化されうる。CEST値は、MRIデータ170の飽和移動データのサブセットを用いて決定されうる。飽和移動データのサブセットは、N3≦Nであるとして、N3個の周波数オフセットでの飽和移動データを含む。
【００５３】
たとえば、所与のボクセルxのCEST値は、N3＝2について以下のように定義されてもよい：
CEST(x)＝MTRasym＝（S(−Δω)−S(＋Δω)）/S0        Eq.1
ここで、S(−Δω)およびS(＋Δω)は飽和移動データから得られる信号振幅である。S0は、選択的飽和RFパルスのない非飽和データから得られる信号振幅である。Eq.1のMTRasymは、CEST＝MTRasym＝MTR(＋Δω)−MTR(−Δω)と書かれてもよい。ここで、MTR(Δω)は、周波数オフセットΔωについての磁化移動比である、すなわち、
MTR(Δω)＝1−S(Δω)/S0        Eq.2である。
【００５４】
別の例では、CEST値は、CEST  MRIのために使用される特定のプロトンのプールの飽和移動効果に影響されない選択されたスペクトル領域に基づいてZスペクトル・データに磁化移動のモデルを当てはめ〔フィッティング〕することによって決定されうる。理想的には、当てはめのためのこれらの選択されたスペクトル領域は、バックボーン・プロトンまたは細胞膜／繊維構造／ミエリン中のプロトンのようなあらかじめ定義されたプロトンのプールからの磁化移動効果を示すだけであり、これは磁化移動バックグラウンド（magnetic  transfer  background）と呼ばれる。次いで、公称化学シフトΔω、たとえばAPTについては＋3.5ppmでの当てはめされた曲線に対するZスペクトル・データの差からCEST値が推定される。
【００５５】
図3は、目標体積208からのMRIデータ170を処理する方法のフローチャートである。目標体積は、たとえば、脳、肝臓、肺、腎臓、前立腺、膵臓、卵巣、脾臓などを含みうる。
【００５６】
ステップ301では、CESTボクセル値が、MRIデータ170から決定されてもよい。CESTボクセル値は、あらかじめ定義されたプロトンのプールと水プロトンとの間の飽和の移動に対応する。プールのプロトンは、水共鳴周波数に対するあらかじめ定義された化学シフトを有する。たとえば、プロトンのプールは、有するアミドプロトンを含んでいてもよい。このステップは、MRIデータ170の各ボクセルxについてのCEST値、CEST(x)をもたらしうる。CEST値は、図2を参照して述べたように決定されてもよい。
【００５７】
ステップ303では、値CEST(x)は、目標体積208内の固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するために、重み付けされてもよい。前記流体に富む組織のそれぞれの流体に富む組織は、上述したようにあらかじめ定義された最小量の流体よりも多い量の流体を含む。このステップは、MRIデータ170の各ボクセルxについて、重み付けまたは補正されたCEST値CESTcf(x)をもたらしうる（「cf」は流体について補正された（corrected  for  fluids）ことを表わす）。2つの周波数オフセットΔω＝±3.5ppmで得られたデータについて、CEST(x)はAPT(x)を表わし、CESTcf(x)はAPTcf(x)を表わす。
【００５８】
ステップ303における重み付けは、流体に富む組織におけるCEST値のスケール変更、ダウンスケーリング、または抑制を含みうる。重み付けは、MRIデータ170の飽和移動データのサブセットを使用して実行されてもよい。飽和移動データのサブセットは、N2個の周波数オフセットにおける飽和移動データを含み、ここで、N2≦Nである。たとえば、MRIデータの各ボクセルは、N2個の飽和周波数オフセットにおける信号振幅S(Δω)を示すZスペクトルに関連付けられてもよく、ここでN2≧2である。N2個の飽和周波数オフセットは、MRIデータ170のN個の飽和周波数オフセット以下でありうる。補正関数を生成するために使用されるN2個の飽和周波数オフセットは、CEST値を決定するために使用されるのと同じN3個（N3≦N）の周波数オフセットであってもなくてもよい。
【００５９】
Zスペクトルの少なくとも一部を用いて、MRIデータの各ボクセルにおける流体含量および固体組織含量を評価するために、定量的な組織スコア付けが実行されてもよい。たとえば、流体に富むボクセルのZスペクトルの値と固体組織のボクセルのZスペクトルの値とを比較することによって、固体組織のボクセルのCEST(x)が変化しないまま、流体に富む組織のボクセルのCEST(x)がスケール変更される（たとえば、ダウンスケールされる）ように、値CEST(x)に適用できる補正関数が生成されうる。重み付けステップ303は、値CESTcf(x)を得るために、ステップ301で得られたCEST値に対して補正関数を適用することを含んでいてもよい。
【００６０】
図4は、固体組織のボクセルについてのZスペクトル401および流体に富む組織のボクセルについてのZスペクトル403のプロット400を描いている。Zスペクトル401〜403は、水共鳴周波数407を包含する。図4は、N2＝2およびN2≧2の両方について重み付けステップ303を実行するための補正関数またはメトリックを決定するための例示的な方法を示す。
【００６１】
Zスペクトル401〜403は、目標体積208のあらかじめ定義されたスライスのボクセルのあらかじめ定義されたZスペクトルの中から選択されてもよい。あらかじめ定義されたZスペクトルは、プロット400のx軸405上に示される複数の周波数オフセットΔω＝±3.5ppmで（y軸406は信号振幅S(Δω)を表わす）、目標体積208内の交換可能なアミドプロトンを選択的に励起および飽和させることによって得られてもよい。これは、以下のMRIシーケンス設定を使用して実行されうる：飽和時間Tsat＝2秒、飽和RF場B1rms＝2μTおよびΔω＝±3.5ppm。あらかじめ定義されたZスペクトルは、たとえば、MRIデータ170の一部であってもよい。プロット400は、さらに、非飽和信号レベルS0  409を示す。
【００６２】
Zスペクトル401〜403の信号振幅S(Δω)を用いて、Eq.2を用いて各周波数オフセットについてMTRが決定されうる。プロット400は、Zスペクトル403の流体に富む組織について、Δω＝±3.5ppmにおけるMTRがほぼ0に等しいことを示す。これは、非飽和信号S0に対するZスペクトル403の信号振幅の減少が、Δω＝±3.5ppmでほぼゼロに等しいことを示す。しかしながら、固体組織では、図4に示されるように、Δω＝±3.5ppmの信号は典型的にはS0に対して2分の1に低下するので、MTR(±3.5ppm)は約1/2となる。こうして、流体に富む組織についてのMTRは固体組織に比べて有意に低くなる。
【００６３】
Zスペクトル401および403のMTRを比較することによって、スコア付け情報が決定または推定されてもよい。たとえば、スコア付け情報は、Zスペクトル401については和が
【数２】
2021510567.tif 000004
であるが、Zスペクトル403については1とは異なることを示しうる。
【００６４】
スコア付け情報を使用して、値CEST(x)を重み付けするために、メトリックまたは補正関数が生成されてもよい。たとえば、補正因子CF＝ε×(MTR(−Δω)＋MTR(＋Δω))が、ステップ301で決定された値CEST(x)を重み付けするために使用されてもよい。CESTcf(x)と呼ばれる重み付けされたCEST値は、次のように定義されてもよい：
【数３】
2021510567.tif 000005
【００６５】
重み付けεは、MRIデータ170を得るために使用される特定の設定、プロトコルまたはアプリケーションのために、標準的な値について固体組織中の同様のCEST値を与えるよう（CEST(x)＝CESTcf(x)）一度調整される。たとえば、前記標準的な値は、ステップ301で得られたCEST値であってもよい。上記の設定（すなわち、飽和時間Tsat＝2秒、飽和RF場B1rms＝2μTおよびΔω≒＋3.5ppm）について、重み付けはε＝1.0と選ばれる。なぜなら、上記のように、和MTR(＋Δω)＋MTR(−Δω)が1に等しく、よって、ε＝1.0でCF＝ε×(MTR(−Δω)＋MTR(＋Δω))を適用すると、固体組織についてはCEST値が変化しないまま、流体に富む組織内のCEST値がスケール変更されることになるからである。
【００６６】
Eq.3のMTRasym,cf値は、（たとえば、実際上の計算のために）次のように表わすことができる:
【数４】
2021510567.tif 000006
【００６７】
上記の設定を使用して、2つの周波数オフセットΔω＝±3.5ppmで取得されたデータ（たとえば、MRIデータ170）についてこのようにして導出された補正関数は、（たとえば、ステップ301の）値CEST(x)に補正因子CF＝ε×(MTR(−Δω)＋MTR(＋Δω))を乗算することからなる。
【００６８】
上述の補正関数（N2＝2についてのもの）は、CEST値の一般的な流体補正を可能にするN2≧2についての補正関数を定義するために使用されうる。N2≧2についての補正関数は、次のように定義されうる：
【数５】
2021510567.tif 000007
ここで、N2は、飽和周波数オフセット{Δω1,Δω2,…}のあらかじめ定義された数であってもよく、式Eq.4の最後の項はN2個のMTRの加重和である。加重和は、各ボクセルにおける磁化移動の全体的なパーセント・レベルに関係する。これは、固体組織については大きいが、流体に富む組織については小さい。加重和は、2つ以上の飽和周波数におけるMTRの平均であってもよい。これは、重み付けプロセスに対する実際のAPTの影響（または脂肪/NOE効果）を低減しうる。
【００６９】
上記のように、ε＝1.0は、上述した設定およびN2＝2、Δω1＝＋3.5ppm、Δω2＝−3.5ppmでのスキャン時間効率のよいAPT撮像のための好ましい選択である。N3＝2および2つの周波数オフセットΔω＝±3.5ppmについて、CEST(x)はAPTw(x)を表わす（CEST(x)＝APTw(x)）。飽和効果が所与のプロトコル設定について、より低い場合、εは、固体組織において
【数６】
2021510567.tif 000008
となるよう調整される（たとえば、増大させられる）ことができる。
【００７０】
補正関数を決定するために、すべてのΔωiは、好ましくは、水共鳴周波数から少なくとも1ppmに選択されうる。そうでなければ、流体組織は十分に抑制されないことがある。Zスペクトル・プロトコルが大きなスペクトル・オフセットを含まない場合、スキャン時間効率のために、既存のスペクトル・データ（たとえば、APTについてΔω＝±3.5ppm）を再利用することが好ましいことがある。
【００７１】
図5のA〜Cは、脳腫瘍撮像のための本方法の適用から帰結するAPTw(x)およびAPTcf(x)のマップを描いている。
【００７２】
図5のA〜Cのこれらの例において、本方法はオフライン処理ソフトウェア内に構築されて、標準的なAPT収集プロトコル（たとえば、飽和時間Tsat＝2秒、飽和RF場B1rms＝2μT、Δω＝＋3.5ppm、2D高速スピンエコー収集）を用いたヒトの脳腫瘍撮像について得られた遡及的データについて試験された。Eq.3を使ってε＝1.0としてMTRasym,cfが計算された。
【００７３】
図5のA〜Cは、選択された腫瘍症例についてのAPTw(x)のマップ501A〜501Cを描いている。図5Aは、嚢胞組織507および脳転移505を有する腫瘍症例を表わす値APTw(x)のマップ501Aを含む。図5Bは、脳転移の部分的流体含量を有する前記腫瘍症例を表わす値APTw(x)のマップ501Bを含む。図5Cは、脳転移の流体含量がない腫瘍症例を表わす値APTw(x)のマップ501Cを含む。
【００７４】
Eq.3を用いた本方法によるマップ501A〜CのAPTw(x)の重み付けは、それぞれ、重み付けされたAPTcfマップ503A〜Cをもたらし、それぞれの重み付けされたAPTcfマップは、それぞれの値APTw(x)の重み付けから得られる値APTcf(x)を含む。
【００７５】
図5のA〜Cに示されるように、流体成分は明らかに抑制され、一方、転移コントラストは維持される。たとえば、図5Aでは、脳転移505のコントラストが維持されている一方、嚢胞組織507が抑制される（501Aと503Aとの間のコントラスト変化を参照）。図5のA〜Cのマップの値は、MTRasymとMTRasym,cfの−5%...＋5%の間で変化する。
【００７６】
当業者には理解されるように、本発明の諸側面は、装置、方法またはコンピュータ・プログラム・プロダクトとして具現されうる。よって、本発明の諸側面は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または、本明細書で一般に「回路」、「モジュール」または「システム」と称されることのあるソフトウェア側面とハードウェア側面を組み合わせた実施形態の形をとることができる。さらに、本発明の諸側面は、その上に具体化されたコンピュータ実行可能コードを有する一つまたは複数のコンピュータ可読媒体内に具体化されたコンピュータ・プログラム・プロダクトの形をとることができる。一つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せが利用されうる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体でありうる。本明細書で使用される「コンピュータ可読記憶媒体」は、コンピューティング装置のプロセッサによって実行可能な命令を記憶することができる任意の有形な記憶媒体を包含する。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読な非一時的な記憶媒体と称されることがある。コンピュータ可読記憶媒体は、有形なコンピュータ可読媒体と称されることもある。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピューティング装置のプロセッサによってアクセスされることのできるデータを記憶することもできうる。コンピュータ可読記憶媒体の例は、フロッピーディスク、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、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）、リードオンリーメモリ（ROM）、光ディスク、光磁気ディスク、およ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、コンパクトディスク（CD）、デジタル多用途ディスク（DVD）、たとえば、CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW、またはDVD-Rディスクを含む。用語「コンピュータ可読記憶媒体」はまた、ネットワークまたは通信リンクを介してコンピュータ装置によってアクセスされることが可能な種々のタイプの記録媒体をも指す。たとえば、データは、モデムを通じて、インターネットを通じて、またはローカルエリアネットワークを通じて取得されてもよい。コンピュータ可読媒体上に具現化されたコンピュータ実行可能コードは、無線、有線、光ファイバーケーブル、RF等を含むがこれらに限定されない、任意の適切な媒体を使用して、または上記の任意の好適な組み合わせを使用して伝送されうる。
【００７７】
コンピュータ可読信号媒体は、たとえばベースバンドでまたは搬送波の一部としてコンピュータ実行可能コードが具現されている伝搬データ信号を含みうる。そのような伝搬信号は、電磁、光、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含むが、これらに限定されない、さまざまな形の任意のものをとることができる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読な記憶媒体ではなく、命令実行システム、装置、またはデバイスによって、またはそれらとの関連で使用するためにプログラムを通信、伝搬、または転送することができる任意のコンピュータ可読な媒体でありうる。
【００７８】
「コンピュータメモリ」または「メモリ」は、コンピュータ可読記憶媒体の例である。コンピュータメモリは、プロセッサにとって直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータ記憶」または「記憶」は、コンピュータ可読記憶媒体のさらなる例である。コンピュータ記憶は、任意の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体である。いくつかの実施形態では、コンピュータ記憶がコンピュータメモリであってもよく、あるいはその逆でもよい。
【００７９】
本明細書で使用される「プロセッサ」は、プログラムまたは機械実行可能命令またはコンピュータ実行可能コードを実行することができる電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を有するコンピューティング装置への言及は、複数のプロセッサまたはプロセッサコアを含む可能性があると解釈されるべきである。プロセッサは、たとえば、マルチコアプロセッサであってもよい。プロセッサは、単一のコンピュータ・システム内の、または複数のコンピュータ・システム内に分散されたプロセッサの集合を指すこともある。コンピューティング装置という用語も、それぞれがプロセッサ（単数または複数）を含むコンピューティング装置の集合またはネットワークを指すと可能性があると解釈されるべきである。
【００８０】
コンピュータ実行可能コードは、同じコンピューティング装置内にあってもよい、または複数のコンピューティング装置を横断して分散されてもよい複数のプロセッサによって実行されてもよい。コンピュータ実行可能コードは、プロセッサに本発明の側面を実行させる機械実行可能命令またはプログラムを含んでいてもよい。本発明の諸側面のための動作を実行するためのコンピュータ実行可能コードは、Java、Smalltalk、C++などのオブジェクト指向プログラミング言語と、「C」プログラミング言語または類似のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語とを含む、一つまた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、機械実行可能命令にコンパイルされうる。いくつかの事例では、コンピュータ実行可能コードは、高レベル言語の形であってもよく、またはあらかじめコンパイルされた形であってもよく、オンザフライで機械実行可能命令を生成するインタープリタとの関連で使用されてもよい。コンピュータ実行可能コードは、完全にユーザーのコンピュータ上で、部分的にユーザーのコンピュータ上で、スタンドアローンのソフトウェア・パッケージとして、部分的にはユーザーのコンピュータ上で部分的にはリモートコンピュータ上で、または完全にリモートコンピュータ上で実行されうる。最後のシナリオでは、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）またはワイドエリアネットワーク（WAN）を含む任意の型のネットワークを通じてユーザーのコンピュータに接続されてもよく、または、前記接続は、外部コンピュータになされてもよい（たとえば、インターネットサービスプロバイダーを使用してインターネットを通じて）。
【００８１】
本発明の諸側面は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム・プロダクトのフローチャート図解および／またはブロック図を参照して記述されている。フローチャート、図解、および／またはブロック図のブロックの各ブロックまたは一部は、適宜、コンピュータ実行可能コードの形のコンピュータ・プログラム命令によって実装されることができることが理解されよう。相互に排他的でない場合には、異なるフローチャート、図解、および／また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されてもよいことがさらに理解される。これらのコンピュータ・プログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブルなデータ処理装置のプロセッサに提供されて、機械を作り出してもよい。それにより、コンピュータまたは他のプログラマブルなデータ処理装置のプロセッサを介して実行される前記命令が、フローチャートおよび／またはブロック図のブロック（単数または複数）において指定された機能／工程を実装するための手段を生成する。
【００８２】
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、他のプログラム可能なデータ処理装置、または他の装置を指揮して、特定の仕方で機能させることができるコンピュータ可読媒体に格納されてもよく、該実行の結果、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロック（単数または複数）において指定された機能／工程を実装する命令を含む製造物を作り出す。
【００８３】
コンピュータ・プログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラマブルなデータ処理装置、または他の装置にロードされて、該コンピュータ、他のプログラマブルな装置、または他の装置上で一連の動作段階を実行させて、コンピュータ実施プロセスを生成する。それにより、コンピュータまたは他のプログラマブルな装置上で実行される前記命令が、フローチャートおよび／またはブロック図のブロック（単数または複数）において指定された機能／工程を実装するためのプロセスを提供する。
【００８４】
本明細書で使用される「ユーザー・インターフェース」は、ユーザーまたはオペレーターがコンピュータまたはコンピュータ・システムと対話することを許容するインターフェースである。「ユーザー・インターフェース」は「ヒューマンインターフェースデバイス」とも称される。ユーザー・インターフェースは、オペレーターに情報またはデータを提供し、および／またはオペレーターから情報またはデータを受領してもよい。ユーザー・インターフェースは、オペレーターからの入力がコンピュータに受領されることができるようにしてもよく、コンピュータからユーザーに出力を提供してもよい。換言すれば、ユーザー・インターフェースは、オペレーターがコンピュータを制御または操作することを許容してもよく、インターフェースは、コンピュータがオペレーターの制御または操作の効果を示すことを許容してもよい。
【００８５】
ディスプレイまたはグラフィカル・ユーザー・インターフェース上のデータまたは情報の表示は、オペレーターに情報を提供することの例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィックスタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカム、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、ワイヤードグローブ、ダンスパッド、リモートコントロール、および加速度計を通じたデータの受領は、すべて、オペレーターからの情報またはデータの受領を可能にするユーザー・インターフェース・コンポーネントの例である。
【００８６】
本明細書で使用される「ハードウェアインターフェース」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装置および／または装置と対話および／または制御することを可能にするインターフェースを包含する。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが制御信号または命令を外部コンピューティング装置および／または装置に送信することを許容してもよい。ハードウェアインターフェースはまた、プロセッサが外部コンピューティング装置および／また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ーフェースの例は、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、IEEE-488ポート、Bluetooth接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、TCP/IP接続、イーサネット接続、制御電圧インターフェース、MIDIインターフェース、アナログ入力インターフェース、およびデジタル入力インターフェースを含むが、これらに限定されない。
【００８７】
本明細書で使用される「ディスプレイ」または「表示装置」は、画像またはデータを表示するように適応された出力装置またはユーザー・インターフェースを包含する。ディスプレイは、視覚、オーディオ、または触覚データを出力しうる。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、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、ベクトルディスプレイ、フラット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スディスプレイ（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ELディスプレイ（OLED）、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイを含むがそれらに限られない。
【００８８】
本発明は、図面および上記の説明において詳細に示され、説明されているが、そのような図解および説明は、例解用または例示用であり、制約するものではないと考えられるべきであり、本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【００８９】
開示された実施形態に対する他の変形例が、図面、本開示、および添付の請求の範囲の吟味から、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。請求項において、語「有する／含む」は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「a」または「an」は、複数を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットが、請求項に記載されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。ある種の施策が相互に異なる従属請求項に記載されているというだけの事実は、これらの施策の組み合わせが有利に使用でき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一緒にまたはその一部として供給される光記憶媒体または半導体媒体のような好適な媒体上で記憶／頒布されてもよいが、インターネットまたは他の有線もしくは無線遠隔通信システムのような他の形で頒布されてもよい。請求項における参照符号は、その範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００９０】
１００  医療システム
１０１  スキャニング撮像システム
１０３  プロセッサ
１０７  メモリ
１０８  電源
１０９  バス
１１１  制御システム
１２１  ソフトウェア
１２５  ディスプレイ
１２９  ユーザー・インターフェース
１５０  CEST分析コンポーネント
２００  磁気共鳴撮像システム
２０４  磁石
２０６  磁石のボア
２０８  撮像ゾーン
２１０  傾斜磁場コイル
２１２  傾斜磁場コイル電源
２１４  無線周波コイル
２１６  RF増幅器
２１８  被験体
３０１〜３０３  方法のステップ
４００  プロット
４０１  Zスペクトル
４０３  Zスペクトル
４０５  x軸
４０６  y軸
４０７  水共鳴周波数
【図１】
2021510567.tif 000009
【図２】
2021510567.tif 000010
【図３】
2021510567.tif 000011
【図４】
2021510567.tif 000012
【図５Ａ】
2021510567.tif 000013
【図５Ｂ】
2021510567.tif 000014
【図５Ｃ】
2021510567.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月16日(2020.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体内の目標体積からの磁気共鳴画像（MRI）データを処理するための医療分析システムであって、前記目標体積は、流体に富む組織および固体組織を含み、前記流体に富む組織は、あらかじめ定義された最小流体量よりも多い量の流体を含むものであり、当該システムは、機械実行可能命令を記憶しているメモリと、当該システムを制御するためのプロセッサとを有しており、前記機械実行可能命令の実行が、前記プロセッサに：
前記MRIデータから、あらかじめ定義されたプロトンのプールと水のプロトンとの間の飽和の移動に対応する化学交換飽和移動（CEST）ボクセル値を決定する段階であって、前記プールのプロトンはあらかじめ定義された化学シフトを有する、段階と；
前記目標体積における固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するために前記CEST値に重み付けする段階とを実行させ、
前記MRIデータは、あらかじめ定義されたMRIシーケンスを用いて取得され、前記MRIデータは、あらかじめ定義された大きな飽和周波数オフセットにおけるまたはRF飽和なしでの非飽和データと、N個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データとを含み、N≧2であり、前記重み付けは：前記MRIデータにおける各ボクセルにおける流体含量および固体組織含量を評価するために、N2個の飽和周波数オフセットを含む前記飽和移動データのサブセットと前記非飽和データとを用いて定量的な組織スコア付けを実行し、前記スコア付けの結果を用いて補正関数を生成し、前記補正関数を用いて各ボクセルのCEST値を重み付けすることを含み、前記補正関数を用いてCEST値を重み付けすることは、補正因子CF＝ε×(MTR(＋Δωc)＋MTR(−Δωc))をCEST値に乗算することを含み、ここで、±Δωcは前記飽和周波数オフセットであり、εは、前記補正因子を適用することにより、固体組織についてはCEST値が変化しないままである一方、流体に富む組織内のCEST値はスケール変更されるように決定され、MTRは磁化移動比である、
システム。
【請求項２】
前記プロトンのプールがアミドプロトンを含み、前記CEST値がアミドプロトン移動強調（APTw）値である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記重み付けは、固体組織についてはCEST値が変化しないままである一方、流体に富む組織内のCEST値はスケール変更されるように実行される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記機械実行可能命令の実行が、さらに、前記飽和移動データの前記サブセットと非飽和データとから、前記プロセッサに、N2個の飽和周波数オフセットにおける、各ボクセルについての、N2個の磁化移動比MTRを生成する段階であって、N2≦Nである、段階と、各ボクセルについて前記N2個のMTRを組み合わせる段階とを実行させ、前記定量的な組織スコア付けは、前記組み合わされたMTRを使用して実行される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
所与のボクセルについての前記組み合わされたMTRは、前記所与のボクセルの前記N2個のMTRの加重和である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記MRIデータは、前記目標体積の、N個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データと、非飽和MRIデータとを含み、前記機械実行可能命令の前記実行が、さらに、前記プロセッサに、前記飽和移動データのサブセットおよび前記非飽和MRIデータから、N3個の飽和周波数オフセットにおける、各ボクセルについての磁化移動比MTRを生成する段階を実行させ、N3≦Nにおいて、前記CEST値は、水共鳴周波数に関して対称な分布と比較した、MTRの分布の分析によって得られる、請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
所与のボクセルのCEST値は、水共鳴周波数の反対側に対称的に位置する2つの周波数オフセットにおける前記所与のボクセルのMTRの間の差である磁気移動非対称性分析MTRasymによって得られる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記MRIデータは、水共鳴周波数に関してあらかじめ定義された化学シフト差を有する複数の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データを含む、請求項１ないし７のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記飽和移動データは、前記飽和移動データが使用される前に、B0場の不均一性について補正される、請求項１ないし８のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記流体に富む組織が、以下の組織型：嚢胞、出血、脳脊髄液（CSF）、浮腫、炎症組織、壊死組織の流体部分、または他の流体に富む組織のうちの少なくとも一つを含む、請求項１ないし９のうちいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のうちのいずれか一項に記載の医療分析システムと、前記MRIデータを取得するための取得コンポーネントとを有する、MRIシステム。
【請求項１２】
被験体における目標体積からの磁気共鳴撮像（MRI）データを処理する方法であって、当該方法は：
前記MRIデータから、あらかじめ定義されたプロトンのプールと水のプロトンの間の飽和の移動に対応する化学交換飽和移動（CEST）ボクセル値を決定する段階であって、前記プールのプロトンはあらかじめ定義された化学シフトを有する、段階と；
前記目標体積における固体組織のCEST値から流体に富む組織のCEST値を区別するために前記CEST値に重み付けする段階とを含み、
前記MRIデータは、あらかじめ定義されたMRIシーケンスを用いて取得され、前記MRIデータは、あらかじめ定義された大きな飽和周波数オフセットにおけるまたはRF飽和なしでの非飽和データと、N個の飽和周波数オフセットにおける飽和移動データとを含み、N≧2であり、前記重み付けは：前記MRIデータにおける各ボクセルにおける流体含量および固体組織含量を評価するために、N2個の飽和周波数オフセットを含む前記飽和移動データのサブセットと前記非飽和データとを用いて定量的な組織スコア付けを実行し、前記スコア付けの結果を用いて補正関数を生成し、前記補正関数を用いて各ボクセルのCEST値を重み付けすることを含み、前記補正関数を用いてCEST値を重み付けすることは、補正因子CF＝ε×(MTR(＋Δωc)＋MTR(−Δωc))をCEST値に乗算することを含み、ここで、±Δωcは前記飽和周波数オフセットであり、εは、前記補正因子を適用することにより、固体組織についてはCEST値が変化しないままである一方、流体に富む組織内のCEST値はスケール変更されるように決定され、MTRは磁化移動比である、
方法。
【請求項１３】
プロセッサによる実行のための機械実行可能命令を含むコンピュータ・プログラムであって、前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに請求項１２に記載の方法を実行させる、コンピュータ・プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来の磁気共鳴撮像（MRI）のコントラストは、静磁場およびさまざまな高周波（RF）パルスのもとでの種々の身体組織のスピン緩和速度に基づいている。既知のコントラストは、T1、T2、プロトン密度（PD）、およびT2*の強調に依存する。身体の状態に関するさらなる情報を得るために、アミドプロトン移動（amide  proton  transfer、APT）技法のような新しい撮像技法を用いて新たな画像コントラストが導入されている。APT技法は、APT強調（APT-weighted、APTw）MRIとも呼ばれ、たとえば、内因性細胞質（endogenous  cytosolic）タンパク質またはペプチドのMRベースの分子撮像に用いられる。それは化学交換飽和移動（chemical  exchange  saturation  transfer、CEST）効果に基づいており、交換速度を介してタンパク質濃度および局所pHを反映する。APT  MRIの一つの重要な目的は、特に腫瘍医療において悪性病変を特徴付けることであるが、他の組織型がAPT画像において高信号（hyper-intensity）を示すことがあり、悪性病変と混同されることがある。特に、顕著な流体含量およびしばしば高いタンパク質含量を有する組織区画は、APT画像上で目立つ。よって、診断読影を簡単にし、改善するためには、そうした区画におけるAPT信号を抑制することが望ましい。
MORITZ  ZAISS  ET  AL、"Relaxation-compensated  CEST-MRI  of  the  human  brain  at  7T:  Unbiased  insight  into  NOE  and  amide  signal  changes  in  human  glioblastoma"、NEUROIMAGE,  vol.112,  26  February  2015は、みかけの交換依存の緩和を与える補正アルゴリズムを使った、10人の患者に関するCEST研究を記載している。
MORITZ  ZAISS  ET  AL、"Inverse  Z-spectrum  analysis  for  spillover-,  MT-,  and  T1-corrected  steady-state  pulsed  CEST-MRI  -  application  to  pH-weighted  MRI  of  acute  stroke:  SIMPLE  SPILLOVER-,  MT-,  AND  T1-CORRECTED  CEST-MRI"、D2  NMR  IN  BIOMEDICINEは、スピルオーバーおよび半固体MT効果をなくす固有空間に基づく逆Zスペクトルを用いる磁化移動比を記載している。
【国際調査報告】
2021510567.tif 000016
2021510567.tif 000017