(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動く器官の第一および第二磁気共鳴ボリューム画像データ・セットのシーケンスから、このような器官の目標ボリュームにおいてフロー分析を実行する方法であって、
これらのデータ・セットが、一定の時間間隔によって分離されていて、
前記第一ボリューム画像データ・セットが、前記目標ボリュームの構造情報および三方向の速度情報を備え、かつ前記第二ボリューム画像データ・セットが、前記目標ボリュームの構造情報を備え、
前記方法が、以下のステップ：
ａ）第二ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスの内の少なくとも１つのボリューム内にある関心対象の少なくとも１つの特徴を決定するステップ；
ｂ）前記第二ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスの１つ以上のボリュームのデータ・セット内で関心対象の前記特徴をトラッキングするステップ；
ｃ）前記第二ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスにおいて関心対象の前記特徴を含む面の経時的な空間の方位を決定するステップ；
ｄ）前記第二ボリューム画像データ・セットから前記第一ボリューム画像データ・セットに前記面を転送することにより、前記第一ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスにおいて関心対象の前記特徴を含む前記面の経時的な前記空間の方位を決定するステップ；
ｅ）前記三方向の速度情報を、ステップｄ）において決定された前記面上の一方向の速度情報を含む二次元の画像に再フォーマットするステップ;
ｆ）ステップｅ）において決定された、前記再フォーマットされた前記画像を用いて、定量フロー分析を実行するステップ
を備える方法。
【請求項２】
関心対象の前記特徴が、ユーザからの入力を受信することにより、または第二ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスの少なくとも１つのボリュームに自動検出ステップを実行することにより決定される、請求項１に記載の方法。  
【請求項３】
自動検出ステップが、前記目標をセグメント化するおよび／または前記目標の輪郭を分析することを備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
関心対象の前記特徴が、速度情報を使用することにより前記第一ボリューム画像データ・セットで決定され、前記特徴の位置が前記第二ボリューム画像データ・セットに転置されている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
関心対象の前記特徴をトラッキングする前記ステップｂ）が、前記第二ボリューム画像データ・セット内の多数のボリューム・テンプレートをマッチングさせることにより実行される、請求項１−４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ボリューム・テンプレートが、画像獲得の解像度に応じて変化するサイズを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第一ボリューム画像データ・セット内の関心対象の前記特徴を含む前記面の前記方位が、関心対象の前記特徴を通る前記フローに対し垂直になるように調整されている、請求項１−６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記動く器官が心臓であり、前記目標ボリュームが、弁を備える前記心臓の領域であり、かつ関心対象の前記特徴が前記弁である、請求項１−７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第一ボリューム画像データ・セットが、解剖学的情報および心臓ボリュームの三方向の血液速度情報を備え、かつ前記第二ボリューム画像データ・セットが、同一のまたは                                                                  
異なる心臓ボリュームの解剖学的情報のみを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
動きにより発生する空間のオフセットを補償するために、前記２つのボリューム画像データ・セットの間の解剖学的特徴を登録するステップを、更に、備える請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一磁気共鳴ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスが、４Ｄ ＭＲフロー・データ・セットであり、前記第二磁気共鳴ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスが、軸方向シネＭＲ画像データ・セットである、請求項１−１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
デジタル・コンピュータのメモリに直接ロード可能なコンピュータ製品であって、前記製品をコンピュータにより稼働させると請求項１−１１の何れか１項に記載の方法を実行するソフトウェア・コード部分を備える、コンピュータ製品。
【請求項１３】
ボリュームの画像を獲得するＭＲ装置であって、前記装置が、患者の心臓の連続する画像ボリュームのシネを得るための手段を備え、前記装置が、更に、定量的に血液のフローを分析するために請求項１−１１の何れか１項に記載の方法を実行するようにプログラムされている処理手段を備える、ＭＲ装置。
【請求項１４】
４Ｄフロー画像および心臓弁を含むボリュームの軸方向シネ画像を獲得するように構成されていて、前記処理手段が、前記軸方向シネ画像内の弁の面の方位を決定し、前記４Ｄフロー画像内のそのような面を検索し、そのような弁の面に投影された速度情報に基づいて二次元のフロー分析をするようにプログラムされている、請求項１３に記載のＭＲ装置。
【請求項１５】
前記弁の面の前記方位が、前記ボリュームのシーケンスが獲得された後に弁のトラッキングを実行することにより決定される、請求項１４に記載のＭＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用撮像法（特に、ＭＲ心臓撮像法）の技術分野に関する。しかしながら、これは、非破壊テスト・アプリケーションのような動くオブジェクトのフローを定量化する必要があるいかなる分野にもアプリケーションを見出すことが出来る。
【背景技術】
【０００２】
解剖学的心臓弁および主要な導管における血液フローのパターンおよび病態生理を正確に研究しかつ特性評価することは、心血管機能不全の診断および治療において主要な重要性の役割を果たす。
【０００３】
狭窄症、吸排気弁閉鎖不全症または先天性欠損は、症状の重症度およびそれに対応する最適タイミングおよび外科的介入のタイプを評価するために、心臓血管の機能が、詳細な画像のフォローアップを必要とするような具体例をほとんど表さない。
【０００４】
臨床現場で血流量（血液フロー）を分析するために最も多く使用される技術の１つは、フローに反応する磁気共鳴（ＭＲ）撮像法である。
【０００５】
ＭＲのフローに対する固有感度は、解剖学的にカバーする範囲またはフロー方向を制限すること無く、脈管の血行動態の定量化およびフロー・パターンの定性的図示を高い信頼性で実現することを可能にする。これは、通常、数多くの２Ｄ位相差磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）の面（別名、２Ｄ ＭＲフロー）を獲得することによって実行される。
【０００６】
しかしながら、この方法は、ＭＲのオペレータに、２Ｄ位相差ＭＲ画像の獲得面について慎重なプラニングを要求する。例えば、評価が行われている各々の弁に対し、オペレータは、獲得のために使用される面を慎重に配置する必要がある。この面は、静止していてかつ血液フローに垂直に置かれることが必要であるので、この面のプラニングは非常に重要である。この獲得面が静止しているという事実は、この面が、データの獲得の間中、動かないことを意味する。例えオペレータが、首尾よくこの面をデータ・セットの範囲内に最適に置くことができたとしても、ある問題は依然として生じてしまう。例えば、面から外れる動きが、発生するであろう。この面から外れる動き（面を通る動き、つまり、関心対象である心臓弁に配置された獲得面を通る長手方向の動き）は、心拍周期の間に心臓が動く結果により生じる。これは、非特許文献１のような以前の研究によって報告されているように、（特に、弁内外領域での）正確なフローを評価する際には主要な妨げとなる。この面を通る動きは、結果的に使用不可能なデータをもたらす。つまり、データは静止する面で獲得されるが、この面は、最早、正しい特徴（すなわち、弁）を含まない。従って、これは、また、このデータに基づいて診断をすることができない結果をもたらす。
【０００７】
さらにまた、これがオペレータに大きく依存するため、（患者が多くいるセンターにおいてすら）不正確なプラニングが定常的に発生し、これは、臨床での評価を困難にし、かつ潜在的に正確な診断を妨げる。
【０００８】
さらにまた、オペレータは、獲得面を血液フローに垂直となるように配置するために、以前のフローのエンコード方向を知る必要がある。これらの態様は、全て、結果として時間がかかりかつエラーを起こしやすいプロセスとなる。
【０００９】
時間で分解された三次元位相差ＭＲＩ（４Ｄ ＭＲフロー）は、多方向のフロー速度データの評価に使用される、近年発展しつつある撮像法技術である。４Ｄ ＭＲフローでは、解剖学的および三方向の速度情報が、経時的に、３Ｄ等方性ボリューム内の各ボクセルごとに獲得される。
【００１０】
この種のデータは、如何なる向きの空間面からの血液フローの分析も可能にする。従って、この面を、獲得された各時間ポイント（すなわち、心拍周期の間に獲得された各位相）に再配置させて、心臓および呼吸の動きに確実に追従することができるので、静止した分析面の上述した問題は最早発生しない。従って、心臓および呼吸の動きを補償しかつ分析面を関心対象であるオブジェクトの中央に置くことによって、非特許文献２によって教示されるように、面を通る動きは最早発生しないであろう。
【００１１】
心拍周期の間に分析面を再配置することは、解剖学的ランドマークをトラッキングすることを必要とする。４Ｄ ＭＲフロー撮像法技術の不利な面は、解剖学的データの信号雑音比が制限されている点である。これは、解剖学的組織体の概要を詳細に述べるには不十分であると言う結果をもたらす。従って、解剖学的組織体の動きを効率的にトラッキングするためには、異なる戦略が、採用されなければならない。
【００１２】
例えば、非特許文献３および非特許文献４に示されるように、何人かの著者は、２つの追加されるＭＲシーケンス上の各時間フレームに、弁の位置を手動で指定することによってこの問題を解決した。これらの方法は、互いに直交しかつ関心対象の弁と交わる２つの追加される長軸シネＭＲの獲得を必要とする。例えば、（図２に示される）僧帽弁に対しては、左室２室および４室シネＭＲＩの獲得が、必要である。すなわち、各弁に対して、２つの長軸シネ・データ・セットを獲得する必要がある。関心対象である弁の面から外れる動きを回避するために、これらの長軸シネ画像の正確なプラニングが必要となる。
【００１３】
さらにまた、心拍周期の間に弁位置を手動により指定するこのアプローチは、２つの重要な制限を有する。手動による指定は、トラッキングがユーザに依存する結果をもたらしかつそれをほとんど再現性がないものにし、そして結果的に外部と内部の観測者の間に大きなばらつきをもたらす。
【００１４】
弁の位置を手動により指定するアプローチの第二の制限は、各ケースに対し長い処理時間を必要とすることである。これらの限定を考慮すると、手動による弁のトラッキングは、臨床ルーチンには使用できない。
【００１５】
非特許文献５の場合、心臓の動き情報は、最初の走査の間に獲得されたＭＲ画像（長軸ビュー）において弁をトラッキングすることによって推定された（これは、次いで、２Ｄ ＭＲフロー獲得の間に、獲得スライスを適切に再配置するために使用することができる）。
【００１６】
このトラッキング法は、手動で識別された解剖学的ランドマークの予め規定されているデータベースに依存する。この方法は、特定の走査方位（長軸ビュー）に対して識別された解剖学的ランドマークを有するデータベースを必要とする。これは、この方法を、予め規定したデータベースのコンテンツ、獲得方法および長軸面の方位に、大きく依存させる。
【００１７】
更に、この作業においては、２Ｄ ＭＲフロー獲得に対して動的獲得面を配置する際、弁のトラッキングにしか集中されない。この方法は、心臓ＭＲフローを獲得する間、スキャナ内部の患者に適用される。弁のトラッキングにおけるエラーは、結果として誤ったフローを獲得することとなるので、その後何の診断も行うことが出来ないであろう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Kayser外による論文「三尖弁フローのＭＲ速度マッピング：面を通る動きの修正」（J Magn Reson Imaging 1997; 7: 669-673）
【非特許文献２】Westenberg外による論文「三方向の速度−エンコードされた磁気共鳴撮像法による正確かつ再現可能な僧帽弁血液フロー測定」（J Cardiovasc Magn Reson 2004; 6:767-776）
【非特許文献３】Westenberg外による論文「僧帽弁および三尖弁の血液フロー：弁の遡及トラッキングにより３Ｄ速度−符号化されたＭＲ画像法による正確な定量化」（Radiology 2008; 249: 792-800）
【非特許文献４】Roes外による論文「健常ボランティアおよび弁逆流の患者における遡及的な弁トラッキングにより速度−エンコードされた三次元の三方向磁気共鳴映像法を同時に使用する４つの心臓弁を通るフローの評価」（Invest Radiol 2009; 44: 669-674）
【非特許文献５】Dewan外による論文「改良されたＭＲ画像法のための心臓構造の可変動きトラッキング」（IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2007）
【非特許文献６】Uribe外による論文「心臓全体のシネ画像法のための新規な呼吸ゲーティング技術：静止状態の自由歳差シーケンスにおけるナビゲータ・スライスの統合」（Journal of Magnetic Resonance Imaging 34: 211-219 (2011)）
【非特許文献７】Usman外による論文「２分間の遊離呼吸マルチ・スライス・シネ獲得からの左室全体の機能的評価」（Physics in Medicine and Biology 60: N93-107（2015））
【非特許文献８】M. Markl外による論文「時間分解された三次元位相差ＭＲＩ」（JMRI 2003 17: 499-506）
【非特許文献９】Suinesiaputra外による論文「心臓ＭＲ画像の自動化された左心室のセグメント化に対してコンセンサスを構築する共同リソース」（Medical Image Analysis 18 (2014) p 50-62）
【非特許文献１０】Margeta外による論文「４Ｄ 心臓ＭＲＩデータから左心室のセグメント化のための階層化された時空の森」（Imaging and Modelling Challenges, Springer, pp. 109-119）
【非特許文献１１】Lin外による論文「４Ｄ ＭＲ画像における左心室の自動検出：大規模研究からの経験」（Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention, MICCAI 2006, pp 728-735）
【非特許文献１２】Maffessanti外による論文「心血管磁気共鳴を使用した三尖弁および僧帽弁環の三次元動的評価」（European Heart Journal - Cardiovascular Imaging (2013) 14, 986 - 995）
【非特許文献１３】Dewan外による論文「改良されたＭＲ画像法のための心臓構造の可変動きトラッキング（ＤＥＭＯＴＲＡＣＫＳ）」（Computer Vision and Pattern Recognition, 2001, p 1-8）
【非特許文献１４】Ding外による論文「テンプレート・マッチングによるボリュームの画像登録」（Proc. SPIE 3979, Medical Imaging 2000: Image Processing, 1235 (June 6, 2000)）
【非特許文献１５】Calkoen外による論文「健常対照群および房室中隔欠陥の治療後の患者において４ＤフローＭＲＩによる流線の可視化を用いた左心室流入の特性および改良された定量化」（Journal of Magnetic Resonance Imaging (2014)）
【非特許文献１６】Leeによる論文「単純化させたＢ−スプライン曲線の計算ルーチン」（Computing 1982, Volume 29, Issue 4, pp 365-371）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、本発明の目的は、オペレータの対話を最小にした、心臓弁の血液フロー・パターンの正確な観察および特徴描写のための改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は、心臓のような動く器官の第一および第二磁気共鳴ボリューム画像データ・セットのシーケンスから、このような心臓の目標ボリュームにおいてフロー分析を実行するコンピュータにより実行される方法により達成される。これらのデータ・セットは、一定の時間間隔によって時間的に分離されていて、第一ボリューム画像データ・セットが、目標ボリュームの構造情報および三方向の速度情報を備え、かつ第二ボリューム画像データ・セットが、目標ボリュームの構造情報を備え、
この方法は、以下のステップ：
ａ）例えば、ユーザから入力を受信することによって、または（例えば、目標をセグメント化しおよび／または目標の輪郭を分析することによって）第二ボリューム画像データ・セットのシーケンスの内の少なくとも１つのボリューム内にある自動検出ステップを実行することによって、第二ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスの内の少なくとも１つのボリューム内にある関心対象の少なくとも１つの特徴を決定するステップ；
ｂ）（例えば、第二ボリューム画像データ・セット内で多数の可変サイズ・ボリューム・テンプレートをマッチングさせることによって）前記第二ボリューム画像データ・セットのシーケンスの１つ以上のボリュームのデータ・セット内で関心対象の前記特徴をトラッキングするステップ；
ｃ）前記第二ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスにおける関心対象の前記特徴を含む面の経時的な前記空間の方位を決定するステップ；
ｄ）例えば、第二ボリューム画像データ・セットから第一ボリューム画像データ・セットに面を転送することによって、前記第一ボリューム画像データ・セットの前記シーケンスにおいて関心対象の前記特徴を含む前記面の経時的な前記空間の方位を決定するステップ；
ｅ）前記三方向の速度情報を、ステップｄ）において決定された前記面上の二方向の速度情報に再フォーマットするステップ;
ｆ）前記二方向の速度情報を用いて二次元の定量フロー分析を実行するステップ
を備える。
【００２１】
本発明は、新規なタイプのＭＲシーケンス（いわゆる軸方向シネＭＲ）の特性を使用する。このシーケンスの画像データは、心拍周期内の多数の時点で獲得されるほぼ等方性のボクセルを有する３Ｄボリュームから構成されている。軸方向シネＭＲ画像データの獲得は、関心対象のボリュームを規定することしか必要としないので、二次元の（長軸）面を獲得するために慎重にプラニングすることが不必要となる。現在までの所、軸方向シネＭＲ画像データは、走査時間が長いことと、呼吸の動きのアーチファクト、最適走査シーケンスが通常入手可能でないことから、通常、心臓ＭＲ撮像法には適用されていない。最近、自然呼吸の間に軸方向シネＭＲ画像データ・セットの全部を得る、呼吸ナビゲータ・シーケンスが、開発されている（非特許文献６）。呼吸ナビゲータにより、軸方向シネＭＲデータ・セットの獲得時間は減少し、かつ画像の質は改善される（非特許文献７）。これらの新しい発展は、軸方向シネＭＲ画像データの一般的な心臓ＭＲ検査への導入をスピードアップさせるであろう。これにより、軸方向シネＭＲ画像データは、例えば、機能分析に使用することができる。
【００２２】
２Ｄ ＭＲフローの獲得に基づくフローの推定が誤ることを解決するため、または長軸シネ画像の使用によるユーザに依存しかつ時間がかかる弁のトラッキング作業のフローを解決するために、４Ｄ ＭＲフロー・データの定量的フロー分析の利点を得るための革新的な作業フローが、提案されている。この作業フローは、ＭＲの獲得を単純化して、精度および再現性を向上させかつ分析時間を短縮する。
【００２３】
本発明のワーク・フローの場合、４Ｄ ＭＲフロー・データの利点は、心拍周期の間の弁の位置をトラッキングするための１つのボリューム軸方向シネ獲得に結合される。弁の位置をトラッキングするために、多数の長軸獲得を、１つのボリューム軸方向画像セットによって置換することは、いくつかの利点を有する。
【００２４】
第一に、長軸方向画像のいくつかのシリーズに代えて、ボリューム全体を経時的に獲得することは、オペレータが対話する必要性をかなり減少させるので、ユーザ・エラーの可能性が減少する。ボリューム・データの使用は、関心対象の各弁ごとに２Ｄ長軸を獲得する必要無に、多数の弁をトラッキングする機会を与える。また、弁の全ての情報は、１つのボリューム・データ・セット内に含ませることができるので、全ての情報は、同じ心臓状態内で収集される。
【００２５】
第二に、弁の特徴をトラッキングするために、単純な２Ｄ長軸データに代えて、３Ｄボリューム・データを使用することは、重要な利点を示す。３Ｄ空間で弁の位置をトラッキングするためには、互いに直交する少なくとも２つの２Ｄ長軸シネＭＲ画像が必要となる。異なる息止めにおいて別々に獲得する結果、多数の長軸画像が生じる。従って、いくつかの２Ｄ長軸獲得の間に患者が動くことにより、エラーが発生する可能性がある。
【００２６】
このタイプのデータが１つの連続する獲得から得られるので、軸方向シネＭＲ画像データを用いることにより、発生する可能性がある上述したエラーの原因は解消される。
【００２７】
さらに、弁のトラッキングは、（静的な）獲得面による走査時間の間に代えて、軸方向シネＭＲ画像内での後処理の間に、実行させることができる。このため、プロセス内の潜在的エラーは、容易に識別しかつ補正することができる。他方、弁のトラッキングが走査時間の間に実行される場合、このデータは使用不可能であり、かつ新規なデータが獲得されるまで、何の診断も実行することができない。
【００２８】
本発明は、患者の心臓の連続的な画像ボリュームのシネを得るための手段を備える、ボリューム画像を獲得するためのＭＲ装置にも関する。この装置が、定量的に血液フローを分析するために、本発明の方法を実行するようにプログラムされているプロセス手段を備えることは好都合である。特に、この装置は、弁の面の方位を決定するようにプログラムされているプロセス手段により、例えば、軸方向シネ画像においてボリューム・シーケンスを獲得した後に、弁のトラッキングを実行することによって、４Ｄフロー画像および心臓弁を含むボリュームの軸方向シネ画像を獲得し、４Ｄフロー画像内にこのような面を検出し、かつこのような弁の面に投影される速度情報に基づいて、双方向のフロー分析を行うように構成されている。
【００２９】
本発明の更なる改良は、従属請求項の主題を形成するであろう。
【００３０】
本発明の特徴およびそれから導出される利点は、以下の、添付の図面において示される、限定するものではない実施態様の記載からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】好ましい実施態様における本発明のステップのフロー・チャートの前半部を示す。
【図１Ｂ】好ましい実施態様における本発明のステップのフロー・チャートの後半部を示す。
【図２】４つの弁を含む人間の心臓の解剖を示す。
【図３】完全なボリューム軸方向画像セットからの単一軸方向シネＭＲ画像を示す。弁の位置は、ボリュームの軸方向の画像セットから（長軸を表す）二重斜めの画像内で手動により指定される。
【図４】軸方向シネＭＲ画像データを使用する、４Ｄ ＭＲフロー・データの弁の面の解像度を示す。
【図５】４Ｄ ＭＲフロー・データから再フォーマットされた三方向の速度情報の表示を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
磁気共鳴撮像装置は、シーケンシャルな撮像を実行するように構成されている撮像ユニットを備える。この装置は、静磁場に配置されている被検者（すなわち、患者）に高周波磁場を適用する。被検者から生成される磁気共鳴信号は、高周波磁場の適用により検出される。検出された信号を用いて、画像が、生成される。
【００３３】
この磁気共鳴撮像装置は、被検者に勾配磁場を適用することによって、磁気共鳴信号に空間位置情報を加える勾配磁場コイルも含む。
【００３４】
高周波パルスと勾配の異なる組合せを使用して、異なるＭＲＩシーケンスを、作ることができる。ＭＲＩパルス・シーケンスは、磁気勾配を変えるプログラムされたセットである。異なるパルス・シーケンスは、放射線技術者が、同じ組織を様々に撮像することを可能にし、かつシーケンスの組合せは、重要な診断情報を表す。
【００３５】
速度−エンコードされた勾配エコー撮像（別名、位相コントラスト撮像）は、血液フローを定量化するためのＭＲ技術である。血液の陽子が磁場中を移動する際に発生する位相シフトを測定することによって、血液の速度および方向を得ることができる。時間分解３次元位相差ＭＲＩシーケンスの詳細は、非特許文献８に刊行されている。軸方向シネＭＲシーケンスの詳細は、非特許文献６によって刊行されている。
【００３６】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明の一実施例に従う方法のステップを示す。これらのステップは、いかなる論理シーケンスでも実行させることができる。
【００３７】
走査時間の間、２セットの４Ｄ ＭＲ画像データが、獲得される。第一のセットは、３Ｄ等方性のボリューム内の各ピクセルに対して経時的に獲得された解剖学的データおよび三方向の速度情報（すなわち、４Ｄ ＭＲフロー）から構成されている（図１Ａのステップ101）。このタイプのデータの場合、獲得されたボリュームの範囲内に配置された任意のいかなる面に対しても、面を通る血液フローを、調べることができる。
【００３８】
しかしながら、解剖学的データの信号雑音比が十分でないことは、弁の特徴を識別する上で相当な妨げとなる。そのため、心臓のシネＭＲ画像全体の第二のセットが、獲得される。
【００３９】
４Ｄ（３Ｄ＋時間）の解剖学的データのこのセットは、スタックされた高解像度軸方向シネ―走査（図１Ａのステップ102）から構成されている。従来の長軸シネＭＲ獲得がこのスタックにより置換されるので、前述したように、オペレータの対話が最小になりかつ可能性がある空間のオフセットが解消される。
【００４０】
弁のトラッキング・プロセスを開始する前に、関心対象である１つ以上の弁を、軸方向シネＭＲ画像ボリュームの範囲内で決定する必要がある（図１Ａのステップ103）。この作業は、２つのアプローチにより完了させることができる。第一のアプローチは、図３に示されるようなユーザとの対話による弁のランドマークの決定によるものである。ボリューム軸方向シネＭＲＩ（301）に基づいて、二重斜め画像が、ボリューム軸方向シネＭＲＩの範囲の長軸カットを表すボリューム軸方向シネＭＲＩから生成される。この二重斜め画像シーケンス（マルチプル時間スタンプ）の範囲内で、ユーザは、弁のランドマーク（弁の面）（302）を手動で識別する。第二のアプローチは、弁の特徴の自動検出を使用する。
【００４１】
大動脈弁および僧帽弁のおよその位置を自動的に識別する現実的な方法は、左心室を先ず局在化しかつセグメント化することである。非特許文献９に記述されているような左心室のセグメント化を実行するいくつかの方法が、この技術分野で知られている。これらの方法は、弁の決定に容易に採用することができる。
【００４２】
左心室の自動セグメント化を達成する他の実効的方法は、非特許文献１０によって提案される方法である。この方法は、４Ｄ心臓ＭＲデータ・セットのボクセルを分類する、ランダム決定フォレストの二重層を用いる機械学習アプローチに基づいている。これらの画像は、直接、３Ｄ＋ｔボリュームとして扱われ、そしてこのセグメント化問題は、心筋層および背景へのボクセル的分類化として規定された。
【００４３】
２つの分類化層は、各々異なる目的に対して、左室心筋層をセグメント化するために訓練された。第一の層からの確率マップは、主に、獲得ポーズの相違に対し心臓シーケンスを補正し、かつＭＲＩ強度標準化のために心筋強度を推定するために使用された。第二の層は、次いで、強度およびポーズが標準化された画像に再訓練され、そして最後により正確な最終セグメント化のために使用された。
【００４４】
僧帽弁および大動脈弁のおよその位置を軸方向シネＭＲデータに決定する代替方法は、非特許文献１１によって提案される方法である。この方法は、心臓の局在化を素早く達成するために、シネ画像の時間フーリエ解析と等高線検出を組合せる。
【００４５】
低レベルの画像処理技術による時間フーリエ解析は、各軸方向スライスにおける左心室血液プールの局在化を可能にする。このため、軸方向が異なるスライスの検出結果は、３Ｄ空間での左心室の位置および方位を規定する。
【００４６】
このような方法は、右心室の位置を検出して、同様に僧帽弁および肺動脈弁の近似を得ることにも、容易に拡張することが出来るであろう。
【００４７】
心臓弁を決定するための他の代替方法は、４Ｄ ＭＲフロー・データの速度情報を使用して、ローカル速度の急激な変化を局在化させることである。心拍周期の特定周期の間、特定の弁に対し、速度の変化が予測される。
【００４８】
収縮期の開始直前では、心室および大動脈動脈および肺動脈の血液は、ほぼ静止状態にある。収縮期が開始すると、血液は、大動脈動脈の左心室及び右心室並びに肺動脈から、それぞれ、強制的に送られる。これは、静止状態にあった血液を心室から動脈に大きく加速する結果をもたらし、そして動脈内の血液も加速される。大動脈動脈および肺動脈は、太い血管で、かつ円筒状形状のオブジェクトと見なすことができる。血液の加速度及びその結果の血液速度の増加並びに円筒と見なされるこの形状は、４Ｄ ＭＲフロー・データにおいて検出させることができる。大動脈の動脈および肺の動脈を検出した後、弁の位置は、両方の動脈において血液フローを上流にトラッキングすることによって決定される。大動脈の弁および肺の動脈弁の位置は、心室ボリュームと動脈の間の遷移点で決定される。
【００４９】
心臓収縮期の後、大動脈の弁および肺の動脈弁は閉じ、そして僧帽弁および三尖弁は開く。これは、心房からの血液により心室を急速に満たす結果をもたらす。主要な血液ボリュームが、弁の開口を介して心房ボリュームから心室ボリュームに流れる。弁の開口は、心房ボリュームおよび心室ボリュームよりはるかに小さい。僧帽弁または三尖弁が開くと、心房の血液が加速し始めそして心臓の弁を通過する間に最大速度に達し、そして血液速度は、心室で減速するであろう。急速に心室が満たされる結果、高速度の血液フローが、弁の開口に、局所的に集中する。集中した高速度の位置は、４Ｄ ＭＲフロー・データにおいて検出することができる。検出された高速度位置の中心が、僧帽弁および三尖弁の位置であると決定される。
【００５０】
４Ｄ ＭＲフロー・データ内の決定された弁の位置は、軸方向シネＭＲ画像データに転送され、ＭＲ画像データが格納されているＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）のヘッダから得られる幾何学的な情報に基づいて、弁の位置を初期化する。弁の決定の他に、４Ｄ ＭＲフロー・データと軸方向シネＭＲデータの組合せにより、解剖学的特徴を空間的に登録し、呼吸の動きによって誘起される空間のオフセットを補償することが可能になる。
【００５１】
弁の位置が、少なくとも１つの軸方向シネＭＲ画像フレームにおいて既に決定されている場合、心拍周期の間の弁の動きが、トラッキングされる（図１Ａのステップ104）。
【００５２】
ここまで記述したアプローチのさらなる改良は、走査時間の間に代えて画像の後処理段階の間に、弁の動きをトラッキングすることにより構成される。非特許文献５に記述されるように、トラッキングが、走査時間の間に行われる場合には、トラッキング・アルゴリズムの失敗は、誤った獲得面およびそれに伴う回復不能な不正確な画像データをもたらす、致命的なものになり得る。
【００５３】
これに対し、我々のアプローチでは、弁のトラッキングは、軸方向シネＭＲ画像データ内での後処理段階の間に行われるので、起こり得る失敗は、容易に、識別しかつ補正することができるであろう。
【００５４】
心拍周期の間の弁の動きは、非特許文献１２および非特許文献１３に記述されるようなテンプレート・マッチング・アプローチを使用して、長軸画像においてフォローすることが出来る。
【００５５】
何れの方法においても、弁のランドマークは、１つの画像フレームにおいて手動で指定される。マークされた位置で、画像テンプレートは、固定サイズで生成される。この画像テンプレートは、参照テンプレートとマッチングさせる。この参照テンプレートは、非特許文献１２および非特許文献１３によって記述されるような２つの異なる態様で得られる。
【００５６】
非特許文献１３の方法は、参照テンプレートがテンプレート・データベースにおいて入手可能である、多数のテンプレート・マッチング・アプローチを使用する。多数のテンプレートを使用することは、この方法を、ノイズおよび獲得アーチファクトに、より影響されない方法にする。弁のトラッキングは、データベースに格納されている多数のテンプレートと共に、時間フレーム当たりに獲得された長軸画像テンプレートを登録することによって行われるであろう。
【００５７】
他方、非特許文献１２は、隣接する画像が、時間的に以前の画像に最も類似すると仮定して、獲得された長軸画像から抽出された参照テンプレートを使用する。このアプローチは、ノイズ、アーチファクトおよび面から外れる動きの影響を受ける。実際のテンプレート・マッチングは、通常の交差相関を使用することにより実行される。
【００５８】
我々の弁のトラッキング・アプローチでは、多数のテンプレート・マッチングのアイデアは、非特許文献１３から採用され、かつデータベース内の参照テンプレートの代わりにシネ軸方向ＭＲデータ・セットの参照テンプレートを使用するという非特許文献１２のアイデアと結合されている。非特許文献５および非特許文献１２により提案されたテンプレート・マッチングの方法は、長軸画像にしか適用されない。これらの長軸画像は、軸方向シネ画像データに対しては二次元に制限されるので、このアプローチは、三次元に拡張する必要がある。
【００５９】
これは、テンプレートが、もはや二次元画像ではなく、三次元ボリュームの画像特徴になるテンプレート・マッチング・アプローチと言う結果をもたらす。テンプレートのサイズは、固定されていなく、画像獲得解像度に適合させる。テンプレート・マッチングは、例えば、通常の相互相関の使用によって実行させることができる。
【００６０】
少なくとも１つの弁が、解剖学的データにおいて既にトラッキングされている場合、すべての時点に対し、弁の面の空間方位は既知である。いかなる血液フロー分析の実行も可能にするために、解剖学的データの弁の面方位は、４Ｄ ＭＲフロー・データにおいて規定されなければならない（図１Ｂのステップ105）。
【００６１】
４Ｄ ＭＲフロー・データは、３Ｄデータ・ボリューム内の任意の位置での血行力学パラメータを過去に遡及して分析することを可能にする。弁のフロー・パラメータの定量化のために、２Ｄ分析面は、関心対象である弁に配置する必要がある。
【００６２】
我々のアプローチでは、弁の面の位置および方位は、各心臓の位相に対し異なる面解像度を与えるトラッキング・アルゴリズムにより決定される。規定された分析面は、例えば、図４に示されるように、軸方向シネＭＲ画像データ（401）から４Ｄ ＭＲフロー・データ（402）に転送させることができる。
【００６３】
一実施態様の場合、この面は、ＭＲ画像データが格納されているＤＩＣＯＭヘッダから得られる幾何学情報に基づいて、軸方向シネＭＲから４Ｄ ＭＲフロー・データに転送される。転送された面の更なる最適化は、例えば、軸方向シネＭＲ画像データの獲得と４Ｄ ＭＲフロー画像データの獲得との間に起こり得る患者の動きを補正する、非特許文献１４に記述されているような画像登録技術を含むことができる。
【００６４】
弁の面の動的位置および方位が、４Ｄ ＭＲフロー・データにおいて既に規定されている場合、面の方位は、非特許文献１５に記述される方法に従って、血液フローに対するその直角精度を保持するために、最適化される（図１Ｂのステップ106）。
【００６５】
このステップは、血液フローの評価の精度を向上させる。分析面の方位のバイアスは、特性フロー・パターンの誤った解釈と共にフロー属性の過小評価をもたらすであろう。解剖学的データ・セットおよび４Ｄ ＭＲフロー・データ・セットは、これらのデータ・セットが同時ではなく順次に獲得されたので、例えば、非剛体空間オフセットまたは異なる心臓状態から構成される場合があり得る。これらのアーチファクトは、面の方位を最適化することにより除去される。
【００６６】
フローの定量化に対してはフローが通る面が必要であるので、このような面では、三方向の速度情報は、（面を通る）一方向のみの速度データに再フォーマットされる（図１Ｂのステップ107）。これは、非特許文献３に記述されるものと同じ態様で行うことができる。図５には、４Ｄ ＭＲフロー・データから再フォーマットされた三方向の速度情報の表示の具体例が、示されている。
【００６７】
速度情報が、すべての心臓位相に対し２Ｄ動的分析面に再フォーマットされると、定量的フロー分析が実行される（図１Ｂのステップ108）。
【００６８】
定量的フロー分析の実行が可能となる前に、弁の環の境界が、確定されなければならない。これは、非特許文献１６に記述されているように、軸方向シネＭＲ画像データで以前に得られた弁の位置を通るスプラインを適合させることによって、手動でまたは自動的に行うことができる。
【００６９】
続いて、規定済みの環領域の中で再フォーマットされた速度データから得られた速度情報が、平均速度、総フロー、ネット・フローまたは逆行フローのような標準臨床パラメータを定量化するために使用される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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