(57)【要約】  方法およびシステムは、1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定する。一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、複数のパラメータは、対象物内の体積中で同時に発生しているものとして決定される。複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが、一連のシーケンスブロック内の該シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、複数のパラメータは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の造影剤の濃度と関連付けられた造影関連パラメータを含む。コンピュータシステムは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積の複数のパラメータに基づいて信号展開を生成し、信号展開は一連のシーケンスブロックにおける経時的な造影関連パラメータを定義する。
2020500071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定するステップであって、前記一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、前記複数のパラメータが前記対象物内の前記体積中で同時に発生しているものとして決定され、前記複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが前記一連のシーケンスブロック内の前記シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、前記複数のパラメータが前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記対象物内の前記体積中の造影剤の濃度と関連付けられた少なくとも1つの造影関連パラメータを含む、ステップと、
前記コンピュータシステムで、前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記対象物内の前記体積の前記複数のパラメータに基づいて信号展開を生成するステップであって、前記信号展開が前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する、ステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記対象物内の前記体積と関連付けられた前記複数のパラメータを決定するステップが、前記対象物内の前記体積中の1つまたは複数の共鳴種と関連付けられたモデルに基づくものであり、前記モデルが、前記一連のシーケンスブロックにおける磁気共鳴（MR）励起に応答して前記対象物内の前記体積中の前記1つまたは複数の共鳴種の挙動をシミュレートする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記体積と関連付けられた血液中の前記造影剤の前記濃度と関連付けられたデータに基づいて前記少なくとも1つの造影関連パラメータを決定するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記血液を含む前記体積の小部分と関連付けられたデータに基づいて前記少なくとも1つの造影関連パラメータを決定するステップ
をさらに含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記対象物の細胞外体積中の前記造影剤の濃度と関連付けられたデータと、前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記細胞外体積を含む前記対象物内の前記体積の小部分と関連付けられたデータとに基づいて前記少なくとも1つの造影関連パラメータを決定するステップ
をさらに含む、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも1つの造影関連パラメータが前記一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ一定である、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも1つの造影関連パラメータが前記一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で変化する、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも1つの造影関連パラメータが前記シーケンスブロックの間ほぼ一定である、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも1つの造影関連パラメータが前記一連のシーケンスブロック内の第1のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で増加する、請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも1つの造影関連パラメータが前記一連のシーケンスブロック内の第2のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で減少する、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記信号展開が前記少なくとも1つの造影関連パラメータを一次関数として定義する、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、前記対象物と関連付けられたデータに基づいて前記対象物内の前記体積の入力関数を求め、前記体積の前記入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供するステップと、
前記コンピュータシステムで、前記少なくとも1つの造影関連パラメータと関連付けられた所望の時間拡張出力を決定するステップと、
前記コンピュータシステムで、前記体積の前記入力関数を使用して、前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する前記信号展開を決定するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記コンピュータシステムで、前記対象物内の前記体積と関連付けられた前記信号展開をデータベースに格納するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記コンピュータシステムで、別の信号展開を受け取るステップと、
前記コンピュータシステムで、前記別の信号展開を前記データベースに格納された前記信号展開と比較するステップと、
前記比較に基づいて、前記別の信号展開と関連付けられた1つまたは複数の共鳴種を決定するステップと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンピュータシステムで、別の一連のシーケンスブロックにおいて別の対象物内の別の体積に無線周波数（RF）エネルギーを印加して前記別の体積を前記別の一連のシーケンスブロックにおける前記MR励起に曝露するよう核磁気共鳴（NMR）装置を制御するステップであって、前記別の一連のシーケンスブロック内の各シーケンスブロックにおける前記MR励起が、前記別の体積中の前記1つまたは複数の共鳴種に、前記各シーケンスブロックにおいて個々の信号を同時生成させる、ステップと、
前記コンピュータシステムで、前記別の一連のシーケンスブロック内の各シーケンスブロックにおける前記同時生成された個々の信号を取得するよう前記NMR装置を制御するステップと、
前記コンピュータシステムで、各シーケンスブロックから取得した前記同時生成された個々の信号に基づいて前記別の信号展開を決定するステップと
をさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、患者と関連付けられたデータに基づいて前記患者の入力関数を求め、前記患者の前記入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供するステップと、
前記コンピュータシステムで、前記少なくとも1つの造影関連パラメータに基づいて所望の時間拡張出力を決定するステップと、
前記コンピュータシステムで、前記患者の前記入力関数を使用して、注入プロトコル入力を決定するステップであって、前記注入プロトコル入力が、前記所望の時間拡張出力を達成する時間に基づいて導出される、ステップと、
前記コンピュータシステムで、前記決定された注入プロトコル入力に基づいて前記造影剤を送達するよう注入器を制御するステップと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１７】
前記注入プロトコル入力が、前記所望の時間拡張出力を達成する時間を最小化するよう最適化される、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記所望の時間拡張出力が、経時的な前記患者の血液プール中の前記造影剤の前記濃度と関連付けられる、請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定し、前記一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、前記複数のパラメータが前記対象物内の前記体積中で同時に発生しているものとして決定され、前記複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが前記一連のシーケンスブロック内の前記シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、前記複数のパラメータが前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記対象物内の前記体積中の造影剤の濃度と関連付けられた少なくとも1つの造影関連パラメータを含み、
前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記対象物内の前記体積の前記複数のパラメータに基づいて信号展開を生成し、前記信号展開が前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する
ようにプログラムまたは構成された1つまたは複数のプロセッサ
を含む、コンピューティングシステム。
【請求項２０】
前記1つまたは複数のプロセッサが、
前記対象物と関連付けられたデータに基づいて前記対象物内の前記体積の入力関数を求め、前記体積の前記入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供し、
前記少なくとも1つの造影関連パラメータと関連付けられた所望の時間拡張出力を決定し、
前記体積の前記入力関数を使用して、前記一連のシーケンスブロックにおける経時的な前記少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する前記信号展開を決定する
ようにさらにプログラムまたは構成される、請求項19に記載のコンピューティングシステム。
【請求項２１】
前記1つまたは複数のプロセッサが、
患者と関連付けられたデータに基づいて前記患者の入力関数を求め、前記患者の前記入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供し、
前記少なくとも1つの造影関連パラメータに基づいて所望の時間拡張出力を決定し、
前記患者の前記入力関数を使用して注入プロトコル入力を決定し、前記注入プロトコル入力が、前記所望の時間拡張出力を達成する時間に基づいて導出され、
前記決定された注入プロトコル入力に基づいて前記造影剤を送達するよう注入器を制御する
ようにさらにプログラムまたは構成される、請求項20に記載のコンピューティングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その全開示が全体として参照により本明細書に組み入れられる、2016年11月22日に出願された米国仮特許出願第62／425303号の利益を主張するものである。本出願は、その全開示が参照により本明細書に組み入れられる、2016年11月22日に出願された米国仮特許出願第62／425312号の利益を主張する、2017年11月21日に本出願と同時に出願された国際出願第PCT／US2017／62728号に関連したものである。
【背景技術】
【０００２】
合成磁気共鳴法（MR）やMR指紋法などのイメージング法は、組織および磁気環境の複数のMR特性または測定値の同時判定を可能にする。これらのイメージング法は、定量的MRイメージングならびに疾病の診断および特徴付けの改善の可能性を有する。
【０００３】
造影剤は、コンピュータ断層撮影法（CT）、血管造影法、超音波、磁気共鳴イメージング（MRI）、核医学、分子イメージングなどのイメージング技術を用いて行われるイメージング処置を通して得られる身体の領域の画像を強調するために使用される。造影剤に対する健常組織および患部組織の応答は、研究中の組織の疾病および生理学的状態の差別化要因および情報源である。様々な特性を有する複数の種類の造影剤がある。血液プール造影剤は、組織内に拡散せず、おおむね血管内に留まる造影剤である。細胞外造影剤は、（一般には血液脳関門を通らずに）血管から外に拡散するが、細胞内には拡散しない造影剤である。細胞内に入る、陽電子放出断層撮影剤フルオロデオキシグルコース（FDG）などの造影剤がある。磁気共鳴（MR）イメージングは、MR造影剤を注入して行われ得る。従来は、血液プールMR造影剤または、例えば注入直後やすべてが事実上平衡に達した注入の数分後の、血液から組織内への造影剤の拡散に影響されない画像取得の時間枠がMRイメージングで使用されてきた。あるいは、拡散が安定化した比較的長い時間枠が使用される。場合によっては、造影の拡散が意図的に撮像される。
【０００４】
MR指紋が1つまたは複数の造影関連パラメータを含むことができるように、血液中および／または組織中に所望のMR造影濃度を適時に提供できる造影注入システム、プロトコル、および方法が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの非限定的な実施形態または態様によれば、1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定するステップであって、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、複数のパラメータが対象物内の体積中で同時に発生しているものとして決定され、複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが一連のシーケンスブロック内の該シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、複数のパラメータが一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の造影剤の濃度と関連付けられた少なくとも1つの造影関連パラメータを含む、ステップと、コンピュータシステムで、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積の複数のパラメータに基づいて信号展開を生成するステップであって、信号展開が一連のシーケンスブロックにおける経時的な少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する、ステップと、を含む方法が提供される。
【０００６】
いくつかの非限定的な実施形態または態様によれば、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定し、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、複数のパラメータが対象物内の体積中で同時に発生しているものとして決定され、複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが一連のシーケンスブロック内の該シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、複数のパラメータが一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の造影剤の濃度と関連付けられた少なくとも1つの造影関連パラメータを含み；一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積の複数のパラメータに基づいて信号展開を生成し、信号展開が一連のシーケンスブロックにおける経時的な少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する、ようにプログラムまたは構成された1つまたは複数のプロセッサを含むコンピューティングシステムが提供される。
【０００７】
さらなる非限定的な実施形態または態様を、以下の番号が付された各項に示す。
【０００８】
第1項．1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定するステップであって、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、複数のパラメータが対象物内の体積中で同時に発生しているものとして決定され、複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが一連のシーケンスブロック内の該シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、複数のパラメータが一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の造影剤の濃度と関連付けられた少なくとも1つの造影関連パラメータを含む、ステップと、コンピュータシステムで、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積の複数のパラメータに基づいて信号展開を生成するステップであって、信号展開が一連のシーケンスブロックにおける経時的な少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する、ステップと、を含む、方法。
【０００９】
第2項．一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定するステップが、対象物内の体積中の1つまたは複数の共鳴種と関連付けられたモデルに基づくものであり、モデルが、一連のシーケンスブロックにおける磁気共鳴（MR）励起に応答して対象物内の体積中の1つまたは複数の共鳴種の挙動をシミュレートする、第1項に記載の方法。
【００１０】
第3項．一連のシーケンスブロックにおける経時的な体積と関連付けられた血液中の造影剤の濃度と関連付けられたデータに基づいて少なくとも1つの造影関連パラメータを決定するステップ、をさらに含む、第1項または第2項に記載の方法。
【００１１】
第4項．一連のシーケンスブロックにおける経時的な血液を含む体積の小部分と関連付けられたデータに基づいて少なくとも1つの造影関連パラメータを決定するステップ、をさらに含む、第1項〜第3項のいずれか一項に記載の方法。
【００１２】
第5項．一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物の細胞外体積中の造影剤の濃度と関連付けられたデータと、一連のシーケンスブロックにおける経時的な細胞外体積を含む対象物内の体積の小部分と関連付けられたデータとに基づいて少なくとも1つの造影関連パラメータを決定するステップ、をさらに含む、第1項〜第4項のいずれか一項に記載の方法。
【００１３】
第6項．少なくとも1つの造影関連パラメータが一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ一定である、第1項〜第5項のいずれか一項に記載の方法。
【００１４】
第7項．少なくとも1つの造影関連パラメータが一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で変化する、第1項〜第6項のいずれか一項に記載の方法。
【００１５】
第8項．少なくとも1つの造影関連パラメータがシーケンスブロックの間ほぼ一定である、第1項〜第7項のいずれか一項に記載の方法。
【００１６】
第9項．少なくとも1つの造影関連パラメータが一連のシーケンスブロック内の第1のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で増加する、第1項〜第8項のいずれか一項に記載の方法。
【００１７】
第10項．少なくとも1つの造影関連パラメータが一連のシーケンスブロック内の第2のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で減少する、第1項〜第9項のいずれか一項に記載の方法。
【００１８】
第11項．信号展開が少なくとも1つの造影関連パラメータを一次関数として定義する、第1項〜第10項のいずれか一項に記載の方法。
【００１９】
第12項．1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、対象物と関連付けられたデータに基づいて前記対象物内の前記体積の入力関数を求め、前記体積の前記入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供するステップと、コンピュータシステムで、少なくとも1つの造影関連パラメータと関連付けられた所望の時間拡張出力を決定するステップと、コンピュータシステムで、体積の入力関数を使用して、一連のシーケンスブロックにおける経時的な少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する信号展開を決定するステップと、をさらに含む、第1項〜第11項のいずれか一項に記載の方法。
【００２０】
第13項．コンピュータシステムで、対象物内の体積と関連付けられた信号展開をデータベースに格納するステップ、をさらに含む、第1項〜第12項のいずれか一項に記載の方法。
【００２１】
第14項．コンピュータシステムで、別の信号展開を受け取るステップと、コンピュータシステムで、別の信号展開をデータベースに格納された信号展開と比較するステップと、比較に基づいて、別の信号展開と関連付けられた1つまたは複数の共鳴種を決定するステップと、をさらに含む、第1項〜第13項のいずれか一項に記載の方法。
【００２２】
第15項．コンピュータシステムで、別の一連のシーケンスブロックにおいて別の対象物内の別の体積に無線周波数（RF）エネルギーを印加して別の体積を別の一連のシーケンスブロックにおけるMR励起に曝露するよう核磁気共鳴（NMR）装置を制御するステップであって、別の一連のシーケンスブロック内の各シーケンスブロックにおけるMR励起が、別の体積中の1つまたは複数の共鳴種に、当該シーケンスブロックにおいて個々の信号を同時生成させる、ステップと、コンピュータシステムで、別の一連のシーケンスブロック内の各シーケンスブロックにおける同時生成された個々の信号を取得するようNMR装置を制御するステップと、コンピュータシステムで、各シーケンスブロックから取得した同時生成された個々の信号に基づいて別の信号展開を決定するステップと、をさらに含む、第1項〜第14項のいずれか一項に記載の方法。
【００２３】
第16項．1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムで、患者と関連付けられたデータに基づいて前記患者の入力関数を求めるステップであって、前記患者の前記入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供する、ステップと、コンピュータシステムで、少なくとも1つの造影関連パラメータに基づいて所望の時間拡張出力を決定するステップと、コンピュータシステムで、患者の入力関数を使用して、注入プロトコル入力を決定するステップであって、前記注入プロトコル入力が、所望の時間拡張出力を達成する時間に基づいて導出される注入プロトコル入力を決定するステップと、コンピュータシステムで、決定された注入プロトコル入力に基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御するステップと、をさらに含む、第1項〜第15項のいずれか一項に記載の方法。
【００２４】
第17項．注入プロトコル入力が、所望の時間拡張出力を達成する時間を最小化するよう最適化される、第1項〜第16項のいずれか一項に記載の方法。
【００２５】
第18項．所望の時間拡張出力が、経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度と関連付けられる、第1項〜第17項のいずれか一項に記載の方法。
【００２６】
第19項．一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定し、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、複数のパラメータが対象物内の体積中で同時に発生しているものとして決定され、複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが一連のシーケンスブロック内の該シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、複数のパラメータが一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の造影剤の濃度と関連付けられた少なくとも1つの造影関連パラメータを含み；一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積の複数のパラメータに基づいて信号展開を生成し、信号展開が一連のシーケンスブロックにおける経時的な少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する、ようにプログラムまたは構成された1つまたは複数のプロセッサを含む、コンピューティングシステム。
【００２７】
第20項．1つまたは複数のプロセッサが、対象物と関連付けられたデータに基づいて体積の入力関数を求め、体積の入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供し、少なくとも1つの造影関連パラメータと関連付けられた所望の時間拡張出力を決定し、体積の入力関数を使用して、一連のシーケンスブロックにおける経時的な少なくとも1つの造影関連パラメータを定義する信号展開を決定する、ようにさらにプログラムまたは構成される、第19項に記載のコンピューティングシステム。
【００２８】
第21項．1つまたは複数のプロセッサが、患者と関連付けられたデータに基づいて患者の入力関数を求め、前記患者の前記入力関数が、所与の入力についての時間拡張出力を提供し、少なくとも1つの造影関連パラメータに基づいて所望の時間拡張出力を決定し、患者の入力関数を使用して注入プロトコル入力を決定し、前記注入プロトコル入力が、所望の時間拡張出力を達成する時間に基づいて導出され、決定された注入プロトコル入力に基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御する、ようにさらにプログラムまたは構成される、第19項または第20項に記載のコンピューティングシステム。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本明細書に記載のシステムおよび／または方法を実施することができる環境の非限定的な実施形態または態様の概略図である。
【図２】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様のフローチャートである。
【図３】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様のフローチャートである。
【図４Ａ】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における経時的にほぼ線形速度で増加する患者の血液プール中の造影剤の濃度を達成するための例示的な注入プロトコルのグラフである。
【図４Ｂ】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における経時的にほぼ線形速度で増加する患者の血液プール中の造影剤の濃度を達成するための例示的な注入プロトコルのグラフである。
【図４Ｃ】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における経時的にほぼ線形速度で増加する患者の血液プール中の造影剤の濃度を達成するための例示的な注入プロトコルのグラフである。
【図４Ｄ】図4A〜図4Cの実施態様における経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度の例のグラフである。
【図５】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様のフローチャートである。
【図６Ａ】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における患者の上行大動脈中の造影剤濃度の例のグラフである。
【図６Ｂ】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における患者の上行大動脈中の造影剤濃度の例のグラフである。
【図６Ｃ】図6Bの実施態様における経時的な注入プロファイルまたは流量の例のグラフである。
【図７Ａ】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における信号展開の例示的な造影関連パラメータのグラフである。
【図７Ｂ】本明細書に記載のプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における信号展開の例示的な造影関連パラメータのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
非限定的な実施形態の以下の詳細な説明では添付の図面を参照する。異なる図面中の同じ参照番号は、同じかまたは類似した要素を識別する場合がある。
【００３１】
その全体が参照により本明細書に組み入れられる、Vikas Gulaniらによる「Overview of Magnetic Resonance Fingerprinting」、MAGNETOM Flash（65）、2016年2月、で説明されているように、磁気共鳴（MR）指紋法は、単一の時間効率的な取得を使用して、T1、T2、相対スピン密度、B0不均一（オフ共鳴周波数）などの複数のパラメータの同時の定量的測定を提供することを目的とする。MR指紋法は、従来の技術の手法とは異なる手法を用いて定量的MRIが行われるやり方を変更する。MR指紋法は、1つを除くすべてのシーケンスパラメータ定数を用いて取得を行う代わりに、各組織が固有の信号展開を生成するように疑似ランダム方式で取得パラメータを意図的に変動させる。辞書またはライブラリと呼ばれるデータベースに収集された多種多様な組織パラメータの組み合わせについての異なる物理モデルを使用して第1原理からの信号展開をシミュレートすることが可能である。取得後、パターン認識アルゴリズムを使用して、各ボクセルの取得された信号展開を最もよく表す辞書またはライブラリのエントリが見つけられる。結果として得られる最良マッチをシミュレートするために使用されたパラメータがボクセルに割り当てられる。このプロセスは、法医学の専門家が関心対象の人物を識別するために使用する指紋法識別プロセスに似ている。取得された信号展開は、組織ごとに固有であり、識別されなければならない収集された指紋とみなすことができる。辞書またはライブラリは、すべての既知の指紋が各人に関する情報と共に格納されているデータベースと似ている。法医学の事例では、各指紋は、名前、身長、体重、目の色、生年月日などの関連人物の特徴識別を指し示す。同様に、MR指紋法の場合にも、辞書内の各指紋は、T1、T2、相対スピン密度、B0、拡散などの関連組織のMR関連の識別特徴を指し示す。取得後、ボクセルに含まれる指紋は辞書またはライブラリ内のすべてのエントリと比較される。取得された指紋に最もよくマッチする辞書またはライブラリのエントリは、ポジティブマッチとみなされ、ボクセルで表されている組織が識別されたことを意味する。当該の指紋に関するすべての既知のパラメータを、辞書またはライブラリから検索し、ボクセルに割り当てること
ができる。異なる信号成分の一意性、および辞書またはライブラリがシミュレートされる正確さは、組織パラメータを正しく推定するための2つの重要な要素である。
【００３２】
Gulaniらがさらに説明しているように、TrueFISPパルスシーケンスが使用される場合、辞書またはライブラリが含み得る次元または変数は、20ms刻みで100から2000msまでおよび300ms刻みで2000から5000msまでのT1値、5ms刻みで20から100msまで、10ms刻みで100から200msまで、および200ms刻みで200から1900msまでのT2値、ならびに20kHz刻みで−250から−190kHzまで、1kHz刻みで−50から＋50kHzまで、および20kHz刻みで＋190から＋250kHzまでのオフ共鳴値を含み得る。
【００３３】
その全体が参照により本明細書に組み入れられる、Neuroimage、2014年4月1日、89：262〜270として発行された、G．Zaharchukらによる「MR Vascular Fingerprinting：A New Approach to Compute Cerebral Blood Volume，Mean Vessel Radius，and Oxygenation Maps in the Human Brain」に記載されている研究では、血液プール造影剤が使用されている。例えば、注入前のMR信号に対応する辞書はすべてのボランティアについて同一であるが、注入後のMR信号の辞書は、造影剤注入による磁化率の増加と共にボランティアごとに個別にシミュレートされる。造影剤の濃度は患者の体重に基づいて推定され、辞書の計算への固定入力である。しかしながら、造影剤の濃度は、MR指紋法によって適合または抽出された変数ではない。これは、辞書またはライブラリに入力するためにすべての信号展開または指紋を計算するのに使用される単一の値である。
【００３４】
本開示の目的は、適合されるべきパラメータの辞書またはライブラリに少なくとも1つの造影関連パラメータを含めることを可能にする、任意選択で注入システムおよびプロトコルを含むシステムおよび方法を提供することである。いくつかの非限定的な実施形態では、計算または生成された信号展開は、2つ以上の値における1つまたは複数の造影関連パラメータの影響を含む。よって、辞書またはライブラリ内の既知の信号展開とのマッチが発生すると、当該ボクセルの造影関連パラメータがそれによって知られ、または決定される。
【００３５】
いくつかの非限定的な実施形態では、合成磁気共鳴（MR）やMR指紋法などのイメージング法は、一連の異なるまたは変動するパルスシーケンスを対象物（例えば患者）内の体積（例えばボクセル）に印加し、それらから生成された信号の解析的分析を使用して、対象物内の体積の特性および／またはパラメータを決定する。例えば、MR指紋法は、RFエネルギーが印加される異なる共鳴種（例えば、水、脂肪、骨、組織など）において異なる信号展開を生成する一連の変動するシーケンスブロックを用いる。一例として、異なる個々の共鳴種を含む体積に対してあるシーケンスブロックで印加されたRFエネルギーは、異なる個々の共鳴種に異なる個々の核磁気共鳴（NMR）信号を同時生成させる。体積の信号展開を識別するためにその一連の変動するシーケンスブロックにわたって信号を収集することができ、パターンマッチング法で信号展開を既知の信号展開と比較することによって体積中の共鳴種を特徴付けることができる。シーケンスブロックのより多くのパラメータ（例えば、フリップ角、エコー時間、RF振幅など）が変動するに従って、潜在的により豊富な信号が、より明確な、よってよりマッチする信号展開の生成を容易にするより多くの情報内容と共に検索される。
【００３６】
しかしながら、これらの種類のイメージング法は、一般に造影剤を使用せず、走査シーケンスにわたる一定の造影剤濃度を、よって、T1、T2などのようなパラメータに対する静的効果を想定するものである。例えば、MR指紋法の辞書またはライブラリは造影関連パラメータを含まず、MR指紋法のイメージングプロセスおよび分析では、辞書またはライブラリ内の造影剤と関連付けられたパラメータ（例えば、造影剤濃度など）を、例えば、シーケンスブロック間の分散として、かつ／または信号展開をモデル化するために考察またはモデル化しない。このように、これらの種類のイメージング法は、組織、良性腫瘍と悪性腫瘍、血管特性、疾病などの評価および差別化ための信号の生成および分析にはそれほど効果的ではない場合もある。
【００３７】
本明細書で開示するように、いくつかの非限定的な実施形態では、1つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムが、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定し、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、複数のパラメータは対象物内の体積中で同時に発生しているものとして決定される。複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが、一連のシーケンスブロック内の該シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、複数のパラメータは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の造影剤の濃度と関連付けられた造影関連パラメータを含む。コンピュータシステムは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積の複数のパラメータに基づいて信号展開を生成し、信号展開は一連のシーケンスブロックにおける経時的な造影関連パラメータを定義する。このようにして、コンピュータシステムは、一連のシーケンスブロックにおける体積中の造影剤の濃度と関連付けられた信号展開を生成する。したがって、コンピュータシステムは、組織、良性腫瘍と悪性腫瘍、血管特性、疾病などの評価および差別化ための信号のより効果的な生成および分析を可能にする。
【００３８】
いくつかの非限定的な実施形態では、これらの種類のイメージング法と関連付けられたパラメータモデル化法におけるパラメータの数および／またはパラメータの複雑さを増加させることにより、信号展開の生成および分析に必要とされる処理時間の量ならびにハードウェアおよび／またはソフトウェアリソースが著しく増加し得る。このように、制約のない時変パラメータを使用すると、信号を分析するプロセス（例えば、信号展開の決定および／または生成、パターンマッチング法における収束など）の制約が弱まり、よって処理がより困難になり、時間がかかる。一例として、いくつかのパラメータの応答は造影剤濃度の非線形関数であり、経時的に変化する任意の制約のないパラメータは、そのパラメータと関連付けられたプロセスの制約を弱める。
【００３９】
本明細書で開示するように、いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、経時的にほぼ線形である（例えば、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ一定である、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で変化するなど）。例えば、体積中の造影剤の濃度と関連付けられた造影関連パラメータを、一連のシーケンスブロックにおける経時的なほぼ線形の血液中の造影剤の濃度と関連付けることもでき、かつ／または一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形の血液中の造影剤の濃度を提供するように造影剤を送達するよう注入器を制御することもできる。このように、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ一定であり、かつ／または一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で変化する。したがって、信号を分析するプロセス（例えば、信号展開の決定および／または生成、パターンマッチング法における収束など）は、より制約され、よって、信号の生成および分析に必要とされる処理時間の量ならびにハードウェアおよび／またはソフトウェアリソースが減少する。
【００４０】
いくつかの非限定的な実施形態では、対象物内の体積と関連付けられた血液中で（例えば、患者の血液プール中の）（例えば、定常状態または線形変化する状態で）造影剤が均一に分布した後にイメージング処置を開始することが好ましい。さらに、造影剤の送達後できるだけ早くイメージング処置を開始すること、ならびに造影剤の送達および／またはイメージング処置の実行と関連付けられる時間を短縮することが好ましい場合もある。例えば、造影剤の送達後できるだけ早くイメージング処置を開始することによって（かつ／または準備時間および／もしくは送達時間を短縮することによって）、医用イメージング装置使用の効率を向上させることができ、造影剤の分布の前後に撮像する処置を行うことができる。一例として、患者がイメージングスキャナに横たわって造影剤が分布するのを待っていることは、スキャナ時間の無駄であり、患者と走査を行う技師にとって不便である。
【００４１】
しかしながら、造影剤を送達するためのプロセスは、均一な分布と関連付けられる比較的長い期間（例えば何分も）を与えるために造影剤が血液プール中に均一に分布するまで時間を遅延させる注入プロトコルに従う場合もあり、かつ／または比較的短い期間（例えば30秒間）にわたって比較的均一な高い造影剤レベルを提供する注入プロトコルに従う場合もあり、結果として、送達が停止された後の減衰および所望の均一な血液プールレベルのオーバーシュートがもたらされる。
【００４２】
本明細書で開示するように、いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータシステムは、患者と関連付けられたデータに基づいて、所与の入力についての時間拡張出力を提供する患者の入力関数（例えば血液プール入力関数）を求める。コンピュータシステムは、造影関連パラメータに基づいて所望の時間拡張出力を決定し、患者の入力関数を使用して、所望の時間拡張出力を達成する時間に基づいて導出される注入プロトコル入力を決定する。コンピュータシステムは、決定された注入プロトコル入力に基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御する。このようにして、所望の均一な血液プールレベルに達するのが遅れ、かつ／またはそのレベルを行き過ぎることなく、個々の患者に合わせた、患者の血液プールおよび／または一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の所望の造影剤の濃度のパラメータを達成する時間を短縮または最小化するやり方で、造影剤を送達することができる。したがって、造影剤が患者の血液プール中で適切に分布した後により早く（例えば、造影剤の注入後できるだけ早く）イメージング処置を開始することができ、より短い注入時間での造影剤の送達および／または総撮像時間の短縮を達成することができる。さらに、よりカスタマイズされた注入により、より効率的で正確なデータ分析およびより効率的な造影剤の使用のためのより標準化された画像が可能になる。
【００４３】
次に図1を参照すると、図1は、本明細書に記載のシステムおよび／または方法を実施することができる環境100の非限定的な実施形態または態様の図である。図1に示すように、環境100は、イメージングシステム110、制御システム120、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150を含む。いくつかの非限定的な実施形態では、イメージングシステム110、制御システム120、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150は、一連のシーケンスブロックにおける磁気共鳴（MR）励起に曝露された対象物（患者など）内の体積（ボクセルなど）から複数の信号を受信し、複数の信号に基づいて体積中の造影剤の濃度と関連付けられた情報を生成することができる1つまたは複数の装置を含む。例えば、イメージングシステム110、制御システム120、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150は、造影剤を患者に送達し（かつ／または患者に造影剤を送達するための注入プロトコルを決定し）、患者内の体積を合成MRイメージング法および／またはMR指紋イメージング法におけるMR励起に曝露し、合成MRイメージング法および／またはMR指紋イメージング法における体積から複数の信号を取得し、複数の信号に基づいて体積中の造影剤の濃度と関連付けられる情報を生成することができる1つまたは複数の装置を含む。
【００４４】
いくつかの非限定的な実施形態では、イメージングシステム110、制御システム120、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150は、患者と関連付けられたデータに基づいて、所与の入力についての時間拡張出力を提供する患者の入力関数（例えば血液プール入力関数）を求め、所望の時間拡張出力を決定し、入力関数を使用して注入プロトコル入力を決定し、決定された注入プロトコル入力に基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御することができる1つまたは複数の装置を含む。いくつかの非限定的な実施形態では、注入プロトコル入力は、（i）経時的な患者の血液プール中の造影剤のほぼ一定の濃度、および（ii）経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度のほぼ線形の変化率のうちの少なくとも1つを達成する時間に基づいて導出され（かつ／またはこの時間を最小化するように最適化され）る。
【００４５】
いくつかの非限定的な実施形態では、イメージングシステム110は、患者を撮像するように構成されており、エネルギーを患者に送り込むように構成されたエネルギー源102と、患者からエネルギーを収集して受け取ったエネルギーを経時的に、制御システム120が転送、収集することができる信号および／もしくはデータのストリームに変換するように構成されたエネルギーセンサ103とを含む撮像装置101、ならびに／または信号および／もしくはデータを解釈および操作し、ユーザインターフェース130と関連付けられたディスプレイ131上で画像を表示することができる、イメージングシステム110と関連付けられ、かつ／または一体化されたコンピュータ104を含む。エネルギーは、患者を透過させることもでき、または患者もしくは患者に与えられた薬物（造影剤など）で反射させ、散乱させ、もしくはそれらと相互作用させることができる。イメージングシステム110と関連付けられたセンサ103は、透過または反射／散乱したエネルギーを受け取り、受け取ったエネルギーを使用して患者の画像を作成するために使用できるデータを作成するように位置決めすることができる。エネルギー源102は一般にイメージングシステム110の不可欠な部分であり得るが、いくつかの非限定的な実施形態では、エネルギー源102は、例えば黒体放射では、患者自身である。いくつかの非限定的な実施形態では、エネルギー源102は、放射性原子を含む薬物、トレーサ、および／または造影剤を含む造影液141である。いくつかの非限定的な実施形態では、イメージングシステム110は、陽電子放出断層撮影（PET）撮像装置、コンピュータ断層撮影（CT）撮像装置、磁気共鳴イメージング（MR）撮像装置、単光子放出コンピュータ断層撮影（SPECT）撮像装置、および／または、例えば、PET／CT撮像装置、PET／MR撮像装置、SPECT／CT撮像装置などを含むそれらの組み合わせを含む。
【００４６】
いくつかの非限定的な実施形態では、イメージングシステム110によって取得された信号、データおよび／または情報を、撮像装置101から取得されたデータをコンパイルし、データを分析し、データをユーザアクセス可能な形式で出力装置に送信するために必要な様々な構成要素を含むことができる制御システム120に送信することができる。制御システム120は、処理装置122に、方法、プロセス、および本明細書に記載の方法を実施するために必要な変換データ操作を実行させ、構成させ、またはそれ以外の方法で実施させるコンピュータ可読プログラムコードまたは命令を格納することができるコンピュータ可読記憶媒体123を有する1つまたは複数のコンピュータ121または同様のコンピューティングデバイスを含み得る。コンピュータ121は、適切なデータ形態および形式で受信されたコンピュータベースの命令を実行する働きをする1つまたは複数の処理装置122（通常は中央処理装置またはCPUと呼ばれる）を含むことができる。いくつかの非限定的な実施形態では、処理装置122は、コンピュータベースの命令の適切な実施のために順次に、並行して、または任意の他の方法でコードを実行する複数のプロセッサの形態とすることができる。いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ121は、適切なソフトウェアを実行して上述した方法の処理ステップを実行し実施するように動作可能に構成され得る。コンピュータ121は、環境100内の1つまたは複数の他の構成要素に結合されたパーソナルコンピュータ、イメージングシステム110と一体的に形成されたプロセッサ、イメージングシステム110とは別のコンピュータ、または本明細書に記載の方法およびシステムを効果的に実施するようにデータを適切に処理するために必要な処理ハードウェアおよび／もしくはソフトウェアを有する任意の他の種類のコンピューティングデバイスの形態であってよい。
【００４７】
いくつかの非限定的な実施形態では、制御システム120は、コンピュータ121の様々な構成要素間の適切なデータ通信および情報の処理を円滑化するためにシステムバス124を含む。システムバス124は、メモリバスもしくはメモリコントローラ、周辺バス、または様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用するローカルバスを含む、いくつかの種類のバス構造のうちのいずれかであってよい。いくつかの非限定的な実施形態では、システムバス124は、インターフェースを介して（コンピュータ121の内部にあるか外部にあるかにかかわらず）様々な構成要素間のデータおよび情報の通信を円滑化し得る。
【００４８】
いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ121は、コンピュータ可読記憶媒体123上に含めることができる1つまたは複数の個別のコンピュータ可読媒体構成要素を含む。コンピュータ可読記憶媒体123は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、その他のデータなどの情報を格納するための任意の方法または技術であってよく、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、読取り専用メモリ（ROM）、電気的消去書込み可能読取り専用メモリ（EEPROM）、フラッシュメモリ、その他のメモリ技術、CD−ROM、デジタル多用途ディスク（DVD）、その他の光ディスク記憶、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶、その他の磁気記憶装置、または所望の情報を格納するために使用でき、コンピュータ121がアクセスすることのできる任意の他の媒体を含むがこれに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体123上に含まれるコンピュータ可読媒体は、揮発性媒体、不揮発性媒体、取り外し可能媒体、取り外し不能媒体など、コンピュータ121がアクセスすることのできる任意の媒体を含み得る。いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ可読媒体は、搬送波やその他の搬送機構などの変調データ信号内のコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、その他のデータといった通信媒体を含み得る。いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ可読媒体は、任意の情報配信媒体、有線媒体（有線ネットワークや直接配線接続など）、および無線媒体（音響信号、無線周波数信号、光信号、赤外線信号、バイオメトリック信号、バーコード信号など）を含み得る。上記のいずれかの組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。
【００４９】
いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ121は、揮発性および不揮発性メモリ、ROM、ならびに／またはRAMなどのシステムメモリ125をさらに含む。適切なコンピュータベースのルーチンを備えた基本入出力システム（BIOS）は、コンピュータ121内の構成要素間での情報転送を支援し、ROMに記憶することができる。システムメモリ125のRAM部分は、通常、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション・プログラミング・インターフェース、アプリケーションプログラム、プログラムモジュール、プログラムデータ、その他の命令ベースのコンピュータ可読コードなどの、すぐにアクセスできる、または現在処理装置122上で操作されているデータおよびプログラムモジュールを含む。
【００５０】
いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ121は、他の取り外し可能または取り外し不能、揮発性または不揮発性のコンピュータ記憶媒体製品を含む。例えば、コンピュータ121は、取り外し不能不揮発性磁気媒体を含む取り外し不能メモリ126、取り外し可能不揮発性磁気ディスクの読取りおよび書込みを行う磁気ディスクドライブと通信し、磁気ディスクドライブを制御する取り外し可能不揮発性メモリインターフェース、CD−ROMなどの取り外し可能不揮発性光ディスクの読取りおよび書込みを行う光ディスク・ドライブ・ユニット、例えば取り外し可能メモリカードと接続して使用するためのユニバーサル・シリアル・バス（USB）バスなど、ならびにそれらの組み合わせを含む。磁気テープカセット、DVD、デジタル・ビデオ・テープ、ソリッドステートRAM、ソリッドステートROMなどを含むがこれに限定されない、他の取り外し可能または取り外し不能、揮発性または不揮発性のコンピュータ記憶媒体を例示的な制御システム120において使用することもできる。これらの取り外し可能または取り外し不能、揮発性または不揮発性の磁気媒体は、システムバス124を介して少なくとも1つの処理装置122およびコンピュータ121の他の構成要素と通信するように構成することができる。上述したドライブおよびそれらと関連付けられたコンピュータ記憶媒体は、システムメモリ125内の情報およびデータの複製であるか否かにかかわらず、コンピュータ121のためのオペレーティングシステム、コンピュータ可読命令、アプリケーションプログラム、データ構造、プログラムモジュール、プログラムデータ、および他の命令ベースのコンピュータ可読コードの記憶を提供する。
【００５１】
いくつかの非限定的な実施形態では、環境100は、制御システム120と関連付けられた1つまたは複数のユーザインターフェース130を含む。例えば、ユーザインターフェース130は、画像および他のグラフィックをカラーまたは白黒で表示することができ、データおよび情報を分かりやすい形態または形式でオペレータに提示または提供するように構成された1つまたは複数のディスプレイ131またはグラフィカル・ユーザ・インターフェース（GUI）を含む。いくつかの非限定的な実施形態では、ディスプレイ131は、ユーザが環境100内の1つまたは複数の構成要素をプログラムするかまたは他の方法で操作できるように構成され、ディスプレイ131は、1つまたは複数の構成要素の動作に関するリアルタイムデータを表示し得る。例えば、いくつかの非限定的な実施形態では、ディスプレイ131は、タッチスクリーン機能を有し、またはユーザがディスプレイ131の操作もしくはディスプレイ131へのタッチを行うことによって制御システム120および例えば制御システム120と関連付けられたコンピュータ121と対話できるように構成される。いくつかの非限定的な実施形態では、ユーザインターフェース130は、ユーザが環境100内の1つまたは複数の構成要素をプログラムするかまたは他の方法で操作できるように構成されたキーボード、マウス、または他の装置132を含み得る。
【００５２】
いくつかの非限定的な実施形態では、ディスプレイ131は、有線および／または無線ネットワークによって環境100内の1つまたは複数の構成要素と電子的に関連付けられているラップトップまたはタブレットコンピュータの一部として含まれ得る。いくつかの非限定的な実施形態では、ディスプレイ131は、イメージングシステム110、制御システム120、および／または注入器140を包含するハウジングを介して、イメージングシステム110、制御システム120、および／または注入器140に固定され、かつ／またはそれらと一体化され得る。ディスプレイ131は、ディスプレイ131がオペレータによって位置決めされることを可能にするために傾けられるかまたは旋回されるように構成され得る。いくつかの非限定的な実施形態では、ディスプレイ131は、イメージングシステム110、制御システム120、および／または注入器140から離れて位置決めされ、有線および／または無線ネットワークによってイメージングシステム110、制御システム120、および／または注入器140に接続される。
【００５３】
いくつかの非限定的な実施形態では、ユーザインターフェース130は、この情報およびデータを印刷形式で物理的に表示するように構成されたプリンタ133を含む。プリンタ133は任意の種類のものであってよく、市販のインクジェットプリンタおよびレーザプリンタを含む。いくつかの非限定的な実施形態では、プリンタ133は接着剤付きラベルを印刷するように構成され得る。いくつかの非限定的な実施形態では、ユーザインターフェース130は、この情報およびデータを可聴形式で可聴的に提示するためにスピーカ134を含む。例えば、スピーカ134は、方法または方法の一部が完了したときに可聴の「ビープ音」を発するように構成され得る。例えば、スピーカ134は、最大血液量に達したとき、または入力関数が上限閾値または下限閾値に達したときに「ビープ音」を鳴らすように構成され得る。様々な実施形態において、そのような装置は、出力インターフェースを介してコンピュータまたは他の制御システムと通信し得る。
【００５４】
いくつかの非限定的な実施形態では、環境100は、ユーザがユーザインターフェース130を介してGUIディスプレイ131のタッチスクリーンを使用してコマンド、情報、およびデータをコンピュータ121に入力できるように構成される。しかしながら、オペレータがユーザインターフェース130を介して、キーボード、マウス、遠隔制御装置、マイクロフォン、トラックボール、ジョイスティック、タッチパッド、スキャナ、タブレットコンピュータなどの他の取り付け可能または操作可能な入力装置を使用して、コマンド、情報、およびデータをコンピュータ121に入力できることが想定されている。例えば、外部ソースからコンピュータ121（および／またはコンピュータ104）へのデータおよび情報の入力を円滑化にする任意の構成が使用されてよく、これには、例えば、有線や、ブルートゥース（登録商標）、無線インターネット接続、セルラ接続などの無線ネットワーク装置を使用したアクセスが含まれる。論じたように、上記その他の入力装置は多くの場合、システムバス124に結合されたユーザインターフェース130を介して制御システム120に接続されるが、パラレルポート、ゲームポート、USBなどの他のインターフェースおよびバス構造によって接続されてもよい。
【００５５】
いくつかの非限定的な実施形態では、ディスプレイ131は、3Dボクセルデータセットの単一平面表現または3Dグラフィカル画像である出力画像を提供する。いくつかの非限定的な実施形態では、出力画像はユーザに提示されたすべてのデータを提供し得る。いくつかの非限定的な実施形態では、出力画像は、例えば、患者の状態の診断に使用できる情報をユーザに提供することができる、血液量、血流、薬物の摂取または拡散、薬物代謝などの様々な生理学的関連パラメータをさらに提供し得る。
【００５６】
いくつかの非限定的な実施形態では、制御システム120は、環境100へかつ／または環境100からのデータの通信のための外部インターフェース129を含む。外部インターフェース129は、多数の通信媒体のいずれかを介してそれらの適用可能な通信プロトコルを用いて1つまたは複数の他の外部データまたはコンピュータシステム150に接続することができる。入ってくるデータは、例えば、患者および処置またはプロトコルの順序またはスケジュールの情報を含み得る。出て行くデータは、PACSシステムに行くDICOMデータ、または病院情報システム（HIS）もしくは放射線情報システム（RIS）への処置に関する情報を含むことができる。そのような情報は、課金、安全性、効率性その他の多種多様な用途に使用することができる。
【００５７】
いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ104、制御システム120、および／または1個または複数の外部データシステム150は、取得され得る、イメージングシステム（NMR指紋イメージングシステムなど）から利用できる共鳴種の関連した組み合わせと関連付けられた信号展開を提供し、これらにアクセスし、かつ／またはこれらをライブラリもしくはデータベースに格納する。ライブラリまたはデータベースは、ベースラインシグネチャまたは既知の信号展開と呼ばれ得る既知のシグナルを含み得る。いくつかの非限定的な実施形態では、ライブラリはシミュレートされた、かつ／または予測された信号展開を含み得る。例えば、「既知の」信号展開は、以前に取得された信号展開および／またはシミュレートされた信号展開を含み得る。
【００５８】
いくつかの非限定的な実施形態では、コンピュータ104および／またはコンピュータ121は、造影剤の送達、データの収集、およびデータの分析をシミュレートするように構成されたプロトコルシミュレータを含む。シミュレーション中には、患者の循環、選択された組織による造影剤の取り込み、ならびに造影剤の排泄および分解をシミュレートすることができる。コンパートメントモデルは身体の物理的な3Dまたは4Dモデル内で動作するため、組織中濃度に空間的位置を与えることができる。そのようなモデルが、CT、PET、およびSPECTの画像取得用に開発されている。これらのモデルは、様々な雑音および歪みの原因を説明する反復再構成法を可能にする。イメージングシステム110の既知の能力および制限を有するモデルを使用して、シミュレータは、造影剤のシミュレートされた分布が与えられた場合に実際のイメージングシステム110によって測定されるはずのデータを作成する。次いでこのデータは制御システム120によって使用され、定量的評価および診断を行うことができる。定量的結果はシミュレーションから得られるので、結果をシミュレーションに入ったコンパートメント・モデル・パラメータと比較して、提案されたプロトコルが正しいコンパートメント特性の識別をどの程度うまく可能にするかを評価することができる。このシミュレータは、すべての患者には使用できないかもしれないが、新薬、新しい疾病の理論についての、または患者の体重、サイズ、もしくは別の要因など、ある条件において著しい偏差がある場合のイメージングおよび薬物送達プロトコルを評価し、最適化するために使用することができる。
【００５９】
いくつかの非限定的な実施形態では、プロトコルシミュレータは一連のシーケンスブロックにおける体積と関連付けられたデータをシミュレートおよび／または推定する。例えば、プロトコルシミュレータは、以下のうちの少なくとも1つと関連付けられたデータをシミュレートまたは推定する：一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおける対象物内の体積中の造影剤の濃度、一連のシーケンスブロックにおける経時的な体積中の造影剤の濃度、該シーケンスブロックにおける患者の血液プール中の造影剤の濃度、一連のシーケンスブロックにおける経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度、該シーケンスブロックにおける血液を含む対象物内の体積の小部分、一連のシーケンスブロックにおける経時的な血液を含む対象物内の体積の小部分、対象物の細胞外体積中の造影剤の濃度、該シーケンスブロックにおける細胞外体積を含む対象物内の体積の小部分、対象物の細胞外体積中の造影剤の濃度、および一連のシーケンスブロックにおける経時的な細胞外体積を含む対象物内の体積の小部分など。
【００６０】
いくつかの非限定的な実施形態では、医師または他の医療関係者が手動で造影剤の注入または送達を実行する。いくつかの非限定的な実施形態では、環境100は、造影剤を含む造影液141を患者に注入、送達、または投与するように構成された注入器140を含み、いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は、造影液141の投与前、投与中、または投与後に、生理食塩水または他の流体142を患者に注入または投与するようにさらに構成することができる。例えば、注入器140は、皮下注射針および注射器を介して1つまたは複数の処方された用量の造影液141を患者の血流に直接単に注入することもできる。いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は、末梢静脈ライン（PIV）を介して患者に生理食塩水142を連続的に投与するように構成され、1つまたは複数の処方された用量の造影液141がPIVに導入され、患者に投与され得る。いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は、ある用量の造影液141を注入し、続いて特定量の生理食塩水142を投与するように構成され得る。
【００６１】
いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は単一の造影剤を投与するように構成され得る。いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は、2つ以上の異なる造影剤を送達するように構成され得る。システムが複数の造影剤を送達するように構成される実施形態では、注入器140は、意図された処置に応じてオペレータが構成を切り替えることを可能にし得る。システムによって送達される各造影剤の量は、実施形態間で、また使用されているプロトコルに基づいて異なり得る。一般に、医師または他の資格のある医療関係者は、本明細書に記載されるような患者に関する測定基準を使用して特定の患者に送達されるべき造影剤の適切な量を決定することができる。システムが柔軟であるため、任意の量の1つまたは複数の造影剤を送達することができる。注入器140は、2つ以上の造影剤を個別に、順次に、または同時に注入するように構成され得る。よって、いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は、投与前に放射性医薬品を保持することができるバイアルや注射器などの2つ以上のリザーバを含む。注入器140は、例えば、生理食塩水、他の薬物、他の流体を保持することができるさらに別の医用流体リザーバをさらに含み得る。
【００６２】
例示的な注入システムは、以下で開示されているものであり、各々の開示は参照により全体として本明細書に組み入れられる。2000年11月17日に出願され、米国特許第6643537号として発行された、米国特許出願第09／715330号、2001年10月18日に出願され、米国特許第7094216号として発行された、米国特許出願第09／982518号、2004年4月16日に出願され、米国特許第7556619号として発行された、米国特許出願第10／825866号、2009年5月7日に出願され、米国特許第8337456号として発行された、米国特許出願第12／437011号、2009年6月2日に出願され、米国特許第8147464号として発行された、米国特許出願第12／476513号、および2004年12月3日に出願され、米国特許第8540698号として発行された、米国特許出願第11／004670号。
【００６３】
環境100は、任意の造影剤を送達するように構成され得る。いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤は血管内に留まり、血管外空間または細胞内空間に拡散しない血液プール剤（例えば、フェルモキシトール）を含む。いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤は、血管外空間または細胞内空間に拡散する拡散性造影剤（例えば、ガドリニウム）を含む。例えば、注入器140は、当技術分野で公知の任意の放射性医薬品を単独でまたは他の医薬組成物と組み合わせて送達するように構成され得る。
【００６４】
いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は、制御システム120と組み合わさって、発作やCTスキャンなどの短い事象または脳研究のための持続的レベルの神経伝達物質や他の長期間一定のPK研究などの長い事象のための造影剤の投与の操作および同期化を可能にする。制御システム120は、所望の血液、血漿、および／または組織レベルの造影剤を達成するために患者別の注入プロトコルを提供することができる。注入器140は、初回通過または灌流差の動的可視化のための生理食塩水または他の流体142のフラッシュありまたはなしで、造影剤を含む造影液141の短いタイトボーラス注入を提供することができる。いくつかの非限定的な実施形態では、注入器140は造影液141をゆっくり注入する。例えば、制御システム120は、ユーザが、造影剤を含む造影液141を、経時的に体積（ml）、質量（mg）、または活性（mCi）に基づくある特定の速度で注入するよう注入器140をプログラムすることを可能にする。したがって、例えば、10mCiの活性を有する30mlの用量の放射性医薬品の注入を、例えば、10秒間、20秒間、30秒間、45秒間、60秒間、90秒間、1分間、2分間、3分間、5分間、10分間、20分間、30分間、1時間などおよびオペレータまたはユーザによって選択された任意の期間にわたって実行することができる。いくつかの非限定的な実施形態では、制御システム120は、ユーザが、造影剤を含むいくつかの別々の用量の造影液141を、5分または10分ごとに1回の10mlの注入を30分間または40分間にわたって注入するよう注入器140をプログラムすることを可能にする。いくつかの非限定的な実施形態では、制御システム120は、患者の状態に関するフィードバックに基づいて、かつ／またはイメージングシステム110と関連付けられたエネルギーセンサ103および／もしくは補助センサ107の測定値に基づいて注入を変えるように注入器140を制御することができる。例えば、入力関数が特定の閾値に達したときに造影剤を含むある一定の用量の造影液141を投与することもでき、または有害事象が観察または検出されたときに注入を停止することもできる。
【００６５】
いくつかの非限定的な実施形態では、環境100は、イメージング処置中に追加の患者身体機能を追跡、監視する補助センサ107を含む。そのような補助センサ107は限定されず、心電図（ECG）、呼吸モニタ、動きセンサなど、およびそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの非限定的な実施形態では、補助センサ107は、例えば、呼吸、ECG、EEG、および／または収集されたデータの調整方法に影響を及ぼし得る患者の身体状態または状況の他の生理学的指標を連続して監視すると共に、血液プール中または患者内の対象物の別の体積中の造影剤の濃度を直接測定するように構成される。例えば、呼吸は胸部と腹部の臓器を繰り返し可能な方法で動かす。ECGは心臓壁位置および壁厚の変化と同期され、これは画像から導出された入力関数の正しい測定に影響を及ぼし得る。加えて、動きの補正または補償は、任意のボクセル特性のより正確な分析において有用である。補助センサ107によって取得されたデータを、イメージングシステム110がリアルタイムで取得し、制御システム120が収集および／または処理し、ユーザインターフェース130を介してユーザに提供される出力に組み込むことができる。
【００６６】
いくつかの非限定的な実施形態では、環境100は、走査中に患者を一定の既知の位置に維持するための1つまたは複数の患者支持体または患者ポジショナ160を含む。ほとんどの臨床診療で動的走査が日常的に行われていないため、PETイメージングでは通常、患者は拘束されない。患者が安全であると感じるように、患者が撮影台またはプラットフォームから落下しないようにするためにストラップが使用されることがある。いくつかの非限定的な実施形態では、患者が横たわる台またはプラットフォーム上に、大気圧下にあるときに患者の輪郭に合わせて移動し、追従するポリスチレンビーズの密封バッグが設けられ得る。バッグから空気が抜かれると、バッグは比較的堅い装具になり、それによって患者の動きを妨げまたは低減させながら患者を支持する。いくつかの非限定的な実施形態では、患者支持体160は、走査が行われるときに走査位置またはベッド位置間で患者を素早く正確に動かすことができ、エネルギーセンサ103によって検出された事象が分析中に制御システム120によって正しいボクセルに確実に帰せられる。
【００６７】
図1に示すシステム、装置、およびネットワークの数および配置は一例として提供されている。追加のシステム、装置および／もしくはネットワーク、図1に示されているものより少ないシステム、装置および／もしくはネットワーク、図1に示されているものと異なるシステム、装置および／もしくはネットワーク、または図1に示されているものと異なる配置のシステム、装置および／もしくはネットワークがあり得る。さらに、図1に示す2つ以上のシステムもしくは装置を単一のシステムもしくは単一の装置内で実装することもでき、または図1に示す単一のシステムもしくは単一の装置を複数の分散型システムもしくは装置として実装することもできる。加えてまたは代替として、環境100の1組のシステムまたは1組の装置（例えば、1つまたは複数のシステム、1つまたは複数の装置）が、環境100の別の組のシステムまたは別の組の装置によって行われるものとして説明された1つまたは複数の機能を果たすこともできる。例えば、イメージングシステム110、制御システム120、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150は、各々、1つまたは複数のコンピュータによって行われ得るコンピュータ機能を含み得る。処置の計画、計画の実行、および取得されたデータの分析が、システム全体またはシステム全般の様々な構成要素間または装置間で分割される方法は、1または複数の製造業者の好みによって様々であり得る。例えば、制御システム120は、その他の各構成要素ならびに注入器140およびイメージングシステム110と関連付けられた様々なコンピュータの各々からデータを収集し、環境100内の構成要素の活動を調整することができる。一例として、制御システム120は、関心対象の組織の入力関数に影響を及ぼす注入プロトコル（造影剤および生理食塩水）、撮像装置ベッド位置のシーケンスおよびタイミング、コリメーション、取得モード（2D、3D、TOF）、スライス持続時間、データ取り込み（いくつかの非限定的な実施形態では、柔軟な再構成のためのリストモード）、使用されるPK／PDモデル、ECG同期／取得、ならびにCTまたはMRからの解剖学的情報の適用、例えば、PK／PDモデル結果の著しい変更を可能にする組織境界を制御および調整し得る。
【００６８】
次に図2を参照すると、図2は、経時的な造影関連パラメータを定義する信号展開を生成するためのプロセス200の非限定的な実施形態または態様のフローチャートである。いくつかの非限定的な実施形態では、プロセス200のステップのうちの1つまたは複数が制御システム120（例えば、制御システム120の1つまたは複数の装置）によって（例えば、完全に、部分的になど）行われる。いくつかの非限定的な実施形態では、プロセス200のステップのうちの1つまたは複数が、イメージングシステム110、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150（例えば、イメージングシステム110、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150のうちの1つまたは複数の装置）などの、制御システム120とは別の、かつ／または制御システム120を含む別の装置または装置のグループによって（例えば、完全に、部分的になど）行われる。
【００６９】
図2に示すように、ステップ202で、プロセス200は、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定するステップを含む。いくつかの非限定的な実施形態では、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおいて、複数のパラメータは、対象物内の体積中で同時に発生しているものとして決定される。いくつかの非限定的な実施形態では、複数のパラメータのうちの少なくとも1つのパラメータが、一連のシーケンスブロック内の該シーケンスブロックから別のシーケンスブロックまで変動し、複数のパラメータは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積中の造影剤の濃度と関連付けられた造影関連パラメータを含む。
【００７０】
いくつかの非限定的な実施形態では、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積と関連付けられた複数のパラメータを決定するステップは、対象物内の体積中の1つまたは複数の共鳴種と関連付けられたモデルに基づくものである。例えば、このモデルは、一連のシーケンスブロックにおける磁気共鳴（MR）励起に応答して対象物内の体積中の1つまたは複数の共鳴種の挙動をシミュレートする。
【００７１】
いくつかの非限定的な実施形態では、複数のパラメータは、各々の開示が参照により全体として本明細書に組み入れられる、Vikas Gulaniらによる、「Overview of Magnetic Resonance Fingerprinting」、MAGNETOM Flash（65）、2016年2月、Maらによる、「Magnetic Resonance Fingerprinting」、Nature、2013年3月14日、第495（7440）巻、187〜192ページ、および／または2011年3月18日に出願され、米国特許第8723518号として発行された、米国特許出願第13／051044号に記載されるように決定される。いくつかの非限定的な実施形態では、複数のパラメータは、例えば、各々の開示が参照により全体として本明細書に組み入れられる、2012年7月2日に出願され、米国特許第9618596号として発行された米国特許出願第13／540027号や2010年10月14日に出願された、米国特許出願第13／879321号に記載されているような、磁気共鳴イメージングと併用するためのSyntheticMR ABによって開発されたSyMRI（登録商標）ソフトウェアを用いる合成MR法で決定される。
【００７２】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な体積と関連付けられた血液中の造影剤の濃度と関連付けられたデータに基づいて決定される。いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物の細胞外体積中の造影剤の濃度と関連付けられたデータと、一連のシーケンスブロックにおける経時的な細胞外体積を含む対象物内の体積の小部分と関連付けられたデータとに基づいて決定される。一例として、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の造影剤の濃度は、以下のパラメータのうちの少なくとも1つに基づいて決定される：一連のシーケンスブロックにおける経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度、一連のシーケンスブロックにおける経時的な患者の細胞外体積中の造影剤の濃度、一連のシーケンスブロックにおける経時的な細胞外体積を含む患者内の体積の小部分、またはそれらの任意の組み合わせ。
【００７３】
いくつかの非限定的な実施形態では、経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度は次式によって表され、
y（t）＝A＊t＋B  （1）
式中、y（t）は、経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度であり、tは、時間であり、AおよびBは、造影関連パラメータを推定またはシミュレートするために使用されるモデルまたはアルゴリズムに基づいて決定される定数である。例えば、AおよびBは、例えば、図4と、その開示が参照により組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、米国特許第5840026号、米国特許第6385483号、および米国特許第8295914号とに関連して本明細書により詳細に記載されているような、造影剤を含む造影液のパラメータ、患者のパラメータ、および／または撮像されている組織のパラメータと関連付けられた定数である。
【００７４】
同様に、いくつかの非限定的な実施形態では、経時的な患者の細胞外体積中の造影剤の濃度は次式によって表され、
y’（t）＝A’＊t＋B’  （2）
式中、y’（t）は、患者の細胞外体積中の造影剤の濃度であり、tは、時間であり、A’およびB’は、造影関連パラメータを推定またはシミュレートするために使用されるモデルまたはアルゴリズムに基づいて決定される定数である。例えば、A’およびB’は、例えば、図4と、その開示が参照により組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、米国特許第5840026号、米国特許第6385483号、および米国特許第8295914号とに関連して本明細書により詳細に記載されているような、造影剤を含む造影液のパラメータ、患者のパラメータ、および／または撮像されている組織のパラメータと関連付けられた定数である。
【００７５】
定常状態の動的平衡では、患者の細胞外体積中（例えば組織中）の造影剤の濃度は、患者の血液プール中の造影剤の濃度に追従するがこれに後れを取ることに留意されたい。例えば、患者内のいくつかの体積（例えばボクセル）中では、BはB’と等しいが、AはA’と等しくない場合がある。いくつかの非限定的な実施形態では、経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度は、時間的なオフセットを伴う次の直線の方程式によって表され、
y（t）＝M＊（t−To）  （3）
式中、Mは、定数Aと定数Bにと基づくものであり、tは、時間であり、Toは、時間的オフセットである。これは同じ線を表す別の方法である。
【００７６】
いくつかの非限定的な実施形態では、対象物と関連付けられたデータ（例えば患者パラメータなど）に基づいて、所与の入力についての時間拡張出力を提供する対象物内の体積の入力関数が求められる。一例として、体積の入力関数は、図4と、その開示が参照により組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、米国特許第5840026号、米国特許第6385483号、および米国特許第8295914号とに関連して本明細書により詳細に記載されているように求めることができる。
【００７７】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータと関連付けられた所望の時間拡張出力が決定される。例えば、所望の時間拡張出力は、患者の血液プール中および／または対象物内の体積中の経時的な造影剤の濃度を達成する時間と関連付けることができる。一例として、所望の時間拡張出力は、（i）経時的な患者の血液プール中の造影剤のほぼ一定の濃度、および（ii）経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度のほぼ線形の変化率、および（iii）MR指紋法のための信号展開を生成するのに利用される造影剤の時変濃度、またはそれらの任意の組み合わせ、のうちの少なくとも1つと関連付けることができる。いくつかの非限定的な実施形態では、所望の時間拡張出力は、患者の血液プール中および／または一連のシーケンスブロックにおける経時的な体積中の所望の造影剤の濃度パラメータを達成する最短時間など、所望の時間拡張出力を達成する最短時間と関連付けられる。体積の入力関数は、一連のシーケンスブロックにおける経時的な造影関連パラメータを定義する信号展開を決定するために使用することができる。
【００７８】
図2にさらに示すように、ステップ204で、プロセス200は、一連のシーケンスブロックにおける経時的な対象物内の体積の複数のパラメータに基づいて、一連のシーケンスブロックにおける経時的な造影関連パラメータを定義する信号展開を生成するステップを含む。いくつかの非限定的な実施形態では、信号展開は、各々の開示が参照により全体として本明細書に組み入れられる、Vikas Gulaniらによる、「Overview of Magnetic Resonance Fingerprinting」、MAGNETOM Flash（65）、2016年2月、Maらによる、「Magnetic Resonance Fingerprinting」、Nature、2013年3月14日、第495（7440）巻、187〜192ページ、および／または2011年3月18日に出願され、米国特許第8723518号として発行された、米国特許出願第13／051044号に記載されるように生成される。いくつかの非限定的な実施形態では、信号展開は、例えば、各々の開示が参照により全体として本明細書に組み入れられる、2012年7月2日に出願され、米国特許第9618596号として発行された米国特許出願第13／540027号や2010年10月14日に出願された、米国特許出願第13／879321号に記載されているように、磁気共鳴イメージングと併用するためのSyntheticMR ABによって開発されたSyMRI（登録商標）ソフトウェアを用いる合成MR法で生成される。
【００７９】
一例として、信号展開を決定することは、（k，t，E）空間データ点を格納することを含み、tは時間であり、Eは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な体積中の造影剤の濃度と関連付けられた造影関連パラメータを含む体積のパラメータ（例えば、T1、T2、およびもう1つの緩和パラメータ、T1は、スピン格子緩和であり、T2は、スピン・スピン緩和であり、tおよびEのうちの1つまたは複数が非線形に変化する）を含む。
【００８０】
図2にさらに示すように、ステップ206で、プロセス200は、対象物内の体積との信号展開の関連付けをデータベースに格納するステップを含む。例えば、生成された信号展開は、対象物内の体積と関連付けて（例えば、対象物内の体積中の1つまたは複数の共鳴種と関連付けて）信号展開の辞書またはライブラリに格納される。例えば、生成された信号展開は、ベースラインシグネチャまたは既知の信号展開として格納される。いくつかの非限定的な実施形態では、信号展開は造影関連パラメータを一次関数として定義する。
【００８１】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ一定である。いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で変化する。いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、シーケンスブロックの間ほぼ一定である。いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロック内の第1のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で増加する。いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロック内の第2のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で減少する。いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、一連のシーケンスブロックにおいて経時的に指数関数的に変化する。
【００８２】
次に図3を参照すると、図3は、造影剤の濃度と関連付けられた対象物内の体積から同時生成された信号を測定するためのプロセス300の非限定的な実施形態または態様のフローチャートである。いくつかの非限定的な実施形態では、プロセス300のステップのうちの1つまたは複数が制御システム120（例えば、制御システム120の1つまたは複数の装置）によって（例えば、完全に、部分的になど）行われる。いくつかの非限定的な実施形態では、プロセス300のステップのうちの1つまたは複数が、イメージングシステム110、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150（例えば、イメージングシステム110、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150のうちの1つまたは複数の装置）などの、制御システム120とは別の、または制御システム120を含む別の装置または装置のグループによって（例えば、完全に、部分的になど）行われる。
【００８３】
図3に示すように、ステップ302で、プロセス300は造影剤を送達するステップを含む。例えば、造影剤は、流体送達処置の間、例えば注入処置の間に、対象物内の体積（例えば、患者の血液、組織、骨などにおける体積）を含む患者の血液プールに送達される。一例として、医師または他の医療関係者が、造影剤を患者に手動で送達することもでき、かつ／または、例えば制御システム120の制御下で注入器140が造影剤を患者に送達することもできる。
【００８４】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤は、医用流体を送達する方法で患者に送達される。医用流体には、造影剤、フラッシュ流体、およびそれらの組み合わせが含まれ得るが、これに限定されない。医用流体の送達は造影剤を含む医用流体が患者に送達される注入処置の一部であり得るが、本開示はこのための流体送達だけに限定されない。
【００８５】
いくつかの非限定的な実施形態では、医用流体を「プロトコル」に従って送達することができる。流体送達処置に関して本明細書で使用される場合、「プロトコル」という用語は、流体送達処置の間、例えば、注入処置の間に患者に送達されるべき1個または複数の流体の量を定義する、流速、流量、送達持続時間などといったパラメータのグループを指す。そのようなパラメータは処置の過程にわたって変化し得る。本明細書で使用される場合、「相」という用語は、一般に、流体送達処置の総持続時間より短い可能性のある期間（または相持続時間）中に送達されるべき1個または複数の流体の量を定義するパラメータのグループを指す。よって、相のパラメータは、相の持続時間に対応する時間インスタンスにわたる流体送達の記述を提供する。例として、1つのパラメータは、初期総体積流量とすることができ、これは、相の開始時に送達されている単位時間当たりの流体の総体積に対応する。初期総体積流量は、同時に送達されている、第1の流体および第2の流体などの2つ以上の流体の液量から構成され得る。例えば、相の開始時に、第1の流体の流量は5mL／秒であり、第2の流体の流量は2mL／秒である場合、初期総体積流量は7mL／秒になる。同様に、流体送達プロトコルが、相の開始時に、やはり5mL／秒の流量で第1の流体のみを送達することを要求し、相の開始時に第2の流体のいずれも送達されない場合、初期総体積流量は5mL／秒になる。特定の処置のための流体送達プロトコルを、例えば、単相（1つの相）、二相（2つの相）、または多相（2つ以上の相であるが、通常は3つ以上の相）として記述することができる。多相処置は、パラメータが処置の少なくとも一部にわたって連続的に変化し得る処置も含む。
【００８６】
いくつかの非限定的な実施形態では、本明細書に記載される相変数またはパラメータが、これに限定されないが、造影剤濃度（例えば、CT処置の場合にはヨード濃度）、患者パラメータ（例えば、体重、身長、性別、年齢、心拍出量など）、行われている走査の種類、および血管内アクセスのために患者に挿入されたカテーテルの種類を含む1つまたは複数の関心対象のパラメータに基づいて、相プログラミング機構（注入器140と併用することができるユーザインターフェース130の非限定的な実施形態については図1を参照されたい）内で取り込まれる。上述したように、イメージングその他の処置の間の異なる患者についての投与要件の違いが認識されている。例えば、その開示が参照により本明細書に組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、米国特許第5840026号および米国特許第6385483号には、注入前および注入中に導出された患者別データを使用して患者に合わせて注入をカスタマイズする装置および方法が開示されている。同様に、その開示が参照により本明細書に組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、米国特許第8295914号にも、患者別データを使用した患者に合わせた注入のカスタマイズが開示されており、所与の入力またはプロトコルのための時間拡張出力を記述するいくつかの方法が記載されている。
【００８７】
臨床オペレータは、ユーザインターフェース130上に提供されたフィールドに量および／または流量を入力して、事前定義されたプロトコルを選択することによって、かつ／または制御システム120を使用してプロトコルを計算することによって注入器140を制御することができる。制御システム120は、経時的な液量の送達のための注入プロトコルを計算することができ、液量は、経時的に変化し得る、特定の時間にゼロになり得る流量で送達される、造影剤などの少なくとも1つの第1の流体の体積量と、やはり、経時的に変化し得る、特定の時間にゼロになり得る流量で送達され得る、生理食塩水などの第2の流体の体積量とを含む。いくつかの非限定的な実施形態では、流体が患者の腕に送達されている場合、注入器140によって送達されるべき一定の体積流量の閾値は0．5ml／秒より大きい。
【００８８】
注入プロトコルは、造影剤を送達するためのパラメータ（例えば、総量、経時的な流量など）を最初に決定することによって決定することができる。本開示では、造影剤を送達するためのパラメータをまとめて「造影剤プロトコル」と呼ぶことがある。ソフトウェアは、例えば、造影剤プロトコルを決定するための様々な公知のモデルのいずれかに従うことができる。これらには、所望のボーラスプロファイルまたは形状を達成するために開発された造影剤プロトコルが含まれるがこれに限定されない。
【００８９】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤の送達は、各々の全内容が参照により本明細書に組み入れられる、Baeらに付与された米国特許第6055985号、米国特許第6635030号、米国特許第6470889号に記載されている造影剤プロトコルに従うことができる。Baeらは、事前に選択された閾値を超える強調を達成するように造影剤の使用を最適化し、使用された造影剤の量が与えられた場合の近最適である持続時間にわたってその過度の強調を維持しようと試みる、患者に造影剤を送達するためのプロトコルを決定する方法を記述している。
【００９０】
例えば、米国特許第6055985号で、Baeらは、様々な傾斜した、または多相の、または指数関数的に減衰する、または着実に減少する注入速度を示している。Baeらは、特定の減衰係数を有する造影注入の指数関数的に減衰する速度を与えるように患者の身体の簡略化されたコンパートメントモデルを記述する微分方程式のセットを解いているが、実世界では、この指数関数的に減衰する注入速度を、線形減衰によって、または傾斜した減衰によって、または多段階減衰によってさえも近似することができることが企図されていた。Baeらによって計算された特定の減衰係数は、患者の体重当たりの心拍出量に比例し、0．01と概算される。
【００９１】
Baeらのいくつかの非限定的な実施形態では、造影剤プロトコルは、初期送達速度および指数関数的減衰係数によって決定される。これは、米国特許第6055985号の図3に示されている。初期送達速度は、例えば、2mL／秒であり得る。造影剤の総注入量は、注入持続時間にわたる注入の積分合計に対応する。造影剤の総注入量は、例えば、50mL、70mL、または90mLであり得る。Baeらはまた、Q／Vsに等しい指数関数的減衰係数も開示しており、これは、それ自体が体重当たりの心拍出量（Vs）に比例する、造影剤の系統的な識別体積に対する心拍出量（Q）の比である。Baeらは、0．01、0．02、および0．03またはその近くの減衰係数と120秒の注入持続時間を開示し、これらに注目している。
【００９２】
Baeらは、ルーチンの間隔が事前に選択された造影剤の初期流量で開始し、次いで、患者に典型的な体重当たりの心拍出量を近似した減衰係数を有するほぼ指数関数的な速度でルーチンの間に流量が制御可能に減少する造影注入ルーチンを提案している。Baeらはまた、線形の、または傾斜した造影注入プロトコルによる指数曲線の短いセグメントの近似を含む、指数関数的減衰以外の機能的パターンが造影剤の送達に使用され得ることも教示している。Baeらは、造影剤の送達が事前に選択された初期注入流量で開始し、次いで、所望の量の造影剤が送達されるまで、かつ／または所望の注入持続時間が経過するまで、例えば指数関数的減衰の経路に沿って流量が制御可能に減少する例示的な造影注入プロトコルを提供している。例えば、米国特許第6470889号で、Baeらは、比較的短期間（例えば約30秒間）にわたって比較的均一な高造影剤レベルを達成するための打ち切り型指数関数的遅延、および注入が停止された後の血液中の造影剤濃度レベルの減衰について記述している。しかしながら、Baeらに記載されたこの打ち切り型指数関数的遅延は、造影剤レベルの濃度の望ましくないオーバーシュートをもたらす。
【００９３】
Baeらに記載される技法は、注入処置の少なくとも一部の間に造影剤の流量を制御可能に変動させることによって造影剤の体積量を送達する方法として、本開示に適用することができる。例えば、特定の患者のための造影剤プロトコルを、Baeらによって示されたプロセスに従って決定することができる。この造影剤プロトコルは注入プロトコルの一部、特に造影剤の送達を制御する注入プロトコルの一部を形成することができる。
【００９４】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤の送達は、その全内容が参照により組み入れられる、Fleischmannらによる、論文「Mathematical Analysis of Arterial Enhancement and Optimization of Bolus Geometry for CT Angiography Using the Discrete Fourier Transform」、Journal of Computer Assisted Tomography、第23（3）巻、1999年5／6月、474〜484ページに記載されている造影剤プロトコルに従うことができる。
【００９５】
Fleischmannらは、静脈内注射された造影剤に対する患者の時間減衰応答に対する、論文内で「患者関数」と呼ばれている、個々の患者の寄与の分析のための数学的技法を記述している。Fleischmannらは、彼らの技法は、所与の造影剤ボーラス注入に対する時間減衰応答を予測し、個々の「最適化された」注入パラメータを計算するために使用することができると主張しており、走査全体にわたって事前定義されたレベルの強調で均一な動脈不透明化を達成することを目的としている。
【００９６】
Fleischmannらによれば、造影剤の少量のボーラス注入、試験ボーラス注入（4ml／秒で16mlの造影剤）が診断走査の前に行われる。次いで、関心対象の血管にわたって動的強調走査が行われる。得られた処理済み走査データ（試験走査）は、患者／造影剤システムのインパルス応答として解釈される。Fleischmannらは、試験走査のフーリエ変換を試験注入のフーリエ変換で割ることによって、患者伝達関数のフーリエ変換を導き出した。システムが線形時不変（LTI）系であり、所望の出力時間領域信号が既知である（事前定義された強調レベルでの平面診断走査）と仮定して、Fleischmannらは、所望の出力の周波数領域表現を患者伝達関数の表現で割ることによって入力時間信号を導き出した。Fleischmannらの方法は、注入システムの限界（例えば、流量の限界）の結果として現実には実現されない入力信号を計算するので、計算された連続時間信号の一部を切り捨て、近似しなければならない。
【００９７】
Fleischmannらは、一組の数学的関係を使用して強調を特徴付け、予測し、最適化するための技法をさらに記述している。それらの関係を組み立てて、市販のコンピュータプログラム（Mathematica（登録商標）for Windows（登録商標）、拡張バージョン2．2．3；Wolfram Research、シャンペーン、イリノイ州、米国）のノートブックファイルにすることができる。Mathematica（登録商標）ノートブックは、（a）試験ボーラス、（b）対応する試験強調、（c）任意の標準ボーラスのパラメータ、および（d）所望の「理想的な」動脈強調の入力を必要とする。
【００９８】
強調を予測し、個体について最適化された注入ボーラスを計算するために、Fleischmannらによって以下のステップが実施された。ステップ1：試験ボーラスのパラメータ（量、流量）および対応する動脈時間減衰応答から、プログラムは、試験ボーラスの患者の対応する大動脈時間減衰応答、試験強調に対する関係からフーリエ空間における患者関数を計算する。患者関数は、所与のボーラスに対する個別の強調応答（例えば、標準的な単相注入）の予測、ならびに理論上理想的な（ほぼ矩形の）強調曲線の「理想的な」注入パラメータの計算において中心的な役割を果たす。ステップ2：患者関数が分かると、任意のボーラス、例えば120mlの標準ボーラスに対する標準的な強調を予測することができる。ステップ3：患者関数を使用して、理論的に「理想的な」ボーラスを計算する。これにより、ほぼ矩形の強調が達成されるはずである。ステップ4：理論上「理想的なボーラス」は、振動や負の流量のような「非現実的な」時間領域の成分を含むので、理想的な流量を近似して実際に適用可能な最適化二相ボーラスにするために適合アルゴリズムが導入される。対応する最適化された強調をステップ2に記載されるように予測することができる。ステップ4は、独立して開発された時間領域における適合プロセスを表す。
【００９９】
Fleischmannらに記載される技法は、注入処置の少なくとも一部の間に造影剤の流量を制御可能に変動させることによって造影剤の体積量を送達する方法として、本開示に適用することができる。例えば、特定の患者のための造影剤プロトコルを、Fleischmannらによって記載されたプロセスに従って決定することができる。この造影剤プロトコルは注入プロトコルの一部、特に造影剤の送達を制御する注入プロトコルの一部を形成することができる。
【０１００】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤の送達は、その全内容が参照により組み入れられる、H．Schwildenによる論文「A general method for calculating the dosage scheme in linear pharmacokinetics」、European Journal of Clinical Pharmacology、第20（5）巻、1981、379〜386ページに記載された造影剤プロトコルに従うことができる。H．Schwildenは、比較的長い時間枠（例えば数十分間）にわたって注入される薬物の一定の血液プールレベルを達成する一定の注入速度までの指数関数的減衰を用いた薬物の送達について記述している。
【０１０１】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤の送達は、その全開示が参照により組み入れられる、2016年11月22日に出願された米国仮特許出願第62／425312号の利益を主張する、本開示の譲受人に譲渡された、2017年11月21日に本出願と同時出願された関連国際特許出願第PCT／US2017／62728号に記載されたプロトコルに従うことができる。同時出願された国際出願第PCT／US2017／62728号には、ほぼ一貫した総体積流量で液量を送達することが記載されており、これを造影およびフラッシュ流体の送達全体にわたって提供することにより、関心対象の組織中のボーラス形状を予期または予測されるものにより近づけ、患者ごとの変動、ならびに同じ患者の経時的な変動への依存を減らすことが可能になり、これにより、より適切な走査タイミングおよびより一貫した画像品質が可能になり、変動を減らすことにより、放射線および／または造影剤の量も減る。
【０１０２】
上述した注入プロトコルおよび造影剤プロトコルは例示を意図したものにすぎない。当業者であれば、本開示を読めば、非限定的な実施形態または態様が、造影の流量が経時的に変化する他のプロトコルを含む他の注入プロトコルおよび造影剤プロトコルを用い得ることを理解するであろう。
【０１０３】
いくつかの非限定的な実施形態では、患者の血液プール中で造影剤が均一に分布した（例えば、血液プール中の造影剤の濃度がほぼ定常状態になった）後で、イメージング処置を開始することが好ましい。例えば、造影剤の血液プールレベルまたは濃度が比較的制御されていれば、MR信号をモデル化し、MR信号からの画像を作成するために使用されるプロセスへの、造影剤の濃度と関連付けられた造影関連パラメータの組み込みが簡略化される。さらに、本明細書で論じているように、いくつかの非限定的な実施形態では、血液プール剤を注入し、十分な時間、例えば1．5から2分間待機する通常の手法と比較して、造影剤の均一な血液プール濃度レベルをできるだけ速く達成することが好ましい。
【０１０４】
いくつかの非限定的な実施形態では、血液中の造影剤の濃度は、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ一定である。例えば、造影剤を送達することは、一連のシーケンスブロックにおいて経時的に患者の血液プール中の造影剤のほぼ一定の濃度を達成することと関連付けられた注入プロトコル（例えば、血液プール造影剤の送達速度が初期送達速度から経時的に指数関数的に減衰する造影剤プロトコルを含む注入プロトコル）に基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御することを含む。一例として、制御システム120は、血液プール造影剤の定常状態の血液濃度をできるだけ速い達成を円滑に行わせるために、注入器140を、任意選択で一定の総体積流量で、（例えば、指数関数的に減衰する濃度または流速の）減衰された指数関数的注入プロトコルに従ってボーラス注入によって血液プール造影剤（例えばフェルモキシトールなど）を送達するように制御する。血液プール造影剤濃度レベルの推定、シミュレーション、および／または測定に基づいて判断することができる、血液プール造影剤の定常状態の血液濃度が達成された後、制御システム120は、図3のプロセス300のステップ304およびステップ306に関連してより詳細に説明するイメージング処置（例えば、MR指紋イメージング法）を開始するようイメージングシステム110を制御する。血液プール造影剤は通常は組織内に拡散しないので、血液中の血液プール造影剤の濃度は一連のシーケンスブロックにおいて経時的に比較的安定している。制御システム120は、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ一定である血液プール中の血液プール造影剤の濃度に基づく体積中の、いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤の一定の血液プール濃度の血液で満たされた体積の小部分の造影剤の濃度と関連付けられた情報を生成することができる。例えば、いくつかの非限定的な実施形態では、様々なMRパラメータの応答は、（ハウンズフィールド単位とヨード密度との間の全体として直線的な関係を有するCTパラメータと異なり）体積またはボクセル中の造影剤の濃度の非線形関数であるので、これらの変数の各々をモデルにおいて使用することが望ましい。
【０１０５】
いくつかの非限定的な実施形態では、血液中の造影剤の濃度は、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で変化する。例えば、造影剤を送達することは、一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で変化する患者の血液プール中の造影剤の濃度を達成することと関連付けられた注入プロトコルに基づいて造影剤を送達するよう注入器140を制御することを含む。
【０１０６】
いくつかの非限定的な実施形態では、血液中の造影剤の濃度は、一連のシーケンスブロックにわたってほぼ線形速度で増加する。例えば、いくつかの非限定的な実施形態では、撮像の間に（例えば一連のシーケンスブロックにわたって）患者の血液プール中の造影剤の一定に増加するレベル（例えば、拡散性造影剤の線形に増加する濃度レベル）を有することが好ましい。一例として、造影剤を送達することは、以下の注入プロトコルのうちの少なくとも1つに基づいて送達処置の間の造影剤を送達するよう注入器を制御することを含む：造影剤の送達速度が送達処置の全時間にわたって一定である第1の注入プロトコル；送達処置の第1の間隔では、造影剤の送達速度が初期の一定の送達速度であり、第1の間隔の後の送達処置の第2の間隔では、造影剤の送達速度が、初期の一定の送達速度より低い後続の一定の送達速度であり、第2の間隔が第1の間隔より長い、第2の注入プロトコル；および造影剤の送達速度が、初期送達速度から、造影剤の送達速度が送達処置の残りの部分を通して一定に保たれる後続のより低い送達速度まで経時的に指数関数的に減衰する第3の注入プロトコル。
【０１０７】
図4A〜図4Cは、経時的にほぼ線形速度で増加する患者の血液プール中の造影剤の濃度を達成するための注入プロトコルの例示的な実施態様のグラフである。図4Dは、図4A〜図4Cにおける経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度の例示的な実施態様のグラフである。一例として、第1の注入プロトコルでは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な血液中の造影剤の濃度のほぼ線形の増加を、造影剤の送達速度が送達処置の全時間にわたって一定である、図4Aに示す注入プロトコルに基づいて提供することができる。例えば、制御システム120は、送達処置の開始からほぼ一定した造影剤送達レベルで拡散性造影剤を送達するよう注入器140を制御し、患者の身体内の血液プール全体にわたる拡散性造影剤の初期平衡を可能にするために、送達処置の開始から（例えば、送達処置の開始から約20〜120秒間）イメージング処置を遅延させるようイメージングシステム110を制御する。
【０１０８】
一例として、第2の注入プロトコルでは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な血液中の造影剤の濃度のほぼ線形の増加を、送達処置の第1の間隔では、造影剤の送達速度が初期の一定の送達速度であり、第1の間隔の後の送達処置の第2の間隔では、造影剤の送達速度が、初期の一定の送達速度より低い後続の一定の送達速度であり、第2の間隔が第1の間隔より長い、図4Bに示す注入プロトコルに基づいて提供することができる。例えば、制御システム120は、経時的な血液中の拡散性造影剤の濃度のほぼ線形の増加を達成する時間を短縮することができる、初期のより高い一定の造影剤送達速度の後により長くより低い定常状態の造影剤送達速度が続く2相注入として拡散性造影剤を送達するよう注入器140を制御し、患者の身体内の血液プール全体にわたる拡散性造影剤の初期平衡を可能にするために、送達処置の開始からイメージング処置を遅延させるようイメージングシステム110を制御する。
【０１０９】
一例として、第3の注入プロトコルでは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な血液中の造影剤の濃度のほぼ線形の増加を、造影剤の送達速度が、初期送達速度から、造影剤の送達速度が送達処置の残りの部分を通して一定に保たれる後続のより低い送達速度まで経時的に指数関数的に減衰する、図4Cに示す注入プロトコルに基づいて提供することができる。例えば、制御システム120は、造影剤送達速度が閾値速度を満たすまで経時的に指数関数的に減衰する初期造影剤送達速度で拡散性造影剤を送達し、送達処置の残りの部分にわたって造影剤送達速度を閾値速度に維持するように注入器140を制御する。
【０１１０】
図4A〜図4Cに関して論じた様々な注入相の具体的な流量および持続時間は、例えば、その開示が参照により組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、図4、米国特許第5840026号、米国特許第6385483号、および米国特許第8295914号に関連して本明細書により詳細に記載されているように、造影剤を含む造影液のパラメータ、患者のパラメータ、および／または撮像されている組織のパラメータに依存し得ることに留意されたい。
【０１１１】
いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤を送達することは、一連のシーケンスブロックにおける経時的な血液中の造影剤の濃度を提供するために造影関連パラメータに基づいて送達処置の間に造影剤を送達するよう注入器を制御することを含む。例えば、造影剤を送達することは、一連のシーケンスブロックと関連付けられた造影関連パラメータと関連付けられた、かつ／または造影関連パラメータによって定義された一連のシーケンスブロックにおいて経時的に患者の血液プール中の造影剤の濃度を達成することと関連付けられた注入プロトコルに基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御することを含む。
【０１１２】
いくつかの非限定的な実施形態では、血液中の造影剤の濃度は、シーケンスブロックの間またはその全体にわたってほぼ一定である。例えば、経時的な血液中の造影剤の濃度の増加率は、一連のシーケンスブロック内の個々のシーケンスブロックの間またはその全体にわたって（例えば、一連のシーケンスブロック内の個々のシーケンスブロックにおける体積のMR励起および個々の信号の同時取得の間またはその全体にわたって）造影剤のほぼ一定の濃度を提供する増加率とすることができる。いくつかの非限定的な実施形態では、血液中の造影剤の濃度は、イメージング法の画像またはデータの取得にわたって、例えば、X線透視フレーム、CT−スピン180°＋角度（例えば、単一角投射）、1つまたは複数のPET一致事象などの取得にわたってほぼ一定である。個々のシーケンスブロック（または画像／信号取得）の間またはその全体にわたる造影剤のそのようなほぼ一定の濃度により、運動その他の動的現象に起因する取り込み画像におけるぶれが低減され、取り込みおよび取り込み画像における動的現象の特徴付けの正確さが向上し、かつ／または測定値を使用した患者の評価および診断のモデル化が可能になる。
【０１１３】
いくつかの非限定的な実施形態では、血液中の造影剤の濃度は、一連のシーケンスブロック内の第1のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で増加し、血液中の造影剤の濃度は、一連のシーケンスブロック内の第2のシーケンスブロックのサブセットにわたってほぼ線形速度で減少する。例えば、造影剤を送達することは、一連のシーケンスブロック内の第1のシーケンスブロックのサブセットにおいて経時的にほぼ線形速度で増加し、一連のシーケンスブロック内の第2のシーケンスブロックのサブセットにおいて経時的にほぼ線形速度で減少する患者の血液プール中の造影剤の濃度を達成することと関連付けられた注入プロトコルに基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御することを含む。
【０１１４】
いくつかの非限定的な実施形態では、血液中の造影剤の濃度は、そこから複数の信号が取得され、一連のシーケンスブロックにおける経時的な体積中の造影剤の濃度と関連付けられた情報が生成される一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で増加し、血液中の造影剤の濃度は、そこから、別の一連のシーケンスブロックにおいてMR励起に曝露された体積からの複数の他の信号が取得され、その別の一連のシーケンスブロックにおける体積中の造影剤の濃度と関連付けられた別の情報が生成される別の一連のシーケンスブロックにおいて経時的にほぼ線形速度で減少する。例えば、制御システム120は、血液中の造影剤の濃度が経時的にほぼ線形速度で増加する第1の期間の間に体積の第1の信号展開を生成するために第1のMR指紋イメージング法を適用し、血液中の造影剤の濃度が経時的にほぼ線形速度で減少する第2の期間の間に体積の第2の信号展開を生成するために第2のMR指紋イメージング法を適用することができる。
【０１１５】
図3にさらに示すように、ステップ304で、プロセス300は、一連の可変シーケンスブロックにおいて体積をMR励起に曝露するために、一連のシーケンスブロックにおいて対象物内の体積に無線周波数（RF）エネルギーを印加するようイメージングシステムを制御するステップを含む。例えば、制御システム120は、対象物内の体積にRFエネルギーを印加するようイメージングシステム110（例えば、核磁気共鳴（NMR）撮像装置）を制御する。体積は、1つまたは複数の共鳴種を含み得る。いくつかの非限定的な実施形態では、対象物は患者であり、共鳴種は組織、脂肪、水、水素、および補綴材を含み得るがこれに限定されない。
【０１１６】
いくつかの非限定的な実施形態では、RFエネルギーは一連の可変シーケンスブロックにおいて印加される。いくつかの非限定的な実施形態では、シーケンスブロックの以下のパラメータのうちの少なくとも1つを含むいくつかのパラメータが変動する：エコー時間、フリップ角、相符号化、拡散符号化、フロー符号化、RFパルス振幅、RFパルス位相、RFパルス数、シーケンスブロックの励起部分とシーケンスブロックの読み出し部分との間で適用される勾配の種類、シーケンスブロックの励起部分とシーケンスブロックの読み出し部分との間で適用される勾配の数、シーケンスブロックの読み出し部分とシーケンスブロックの励起部分との間で適用される勾配の種類、シーケンスブロックの読み出し部分とシーケンスブロックの励起部分との間で適用される勾配の数、シーケンスブロックの読み出し部分の間に適用される勾配の種類、シーケンスブロックの読み出し部分の間に適用される勾配の数、RFスポイリングの量、勾配スポイリングの量など。いくつかの非限定的な実施形態では、2、3、4、またはそれ以上のパラメータがシーケンスブロック間で変動する。いくつかの非限定的な実施形態では、シーケンスブロック間で変動するパラメータの数自体が変動し得る。例えば、A1（シーケンスブロック1）は、5つのパラメータにおいてA2と異なり、A2は7つのパラメータにおいてA3と異なり、A3は、2つのパラメータにおいてA4と異なり得る。当業者であれば、この多数のパラメータを変動させることによって一連のシーケンスブロックをほぼ無数に作成することができることを理解するであろう。一実施形態では、一連のシーケンスブロックは、その連続がその変動するパラメータによって定義される異なる量（例えば、1％、2％、5％、10％、50％、99％、100％）の一意のシーケンスブロックを有するように作成される。異なる実施形態では、一連のシーケンスブロックは、10を超えるシーケンスブロック、100を超えるシーケンスブロック、1000を超えるシーケンスブロック、10000を超えるシーケンスブロック、および10万を超えるシーケンスブロックを含み得る。
【０１１７】
いくつかの非限定的な実施形態では、シーケンスブロックの、シーケンスブロック間の時間量、シーケンスブロックの相対振幅、シーケンスブロックの相対位相などのパラメータのうちの少なくとも1つを含むいくつかのパラメータが変動する。例えば、シーケンスブロック間で個々のパラメータ（例えばフリップ角、位相など）を変動させることができるだけでなく、シーケンスブロック間の時間およびシーケンスブロック間の他の差も変動させることができる。これにより、信号展開において追加の信号内容を作成することが容易になる。一例として、いくつかの非限定的な実施形態では、シーケンスブロックの、造影関連パラメータに基づいて、例えば、シーケンスブロック間の患者の血液プール（および／または撮像される体積）中の造影剤の濃度が変動する。例えば、患者の血液プール中の造影剤の濃度は、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロック間でほぼ線形に変動し得る。いくつかの非限定的な実施形態では、シーケンスブロックの他のパラメータが造影関連パラメータに基づいて変動する。例えば、シーケンスブロックのパラメータは、シーケンスブロックの造影関連パラメータと関連付けられ、かつ／またはこれによって定義された患者の血液プール中（および／または撮像されている体積中）の造影剤の濃度の予期される変化に基づいて変化し得る。いくつかの非限定的な実施形態では、ボーラスの位置を追跡するために、例えば、合成MRイメージング法の間のボーラスの位置を追跡するために、従来のMRIスキャンを一連のシーケンスブロックとインターリーブすることができる。
【０１１８】
いくつかの非限定的な実施形態では、その全開示が参照により本明細書に組み入れられる、GE Lunar CorpのパンフレットSL172E 7／01著作権2001に記載され、図示されているように、イメージングシステム110を較正するために、イメージングシステム110に患者と共に較正ファントムが配置され、これにより再構成されたハウンズフィールド単位の絶対ハウンズフィールド単位への変換が可能になる。いくつかの非限定的な実施形態では、関心対象の外部領域ではなく、患者の脂肪、骨、および／または筋肉組織がイメージングシステム110の較正に使用されるが、そのような脂肪、骨、および／または組織に基づく較正は、組織が一定のハウンズフィールド単位のものであるのは造影剤がその組織に到達し始めるまでの間だけであるので、一部の例でしか有効ではない可能性もある。例えば、そのような脂肪、骨、および／または組織に基づく較正は、イメージング標的または関心対象の領域が、肺、心臓、または脊椎や食道などの大きな血管および組織である場合にはより有効である可能性が高い。較正のための患者の組織の使用はまた、イメージング注入の中期部分または後期部分に対してよりも試験注入またはイメージング注入の開始時に適用可能であり得る。MRイメージングでは、ファントムは、好ましくは体内で予期される濃度をカバーする広範囲の濃度のイメージング研究で使用されている造影剤で満たされた管または他の血管を含み得る。これらの管は、全体的なイメージング処置が予期された通りに行われていることの品質検査として使用することができる。
【０１１９】
いくつかの非限定的な実施形態では、シーケンスブロックの間に印加されるRFエネルギーは、異なる個々の共鳴種に個々の信号を同時生成させる（例えば、個々のNMR信号を同時生成させる）ように構成される。従来のMRイメージングシステムとは異なり、一連の可変シーケンスブロックのうちの少なくとも1つのメンバが、少なくともN個のシーケンス・ブロック・パラメータにおいて一連の可変シーケンスブロックの少なくとも1つの他のメンバと異なり、Nは1より大きい整数（例えば、2を超える整数など）であり、信号展開の信号内容は、より多くのパラメータが変動すると潜在的により豊富な信号が取得されるように、Nと共に直接変動する。
【０１２０】
いくつかの非限定的な実施形態では、イメージングシステム110は、図5に関連して本明細書により詳細に記載されているように、決定された注入プロトコル入力に基づいて患者を撮像するように制御される。例えば、制御システム120は、患者の血液プール中に造影剤の所望の濃度（例えば、均一な血液造影剤レベル、一定の造影剤レベル、線形に変化する造影剤レベルなど）が存在するようになるまで撮像を遅延させるようにイメージングシステム110を制御することができる。一例として、制御システム120は、本明細書に記載されるように、造影剤濃度レベルの推定、シミュレーション、および／または測定に基づいて、造影剤の所望の濃度を決定することができる。
【０１２１】
図3にさらに示すように、ステップ306で、プロセス300は、一連のシーケンスブロックにおいて複数の信号を取得するようにイメージングシステムを制御するステップを含む。例えば、制御システム120は、一連のシーケンスブロックにおいて複数の信号を取得するようにイメージングシステム110（例えば、核磁気共鳴（NMR）撮像装置）を制御する。いくつかの非限定的な実施形態では、制御システム120は、造影剤の送達前に、造影剤の送達の間に、造影剤の送達後に、造影剤の濃度が患者の血液プール中で安定したときに、造影剤の濃度が患者の血液プール中で直線的に上昇し、かつ／もしく直線的に降下しているときに、かつ／またはそれらの任意の組み合わせとして複数の信号を取得する（例えば、体積を走査する）ようイメージングシステム110を制御する。例えば、制御システム120は、一連のシーケンスブロック内の各シーケンスブロックにおいて同時生成された個々のNMR信号を取得するようNMR装置を含むイメージングシステム110を制御する。イメージング関連のNMR信号を取得することができる時間が厳しく制限される（例えば、4〜5秒）従来のMRシステムとは異なり、著しく長い期間にわたってNMR信号を取得するようNMR装置を制御することができる。例えば、NMR装置は、最大10秒間、最大20秒間、最大100秒間、またはそれ以上の期間にわたって信号を取得するよう制御することができる。信号情報内容が、一連の変動するシーケンスブロックにおいて印加された一連の変動するRFエネルギーに応答してより長い期間にわたって実行可能な状態のままであるので、NMR信号をより長い期間にわたって取得することができる。
【０１２２】
いくつかの非限定的な実施形態では、一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックが複数のパラメータと関連付けられ、複数のパラメータはシーケンスブロックにおいてMR励起と関連付けられる。例えば、シーケンスブロックにおけるMR励起は、体積中の1つまたは複数の共鳴種に個々の信号を同時生成させ、複数の信号は同時生成された個々の信号を含む。一例として、シーケンスブロックは、一連のシーケンスブロック内の別のシーケンスブロックと、複数のパラメータのうちの2つ以上のパラメータが異なり、複数のパラメータは、体積と関連付けられた血液中の（例えば、体積を含む患者の血液プール中の）造影剤の濃度と関連付けられた造影関連パラメータを含む。
【０１２３】
いくつかの非限定的な実施形態では、複数の信号は、合成磁気共鳴（MR）イメージング処置および／またはMR指紋イメージング処置で一連のシーケンスブロックにおいてMR励起に曝露された対象物（例えば患者）内の体積（例えばボクセル）から受け取られる。例えば、複数の信号は、各々の開示が参照により全体として本明細書に組み入れられる、Maらによる論文「Magnetic Resonance Fingerprinting」、Nature、2013年3月14日、第495（7440）巻、187〜192ページ、および／または2011年3月18日に出願され、米国特許第8723518号として発行された米国特許出願第13／051044号に記載されているMR指紋法において対象物内の体積から生成され、取得され、かつ／または受け取られる。一例として、複数の信号は、例えば、各々の開示が参照により全体として本明細書に組み入れられる、2012年7月2日に出願され、米国特許第9618596号として発行された米国特許出願第13／540027号や、2010年10月14日に出願された、米国特許出願第13／879321号に記載されているように、磁気共鳴イメージングと併用するためのSyntheticMR ABによって開発されたSyMRI（登録商標）ソフトウェアを用いる合成MR法において対象物内の体積から生成され、取得され、かつ／または受け取られる。プロセス200のステップ202に関するさらなる詳細を、図3および図4に関連して以下で示す。
【０１２４】
図3に示すように、ステップ308で、プロセス300は、複数の信号を1つまたは複数の既知の信号展開と比較するステップを含む。いくつかの非限定的な実施形態では、1つまたは複数の既知の信号展開は、1つまたは複数の既知の共鳴種および1つまたは複数の既知の共鳴種と関連付けられた血液中の造影剤濃度の既知の値と関連付けられる。例えば、制御システム120は、各々の開示が参照により全体として本明細書に組み入れられる、Maらによる論文「Magnetic Resonance Fingerprinting」、Nature、2013年3月14日、第495（7440）巻、187〜192ページ、および／または2011年3月18日に出願され、米国特許第8723518号として発行された米国特許出願第13／051044号に記載されているパターンマッチング法を使用して、複数の信号を、（例えば、既知の信号展開のライブラリまたはデータベース内の）1つまたは複数の既知の、格納され、シミュレートされ、かつ／または予測された信号展開と比較する。いくつかの非限定的な実施形態では、「格納された」信号展開は、以前に取得された信号、例えば、本明細書の図3に関連して説明されたように生成された信号展開、シミュレートされた信号、またはその両方を含み得る。いくつかの非限定的な実施形態では、格納された信号展開は、対象物または患者から取得されなかった信号と関連付けられ、いくつかの非限定的な実施形態では、格納された信号展開は、対象物または患者から取得された信号と関連付けられる。
【０１２５】
図3にさらに示すように、ステップ310で、プロセス300は、信号と関連付けられた情報を決定するステップを含む。例えば、制御システム120は、受信信号を、その再構成、緩和パラメータ、造影濃度パラメータ、または他の情報がすでに利用可能な既知の信号と照合し、それによって定量的結果の生成を円滑化する。いくつかの非限定的な実施形態では、1つまたは複数の既知の信号展開は、1つまたは複数の既知の共鳴種における1つまたは複数の体積中の造影剤の濃度の既知の値と関連付けられる。いくつかの非限定的な実施形態では、1つまたは複数の既知の信号展開は、一連のシーケンスブロックにおける経時的な1つまたは複数の共鳴種内の1つまたは複数の体積中の造影剤の濃度が一次関数と関連付けられる信号を含む。
【０１２６】
次に図5を参照すると、図5は、造影剤の濃度と関連付けられた情報を生成するためのプロセス500の非限定的な実施形態または態様のフローチャートである。いくつかの非限定的な実施形態では、プロセス500のステップのうちの1つまたは複数が制御システム120（例えば、制御システム120の1つまたは複数の装置）によって（例えば、完全に、部分的になど）行われる。いくつかの非限定的な実施形態では、プロセス500のステップのうちの1つまたは複数が、イメージングシステム110、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150（例えば、イメージングシステム110、ユーザインターフェース130、注入器140、および／または1個または複数の外部データシステム150のうちの1つまたは複数の装置）などの、制御システム120とは別の、または制御システム120を含む別の装置または装置のグループによって（例えば、完全に、部分的になど）行われる。
【０１２７】
図5に示すように、ステップ502で、プロセス500は、患者と関連付けられたデータに基づいて、所与の入力についての時間拡張出力を提供する患者の入力関数（例えば血液プール入力関数、患者伝達関数など）を求めるステップを含む。例えば、入力関数は、その開示が参照により本明細書に組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、米国特許第5840026号、米国特許第6385483号、および米国特許第8295914号に記載されている入力関数を求めるシステムおよび方法に基づいて求めることができる。いくつかの非限定的な実施形態では、入力関数は、経時的な患者の血液プール（および／または撮像されている体積）中の造影剤（例えば、血液プール造影剤、拡散性造影剤など）の濃度と関連付けられた血液プール入力関数である。
【０１２８】
図5にさらに示すように、ステップ504で、プロセス500は所望の時間拡張出力を決定するステップを含む。例えば、所望の時間拡張出力は、造影関連パラメータと関連付けるかまたはそれに基づくものとすることができる。一例として、所望の時間拡張出力は、以下のうちの少なくとも1つを含むことができる：一連のシーケンスブロック内のシーケンスブロックにおける対象物内の体積中の造影剤の濃度、一連のシーケンスブロックにおける経時的な体積中の造影剤の濃度、該シーケンスブロックにおける患者の血液プール中の造影剤の濃度、一連のシーケンスブロックにおける経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度、該シーケンスブロックにおける血液を含む対象物内の体積の小部分、一連のシーケンスブロックにおける経時的な血液を含む対象物内の体積の小部分、対象物の細胞外体積中の造影剤の濃度、該シーケンスブロックにおける細胞外体積を含む対象物内の体積の小部分、対象物の細胞外体積中の造影剤の濃度、および一連のシーケンスブロックにおける経時的な細胞外体積を含む対象物内の体積の小部分など。いくつかの非限定的な実施形態では、所望の時間拡張出力は、一連のシーケンスブロックと関連付けられた造影関連パラメータに基づいて決定される。例えば、所望の時間拡張出力は、造影関連パラメータと関連付けられ、かつ／またはこれによって定義された一連のシーケンスブロックにおける経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度の達成に基づいて決定される。
【０１２９】
図5にさらに示すように、ステップ506で、プロセス500は、患者の入力関数を使用して、所望の時間拡張出力を達成する時間に基づいて導出される注入プロトコル入力を決定するステップを含む。例えば、所望の時間拡張出力は、（i）経時的な患者の血液プール中の造影剤のほぼ一定の濃度、（ii）経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度のほぼ線形の変化率、（iii）MR指紋法のための信号展開を生成するのに利用される造影剤の時変濃度、またはそれらの任意の組み合わせ、のうちの少なくとも1つなど、経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度と関連付けることができる。いくつかの非限定的な実施形態では、経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度のほぼ線形の変化率は、経時的な患者の血液プール中の造影剤の濃度のほぼ線形の増加、ほぼ線形の減少、またはそれらの組み合わせである。
【０１３０】
いくつかの非限定的な実施形態では、注入プロトコル入力は、所望の時間拡張出力を達成する時間を最小化するように最適化される。例えば、注入プロトコル入力を、経時的に患者の血液プール中の造影剤のほぼ一定の濃度を達成する時間を最小化するように最適化することができる。例えば、注入プロトコル入力を、経時的に患者の血液プール中の造影剤の濃度のほぼ線形の変化率を達成する時間を最小化するように最適化される。一例として、注入プロトコル入力を、解析的解法を使用して、または重み付き最小二乗数値最適化などの数値制約付き最適化法などを使用して決定することができる。
【０１３１】
図5にさらに示すように、ステップ508で、プロセス500は、決定された注入プロトコル入力に基づいて造影剤を送達するよう注入器を制御するステップを含む。例えば、制御システム120は、決定された注入プロトコル入力に基づく注入プロトコルに従ってボーラス注入によって造影剤を送達するよう注入器140を制御する。一例として、制御システム120は、決定された注入プロトコル入力に基づいて患者を撮像するよう（例えば、所望の時間拡張出力が決定された注入プロトコル入力に従って達成されると撮像を開始するよう）イメージングシステム110を制御する。いくつかの非限定的な実施形態では、イメージングは、陽電子放出断層撮影（PET）イメージング、コンピュータ断層撮影（CT）イメージング、磁気共鳴（MR）イメージング、単光子放出コンピュータ断層撮影（SPECT）イメージング、またはそれらの任意の組み合わせ、のうちの1つを含む。
【０１３２】
本明細書で特に指示されない限り、造影剤の送達の決定に関連するのは、経時的な（例えば1秒当たりの）造影剤の量（例えばatomsやミリグラム）であることに留意されたい。というのは、造影剤を含む造影液が造影剤の異なる濃度で利用できるからである。本明細書に記載されるように、いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤の送達を、一定濃度の造影剤を用いて流量を制御または変更することによって制御および／または変更することができる。本明細書にさらに記載されるように、いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤の送達を、例えば、経時的に一定の総体積流量で、経時的に造影液と生理食塩水（または他の希釈剤もしくはフラッシュ流体）の比率を変えることによって制御および／または変更することができる。
【０１３３】
図6A〜図6Cに、本明細書に記載されるプロセスの適用によって生成される注入結果の例示的な実施態様および例示的な注入プロトコルを示す。図6Aおよび図6Bは、患者の上行大動脈における造影剤濃度を表している。図6Cは、経時的な注入プロファイルまたは流速を表している。グラフの縦の単位は、患者の大きさ、体重、造影剤濃度、イメージングの感度などに左右されるため、任意である。図6A〜図6Cのグラフの横軸は秒単位の時間である。図6Aにおいて、曲線Aは、中央循環へのボーラスの適時の搬送を保証するのに十分な総体積流量で、十分な生理食塩水フラッシュを用いて、非常に高い濃度の造影剤を、例えば30単位、すべて1秒間に注入することによって生成された強調を表している。
【０１３４】
図6Aの曲線Aに示すように、約40秒で第1の最小値から開始する幾分安定した減衰に至るまで20秒間にわたって関心対象の領域に急速な上昇と造影剤濃度の第1の最小値までの下降とが生じている。約60秒から80秒まで初期造影パルスの再循環によりわずかな上昇またはピークが生じ、続いて、造影剤が組織内に拡散し、体によって代謝され、かつ／または排出されるに従って連続した長い、ゆっくりとした減少が生じる。曲線Aは、この患者のインパルス応答であるとみなされてよく、試験ボーラスおよび測定を使用して決定されるか、または例えば本明細書に記載されるように生理学的モデルによって近似され得る。図6Aにおいて、曲線Bは、やはり十分な総体積流量および生理食塩水フラッシュを用いて、30秒間にわたって注入された30単位を表している。約120秒で再循環ピークが過ぎた後、曲線Aと曲線Bは本質的にまたはほぼ同一であり、拡散、代謝、および／または排出による漸進的な減衰を表している。30秒間の注入はより長時間にわたって行われるので、0秒から35秒までの最初の上昇はよりゆっくりであり、再循環ピークも同様に遅延され、広がる。造影剤濃度が線形に減少するMR指紋画像を撮ることが目標である場合、撮像は注入後少なくとも100秒間または120秒間遅延される。
【０１３５】
図6Bにおいて、例えば、直線の方程式、y（t）＝A＊t＋Bによって定義される直線Cは、曲線Aの安定的に減衰するセグメントに適合される。直線Cとして示されたこの傾斜に、本明細書に記載される患者入力を決定するモデルのうちの1つまたは複数を使用して、実際的で達成できる程度の速さの時間、例えば10秒で達する注入処置またはプロトコルを生成することが望ましいであろう。図6Cに、例示的な注入プロトコルまたは注入処置入力を示す。曲線Fは、経時的な注入処置入力または注入プロトコル流量である。例えば、曲線Fは、Microsoft Excel（登録商標）のGRG Nonlinear解法を使用して、患者インパルス応答で畳み込まれた注入処置入力と直線Cとの間で10秒から110秒までの時間にわたって毎秒の最小二乗誤差を最小化しながら毎秒の注入流量を選択して計算することができる。この時間範囲は、例えば、100秒の走査時間が必要とされた場合に有用である。注入処置入力Fの注入は、図6Bの曲線Dに示される造影剤の濃度をもたらす。あるいは、注入処置は、70秒の走査持続時間が必要なすべての時間である場合には、80秒までの間だけ減衰線Cとマッチするように計算されてもよい。例えば、注入は曲線Fと同じであり得るが、約74秒でゼロに降下し得る。他のより長いまたはより短い持続時間も同様に達成され得る。当業者には公知のように、GRGアルゴリズム、畳み込み、および／または最小二乗誤差の計算は、例えばMatlabやC＋＋などの他の言語で、例えば他のコンピュータ上で、図1に関連して本明細書に記載されているように実施されてもよく、かつ／または注入処置入力を決定するための他の公知のアルゴリズムを使用することができる。
【０１３６】
線Cは、任意の傾きおよび／または切片の直線であり得る。例えば、線Cの傾きが0であり、切片が注入されるべき血液プール造影の総量を予想される総血液量で割ったものである場合、結果として得られる注入処置入力は、第1の最小値に達するのに必要な40秒または再循環ピーク後もしくは多くの場合許容される2から3分後に安定した平衡に達する100秒よりもずっと短い時間で、血液プール造影の安定したイメージングが開始することを可能にする。本明細書に記載されるように、この走査時間および患者時間の時間節約は相当なものになり得る。同様に、線Cは、正の傾きを有し、よって、血液または組織中の造影剤の上昇する濃度を表し得る。全体として上昇する造影剤濃度は、図4Aの単純な長い一定の注入で達成され得るが、本明細書に記載されている入力関数決定アルゴリズムを使用すれば安定した線形領域により速く到達し得る。
【０１３７】
いくつかの非限定的な実施形態では、その開示が全体として参照により本明細書に組み入れられる、本開示の譲受人に譲渡された、2012年4月6日に出願され、米国特許第9436989号として発行された、米国特許出願第14／123390号に記載されているイメージング法を使用して、1回の取得で（例えば、1つのNMRシーケンスブロックまたは一連のシーケンスブロックで）可能なものよりも大きい領域または体積を撮像することができる。いくつかの非限定的な実施形態では、血管を含む撮像された領域内の1個または複数のボクセルを使用して、その領域中の造影剤の濃度と関連付けられた1つまたは複数のパラメータを決定することができ、その領域内の1個または複数のボクセル中の造影剤の決定された濃度を、同様の時間的経過の造影の濃度を有する1個または複数の当該血管によって灌流された領域内の別の1個または複数のボクセルに適用することができる。一例として、対象物内の体積と関連付けられた情報は、経時的な体積内の血液中の造影剤の濃度、経時的な血液を含む体積の小部分、経時的な患者の細胞外体積中の造影剤の濃度、経時的な細胞外体積を含む対象物内の体積の小部分、のうちの少なくとも1つを含むことができ、制御システム120は、対象物内の体積と関連付けられた情報に基づいて、対象物内の別の体積について、経時的な別の体積内の血液中の造影剤の濃度、経時的な血液を含む別の体積の小部分、経時的な患者の別の細胞外体積中の造影剤の濃度、経時的な別の細胞外体積を含む対象物内の別の体積の小部分、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも1つを推定することができる。
【０１３８】
図7Aおよび図7Bは、データベース内のMR信号展開の辞書またはライブラリ内で実施され、モデル化され、かつ／または定義された信号展開の造影関連パラメータを示すグラフである。ある範囲の濃度で、例えば約0．25〜1モル／リットル（M／l）の範囲の造影液中の造影剤の濃度で、いくつかの製造業者から入手可能な複数のMR造影液がある。MR造影剤の緩和度は、例えば、約4の緩和度から約10の緩和度まで変動し得る。
【０１３９】
Gulaniらによって記載されているように、異なる信号展開に組み込まれるT1およびT2の値は、T1およびT2の値に応じて変動するステップサイズを有する。同様に、複数の桁（例えば、5桁やt桁など）をカバーし得る、対象物の体積中の造影剤濃度を組み込むために、ステップを対数にすることができる（例えば、5桁または6桁をカバーし得る造影剤濃度には、5ステップ、1、0．63、0．398、0．251、0．158、0．1）。対数変換は、例えば、5桁または6桁では1E−6M／lまで繰り返され得る。MRI内の磁石、コイルその他のノイズ源によっては、このレベルに近いかこのレベルを下回るレベルを区別できない可能性がある。MRI装置が向上し、かつ／またはより高い磁場がMRIに使用されるにつれて、より低い濃度の造影剤をモデル化することができる。例えば、造影剤濃度の各値または、緩和度で乗算された造影剤濃度など、造影剤濃度に関連したもしくは関連付けられたパラメータを用いて、MR信号展開を、造影剤濃度の対数ステップに基づいて作成することができる。造影剤濃度値は、辞書またはライブラリ内で信号展開を作成または生成するために使用されるシミュレーションの次元または変数のうちの1つに沿ったT1点およびT2点に類似している。造影剤濃度は、急速ボーラスピークの初回通過以外の、秒オーダー（例えば数秒など）のシーケンスなど、非常に高速なイメージングシーケンスまたはシーケンスブロックのための一定の造影剤濃度として効果的にモデル化することができる。造影剤濃度は、画像走査時間、例えば、約10から30秒の画像走査時間の間に、またはほぼ定常状態の濃度に達するのに十分な時間が経過した後で、相対的に一定の造影濃度を達成するために本明細書に記載される注入プロトコルが使用され、走査時間が、撮像されている体積における造影剤の拡散、代謝、および／または排出と比較して短い場合、一定の値としてモデル化され得る。
【０１４０】
例えば、造影濃度が定数として最適にモデル化されない可能性のあるイメージングプロトコルについて、シーケンスブロックごとの任意の造影剤濃度を用いて造影剤濃度をモデル化すると、計算される信号展開の数が大幅に拡大し、計算が急速に不可能になり、適合は著しく過剰決定され、または過度に制約される。しかしながら、いくつかの非限定的な実施形態では、造影剤濃度は通常、シーケンスブロックの長さと比較して経時的に実質的に緩やかに変化するので、造影剤濃度は経時的な線形濃度線としてモデル化される。例えば、経時的な造影剤濃度の線形モデルは、2つの造影関連の次元またはパラメータを含み、それらは信号展開の辞書またはライブラリの次元に追加される。一方のパラメータは0時間切片であり、他方のパラメータは経時的な傾きである。
【０１４１】
図7Aおよび図7Bには、本明細書に記載されるプロセスの非限定的な実施形態または態様の実施態様における、対象物内の体積中の経時的な造影剤濃度の線形モデル（例えば線）の例が示されている。データは、図7Aと図7Bとで同じであるが、図7Aでは、対象物の体積中の造影剤濃度の対数縦軸を使用しており、図7Bでは、対象物の体積中の造影剤濃度の線形縦軸を使用している。図7Aおよび図7Bの横軸は時間を示している。図7Aおよび図7Bの縦軸上の菱形のマーカは、線形造影剤濃度のy切片値を示している。線H、線I、および線Jは、0．001のy切片と、それぞれ、0．003981072、0．002511886、および0．001584893の傾きとを有する。線K、線L、および線Mは、1E−5のy切片と、それぞれ、0．000630957、0．0001、および2．51189E−05の傾きとを有する。辞書またはライブラリで使用される他のy切片値についても、同様の一組の線が作成され得る。図7Aおよび図7Bには示されていないが、いくつかの非限定的な実施形態では、図6A〜図6Cに関連して本明細書で論じた注入およびイメージングプロトコルと併せて用いられる辞書またはライブラリの信号展開を作成するために負の傾きを有する一組の線が使用される。また当然ながら、ゼロの傾きを有する線は、本明細書で論じた一定の造影濃度をモデル化または定義する。いくつかの非限定的な実施形態では、MR信号の応答が造影関連パラメータ、例えば、対象物内の体積中の造影の濃度に線形に依存しない場合があり、その非線形性は、信号展開における各シーケンスブロックの詳細な計算に含まれる。
【０１４２】
いくつかの非限定的な実施形態では、線の態様は減衰した指数関数であってよく（例えば、造影剤濃度は、指数関数的に減衰する傾きを有する部分を有する線でモデル化または定義することができる）、これはまた、2つの変数（例えば、y＝A＊exp（−B＊t））を使用してモデル化され得る。いくつかの非限定的な実施形態では、造影関連パラメータは、増加指数関数（例えば、y＝A（1−exp（−B＊t）））を含み、これは、対象物内の体積中の造影剤濃度をモデル化し得る。いくつかの非限定的な実施形態では、追加の変数を有するより洗練された高次の線を使用することができる。例えば、追加の変数の使用は、主に、信号展開または指紋の辞書またはライブラリを作成する計算時間と、体積またはボクセルごとのマッチング（例えば、収束マッチング）を行う時間とによって制限される。しかしながら、コンピュータの能力が年々増加するにつれて、造影関連パラメータのますます洗練されたモデル化がより実用的になっている。
【０１４３】
以上の開示は、例示および説明を提供しているが、網羅的であることも実施態様を開示された通りの形態に限定することも意図するものではない。改変および変形は上記の開示を考慮すれば可能であり、または実施態様を実施することにより取得され得る。
【０１４４】
いくつかの実施態様は、閾値と関連して本明細書で説明されている。本明細書で使用される場合、閾値を満たすことは、値が、閾値より大きいこと、閾値より多いこと、閾値より高いこと、閾値より大きいかまたは閾値と等しいこと、閾値より小さいこと、閾値より少ないこと、閾値より低いこと、閾値より低いかまたは閾値と等しいこと、閾値と等しいことなどを指し得る。
【０１４５】
本明細書に記載されているシステムおよび／または方法は、様々な形態のハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実施できることが明らかであろう。これらのシステムおよび／または方法を実施するために使用される実際の専用の制御ハードウェアまたはソフトウェアコードは、実施態様を限定するものではない。よって、システムおよび／または方法の動作および挙動は、本明細書では、特定のソフトウェアコードを参照せずに記載されている。本明細書の説明に基づいてシステムおよび／または方法を実施するようにソフトウェアおよびハードウェアを設計できることを理解されたい。
【０１４６】
たとえ特徴の特定の組み合わせが特許請求の範囲に記載されており、かつ／または本明細書に開示されていても、これらの組み合わせは可能な実施態様の開示を限定するためのものではない。実際、これらの特徴の多くを、特許請求の範囲に具体的に記載されていない、かつ／または本明細書に開示されていない方法で組み合わせることができる。特許請求の範囲に記載される各従属請求項はただ1つの請求項に直接従属し得るが、可能な実施態様の開示は、各従属請求項と請求項セット内の他のすべての請求項との組み合わせを含む。
【０１４７】
特に指示されない限り、本明細書に開示されているすべての範囲または比率は、その中に包含されるありとあらゆる部分範囲または部分比率を包含するものと理解されたい。例えば、「1対10」と記載された範囲または比率は、最小値1と最大値10との間の（それらを含めた）ありとあらゆる部分的範囲を含むとみなされるべきである。すなわち、最小値1以上から始まり最大値10以下で終わるすべての部分範囲または部分比率、例えば、1から6．1、3．5から7．8、5．5から10などであるが、これに限定されない。
【０１４８】
本明細書で言及された、これに限定されないが発行済みの特許や特許出願などのすべての文書は、特に指示されない限り、その全体が「参照により組み入れられる」ものとみなされる。
【０１４９】
本明細書で使用される要素、動作、または命令はいずれも、そのように明記されない限り、重要または不可欠と解釈されるべきではない。また、本明細書で使用される場合、冠詞の「a」および「an」は、1つまたは複数の項目を含むことを意図されており、「1つまたは複数」と区別なく使用され得る。さらに、本明細書で使用される場合、「set（組み、セット）」という用語は、1つまたは複数の項目（例えば、関連項目、非関連項目、関連項目と非関連項目の組み合わせなど）を含むことを意図されており、「1つまたは複数」と区別なく使用され得る。ただ1つの項目が意図されている場合には、「1つの」という用語または類似した表現が使用される。また、本明細書で使用される場合、「has」、「have」、「having」などの用語は、非限定の用語であることを意図されている。さらに、「based on（〜に基づく）」という句は、特に明記されない限り、「少なくとも一部は、〜に基づく」を意味することを意図されている。
【符号の説明】
【０１５０】
100  環境
101  撮像装置
102  エネルギー源
103  エネルギーセンサ
104  コンピュータ
107  補助センサ
110  イメージングシステム
120  制御システム
121  コンピュータ
122  処理装置
123  コンピュータ可読記憶媒体
124  システムバス
125  システムメモリ
126  取り外し不能メモリ
129  外部インターフェース
130  ユーザインターフェース
131  GUIディスプレイ
132  キーボード、マウス、または他の装置
133  プリンタ
134  スピーカ
140  注入器
141  造影液
142  生理食塩水または他の流体
150  1個または複数の外部データシステム、コンピュータシステム
160  患者支持体、患者ポジショナ
200  プロセス
300  プロセス
500  プロセス
【図１】
2020500071.tif 000003
【図２】
2020500071.tif 000004
【図３】
2020500071.tif 000005
【図４Ａ】
2020500071.tif 000006
【図４Ｂ】
2020500071.tif 000007
【図４Ｃ】
2020500071.tif 000008
【図４Ｄ】
2020500071.tif 000009
【図５】
2020500071.tif 000010
【図６Ａ】
2020500071.tif 000011
【図６Ｂ】
2020500071.tif 000012
【図６Ｃ】
2020500071.tif 000013
【図７Ａ】
2020500071.tif 000014
【図７Ｂ】
2020500071.tif 000015
【国際調査報告】
2020500071.tif 000016
2020500071.tif 000017