JP2015516194A

JP2015516194A - 個々のピクセルもしくはボクセルに組織固有のｐｅｔ減衰値を割り当てるｍｒｉ方法

Info

Publication number: JP2015516194A
Application number: JP2015502503A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズトラフバー，ブライアン; スザンヌコティス，メラニー; フランクジュニアムジク，レイモンド
Original assignee: Case Western Reserve University
Current assignee: Case Western Reserve University
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2015-06-11
Also published as: EP2831610B1; WO2013144799A1; CN105431746B; RU2608975C2; US9536303B2; EP2831610A1; US20150110374A1; CN105431746A; RU2014143478A

Abstract

磁気共鳴（MR）システム（１０）が減衰または密度マップを生成する。システム（１０）は、検査体積（１６）を画定するMRスキャナ（４８）と、少なくとも一つのプロセッサ（５４）とを含む。前記少なくとも一つのプロセッサ（５４）は、検査体積（１６）に撮像シーケンスを適用するようMRスキャナ（４８）を制御するようプログラムされる。撮像シーケンスに応答して、検査体積（１６）のMRデータ・セットが受領され、解析されて、前記減衰または密度マップのピクセルまたはボクセルにおいて見出される種々の組織および／または物質型が識別される。一つまたは複数の組織固有のおよび／または物質固有の減衰または密度値が、MRデータ・セットの解析中に各ピクセルまたはボクセル中にあると識別された組織および／または物質型（単数または複数）に基づいて、減衰または密度マップの各ピクセルまたはボクセルに割り当てられる。ある実施形態では、組織および／または物質型は、MR位相画像の時系列に基づいて識別される。

Description

本願は、概括的には医療撮像に関する。磁気共鳴（MR）システムとの関連で格別の応用を見出し、それに特に言及して記述されるが、他の使用シナリオにおいても応用を見出し、必ずしも上記の応用に限定されないことは理解しておくものとする。

過去には、計算機断層撮影（CT）は、診断用の陽電子放出断層撮影（PET）における減衰補正（AC: attenuation correction）のために、そして放射線療法（RT: radiation therapy）計画立案のためのシミュレーション・セッションにおける組織密度のために利用されてきた。つまり、CTは典型的には組織の放射線不透過性をハウンズフィールド単位で測定し、これが放射減衰および組織密度と相関する。医療撮像の進歩の結果、ハイブリッドPET/MRおよびMR/RTシステムならびにMRベースのシミュレーションの開発が進んだ。しかしながら、CTとは異なり、MR信号強度は直接的には放射減衰（たとえばμ値）や組織密度と相関せず、減衰または密度のマップの生成にあたって技術的な困難を呈する。

今日まで、たいていの研究は、「正常な」解剖学的構造またはアトラスまたはモデル・ベースの手法（たとえば形状発見（shape-finding））を使って、MR画像から組織を、軟組織、骨、空気のような種々のクラスに区別するまたは「セグメント分割する」ための方法に焦点を当ててきた。しかしながら、そのような方法論は、いくつかの患者母集団においては固有の疾病過程または手術や照射といった医療介入のためにより高頻度になる異常な解剖学的構造をもつ患者については性能が悪くなる。さらに、そのような方法論は、単一の画像ピクセルまたはボクセル内に複数の組織型が位置することがあることに対処するものではない。これらの限界は、特に患者線量測定がピクセルごとに定量的に計算されるRT計画立案のコンテキストでは、潜在的に、臨床的に有意な不足につながる。さらに、セグメンテーション技法は、しばしば手動の検討および調整段階を組み込んでいて、実行するのに時間がかかり、そのことが患者回転率を低下させる。

Jenkinson M.、"Fast, Automated, N-dimensional Phase-Unwrapping Algorithm"、Magn Reson Med 2003、49:193-197

本発明は、上述した課題を克服する新たな改善された方法およびシステムを提供する。

ある側面によれば、磁気共鳴（MR）システムがマップを生成する。システムは、検査体積を画定するMRスキャナと、少なくとも一つのプロセッサとを含む。プロセッサは、検査体積に撮像シーケンスを適用するようMRスキャナを制御するようプログラムされる。撮像シーケンスに応答して、MRデータ・セットが受領され、解析されて、前記マップのピクセルまたはボクセルにおいて見出される種々の組織および／または物質型が識別される。一つまたは複数の組織固有のおよび／または物質固有の値が、MRデータ・セットの解析中に各ピクセルまたはボクセル中にあると識別された組織および／または物質型（単数または複数）に基づいて、マップの各ピクセルまたはボクセルに割り当てられる。

もう一つの側面では、方法がマップを生成する。方法は、MRスキャナによって画定される検査体積に撮像シーケンスを適用するようMRスキャナを制御することを含む。撮像シーケンスに応答して、MRデータ・セットが受領され、解析されて、前記マップのピクセルまたはボクセルにおいて見出される種々の組織および／または物質型が識別される。一つまたは複数の組織固有のおよび／または物質固有の値が、MRデータ・セットの解析中に各ピクセルまたはボクセル中にあると識別された組織型（単数または複数）に基づいて、マップの各ピクセルまたはボクセルに割り当てられる。

もう一つの側面によれば、磁気共鳴（MR）システムがマップを生成する。システムは、検査体積を画定するMRスキャナと、少なくとも一つのプロセッサとを含む。プロセッサは、検査体積に撮像シーケンスを適用するようMRスキャナを制御するようプログラムされる。撮像シーケンスに応答して、MRデータ・セットが受領され、解析されて、マップのピクセルまたはボクセルにおいて見出される種々の組織および／または物質型が識別される。一つまたは複数の組織固有のおよび／または物質固有の減衰または密度値が、MRデータ・セットの解析中に各ピクセルまたはボクセル中にあると識別された組織および／または物質型（単数または複数）に基づいて、マップの各ピクセルまたはボクセルに割り当てられる。システムはさらに：（１）前記組織固有および／または物質固有の値を療法計画立案のために使う療法システム；および（２）前記組織固有および／または物質固有の値を減衰補正のために使う陽電子放出断層撮影（PET）／単一光子放出計算機断層撮影（SPECT）システムの少なくとも一方を含む。

もう一つの側面によれば、検査体積を画定する磁気共鳴（MR）スキャナと、少なくとも一つのプロセッサとを有するシステムが提供される。前記少なくとも一つのプロセッサは、検査体積に撮像シーケンスを適用するようMRスキャナを制御するようプログラムされる。さらに、前記少なくとも一つのプロセッサは、撮像シーケンスに応答して、一連のエコー時間（TE）収集のMR位相データを受領し、該MR位相データの時間を追った位相の変化を同定する。時間を追った位相の変化は、検査体積内に見出される種々の組織および／または物質型を識別するために同定される。

一つの利点は、目標画像の各ピクセルまたはボクセルについて、組織固有のおよび／または物質固有の減衰または密度値を生成することにある。

もう一つの利点は、目標画像の各ピクセルまたはボクセルについての複数の組織固有のおよび／または物質固有の減衰または密度値であって、前記複数の値は全体的な信号強度へのその寄与に従って重み付けされるものにある。

もう一つの利点は、改善される患者回転率にある。

もう一つの利点は、向上した精度にある。

もう一つの利点は、磁気共鳴（MR）信号位相および／または大きさおよび／または実および／または虚のMR信号部分を利用して組織型を分類することにある。

本発明のさらなる利点は、以下の詳細な説明を読み、理解すれば当業者によって理解されるであろう。

本発明は、さまざまなコンポーネントおよびコンポーネントの配置の形ならびにさまざまなステップおよびステップの配置の形を取りうる。図面は単に好ましい実施形態を例解するためであり、発明を限定するものと解釈すべきではない。

MR画像の各ピクセルまたはボクセルについての組織固有および／または物質固有の減衰または密度値を決定するための磁気共鳴（MR）システムを示す図である。ボア型MRスキャナの概略図である。ＡはMR位相画像の矢状面を示し、ＢはＡのMR位相画像の生成中に捕捉されたデータ点を示す。減衰または密度マップを用いる療法システムを示す図である。減衰または密度マップを用いる陽電子放出断層撮影（PET）／単一光子放出計算機断層撮影（SPECT）システムを示す図である。減衰または密度マップを生成する方法を示す図である。

図１を参照するに、磁気共鳴（MR）システム１０は、磁気共鳴を利用して被験体１２の二次元または三次元画像を形成する。システム１０は、検査体積１６を通じて延在する強い、静的なB₀磁場を生成する主磁石１４を含む。検査体積１６は、被験体１２を収容するような大きさにされる。静的なB₀磁場の強さは、普通、検査領域１６内で0.23テスラ、0.5テスラ、1.5テスラ、3テスラ、7テスラなどの一つであるが、他の強さも考えられる。

傾斜コントローラ１８は、複数の傾斜磁場コイル２０、２２、２４を制御して、検査体積１６内の静的なB₀磁場上にx、y、z勾配のような磁場勾配を選択的に重畳する。さらに、送信器２６は、全身コイルのような一つまたは複数の送信コイル２８を用いて、B₁共鳴励起および操作高周波（RF）パルスを検査領域１６中に送信する。B₁パルスは、典型的には短い継続時間であり、上記磁場勾配と合わせて、磁気共鳴の選択された操作を達成する。たとえば、B₁パルスは水素双極子を共鳴に励起し、磁場勾配が空間的な情報を共鳴信号の周波数および位相にエンコードする。RF周波数を調整することによって、骨のような既知の組織に集まる傾向のあるリンのような他の双極子において共鳴を励起することができる。シーケンス・コントローラ３０は、送信器２６および／または傾斜コントローラ１８を制御して、検査体積１６内に選択された撮像シーケンスを実現する。撮像シーケンスはB₁パルスおよび／または磁場勾配のシーケンスを定義する。

撮像シーケンスに応答して、被験体１２のマップまたはイメージに対応する空間的にエンコードされた磁気共鳴信号が検査体積１６から生成される。これらの空間的にエンコードされた磁気共鳴信号は、全身受信コイルまたは局所受信のみのコイルのような複数の受信コイル３２、３４、３６によって受信される。受信器３８は、受信された信号を復調してたとえばk空間データ軌跡に対応するMRデータ・セットにし、該MRデータ・セットをデータ・バッファ（たとえばメモリ）４０中に記憶する。MRデータ・セットは、再構成プロセッサ４２によってマップまたは画像の再構成のために用いられることができる。再構成プロセッサ４２は、磁場勾配による空間エンコードを空間的にデコードし、ピクセルまたはボクセルのような各空間領域からの共鳴信号の属性を見極める。信号の強度または大きさが一般に見極められるが、位相、緩和時間、磁化移動などに関係する他の属性が見極められることもできる。さらに、信号の実部および虚部が、位相および／または大きさを決定するために使われることができる。逆も成り立つ。さまざまな属性の再構成されたマップまたは画像は、次いでマップおよび画像メモリ４４中に記憶され、任意的に、表示装置４６上で表示される。

図２を参照するに、MRシステム１０は、スキャナ４８および任意的に支持部５０を含む。スキャナ４８は、検査体積１６のまわりに検査体積１６を画定し、主磁石１４、受信コイル３２、３４、３６、傾斜コイル２０、２２、２４および送信コイル２８を含む。スキャナ４８は、送信器２６、受信器３８、傾斜コントローラ１８およびシーケンス・コントローラ３０の一つまたは複数を含むこともできるが、これは必須ではない。支持部５０は被験体１２を支持し、撮像中の被験体１２の検査体積１６内での位置決めを容易にする。図では、スキャナ４８はボア型だが、C型、開放型なども考えられる。

図１の参照に戻ると、撮像の間、被験体１２は、検査体積１６内に配置される。主磁石１４は静的なB₀磁場を生成し、それにより被験体１２内の水素または他の原子核双極子が選択的に整列する。さらに、主コントローラ５２は、シーケンス・コントローラ３０および受信器３８を制御して、被験体１２の複数のMRデータ・セットを生成する。主コントローラ５２はこれを、メモリ５６上のコンピュータ実行可能命令を実行するプロセッサ５４によって行なう。

シーケンス・メモリ５８は、当技術分野において知られている複数の磁気共鳴シーケンスを記憶する。さまざまなシーケンスが、さまざまな機能的、生理的および解剖学的検査を最適化するために開発されている。脂質と軟組織を区別するため、軟組織と瘢痕_{(はんこん)}組織を区別するため、癌性組織と非癌性組織を区別するため、さまざまな器官または組織型を区別するため、灌流を測定するため、骨を撮像または同定するため、金属を撮像または位置特定するためのシーケンスおよび他の多くのシーケンスが開発されている。主コントローラ５２は、患者記録データベース６０にアクセスして、検査されるべき患者、実施されるべき検査（単数または複数）の性質などのうち一つまたは複数についての情報を取り出すことができる。この患者情報が、シーケンス・メモリ５８に記憶されている諸シーケンスの間で選択するのを助けるために使われることができる。たとえば、患者が、金属クリップ、ねじ、ステントなどが埋め込まれた手術を受けていた場合、金属を同定するためのシーケンスが選択される。患者治療の性質が、軟組織と瘢痕組織の放射減衰の間の区別をすることを求める場合には、瘢痕組織を同定するためのシーケンスも取り出される。シーケンス・コントローラ３０は、選択された撮像シーケンスに従って制御され、受信器３８は、該撮像シーケンスのそれぞれに対応するMRデータ・セットを生成するよう制御される。該撮像シーケンスが複数の撮像シーケンスを含むとき、主コントローラ５２はそれらの撮像シーケンスを通じて逐次反復してシーケンス・コントローラ３０および受信器３８を制御する。

選択される撮像シーケンスはたとえば、超短（ultra-short）エコー時間（TE）をもつマルチエコー・シーケンス、金属アーチファクト補正のためのスライス・エンコード（SEMAC: slice encoding for metal artifact correction）シーケンスおよびディクソン（DIXON）シーケンスの一つまたは複数を含む。典型的には、マルチエコーUTEシーケンスのエコーのTE値はいろいろである。各撮像シーケンスは、MRデータ・セットの一つまたは複数の生成につながり、該データ・セットはマップまたは画像に再構成されて、被験体１２の体積内の少なくとも一つの組織および／または物質型の識別を許容することができる。よって、各撮像シーケンスは、二つ以上の組織および／または物質型の間の区別をする、あるいは被験体１２の各ピクセルまたはボクセル体積内の組織および／または物質型を識別するMRデータを与える。組織および／または物質型は、空気、骨、肺、金属、脂肪、水、プラスチックなどの一つまたは複数を含む。撮像シーケンスは、典型的には主コントローラ５２によって、下記で論じる選択方式のような選択方式の一つまたは組み合わせに基づいて、選択される。

ある選択方式によれば、MRシステム１０のユーザーは、MRシステム１０のユーザー入力装置６２を使って、手動で検査体積１６内の撮像シーケンスまたは組織および／または物質型を選択する。組織および／または物質型の選択に関しては、撮像シーケンスはその後自動的に、選択された組織および／または物質型に基づいて選択される。任意的に、ユーザーがユーザー入力装置６２を使って撮像シーケンスまたは組織および／または物質型を選択できるよう、表示装置４６のような表示装置が、ユーザーに、利用可能なシーケンスの一覧および各シーケンスの使用についての情報を呈示することができる。たとえば、ユーザーは、関心のある組織および／または物質の同定を許容するMRデータ・セットを収集するための撮像シーケンスを手動で選択することができる。

もう一つの選択方式によれば、撮像シーケンスは期待される組織および／または物質型に基づいて選択される。期待される組織および／または物質型は、患者記録データベース６０から自動的に決定されることができる。たとえば、ある患者医療記録が、患者が当該体積内に過去の手術からの金属ねじを含んでいることを示す場合、金属の同定を許容するMRデータ・セットを収集する撮像シーケンスが選択される。

もう一つの選択方式によれば、撮像シーケンスは必要に応じて選択される。すなわち、撮像シーケンスが選択され、選択された撮像シーケンスに応じて生成されたMRデータ・セットが解析される。検査体積１６内に同定されない組織および／または物質型があれば、別の撮像シーケンスが選択されて解析される。検査体積１６内のボクセルすべてにおける組織および／または物質型が同定されるまでこれが繰り返される。追加的なMRデータ・セットが必要とされているかどうかを判定するために、ACプロセッサ６４がさまざまなマップおよび画像の各ボクセルまたはMRデータ・セットからの他の情報の解析を好適に実行する。その場合、主コントローラ５２は、この選択方式を用いるときACプロセッサ６４と協調する。

撮像シーケンスの間におよび／または撮像後に、ACプロセッサ６４は、MRデータ・セットおよびマップおよび画像を解析して、各ボクセル内に含まれる組織および／または物質型（単数または複数）を定量的に評価する。組織および／または物質型はそれぞれ既知の放射減衰および／または密度値を有する。各ピクセルまたはボクセルの値は、各ピクセルまたボクセルがそうでありうるまたはありえない一つまたは複数の組織および／または物質型を、または各ボクセルが二つ以上の組織および／または物質型のそれぞれを含む確率を決定するために解析される。後者については、ピクセルまたはボクセルのいくつかは二つ以上の組織および／または物質型の間の界面に重なることができ、それによりピクセルまたはボクセルは二つ以上の組織および／または物質型を表わすことができる。すべての画像またはマップの対応するピクセルまたはボクセルにおける可能な、ありそうな、ありそうもない、消去される組織および／または物質型が、どの組織および／または物質型が検査体積１６内にあるかを事前選択された確実さの範囲内で決定するために使われる。任意的に、表示装置４６がユーザーに、各ボクセルまたはピクセルにおける組織および／または物質型を描く画像を呈示することができる。

各ピクセルまたはボクセルの値は典型的には、同じシーケンスによって生成されるマップまたは画像の他のピクセルまたはボクセルに対する、当該ピクセルまたはボクセルの相対的なMR信号強度である。相対的な信号強度は、各組織および／または物質型の相対的な比率または確率を推定するために使われることができる。各ピクセルまたはボクセルの値は代わりに、位相または他の磁気共鳴属性に対応することができる。典型的には、各ピクセルまたはボクセルの値は、画像またはマップを生成するために使われるシーケンスの性質に依存する。

定量化への具体的なアプローチは、MRデータ・セットの生成のために用いられる撮像シーケンスに依存する。たとえば、UTE mDIXONシーケンスのようなマルチエコーUTEシーケンスを使ってMRデータ・セットが生成されるとき、複数のエコー時間の信号強度が、ピクセルまたはボクセルに対応する組織および／または物質型のT2*減衰属性を同定するために使用されることができる。各ピクセルまたはボクセルの具体的な減衰は、減衰時間を一つまたは複数の組織固有のおよび／または物質固有の減衰または密度値にマッピングするルックアップテーブル６６をアドレッシングするために使われることができる。あるいはまた、減衰は、既知の減衰または密度値をもつ組織および／または物質型にマッピングされることができる。より一般には、追加的な組織および／または物質属性が定義されてもよく、それらの属性が組織および／または物質型を決定するために使われてもよい。

以上はMR信号強度撮像に焦点を当てたが、MR位相撮像が、各ピクセルまたはボクセルに対応する組織および／または物質型についての識別情報を生成するために使用されることもできる。MR信号強度撮像は、定量化の欠如、時間を追った信号コントラストの非線形当てはめおよび低い信号対雑音比（SNR）のため最適ではないことがある。これらの限界が、患者ケアの時間経過を追った組織属性の定量的な測定を妨げ、陽電子放出断層撮影（PET）における標準取り込み値（SUV: standardized uptake value）における不正確さにつながり、放射線療法（RT）計画における適応的な患者固有の線量測定および治療計画の開発に障害を呈する。

MR信号強度撮像とは対照的に、MR位相撮像はより優れたSNRをもち、皮質骨のような低信号組織における改善された画像コントラストにつながる。さらに、MR位相撮像は、時間を追った組織依存の位相累積の線形当てはめをもち、定量を実際的かつ技術的に実現可能にする。そのようなアプローチは、時間を追って同じ患者をモニタリングする信頼できる手段を提供し、PETおよびMRベースのRT計画立案におけるSUVを用いた、治療に対する腫瘍応答の評価ができるようになる。

図３のＡおよびＢを参照するに、MR位相の線形性が示されている。図３のＡは、MR位相画像の矢状面を示している。MR位相画像において、縦軸は行に対応し、横軸は列に対応する。図３のＢは、MR位相画像の行81、列61についてMR位相画像の生成の間に捕捉されるデータ点を示している。縦軸は信号強度に対応し、横軸はマイクロ秒単位でのエコー時間に対応する。線形性を示すために、第一の直線がデータ点に当てはめされている。第二の線が、信号強度の非線形性を示すために、信号強度についてのデータ点（不可視）に当てはめされている。

MR位相撮像はMR信号強度撮像に対してある種の利点をもつものの、MR位相撮像は定量の能力をもつにもかかわらず、MR位相撮像は主として定量（たとえばT1、T2、T2*および拡散マッピング）のために使われる。MR位相撮像は、位相の折りたたみおよびそれほど直接的でない解剖学的情報のため、使うのがより難しい。よって、MR位相撮像は一般に、（１）典型的には半定量的でしかなく、MR大きさ信号からの情報に依存する「磁化率強調撮像（susceptibility weighted imaging）」および（２）ある種の幾何構造についてある種の造影剤の定量に限定される。

上記の課題を克服するために、MR位相データの一連の超短TE収集シーケンスが使われる。好適には、同相TEが選ばれる。超短TE（たとえば0ないし1500ミリ秒）が、皮質骨のような非常に短いT2*種からの信号を収集するために好ましい。後処理のために、再構成プロセッサ４２はMR位相データを解析して、（１）折りたたまれた位相を復元し、（２）次いで一連の画像の強度を時間の関数としてマッピングし、それにより一連の位相累積マップ（phase accumulation map）を生成する。位相復元はたとえば、非特許文献１に開示されているアルゴリズムに従って実行できる。各位相累積マップは異なるTEに対応し、各ピクセルについての対応する収集シーケンスの間に測定された異なる強度を累積することによって生成される。

時間を追った（すなわち、種々のTEにわたる）位相の変化は、組織型に線形に相関していることが知られている。MR位相の既知の使用とは異なり、MR位相はACプロセッサ６４によって、すべての組織型について定量的なマップの生成を許容するために使われる。各ピクセルまたはボクセルについての時間を追った位相の変化は、該時間を追った位相の変化についての既知の組織型を見出すために使われる。定量的なマップのほうは、該定量的なマップにおける種々の組織型を、定量的なマップにおける諸組織型の既知のAC値および／または密度値にマッピングすることによって、ACマップ（たとえばPET-MRについての）および／または密度マップ（たとえばMR RT計画立案およびシミュレーションについての）を生成するために使用できる。定量的なマップはまた、非常に短いT2*をもつ追加的な組織を特徴付けることができる超短TEの諸セットを収集するためにも使用できる。

上記解析の他の実施形態では、各マップおよび各ボクセルの値を生成する各シーケンスの性質が、磁気共鳴属性を同定する。被験体１２の検査体積１６に対応する対応ピクセルまたはボクセルの磁気共鳴属性は、各ボクセル内の組織および／または物質型を決定するために解析される。さまざまな他の解析技法も考えられる。

ひとたびMRデータ・セットが解析されて、組織固有および／または物質固有の放射減衰または密度値が同定されたら、組織固有および／または物質固有の減衰または密度値は規格化され、組み合わされて患者固有の減衰または密度マップを生成する。被験体１２を通る所与のビームまたは光線を横切る放射の放射減衰を決定するために、減衰マップにおいて対応するビームまたは軌跡が同定される。ビームまたは光線内にはいるまたは部分的にはいるボクセルの減衰値が、割合寄与またはビームもしくは光線内に含めることによって合計される。

MRデータ・セットの組織固有および／または物質固有の減衰または密度値を減衰または密度マップに組み合わせることに関する一つの困難は、MRデータ・セットとターゲット画像の座標系が整列しないことがあるということである。さらに、MRデータ・セットとターゲット画像の空間解像度が同じでないことがある。よって、MRデータ・セットとターゲット画像のボクセルまたはピクセルは、相関付けされる必要がある。MRデータ・セットとターゲット画像が空間的に重なり合うので、一つのアプローチは画像位置合わせである。画像位置合わせを使うと、第一の画像から第二の画像への位置合わせマップが生成されることができ、それが第一の画像中のピクセルまたはボクセルを第二の画像中の対応するピクセル（単数または複数）またはボクセルにマッピングするために使用できる。

典型的には画像の解像度は同じだが、解像度は同じである必要はない。第一の画像と第二の画像の解像度が異なる場合には、二つの画像のピクセルは一対一の対応を含まないことがある。第二の画像の解像度が第一の画像の解像度より大きい場合には、第一の画像のピクセルは第二の画像の複数のピクセルにマッピングすることができる。第二の画像の解像度が第一の画像の解像度より小さい場合には、第一の画像中の複数のピクセルが第二の画像中の単一のピクセルにマッピングすることができる。より一般には、所望される解像度での画像を得るために画像処理動作が使われてもよい。第一の画像中の複数のピクセルについて組織固有および／または物質固有の減衰または密度値を組み合わせるために、任意のアプローチが用いられることができる。しかしながら、一つのアプローチは、各組織および／または物質型について、ピクセルの減衰または密度値を平均することである。

ひとたび減衰または密度値が生成されたら、それは減衰または密度メモリ６８に記憶される。さらに、それはPET/MRシステムにおいて減衰補正のために使用できる。さらに、減衰または密度マップは、治療計画およびモニタリングのためにハイブリッドMR／放射線療法（RT）システムにおいて用いられることができる。たとえば、減衰または密度マップは、MR案内された高密度焦点式超音波（HIFU）における密度補正のために用いられることができる。もう一つの例として、減衰または密度マップは、MRシミュレーションにおいてピクセルおよび／またはボクセル・ベースの線量測定のために用いられることができる。さらに、減衰または密度マップは、デジタル再構成された放射線写真（DRR: digitally reconstructed radiograph）生成のための肝臓または骨描出において鉄を同定するために用いられることができる。

図４を参照するに、療法システム７０（たとえば、MR RT計画立案および／またはシミュレーションのため）が、MRスキャナ４８のような撮像モダリティから、被験体１２の、三次元または四次元画像のような計画画像７２を受領する。該画像は、ターゲットおよび一般には一つまたは複数の危険臓器（OAR）を含む。ターゲットは、処置されるべき腫瘍のような病変部を含む器官または他の組織領域である。計画画像７２が受領できる他の撮像モダリティは、計算機断層撮影（CT）スキャナ、陽電子放出断層撮影（PET）スキャナ、単一光子放出計算機断層撮影（SPECT）スキャナ、円錐ビーム計算機断層撮影（CBCT）スキャナなどを含む。療法システム７０はさらに、MRシステム１０によって生成される組織固有および／または物質固有の密度の減衰または密度マップ７４を受領する。好適には、減衰または密度マップ７４は、計画画像７２に位置合わせされる。

療法システム７０の療法計画システム７６は、典型的には領域を囲む輪郭を使って、計画画像７２中のターゲットおよび／または危険臓器のような組織領域の間の描出を受領する。さらに、減衰または密度マップ７４およびターゲットおよび／またはOARの輪郭を使って、療法計画システム７６は処置計画を生成する。生成された処置計画は、該処置計画を生成するときの減衰または密度マップ７４の組織固有および／または物質固有の密度を考慮に入れ、好適には、複数の割合および照射すべき計画処置体積（PTV: planned treatment volume）を含む。処置計画は、好適には、療法メモリ７８に記憶される。

被験体の療法セッションのために予定された日時において、療法システム７０の療法施与装置８０が被験体１２に療法を施す。アブレーション療法および／または短距離放射線療法のような療法は、X線、ガンマ線、プロトン、HIFU、合焦超音波などの一つまたは複数に関わる放射を含むことができる。好適には、療法施与装置８０は、処置計画に従って療法制御システム８２によって制御される。

図５を参照するに、PET/SPECTシステム８４は、患者体積１０４が位置されている検査体積１０２のまわりに、典型的には円または円を近似する多角形で配置されている複数の検出器モジュール８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００を含む。さらに、PET/SPECTシステム８４は、患者を支持するおよび／または患者体積１０４を検査体積１０２内で位置決めするために患者ベッドのような患者台（図示せず）を含むことができる。撮像される患者体積１０４の例は、心臓、脳、甲状腺、骨、関節、靱帯、腱、筋肉、神経、腎臓、肺、腫瘍、病変部などを含むがこれに限られない。

撮像前に、患者体積１０４は一つまたは複数の放射性同位体を注入される。そのような放射性同位体の例は、PETについてはF-18 C-11、Rb-82、N-13、O-15、Cu-64、SPECTについてはTc-99m、I-131、Ga-67およびIn-111を含むがこれに限られない。放射性同位体は、一般に放射性医薬品と呼ばれる放射リガンドまたは物質の形であることができ、特定の型の組織および／または物質に結合する、特定の型の組織および／または物質によって優先的に吸収される、通常はある種の空間から排除される、または他の何らかの所望される体内分布を示すものである。その際、患者体積１０４は検査体積１０２内に位置決めされる。たとえば、患者は患者台の上に位置され、患者台が患者体積１０４を検査体積中に動かす。

検出器モジュール８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００は撮像中に、患者体積１０４中に注入された放射性同位体によって放出されたガンマ線光子を受領する。受領されたガンマ線光子は検出器モジュール８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００中に侵入し、その中でエネルギーを投下し、検出される。たとえば、PETでは、図のように、一対のガンマ線光子が患者体積１０４から放出されて第一の検出器モジュール８６および第二の検出器モジュール９４にほぼ同時に入射する。検出器モジュール８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００は検出されたイベントをデジタル化し、デジタル化されたイベントを、対応するタイムスタンプとともに、PET/SPECTシステム８４の処理システム１０６に送る。デジタル化されたイベントは好適には、検出器における対応するガンマ線光子相互作用の位置、イベントのエネルギーおよびタイムスタンプを同定する。

撮像中、処理システム１０６は、10分などの選択された時間期間にわたって検出器モジュール８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００からイベント・データを収集する。各検出イベントについて、検出イベント・データは典型的には、検出イベントの位置および検出器の情報、各イベントのエネルギーおよびタイムスタンプを含む。イベント・データはメモリに記憶されて、三次元画像表現に再構成される。PETについては、これは無効なイベントをフィルタ除去し、タイムスタンプに基づいてイベントを対にして応答線（LOR）を定義し、それらのLORを画像表現に再構成することを含む。飛行時間（TOF: time of flight）PETについては、各LORに関連付けられたタイムスタンプが、そのLORに沿ったガンマ線光子対を引き起こした消滅イベントを位置特定するために使われる。SPECTについては、処理が対にすることを含まないほかは再構成は同様である。再構成は好適には、減衰補正のためにMRシステム１０によって生成された減衰または密度マップ１０８を使って実行される。

図６を参照するに、減衰または密度マップを生成する方法１５０が提供される。方法１５０は、MRシステム１０によって実行される。方法１５０は、検査体積１６に複数の撮像シーケンスを適用すること（１５２）を含む。好適には、撮像シーケンスは、組織および／または物質型の種々の組み合わせの間の区別をするシーケンスを含む。撮像シーケンスに応答して、患者体積の複数のMRデータ・セットが受領され、位置合わせされる（１５４）。次いで、MRデータ・セットのそれぞれが解析されて（１５６）、MRデータ・セット中の種々の組織および／または物質型が同定される。たとえば、データ・セットは、マップまたは画像に再構成されることができる。マップまたは画像中の対応するボクセルの属性が、患者中の組織および／または物質型を同定するために用いられることができる。組織および／または物質型に基づいて、組織固有および／または物質固有の減衰または密度値が、減衰密度画像またはマップの対応するピクセルまたはボクセルに割り当てられる（１５８）。

方法１５０はさらに、MRデータ・セットを逐次反復式に収集するために向上されることができる。つまり、方法１５０は撮像シーケンスの一つを選択することを含むことができる。たとえば、初期の選択された撮像シーケンスが、変化する諸TEをもつマルチエコーUTEシーケンスであることができる。次いで、選択された撮像シーケンスが検査体積１６に適用されて、選択された撮像シーケンスに応答して、前記諸MRデータ・セットの少なくとも一つが受領される。次いで、第一のMRデータ・セットが解析されて、各ピクセルまたはボクセル内の組織および／または物質の特性を決定する。同定されない組織および／または物質あるいはアーチファクトに応答して、前記撮像シーケンスのうちの別のものが選択されて、上記の諸ステップが繰り返される。このプロセスは、追加的な収集および解析とともに逐次反復されてもよい。たとえば、金属はマルチエコーUTEシーケンスでは同定できない。よって、マルチエコーUTEシーケンス後に同定されない組織および／または物質型がある場合には、SEMACのような金属を同定するための撮像シーケンスが選択されることができる。

ピクセルまたはボクセルに基づくアプローチを利用することは、減衰補正または密度決定への解剖学的構造またはアトラス・アプローチに関わる陥穽をバイパスすることを理解しておくべきである。通常の解剖学的構造や形状発見を必要としないからである。さらに、各ボクセルに対応する共鳴データを定量的に評価することによって、種々の組織および／または物質型についての二つ以上の減衰値が各ピクセルまたはボクセルに割り当てられ、全体的な信号強度へのその割合寄与に従って重み付けされることができる。

本稿での用法では、メモリは、非一時的なコンピュータ可読媒体；磁気ディスクまたは他の磁気記憶媒体；光ディスクまたは他の光学式記憶媒体；ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）または他の電子的メモリ・デバイスまたはチップまたは一組の動作上相互接続されたチップ；インターネット／イントラネットまたはローカル・エリア・ネットワークを介して記憶された命令が取得されうるインターネット／イントラネット・サーバーなどの一つまたは複数を含む。さらに、本稿での用法では、プロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィック処理ユニット（GPU）、特定用途向け集積回路（ASIC）、FPGAなどの一つまたは複数を含む；コントローラは：（１）プロセッサおよびメモリであって、前記プロセッサは当該コントローラの機能を具現する前記メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を実行するもの；または（２）アナログおよび／またはデジタル・ハードウェアを含む；ユーザー入力装置はマウス、キーボード、タッチスクリーン・ディスプレイ、一つまたは複数のボタン、一つまたは複数のスイッチ、一つまたは複数のトグル、音声認識エンジンなどの一つまたは複数を含む；表示装置は、LCDディスプレイ、LEDディスプレイ、プラズマ・ディスプレイ、投影ディスプレイ、タッチスクリーン・ディスプレイなどの一つまたは複数を含む。

本発明について、好ましい実施形態を参照して述べてきた。以上の詳細な説明を読み、理解すれば他の者にも修正および変更が思いつくことがありうる。本発明は、付属の請求項またはその等価物の範囲内にはいる限りそのようなすべての修正および変更を含むものとして解釈されることが意図されている。

Claims

マップを生成する磁気共鳴（MR）システムであって、当該システムは：
検査体積を画定するMRスキャナと；
少なくとも一つのプロセッサとを有しており、前記少なくとも一つのプロセッサは：
前記検査体積に撮像シーケンスを適用するよう前記MRスキャナを制御し；
前記撮像シーケンスに応答して、前記検査体積のMRデータ・セットを受領し；
前記MRデータ・セットを解析して、前記マップのピクセルまたはボクセルにおいて見出される種々の組織および／または物質型を識別し；
一つまたは複数の組織固有のおよび／または物質固有の値を、前記MRデータ・セットの前記解析中に各ピクセルまたはボクセル中にあると識別された組織および／または物質型（単数または複数）に基づいて、前記マップの各ピクセルまたはボクセルに割り当てるようプログラムされている、
MRシステム。
前記マップが減衰マップまたは密度マップである、請求項１記載のMRシステム。
前記MRデータ・セットが、一連のエコー時間（TE）収集のMR位相データを含む、請求項１または２記載のMRシステム。
前記少なくとも一つのプロセッサがさらに：
前記マップのピクセルまたはボクセルに見出される種々の組織および／または物質型を識別するために、前記MR位相データの時間を追った位相の変化を同定するようプログラムされている、
請求項３記載のMRシステム。
見出された組織および／または物質型に対応する前記組織固有のおよび／または物質固有の値が、割合または百分率寄与に基づいて重み付けされる、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載のMRシステム。
前記少なくとも一つのプロセッサがさらに：
（ａ）前記撮像シーケンスのうちの一つを選択し；
（ｂ）選択された撮像シーケンスを前記検査体積に適用し；
（ｃ）選択された撮像シーケンスに応答して、前記MRデータ・セットのうちの少なくとも一つを受領し；
（ｄ）前記少なくとも一つのMRデータ・セットを解析して、前記少なくとも一つのMRデータ・セット内の組織および／または物質型を決定し；
（ｅ）前記少なくとも一つのMRデータ・セット内の同定されない組織に応答して、前記撮像シーケンスのうちの別のものについて（ａ）〜（ｅ）を反復するようプログラムされている、
請求項１ないし５のうちいずれか一項記載のMRシステム。
前記少なくとも一つのプロセッサがさらに：
患者データベースまたは他の記録にアクセスして、前記検査体積内の期待される組織および／または物質型を決定し；
前記検査体積内の期待される組織および／または物質型に基づいて前記撮像シーケンスを選択するようプログラムされている、
請求項１ないし６のうちいずれか一項記載のMRシステム。
前記マップが減衰マップであり、前記少なくとも一つのプロセッサがさらに：
減衰補正のための前記マップを使って陽電子放出断層撮影（PET）画像を生成するようプログラムされている、
請求項１ないし７のうちいずれか一項記載のMRシステム。
マップを生成する方法であって：
MRスキャナによって画定される検査体積に撮像シーケンスを適用するよう前記MRスキャナを制御する段階と；
前記撮像シーケンスに応答して、前記検査体積のMRデータ・セットを受領する段階と；
前記MRデータ・セットを解析して、前記マップのピクセルまたはボクセルにおいて見出される種々の組織および／または物質型を識別する段階と；
一つまたは複数の組織固有のおよび／または物質固有の値を、前記MRデータ・セットの前記解析中に各ピクセルまたはボクセル中にあると識別された組織および／または物質型（単数または複数）に基づいて、前記マップの各ピクセルまたはボクセルに割り当てる段階とを含む、
方法。
前記マップが減衰マップまたは密度マップである、請求項９記載の方法。
前記MRデータ・セットが、一連のエコー時間（TE）収集のMR位相データを含む、請求項９または１０記載の方法。
前記マップのピクセルまたはボクセルに見出される種々の組織および／または物質型を識別するために、前記MR位相データの時間を追った位相の変化を同定する段階をさらに含む、
請求項１１記載の方法。
前記解析する段階が：
前記MRデータ・セットから、各ピクセルまたはボクセル内の組織および／または物質の磁気共鳴属性を、直接的に、または造影剤との相互作用に関して決定する段階と；
対応するピクセルまたはボクセルの前記磁気共鳴属性を解析して前記組織および／または物質型を決定する段階とを含む、
請求項９ないし１２のうちいずれか一項記載の方法。
前記マップが減衰マップであり、当該方法がさらに：
減衰補正のために前記マップを使って陽電子放出断層撮影（PET）画像を生成する段階を含む、
請求項９ないし１３のうちいずれか一項記載の方法。
請求項９ないし１４のうちいずれか一項記載の方法を実行するようプログラムされている少なくとも一つのプロセッサ。
請求項９ないし１４のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう一つまたは複数のプロセッサを制御するソフトウェアを担持する非一時的なコンピュータ可読媒体。
検査体積を画定する磁気共鳴（MR）スキャナと；
少なくとも一つのプロセッサとを有するシステムであって、前記少なくとも一つのプロセッサは：
前記検査体積に撮像シーケンスを適用するよう前記MRスキャナを制御し；
前記撮像シーケンスに応答して、一連のエコー時間（TE）収集からMR位相データを抽出し；
前記MR位相データの時間を追った位相の変化を同定して、前記検査体積内に見出される種々の組織および／または物質型を識別するようプログラムされている、
システム。
前記MR位相データの位相を復元し；
位相復元されたMR位相データから前記一連のTE収集に対応する一連の位相累積マップを生成することをさらに含み、位相の変化は前記位相累積マップから生成される、
請求項１７記載のシステム。
前記一連のTE収集の諸TEが同相であり、超短である、請求項１７または１８記載のシステム。
前記少なくとも一つのプロセッサがさらに：
前記検査体積内に見出される前記種々の組織および／または物質型に関連付けられた既知の減衰補正値を使って陽電子放出断層撮影（PET）画像を生成するようプログラムされている、
請求項１７ないし１９のうちいずれか一項記載のシステム。