JP2006524089A - 磁気共鳴画像化システムにおける電気刺激のシミュレーション方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−傾斜波形が不連続であり、双極性でない、
−2つ以上の傾斜軸を同時に使用する、
−傾斜コイルに対して患者の位置が異なる、
−システムによって傾斜コイルの設計が異なる。
−神経は連続する刺激の相対極性およびタイミングに応じて非線形に応答する。
−神経の励起に続いて、神経をそれ以上刺激できない不応期(リカバリー時間)がある。
−繰り返し刺激すると、神経(または少なくともそのパーセプション)は不感化する。
1. 時間変化する磁場または電場における神経応答のより正確な時間モデルを利用する。
2. 使用する傾斜コイルの磁気設計の明示的知識を組み込んでいる。
3. スキャンシーケンスおよび傾斜コイル特性により決まる電場に時間的、空間的に依存する電場を計算する。
4. 傾斜コイル内のいろいろな空間的場所で純電場の時間依存表現となる、各傾斜コイル軸からの電場成分をベクトル合成する。
5. 神経応答の改良した時間モデルを用いて、各場所における刺激確率を計算する。
6. 小さいまたは大きい患者及び/または異なる体の位置について、刺激確率を重み付けする目的で患者サイズを決定することにより、QBC RFパワー調整により決定した、患者を載せたことによる効果から得られる知識を利用する。
7. 刺激が起こりうる位置と時間ポイントを特定し、オペレータに注意を促す。
8. 予測した刺激確率からのフィードバックの結果としてMRパルスシーケンスを任意的に改良する。
9. (人体の位置を特定し、計算回数を減らすため)傾斜コイル内の人体の予備MRIから得られたマスクを用いて電場空間を任意的に空間マスキングする。
10. 電場決定の精度を上げるため、人体の電気的特性の明示的数値的表現を組み込む。
11. 同じ磁気共鳴システムで少なくとも1つの傾斜コイルを有するモデルを利用することができる。
12. 磁気共鳴システムのコンピュータにあり、各画像化スキャンの実行の一部として実行されるソフトウェアプログラムに、上のポイントをすべて統合する。
上記新規モデルの実験的評価
図5は、ISMRM 2000、p.2007でF.HebrankとM.Gebhardtにより発表されたデータに対する本発明によるモデルの検証を示している。最初のグラフは、傾斜ライズタイムC(μsec単位)に対する刺激閾値dB/dt(T/sec単位)を比較した性能を示している。点線28は、ここで説明した新規モデルからの出力である。実線29はHebrankの測定データである。図6に示した第2のグラフは、刺激閾値dB/dt(T/sec単位)の結果を刺激長さD(msec単位)の関数として示している。計算データ(点線30)のHebrankの測定データ(実線31)との一致は10%以内である。このように、ここで提示した新規モデルは少なくともHebrankモデルと同じくらい正確である。
Claims (15)
- 磁気共鳴画像化システムの少なくとも1つの傾斜コイルにより生成された傾斜磁場の変化率により生成された、被験者の神経システムへの電気的刺激のシミュレーション方法であって、
傾斜信号がフィルタリング関数を用いてフィルタされ、刺激信号が前記フィルタされた傾斜信号から導出され、前記刺激信号が所定の閾値を超えたときインジケータ信号を生成するため、前記刺激信号を前記閾値と比較し、
前記方法は、
スキャンシーケンスと傾斜コイル特性により決まる時間依存かつ空間依存した電場を計算するステップと、
前記傾斜コイル内のいろいろな空間的位置における全電場の時間的ダイアグラムとなる、各傾斜コイル軸の前記計算された電場成分のベクトル合成をするステップと、
前記時間的ダイアグラムの各場所における刺激確率と刺激信号を計算するステップと、
前記傾斜コイル内の各場所における前記刺激閾値と前記刺激確率を比較するステップを有することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記微分傾斜信号は第1の双極フィルタを用いて第1の段階でフィルタされ、第1の単極フィルタで並行フィルタされ、第1のフィルタの両方の出力信号が重み付けされ、前記重み付けされた出力信号が加算されることを特徴とする方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記反転微分傾斜信号が第2の双極フィルタおよび並行する第2の単極フィルタを用いて第2のフィルタ段階で並行してフィルタされ、
両方の第2のフィルタの出力信号を重み付けし、
前記重み付けされた出力信号を第2の刺激信号に加算し、
前記第2の刺激信号を前記第1の刺激信号と比較し、
両方の刺激信号の大きい方を前記閾値と比較する出力信号として使用することを特徴とする方法。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の方法であって、
前記傾斜コイルの磁気設計の知識が計算に組み込まれていることを特徴とする方法。 - 請求項1ないし4いずれか一項に記載の方法であって、
患者を載せた効果から導かれた知識を前記患者のサイズ及び/または位置によって重み付けすることを特徴とする方法。 - 請求項1ないし5いずれか一項に記載の方法であって、
あらかじめ選択されたMRI方法の磁気共鳴パルスシーケンスを前記予測された刺激確率信号のフィードバックにより改良することを特徴とする方法。 - 請求項1ないし6いずれか一項に記載の方法であって、
前記電場の空間が前記傾斜コイル内の前記患者の人体の予備MRIから得られたマスクにより空間的にマスクされることを特徴とする方法。 - 請求項1ないし7いずれか一項に記載の方法であって、
x、y、およびz方向の電場の時間依存成分を複数の繰り返し期間および複数のスライスにわたって外挿することを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法であって、
前記時間ポイントおよび前記傾斜コイルのボリューム中の位置を前記電場の各成分について独立に計算し、
前記予測された刺激確率の各々を前記刺激閾値と比較することを特徴とする方法。 - 複数の信号から磁気共鳴画像を取得するMRI装置であって、
主磁場磁石と傾斜コイルと、
前記傾斜磁場の変化率により生成される、検査対象の神経系の電気刺激をシミュレーションする手段と、
フィルタリング関数を用いて前記傾斜信号をフィルタする手段と、
前記フィルタされた傾斜信号から刺激信号を導出する手段と、
前記刺激信号を所定の刺激閾値と比較して、前記閾値を超えるときインジケータ信号を生成する手段とを有し、
前記スキャンシーケンスと前記傾斜コイル特性により決まる時間に依存しかつ空間に依存する電場を計算する手段と、
前記傾斜コイル内のいろいろな空間的位置における全電場の時間的ダイアグラムとなる、各傾斜コイル軸の前記計算された電場成分のベクトル合成をする手段と、
前記時間的ダイアグラムの各場所における刺激確率と刺激信号を計算する手段と、
前記傾斜コイル内の各場所における前記刺激閾値と前記刺激確率を比較する手段と、を有することを特徴とする装置。 - 請求項10に記載のMRI装置であって、
前記微分傾斜信号をフィルタする第1の双極フィルタと前記信号を並行フィルタリングする第1の単極フィルタを有する第1のフィルタ段階と、
両方の出力信号を重み付けする重み付け手段と、
前記重み付けした出力信号を加算する加算手段と、を有することを特徴とする装置。 - 請求項11に記載のMRI装置であって、
ほぼ単一繰り返し時間の間に前記反転微分傾斜信号をフィルタする第2の双極フィルタと、ほぼ10以上の繰り返し時間の間に前記信号を並行フィルタする並行する第2の単極フィルタとを有する第2の並行フィルタ段階と、
両方の出力信号を重み付けする重み付け手段と、
前記重み付けした出力信号を第2の刺激信号に加算する加算手段と、
前記第1の刺激信号を前記第2の刺激信号と比較する手段と、
前記刺激閾値と比較する出力信号として両方の刺激信号のうち大きい方を決定する手段と、を有することを特徴とする装置。 - コンピュータに、磁気共鳴画像化システムの少なくとも1つの傾斜コイルにより生成された傾斜磁場の変化率により生成された、被験者の神経システムへの電気的刺激のシミュレーションをさせるコンピュータプログラムであって、
フィルタリング関数を用いて前記傾斜コイルの傾斜信号をフィルタするステップと、
前記フィルタされた傾斜信号から刺激信号を導出するステップと、
前記刺激信号を所定の刺激閾値と比較し、前記閾値を超えるとき、インジケータ信号を生成するステップと、
スキャンシーケンスと傾斜コイル特性により決まる時間依存かつ空間依存した電場を計算するステップと、
前記傾斜コイル内のいろいろな空間的位置における全電場の時間的ダイアグラムとなる、各傾斜コイル軸の前記計算された電場成分のベクトル合成をするステップと、
前記時間的ダイアグラムの各場所における刺激確率と刺激信号を計算するステップと、
前記傾斜コイル内の各場所における前記刺激閾値と前記刺激確率を比較するステップと、を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 - 請求項13に記載のコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータに、
第1の双極フィルタを有する第1の段階において微分傾斜信号をフィルタするステップと、
第1の単極フィルタで前記微分傾斜信号を並行フィルタするステップと、
両方の第1のフィルタの出力信号を重み付けし、重み付けした出力信号を加算するステップと、を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 - 請求項14に記載のコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータに、
ほぼ単一繰り返し時間の間に第2の双極フィルタを有する第2のフィルタ段階において、反転微分傾斜信号をフィルタするステップと、
ほぼ10以上の繰り返し時間の間に並行する第2の単極フィルタを用いて前記反転信号を並行フィルタするステップと、
両方の出力信号を重み付けする重み付けステップと、
前記重み付けした出力信号を第2の刺激信号に加算するステップと、
前記第1の刺激信号を前記第2の刺激信号と比較するステップと、
前記刺激閾値と比較する出力信号として両方の刺激信号のうち大きい方を決定するステップと
第2の双極フィルタを有する第2のフィルタ段階で反転微分傾斜信号を並行してフィルタするステップと、
前記反転微分傾斜信号を第2の双極フィルタおよび並行する第2の単極フィルタを用いて第2のフィルタ段階で並行してフィルタし、両方の第2のフィルタの出力信号を重み付けし、前記重み付けされた出力信号を第2の刺激信号に加算し、前記第2の刺激信号を前記第1の刺激信号と比較し、両方の刺激信号の大きい方を前記閾値と比較する出力信号として使用するステップと、を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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