JP2019506916A - 磁気共鳴拡散画像化のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、合成拡散画像を生成する方法を提供する。この方法は、多数の初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって多数の初期拡散スキャンデータセットを取得するステップと、初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出するステップと、各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって標的拡散スキャンデータを取得するステップと、少なくとも初期拡散画像及び標的拡散スキャンデータに基づく合成拡散画像にｋ空間における忠実度項を適用する費用関数ベースの再構成を実行することによって合成拡散画像を生成するステップとを有する。

Description

本発明は、磁気共鳴画像化（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）に関し、詳細には磁気共鳴拡散画像化（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ）に関する。

磁気共鳴画像化は、生きている人間及び動物の体の解剖学的及び生理学的特徴を観察することを可能にする。最近、磁気共鳴拡散画像化として知られている癌検出用の磁気共鳴技法に関心が集まっている。磁気共鳴拡散画像化では、画像信号が組織の拡散係数に依存する。拡散画像化は、拡散強調画像化（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ：ＤＷＩ）、拡散テンソル画像化（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｅｎｓｏｒ ｉｍａｇｉｎｇ：ＤＴＩ）、拡散尖度画像化（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｋｕｒｔｏｓｉｓ ｉｍａｇｉｎｇ：ＤＫＩ）、ｑ空間画像化（ｑ−ｓｐａｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）及びその他の多くの拡散技法を含む。明瞭且つ簡潔にするため、以下の説明は特にＤＷＩに関してなされる。この説明の目的は例示であり、この説明は、他の使用シナリオ及び／又は他の拡散画像化技法にも当てはまることを理解されたい。

ＤＷＩは、水分子のランダム運動（ブラウン運動）の大きさを評価する。この運動の大きさはしばしば、見かけの拡散係数（ａｐｐａｅｒｎｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：ＡＤＣ）と呼ばれる。癌の診断にＤＷＩを使用することの生理学的基礎は、癌内に高密度で存在する細胞は正常なランダム運動を制限するというものである。低レベルのランダム運動は癌の指標である。ＤＷＩの取得はそのｂ値によって規定され、ｂ値は、異なる拡散係数の精査を可能にするＤＷＩ傾斜磁場の振幅、持続時間及び時間間隔によって規定される。通常は、ＡＤＣマップを計算するために、異なるｂ値及び異なる拡散方向を有するＤＷＩ画像を互いに結合させる。更に、いわゆるＡＤＣマップを指す単一指数関数モデル、並びにＩＶＩＭマップ、ＤＴＩマップ及びＤＫＩマップを指す双指数関数モデル等、人間の組織内での複雑な拡散を記述する多くのモデルが研究者によって提案されている。本明細書ではこれらをまとめて拡散パラメータマップと呼ぶ。ＩＶＩＭモデルは、高い灌流（ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ）を有する組織で好ましく、ＤＫＩモデルは肝臓で調査されており、ＤＴＩモデルは主に脳で研究されている。放射線医は、拡散強調画像及び／又は拡散パラメータマップを使用して、低ランダム運動を有する癌が疑われるエリアを区別することができる。

より高いｂ値、例えば１０００秒／ｍｍ^２よりも大きいｂ値において集められたＤＷＩは、腫瘍と正常組織との間の輪郭のより良好な描写を可能にする。しかしながら、高いｂ値を使用する際に直面する問題は、高いｂ値において取得された画像が、低い信号対雑音比（ＳＮＲ）及び重大な歪みを有することである。高いｂ値ＤＷＩを達成する代替手法は、算定されたＤＷＩ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ＤＷＩ）（以後、算定ＤＷＩ）である。この手法では、高いｂ値を使用した拡散強調画像を、直接に取得するのではなしに、計算モデルを使用してより低いｂ値のＤＷＩ画像から数学的に導出することができる。診断上は、算定ＤＷＩによって生成された画像が、取得された高いｂ値ＤＷＩに匹敵することは、多くの研究が示唆しているが、放射線医は依然として、算定ＤＷＩの実現可能性（ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ）に対して十分な確信を持っていない。これは、算定ＤＷＩが、取得された高いｂ値ＤＷＩのシミュレーションでしかないためである。更に、算定ＤＷＩはしばしば異常なコントラストを与え、このことが、算定ＤＷＩに対する放射線医の信頼を更に低下させている。更に、算定ＤＷＩの画像品質は、計算モデル、ｂ値、関心の組織等に依存し、そのため、算定ＤＷＩが広く受け入れられるまでには算定ＤＷＩの有効性を評価するより多くの臨床研究が必要である。

Ｆｒｅｉｍａｎ Ｍｏｔｉの「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍｕｌｔｉ Ｂ−Ｖａｌｕｅ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−Ｗｅｉｇｈｔｅｄ ＭＲＩ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｏｄｙ ｂｙ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｍｏｄｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」は、同時のモデル推定及び画像再構成を多数のｂ値に対して一度に実施することを可能にする、前の情報として利用される信号減衰モデル（ｓｉｇｎａｌ ｄｅｃａｙ ｍｏｄｅｌ）を使用する予想される信号のベイズモデル（Ｂａｙｅｓｉａｎ ｍｏｄｅｌ）を開示している。

本発明は、独立請求項に磁気共鳴イメージングシステム、コンピュータプログラム製品及び方法を提供する。実施形態は従属請求項に記載される。

当業者には理解されるように、本発明の態様は、装置、方法又はコンピュータプログラムプロダクトとして具体化され得る。従って、本発明の態様は、全面的にハードウェア実施形態、全面的にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）又は本明細書において全て一般的に「回路」、「モジュール」若しくは「システム」と称され得るソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとり得る。更に、本発明の態様は、コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードを有する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において具体化されたコンピュータプログラムプロダクトの形態をとり得る。

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読ストレージ媒体でもよい。本明細書で使用される「コンピュータ可読ストレージ媒体」は、コンピューティングデバイスのプロセッサによって実行可能な命令を保存することができる任意の有形ストレージ媒体を包含する。コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読非一時的ストレージ媒体と称される場合もある。コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、有形コンピュータ可読媒体と称される場合もある。一部の実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、コンピューティングデバイスのプロセッサによってアクセスされることが可能なデータを保存可能であってもよい。コンピュータ可読ストレージ媒体の例は、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ハードディスクドライブ、半導体ハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、磁気光学ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルを含むが、これらに限定されない。光ディスクの例は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、又はＤＶＤ−Ｒディスクといったコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。コンピュータ可読ストレージ媒体という用語は、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータデバイスによってアクセスされることが可能な様々な種類の記録媒体も指す。例えば、データは、モデムによって、インターネットによって、又はローカルエリアネットワークによって読み出されてもよい。コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードは、限定されることはないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等を含む任意の適切な媒体、又は上記の任意の適切な組み合わせを用いて送信されてもよい。

コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドにおいて又は搬送波の一部として内部で具体化されたコンピュータ実行可能コードを備えた伝搬データ信号を含んでもよい。このような伝搬信号は、限定されることはないが電磁気、光学的、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含む様々な形態の何れかをとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではない及び命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれと関連して使用するためのプログラムを通信、伝搬、若しくは輸送できる任意のコンピュータ可読媒体でもよい。

「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサに直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の更なる一例である。コンピュータストレージは、任意の不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体である。一部の実施形態では、コンピュータストレージは、コンピュータメモリであってもよい又はその逆でもよい。メモリの内容及び記憶装置の内容が互いを複製していることがあり、又は、一方の中にあるとして示されたアイテムがもう一方に記憶若しくは複製されていることがある。

本明細書で使用される「プロセッサ」は、プログラム、マシン実行可能命令、又はコンピュータ実行可能コードを実行可能な電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を含むコンピューティングデバイスへの言及は、場合により、２つ以上のプロセッサ又は処理コアを含むと解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサである。プロセッサは、また、単一のコンピュータシステム内の、又は複数のコンピュータシステムの中へ分配されたプロセッサの集合体も指す。コンピュータデバイスとの用語は、各々が一つ又は複数のプロセッサを有するコンピュータデバイスの集合体又はネットワークを指してもよいと理解されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、同一のコンピュータデバイス内の、又は複数のコンピュータデバイス間に分配された複数のプロセッサによって実行される。

コンピュータ実行可能コードは、本発明の態様をプロセッサに行わせるマシン実行可能命令又はプログラムを含んでもよい。本発明の態様に関する動作を実施するためのコンピュータ実行可能コードは、Java（登録商標）、Smalltalk、又はC++等のオブジェクト指向プログラミング言語及び「Ｃ」プログラミング言語又は類似のプログラミング言語等の従来の手続きプログラミング言語を含む１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれてもよい及びマシン実行可能命令にコンパイルされてもよい。場合によっては、コンピュータ実行可能コードは、高水準言語の形態又は事前コンパイル形態でもよい及び臨機応変にマシン実行可能命令を生成するインタプリタと共に使用されてもよい。

コンピュータ実行可能コードは、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアローンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上で及び部分的にリモートコンピュータ上で、又は完全にリモートコンピュータ若しくはサーバ上で実行することができる。後者の場合、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを通してユーザのコンピュータに接続されてもよい、又はこの接続は外部コンピュータに対して（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネットを通して）行われてもよい。

本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラムプロダクトのフローチャート、図及び／又はブロック図を参照して説明される。フローチャート、図、及び／又はブロック図の各ブロック又は複数のブロックの一部は、適用できる場合、コンピュータ実行可能コードの形態のコンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。相互排他的でなければ、異なるフローチャート、図、及び／又はブロック図におけるブロックの組み合わせが組み合わせられてもよいことが更に理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するための手段を生じさせるようにマシンを作るために、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサへと提供されてもよい。

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に保存された命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施する命令を含む製品を作るように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイスにある特定の方法で機能するように命令することができるコンピュータ可読媒体に保存されてもよい。

コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実施するためのプロセスを提供するように、一連の動作ステップがコンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で行われるようにすることにより、コンピュータ実施プロセスを生じさせるために、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイス上にロードされてもよい。

本明細書で使用される「ユーザインタフェース」は、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムとインタラクトすることを可能にするインタフェースである。「ユーザインタフェース」は、「ヒューマンインタフェースデバイス」と称される場合もある。ユーザインタフェースは、情報若しくはデータをオペレータに提供することができる及び／又は情報若しくはデータをオペレータから受信することができる。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にしてもよい及びコンピュータからユーザへ出力を提供してもよい。つまり、ユーザインタフェースはオペレータがコンピュータを制御する又は操作することを可能にしてもよい、及びインタフェースはコンピュータがオペレータの制御又は操作の結果を示すことを可能にしてもよい。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上のデータ又は情報の表示は、情報をオペレータに提供する一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、指示棒、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ウェブコム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、有線グローブ、ダンスパッド、リモコン、及び加速度計を介したデータの受信は、オペレータから情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェース要素の全例である。

本明細書で使用される「ハードウェアインタフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とインタラクトする及び／又はそれを制御することを可能にするインタフェースを包含する。ハードウェアインタフェースは、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置へ制御信号又は命令を送ることを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースはまた、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とデータを交換することを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースの例は、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ４８８ポート、ブルートゥース（登録商標）接続、無線ＬＡＮ接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含むが、これらに限定されない。

本明細書で使用される「ディスプレイ」又は「ディスプレイデバイス」は、画像又はデータを表示するために構成された出力デバイス又はユーザインタフェースを包含する。ディスプレイは、視覚、音声、及び／又は触覚データを出力してもよい。ディスプレイの例は、コンピュータモニタ、テレビスクリーン、タッチスクリーン、触覚電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、ベクターディスプレイ、平面パネルディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ、及びヘッドマウントディスプレイを含むが、これらに限定されない。

磁気共鳴（ＭＲ）データは、本明細書においては、磁気共鳴イメージングスキャン中に磁気共鳴装置のアンテナによって原子スピンにより発せられた無線周波数信号の記録された測定結果として定義される。磁気共鳴データは、医療画像データの一例である。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像は、本明細書においては、磁気共鳴イメージングデータ内に含まれる解剖学的データの復元された２次元又は３次元視覚化として定義される。この視覚化は、コンピュータを使用して行うことができる。磁気共鳴データはｋ空間データと呼ばれることもある。ｋ空間は、磁気共鳴画像化において広く使用されている形式である。ＭＲＩ物理学では、ｋ空間が、測定されたＭＲ画像の２Ｄ又は３Ｄフーリエ変換である。実際には、ｋ空間がしばしば、デジタル化されたＭＲ信号からのデータがデータ取得の間、記憶される一時的な画像空間、通常は複素数値の行列を指す。

本発明の実施形態は、合成拡散画像を生成する方法を提供する。この方法は、多数の初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって多数の初期拡散スキャンデータセットを取得するステップと、初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出するステップと、各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって標的拡散スキャンデータを取得するステップと、少なくとも初期拡散画像及び標的拡散スキャンデータに基づく合成拡散画像にｋ空間における忠実度項（ｆｉｄｅｌｉｔｙ ｔｅｒｍ）を適用する費用関数（ｃｏｓｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）ベースの再構成を実行することによって合成拡散画像を生成するステップとを有する。合成拡散画像は、標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像と合成拡散パラメータマップとのうちの少なくとも一方である。合成拡散画像が合成拡散パラメータマップであるときには、初期拡散画像を提供するために、初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から初期拡散パラメータマップが導出され、合成拡散画像が標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像であるときには、初期拡散画像を提供するために、初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像（ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ＤＷＩ ｉｍａｇｅ）が導出される。

より高いｂ値において実際に取得された標的拡散スキャンデータとより低いｂ値から算定された初期拡散画像との両方を使用することにより、より高いｂ値に対して生成された合成拡散画像は、より高いｂ値において取得された拡散スキャンデータから直接に再構成された拡散画像に比べて改善されたＳＮＲ及び歪みを達成することができる。加えて、より高いｂ値において実際に取得された拡散スキャンデータを使用することにより、合成拡散画像に対する放射線医の信頼は、より低いｂ値において取得された拡散スキャンデータの数学的計算だけに依存する算定拡散画像に比べて増大する。更に、本発明に従って生成された合成拡散画像は正常なコントラストを与えることができ、このことは、合成拡散画像の実現可能性に対する放射線医の確信を更に増大させる。

本発明の一実施形態によれば、初期拡散画像を導出するステップが、少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた初期拡散スキャンデータに基づいて、少なくとも２つの初期拡散強調画像（ＤＷＩ画像）を再構成するステップと、前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいて、見かけの拡散係数（ＡＤＣ）マップを計算するステップと、計算されたＡＤＣマップに基づいて、標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像を初期拡散画像として計算するステップとを更に有する。有利には、標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像を、費用関数ベースの再構成に関する前の情報として使用することができる。

本発明の他の実施形態によれば、合成拡散画像を生成するステップが、少なくとも、標的ｂ値において取得された拡散スキャンデータと合成ＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する忠実度項と、合成ＤＷＩ画像と初期算定ＤＷＩ画像との間の類似性を評価する制約項（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｔｅｒｍ）との加重和（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｓｕｍ）からなる費用関数を最小化することによって、標的ｂ値における合成ＤＷＩ画像を合成拡散画像として生成するステップを更に有する。有利には、初期算定ＤＷＩ画像を前の情報として使用することにより、関連する費用関数を最小化することによって再構成された合成拡散画像は、より高いｂ値において取得された拡散スキャンデータから直接に再構成されたＤＷＩ画像に比べて改善されたＳＮＲ及び歪みを達成する。一方、合成拡散画像の実現可能性に対する放射線医の確信は、より低いｂ値において取得された拡散スキャンデータの数学的計算だけに依存する算定ＤＷＩ画像よりも高い。

本発明の他の実施形態によれば、初期拡散画像を導出するステップが、少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するステップと、前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいて、初期拡散パラメータマップを初期拡散画像として計算するステップとを更に有する。有利には、拡散パラメータマップの特定の特性、例えば区分的な滑らかさ（ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ）を、費用関数ベースの測定値マップ再構成に関する前の情報として使用することができ、それによって、再構成されたＤＷＩ画像から拡散パラメータマップを測定する前に完全なＤＷＩ画像を再構成する必要性を排除することができる。

本発明の他の実施形態によれば、合成拡散画像を生成するステップが、各初期ｂ値及び標的ｂ値において取得された初期拡散スキャンデータと、合成拡散パラメータマップに基づいて対応する各初期ｂ値及び標的ｂ値に対して計算されたＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する忠実度項の和からなる費用関数を最小化することによって、合成拡散パラメータマップを合成拡散画像として生成するステップを更に有する。有利には、この費用関数ベースの再構成により、２つのＤＷＩ画像から計算された拡散パラメータマップに比べてより正確で信頼できる合成拡散パラメータマップを生成することができる。更に、このより正確な合成拡散パラメータマップを使用することによって、より高品質のＤＷＩ画像を算定することができる。

本発明の他の実施形態によれば、合成拡散パラメータマップが、ＡＤＣマップ、拡散係数及び尖度（ＤＫＩ）マップ並びにイントラボクセルインコヒーレントモーション（ｉｎｔｒａｖｏｘｅｌ ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ ｍｏｔｉｏｎ：ＩＶＩＭ）マップのうちの１つのマップである。有利には、この費用関数ベースの拡散マップ再構成が、様々な拡散マップ測定値に適用可能である。

本発明の他の実施形態によれば、この方法が、合成拡散画像の信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させるために、費用関数ベースの再構成に空間正則化項を適用するステップを更に有する。

本発明の実施形態は更に、合成拡散画像を生成する磁気共鳴画像化システム（１００）を提供する。この磁気共鳴画像化システムは、多数の初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって取得された多数の初期拡散スキャンデータセット、及び各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって取得された標的拡散スキャンデータを受け取るように構成されたデータ受信器（２０）と、初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出するように構成された初期拡散画像生成器（２２）と、少なくとも初期拡散画像及び標的拡散スキャンデータに基づく合成拡散画像にｋ空間における忠実度項を適用する費用関数ベースの再構成を実行することによって合成拡散画像を生成するように構成された合成拡散画像生成器（２４）とを備える。合成拡散画像は、標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像と合成拡散パラメータマップとのうちの少なくとも一方である。合成拡散画像が合成拡散パラメータマップであるときには、初期拡散画像を提供するために、初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から初期拡散パラメータマップが導出され、合成拡散画像が標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像であるときには、初期拡散画像を提供するために、初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像が導出される。

本発明の一実施形態によれば、初期拡散画像生成器（２２）が、少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するように構成されたＤＷＩ画像生成器（２０６）と、前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいてＡＤＣマップを計算するように構成されたＡＤＣマップ計算器（２０８）と、計算されたＡＤＣマップに基づいて、標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像を計算し、その初期算定ＤＷＩ画像を初期拡散画像として合成拡散画像生成器に出力するように構成されたＤＷＩ画像計算器（２１０）とを更に備える。

本発明の他の実施形態によれば、合成拡散画像が合成ＤＷＩ画像であり、合成拡散画像生成器が更に、少なくとも、標的ｂ値において取得された拡散スキャンデータと合成ＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する忠実度項と、合成ＤＷＩ画像と初期算定ＤＷＩ画像との間の類似性を評価する制約項との加重和からなる費用関数を最小化するように構成されている。

本発明の他の実施形態によれば、初期拡散画像生成器（２２）が、少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するように構成されたＤＷＩ画像生成器（４０６）と、前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいて初期拡散パラメータマップを計算し、その初期拡散パラメータマップを初期拡散画像として合成拡散画像生成器に出力するように構成された初期拡散パラメータマップ計算器（４０８）とを更に備える。

本発明の他の実施形態によれば、合成拡散画像が、ＡＤＣマップ、拡散係数及び尖度（ＤＫＩ）マップ並びにイントラボクセルインコヒーレントモーション（ＩＶＩＭ）マップのうちの１つのマップから選択された合成拡散パラメータマップであり、合成拡散画像生成器が更に、各初期ｂ値及び標的ｂ値において取得された初期拡散スキャンデータと、合成拡散パラメータマップに基づいて対応する各初期ｂ値及び標的ｂ値に対して計算されたＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する忠実度項の和からなる費用関数を最小化するように構成されている。

本発明の実施形態は更に、磁気共鳴画像化システム（１００）を制御するプロセッサ（２８）によって実行される機械実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。この機械実行可能命令の実行によって、プロセッサ（２８）は、多数の初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって多数の初期拡散スキャンデータセットを取得し、初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出し、各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって標的拡散スキャンデータを取得し、少なくとも初期拡散画像及び標的拡散スキャンデータに基づく合成拡散画像にｋ空間における忠実度項を適用する費用関数ベースの再構成を実行することによって合成拡散画像を生成する。合成拡散画像は、標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像と合成拡散パラメータマップとのうちの少なくとも一方である。合成拡散画像が合成拡散パラメータマップであるときには、初期拡散画像を提供するために、初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から初期拡散パラメータマップが導出され、合成拡散画像が標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像であるときには、初期拡散画像を提供するために、初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像が導出される。

以下では、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を、単なる例として説明する。

合成拡散画像を生成する本発明の一実施形態に基づく磁気共鳴画像化システムを概略的に示す図である。 合成ＤＷＩ画像を生成する本発明の一実施形態に基づく磁気共鳴画像化システムを概略的に示す図である。 合成ＤＷＩ画像を生成する本発明の一実施形態に基づく方法の流れ図である。 合成拡散パラメータマップを生成する本発明の一実施形態に基づく磁気共鳴画像化システムを概略的に示す図である。 合成拡散パラメータマップを生成する本発明の一実施形態に基づく方法の流れ図である。

図において似通った参照番号を付された要素は、等価な要素であるか、同じ機能を実行するかの何れかである。先に考察された要素は、機能が等価である場合は、後の図においては必ずしも考察されない。

図１を参照すると、磁気共鳴（ＭＲ）システム１００の一実施形態が概略的に示されている。ＭＲシステム１００は、開放系（ｏｐｅｎ ｓｙｓｔｅｍ）又はｃ型スキャナ（ｃ−ｔｙｐｅ ｓｃａｎｎｅｒ）、水平ボア（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｂｏｒｅ）スキャナ等のＭＲスキャナ２を含む。ＭＲスキャナ２は断面図として示されている。ＭＲスキャナ２は、分光検査及び／又は画像化検査のために被検者４が置かれる検査領域を画定する開口又はボアを含む。ＭＲスキャナ２は、開放系のＣ形鉄磁束リターンパス（Ｃ−ｓｈａｐｅ ｆｅｒｒｏｕｓ ｆｌｕｘ ｒｅｔｕｒｎ ｐａｔｈ）を有する１つ又は複数の主磁石６と、１つ又は複数の高周波（ＲＦ）コイル８と、１つ又は複数の傾斜磁場コイル１０とを含む。Ｃ型主磁石６は、垂直静磁場等の垂直静磁場Ｂ_０を発生させる。或いは、ボア磁石が水平静磁場Ｂ_０を発生させる。

ＭＲシステム１００は、ＤＷＩシーケンスの操作を制御するシーケンスコントローラ１２と、ＲＦコイル８の動作を制御するＲＦ送信ユニット１４と、傾斜磁場コイル１０の動作を制御する傾斜磁場コントローラ１６とを含む。これらの制御ユニットと対応するコイルとの間の通信は無線又は有線通信とすることができる。ＲＦコイル８は、被検者４の組織内において共鳴を励振し操作する高周波パルスを発生させる。ＲＦコイル８は、全身コイル及び／又は例えば胴コイル、手コイル、肩コイル、膝コイル等の局所コイルを含むことができる。

誘導共鳴（ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、誘導傾斜磁場エコー（ｉｎｄｕｃｅｄ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｅｃｈｏ）等を空間的にエンコードするために、１つ又は複数の傾斜磁場コイル１０は、静磁場及び被検者４の関心の部位を横切る傾斜磁場を発生させる。任意の単一のボクセルの受信画像データの重なりによってデータの重複が生じるような態様で、傾斜磁場は、関心の部位を横切って、異なる方向に及び／又は異なるｂ値を使用して印加される。ｂ値は、拡散をエンコードする傾斜磁場の持続時間及び強度の積分を表し、秒／ｍｍ^２を単位として評価される。シーケンスコントローラ１２は、ＤＷＩシーケンスに基づいて被検者の組織内において共鳴を励振し操作するように、ＲＦコイル及び傾斜磁場コイルを構成する。

ＭＲシステム１００は、拡散強調磁気共鳴（ＭＲ−ＤＷＩ）信号を受信するＲＦ受信ユニット１８を含む。被検者の組織内において共鳴が減衰すると、微弱な高周波信号又はＭＲ−ＤＷＩ信号が、ＲＦコイル８及び／又は局所コイル等の高周波アンテナによって受信され、ＲＦ受信ユニット１８に送られる。ＲＦ受信ユニット１８は、このＭＲ−ＤＷＩ信号を、ｋ空間の拡散スキャンデータに変換する。

ＭＲシステム１００は、データ受信器２０、初期拡散画像生成器２２及び合成拡散画像生成器２４を含む。データ受信器２０は、ＲＦ受信ユニット１８から拡散スキャンデータを受信する。この拡散スキャンデータは、完全に又は部分的にサンプリングされた初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって取得された初期拡散スキャンデータと、完全に又は部分的にサンプリングされた１つ又は複数の標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって取得された標的拡散スキャンデータとを含む。標的ｂ値は各初期ｂ値よりも高い。初期拡散画像生成器２２は、初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出する。一実施形態では、初期拡散画像が、標的ｂ値に対して算定された初期ＤＷＩ画像である。或いは、初期拡散画像が、ＤＷＩ測定値から生じた初期拡散パラメータマップ、例えばＡＤＣマップ、拡散係数及び尖度（ＤＫＩ）マップ又はイントラボクセルインコヒーレントモーション（ＩＶＩＭ）マップである。どのタイプの初期拡散画像を導出するにしても、初期拡散スキャンデータの量は、初期拡散画像を導出するのに十分な大きさであり、特に、部分的にサンプリングされた初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによる初期拡散スキャンデータに関してそうである。合成拡散画像生成器２４は、初期拡散スキャンデータ、初期拡散画像及び標的拡散スキャンデータに基づく合成拡散画像に忠実度制約条件を適用する費用関数ベースの再構成を実行することによって、合成拡散画像を生成する。有利には、より低いｂ値から算定された初期拡散画像を前の情報として使用することにより、より高いｂ値に対して生成された合成拡散画像は、より高いｂ値において取得された拡散スキャンデータから直接に再構成された拡散画像に比べて改善されたＳＮＲ及び歪みを達成することができる。加えて、より高いｂ値における拡散スキャンデータを使用することにより、合成拡散画像に対する放射線医の信頼は、より低いｂ値において取得された拡散スキャンデータの数学的計算だけに依存する算定拡散画像に比べて増大する。更に、本発明に従って生成された合成拡散画像は正常なコントラストを与えることができ、このことは、合成拡散画像の実現可能性に対する放射線医の確信を更に増大させる。

ＭＲシステム１００はワークステーション２６を更に含み、ワークステーション２６は、電子プロセッサ又は電子処理装置２８と、再構成された合成拡散画像、メニュー、パネル及びユーザ制御を表示する表示装置３０と、健康管理従事者（ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ ｐｒａｃｔｉｔｉｏｎｅｒ）の選択及び／又は指令を入力する少なくとも１つの入力装置３２とを含む。例えば、健康管理従事者は、表示装置上に表示されたメニューからＤＷＩシーケンスを選択することができる。ワークステーション２６は、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、タブレット、モバイルコンピューティングデバイス、スマートホン等とすることができる。表示装置３０は、コンピュータモニタ、タッチスクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、フラットパネルディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ等を含むことができる。入力装置３２は、キーボード、マウス、マイクロホン等とすることができる。

これらの様々なユニット又はモジュール２０、２２及び２４は、ワークステーション２６の電子プロセッサ若しくは電子処理装置２８等の電子データ処理装置、又はネットワーク３４によってワークステーション２６に動作可能に接続されたネットワークベースのサーバコンピュータ等によって適当に実施される。上記のユーザインタフェースはワークステーション２６によって適当に実施される。更に、開示されたデータ受信技法、初期拡散画像生成技法及び合成拡散画像再構成技法は、電子データ処理装置によって読み取り可能な命令（例えばソフトウェア）であって、開示されたこれらの技法を実行するために電子データ処理装置によって実行可能な命令（例えばソフトウェア）を記憶した非一時的記憶媒体を使用して適当に実施される。

図２を参照すると、合成ＤＷＩ画像を生成するように構成された磁気共鳴画像化システム２００が示されている。図２の実施形態では拡散画像がＤＷＩ画像のことを指しているため、本明細書では、初期拡散画像生成器及び合成拡散画像生成器をそれぞれ、初期ＤＷＩ生成器及び合成ＤＷＩ生成器とも呼ぶ。初期ＤＷＩ画像生成器２２は更に、低いｂ値ＤＷＩ画像生成器２０６、ＡＤＣマップ計算器２０８、及び高いｂ値ＤＷＩ画像計算器２１０を含む。拡散信号減衰モデルによれば、低いｂ値ＤＷＩ画像生成器２０６からの、２つ以上のｂ値に関連づけられたＤＷＩ画像によって、ＡＤＣマップ計算器２０８は、組織のＡＤＣを、下式に従ってボクセルごとに計算することができる。
Ｓ_ｌ１＝Ｓ_ｌ２・ｅｘｐ（−（ｂ_ｌ１−ｂ_ｌ２）・ＡＤＣ） （１）
ここで、ＡＤＣは、計算するＡＤＣ値を表し、ｂ_ｌ１は、信号強度Ｓ_ｌ１に関連づけられたｂ値を表し、Ｓ_ｌ２は、ｂ値ｂ_ｌ２に関連づけられた信号強度を表す。例えば、０及び９００秒／ｍｍ^２のｂ値を用いて画像化を実行し、これらの両方のｂ値からの拡散スキャンデータを使用することによってＡＤＣマップを計算する。ＡＤＣマップはＡＤＣ^＊と称される。ＡＤＣ値が判明した後、高いｂ値ＤＷＩ画像計算器２１０が、そのＡＤＣ値を使用して、画像ボクセルごとに、より高い標的ｂ値ｂ_ｈに対する予想される信号強度Ｓ_ｈを、下式に従って外挿法により推定し、それによって初期算定ＤＷＩ画像Ｓ_ｈを生成する。
Ｓ_ｈ＝Ｓ_０ ^＊・ｅｘｐ（−ｂ_ｈ・ＡＤＣ^＊） （２）
ここで、ＡＤＣ^＊及びＳ_０ ^＊はそれぞれ、０秒／ｍｍ^２のｂ値に関連づけられたＡＤＣ及び信号強度Ｓ_０のピクセルごとの推定値である。例えば、式（２）に従って、１５００秒／ｍｍ^２のｂ値における初期算定ＤＷＩ画像Ｓ_ｈを算定することができる。

初期算定ＤＷＩ画像を計算するための拡散信号減衰モデルはＡＤＣだけに限定されるわけではなく、例えば拡散係数及び尖度モデル、イントラボクセルインコヒーレントモーションモデル等、他の拡散信号減衰モデルも企図されることを当業者は理解すべきである。

初期算定ＤＷＩ画像の生成が完了した後、合成ＤＷＩ画像生成器２４が、合成拡散画像のより高い標的ｂ値ｂ_ｈに関連づけられた信号強度ＳＳ_ｈの推定値を、一組の再構成制約条件と、関連する費用関数の最小化とにかける。合成拡散画像を再構成するための費用関数の一形態は下式として与えられる。

ここで、ＳＳ_ｈは、より高い標的ｂ値ｂ_ｈに関連づけられた再構成する合成ＤＷＩ画像を表し、合成ＤＷＩ画像の初期値は初期算定ＤＷＩ画像Ｓ_ｈとすることができる。ｍは、より高い標的ｂ値ｂ_ｈにおいて実際に取得された拡散スキャンデータを表し、この拡散スキャンデータは、完全に又は部分的にサンプリングされた拡散スキャンデータとすることができる。Ｆは、１つ又は複数のエンコード演算子（ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｏｒ）、例えばフーリエ変換、マスクサンプリング、コイル感度マップ等を表し、‖ ‖２は、最小２乗解を生み出すＬ２ノルムを表し、これは、画像間の偏差の他の任意のタイプの尺度に置き換えることができる。αは、忠実度項

と制約項

の相対的な寄与を制御する重み係数を表す。忠実度項

は、解ＳＳ_ｈを、取得した拡散スキャンデータｍに密着させる。制約項

は、解ＳＳ_ｈを、初期算定ＤＷＩ画像Ｓ_ｈに密着させる。言い換えると、合成拡散画像のｋ空間データと取得された拡散スキャンデータｍとの間の第１の類似性を評価する忠実度項と、合成拡散画像と初期算定ＤＷＩ画像との間の第２の類似性を評価する制約項との最小化された和を達成するように、忠実度項と制約項の加重和が、生成される合成拡散画像を強制する。

或いは、合成ＤＷＩ画像の信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させるために、この費用関数ベースの再構成に更に空間正則化項を適用することもできる。この場合、費用関数は下式によって与えられる。

ここで、Ｇ（ＳＳ_ｈ）は、ウェーブレット変換（ｗａｖｅｌｅｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）‖Ψ（ＳＳ_ｈ）‖_１のＬ１ノルム、全変動（ｔｏｔａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）ＴＶ（ＳＳ_ｈ）等の正則化関数を表し、βは、空間正則化項の相対的な寄与を制御する重み係数を表す。

図３は、磁気共鳴画像化システム２００によって合成拡散画像を生成する本発明の一実施形態に基づく方法の流れ図３００を示す。図２を参照して図３を説明する。

ステップ３０２で、多くの初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって初期拡散スキャンデータを取得する。一実施形態では、磁気共鳴スキャナ２が、多数の初期ｂ値においてＭＲ−ＤＷＩの取得を実行して、初期拡散スキャンデータをＲＦ受信器１８に提供する。これらの初期ｂ値は互いに異なることが好ましく、比較的に低いこと、例えば１０００秒／ｍｍ^２よりも低いことが好ましい。これらの初期拡散スキャンデータは、更なる処理のためにデータ受信器２０によって取得される。

ステップ３０４で、初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出する。一実施形態では、ステップ３０４が更に、少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するステップ３０６、それらの少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいてＡＤＣマップを計算するステップ３０８、及び計算されたＡＤＣマップに基づいて、標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像を、初期拡散画像として計算するステップ３１０を有する。再び図２を参照すると、低いｂ値ＤＷＩ画像生成器２０６が、少なくとも２つのより低いｂ値ＤＷＩ画像、例えばそれぞれ９００秒／ｍｍ^２及び０秒／ｍｍ^２のｂ値に関連づけられたＳ_ｌ１及びＳ_ｌ２を生成する。ＡＤＣマップ計算器２０８が、少なくとも２つのそれらのより低いｂ値ＤＷＩ画像に基づいて、推定されるＡＤＣ^＊を、式（１）に従って計算する。３つ以上のより低いｂ値ＤＷＩ画像を使用することにより、より正確な平均されたＡＤＣ推定値ＡＤＣ^＊を決定することができる。ＡＤＣ^＊が判明した後、高いｂ値ＤＷＩ画像生成器２１０が、判明したＡＤＣ^＊を使用して、画像ボクセルごとに、より高い標的ｂ値ｂ_ｈ、例えば１５００秒／ｍｍ^２の標的ｂ値ｂ_ｈに対する予想される信号強度Ｓ_ｈを外挿法により推定することによって、初期算定ＤＷＩ画像を生成する。

ステップ３１２で、各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって標的拡散スキャンデータを取得する。一実施形態では、磁気共鳴スキャナ２が、標的ｂ値においてＭＲ−ＤＷＩの取得を実行して、標的拡散スキャンデータをＲＦ受信器１８に提供する。標的ｂ値は、各初期ｂ値よりも高く、好ましくは１０００秒／ｍｍ^２よりも高く、例えば１５００秒／ｍｍ^２である。この標的拡散スキャンデータは、更なる処理のためにデータ受信器２０によって取得される。

ステップ３１４で、費用関数ベースの再構成を実行して、初期拡散スキャンデータ、初期拡散画像及び標的拡散スキャンデータに基づく合成拡散画像に忠実度制約条件を適用することによって、合成拡散画像を生成する。一実施形態では、合成ＤＷＩ画像生成器２４が、より高い標的ｂ値ｂ_ｈに関連づけられた信号強度の推定値ＳＳ_ｈを、式（３）又は（４）によって与えられた費用関数にかけることによって、標的ｂ値における合成ＤＷＩ画像を生成する。

図４を参照すると、合成拡散パラメータマップを生成するように構成された磁気共鳴画像化システム４００が示されている。図４の実施形態では、拡散画像が拡散パラメータマップのことを指しているため、本明細書では、初期拡散画像生成器及び合成拡散画像生成器をそれぞれ、初期パラメータマップ生成器及び合成パラメータマップ生成器とも呼ぶ。初期拡散パラメータマップ生成器２２は更に、低いｂ値ＤＷＩ画像生成器４０６及び初期拡散パラメータマップ計算器４０８を含む。上述のとおり、ＤＷＩ測定値は、限定はされないが、ＡＤＣマップ、ＤＫＩマップ及びＩＶＩＭマップを含む様々なパラメータ測定値を含む。図４の実施形態を特にＡＤＣマップに関して説明する。低いｂ値ＤＷＩ画像生成器２０６と同様に、低いｂ値ＤＷＩ画像生成器４０６は低いｂ値ＤＷＩ画像を生成する。ＡＤＣマップ計算器２０８と同様に、初期拡散パラメータマップ計算器４０８は、この低いｂ値ＤＷＩ画像に基づいて、推定されるＡＤＣマップＡＤＣ^＊を計算する。より低いｂ値拡散スキャンデータから算定された初期ＤＷＩ画像から導出されたＡＤＣマップを使用して合成ＤＷＩ画像を推定する合成ＤＷＩ画像生成器２４とは異なり、合成拡散パラメータマップ生成器２４は、下式によって与えられる費用関数に関するｋ空間ベースの忠実度項を使用して、合成ＡＤＣマップを再構成する。

ここで、ＡＤＣは、取得された低いｂ値拡散スキャンデータに基づいて推定される再構成するＡＤＣマップを表し、ＡＤＣマップの初期値はＡＤＣ^＊とすることができる。ｂ_ｉは、ＭＲ−ＤＷＩスキャンに使用された各高／低いｂ値を表し、ｍ_ｂｉは、その高い／低いｂ値ｂ_ｉに関連づけられた取得された拡散スキャンデータを表し、Ｓ_０ ^＊は、０秒／ｍｍ^２のｂ値に関連づけられた信号強度Ｓ_０のピクセルごとの推定値である。Σは、ｂ値ｂ_ｉに関連づけられた取得された拡散スキャンデータｍ_ｂｉと、再構成するＡＤＣマップに基づいて算定された、ｂ値ｂ_ｉに関連づけられたＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性をそれぞれが評価する忠実度項の和を表す。有利には、式（５）に従って算定された合成ＡＤＣマップは、式（１）によって算定されたＡＤＣ^＊よりも正確であり、これにより、ＡＤＣ^＊の代わりに合成ＡＤＣマップを使用してＤＷＩ画像を算定すると、算定されるＤＷＩ画像の品質が更に向上する。同様に、区分的に一定の（ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ−ｃｏｎｓｔａｎｔ）ＡＤＣマップを生成するため、式（５）に基づく費用関数も空間正則化項を含むことができる。

上述のとおり、パラメータ測定値は更に、限定はされないが、ＤＫＩマップ及びＩＶＩＭマップを含む。ＤＫＩマップ測定値に関しては、合成拡散パラメータマップ生成器２４が、下式に従って合成ＤＫＩマップを再構成する。

ここで、Ｄは、再構成する拡散係数マップ（Ｄマップ）を表し、Ｋは、再構成する尖度マップ（Ｋマップ）を表す。ＩＶＩＭマップ測定値に関しては、合成拡散パラメータマップ生成器２４が、下式（７）に従って合成ＩＶＩＭマップを再構成する。

ここで、Ｄ、Ｄ^＊及びｆはそれぞれ、再構成する純粋拡散係数マップ（ｐｕｒｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｐ）、灌流に関係する拡散係数（ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ−ｒｅｌａｔｅｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、及び灌流フラクションマップ（ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｍａｐ）を表す。簡潔にするため、他のパラメータ測定値の式を本明細書で詳述することはしない。しかしながら、パラメータマップの正確さを向上させるために、本発明を、様々な種類のパラメータマップの再構成に容易に適用することができることを当業者は理解すべきである。

図５は、磁気共鳴画像化システム４００によって合成拡散画像を生成する本発明の一実施形態に基づく方法の流れ図５００を示す。図４を参照して図５を説明する。

ステップ５０２で、より低い初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャン及びより高い１つ又は複数の標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって、初期拡散スキャンデータ及び標的拡散スキャンデータをそれぞれ取得する。一実施形態では、磁気共鳴スキャナ２が、多数のより低い初期ｂ値、例えば９００秒／ｍｍ^２及び０秒／ｍｍ^２のｂ値においてＭＲ−ＤＷＩの取得を実行して、初期拡散スキャンデータを提供し、より高い１つ又は複数の標的ｂ値、例えば１５００秒／ｍｍ^２のｂ値においてＭＲ−ＤＷＩの取得を実行して、標的拡散スキャンデータをＲＦ受信器１８に提供する。各初期ｂ値は互いに異なることが好ましく、比較的に低いこと、例えば１０００秒／ｍｍ^２よりも低いことが好ましく、各標的ｂ値は互いに異なることが好ましく、比較的に高いこと、例えば１０００秒／ｍｍ^２よりも高いことが好ましい。これらの初期拡散スキャンデータ及び標的拡散スキャンデータは、更なる処理のためにデータ受信器２０によって取得される。

ステップ５０４で、初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出する。一実施形態では、ステップ５０４が更に、少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するステップ５０６、及びそれらの少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいて初期拡散パラメータマップを計算するステップ５０８を有する。再び図４を参照すると、低いｂ値ＤＷＩ画像生成器４０６が、少なくとも２つのより低いｂ値ＤＷＩ画像、例えばそれぞれ９００秒／ｍｍ^２及び０秒／ｍｍ^２のｂ値に関連づけられたＳ_ｌ１及びＳ_ｌ２を生成する。初期拡散パラメータマップ計算器４０８が、推定されるＡＤＣ^＊を計算する。少なくとも２つのそれらのより低いｂ値ＤＷＩ画像に基づいて、推定されるＡＤＣ^＊を、式（１）に従って計算する。

ステップ５１０で、費用関数ベースの再構成を実行して、初期拡散スキャンデータ、初期拡散画像及び標的拡散スキャンデータに基づく合成拡散画像に忠実度制約条件を適用することによって、合成拡散画像を生成する。一実施形態では、合成拡散パラメータマップ生成器２４が、パラメータマップの推定値を、式（５）〜（７）のうちの何れかの１つの式によって与えられた費用関数にかけることによって、標的ｂ値における合成拡散パラメータマップを生成する。

本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び記載は、説明的又は例示的であって限定するものではないと見なされるべきである。すなわち本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。

開示された実施形態のその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、備える）」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を果たす。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に若しくは他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適当な媒体に保存／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等の他の形式で分配されてもよい。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 合成拡散画像を生成する方法であって、前記方法は、
   複数の初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって複数の初期拡散スキャンデータを取得するステップと、
   前記初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出するステップと、
   各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって標的拡散スキャンデータを取得するステップと、
   少なくとも前記初期拡散画像及び前記標的拡散スキャンデータに基づく前記合成拡散画像にｋ空間における忠実度項を適用する費用関数ベースの再構成を実行することによって前記合成拡散画像を生成するステップと
   を有し、前記合成拡散画像が、前記標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像と合成拡散パラメータマップとのうちの少なくとも一方であり、前記合成拡散画像が前記合成拡散パラメータマップであるときには、前記初期拡散画像を提供するために、前記初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から初期拡散パラメータマップが導出され、前記合成拡散画像が前記標的ｂ値における前記合成拡散ＤＷＩ画像であるときには、前記初期拡散画像を提供するために、前記初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から前記標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像が導出される、
   方法。
2. 前記初期拡散パラメータマップを導出する前記ステップが、
   少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた前記初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するステップと、
   前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいて前記初期拡散パラメータマップを計算するステップと
   を更に有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記合成拡散パラメータマップを生成する前記ステップが、
   各初期ｂ値において取得された前記初期拡散スキャンデータ及び標的ｂ値において取得された前記標的スキャンデータと、前記合成拡散パラメータマップに基づいて対応する各初期ｂ値及び標的ｂ値に対して計算されたＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する忠実度項の和からなる前記費用関数を最小化するステップ
   を更に有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記合成拡散パラメータマップが、ＡＤＣマップ、拡散係数及び尖度（ＤＫＩ）マップ並びにイントラボクセルインコヒーレントモーション（ＩＶＩＭ）マップのうちの１つである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記標的ｂ値における前記初期算定ＤＷＩ画像を導出する前記ステップが、
   少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた前記初期拡散スキャンデータに基づいて、少なくとも２つの初期拡散強調画像（ＤＷＩ画像）を再構成するステップと、
   前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいて、見かけの拡散係数（ＡＤＣ）マップを計算するステップと、
   計算された前記ＡＤＣマップに基づいて、前記標的ｂ値における前記初期算定ＤＷＩ画像を計算するステップと
   を更に有する、請求項１に記載の方法。
6. 前記標的ｂ値における前記合成拡散ＤＷＩ画像を生成する前記ステップが、
   少なくとも、前記標的ｂ値において取得された前記拡散スキャンデータと前記合成拡散ＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する前記忠実度項と、前記合成拡散ＤＷＩ画像と前記標的ｂ値における前記初期算定ＤＷＩ画像との間の類似性を評価する制約項との加重和からなる前記費用関数を最小化するステップ
   を更に有する、請求項１又は５に記載の方法。
7. 前記合成拡散画像の信号対雑音比を向上させるために、前記費用関数ベースの再構成に空間正則化項を適用するステップ
   を更に有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 合成拡散画像を生成する磁気共鳴画像化システムであって、前記磁気共鳴画像化システムは、
   複数の初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって取得された初期拡散スキャンデータ、及び各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって取得された標的拡散スキャンデータを受け取るデータ受信器と、
   前記初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出する初期拡散画像生成器と、
   少なくとも前記初期拡散画像及び前記標的拡散スキャンデータに基づく前記合成拡散画像にｋ空間における忠実度項を適用する費用関数ベースの再構成を実行することによって前記合成拡散画像を生成する合成拡散画像生成器と
   を備え、前記合成拡散画像が、前記標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像と合成拡散パラメータマップとのうちの少なくとも一方であり、前記合成拡散画像が前記合成拡散パラメータマップであるときには、前記初期拡散画像を提供するために、前記初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から初期拡散パラメータマップが導出され、前記合成拡散画像が前記標的ｂ値における前記合成拡散ＤＷＩ画像であるときには、前記初期拡散画像を提供するために、前記初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から前記標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像が導出される、
   磁気共鳴画像化システム。
9. 前記初期拡散画像生成器が、
   少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた前記初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するＤＷＩ画像生成器と、
   前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいて前記初期拡散パラメータマップを計算し、前記初期拡散パラメータマップを前記合成拡散画像生成器に出力する初期拡散パラメータマップ計算器と
   を更に備える、請求項８に記載の磁気共鳴画像化システム。
10. 前記合成拡散パラメータマップが、ＡＤＣマップ、拡散係数及び尖度（ＤＫＩ）マップ並びにイントラボクセルインコヒーレントモーション（ＩＶＩＭ）マップのうちの１つから選択され、前記合成拡散画像生成器が更に、各初期ｂ値及び標的ｂ値において取得された前記初期拡散スキャンデータ及び前記標的拡散スキャンデータと、前記合成拡散パラメータマップに基づいて対応する各初期ｂ値及び標的ｂ値に対して計算されたＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する忠実度項の和からなる前記費用関数を最小化する、請求項８又は９に記載の磁気共鳴画像化システム。
11. 前記初期拡散画像生成器が、
    少なくとも２つの異なる初期ｂ値に関連づけられた前記初期拡散スキャンデータに基づいて少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像を再構成するＤＷＩ画像生成器と、
    前記少なくとも２つの初期ＤＷＩ画像に基づいてＡＤＣマップを計算するＡＤＣマップ計算器と、
    計算された前記ＡＤＣマップに基づいて、前記標的ｂ値における前記初期算定ＤＷＩ画像を計算し、前記標的ｂ値における前記初期算定ＤＷＩ画像を前記合成拡散画像生成器に出力するＤＷＩ画像計算器と
    を更に備える、請求項８に記載の磁気共鳴画像化システム。
12. 前記合成拡散画像生成器が更に、少なくとも、前記標的ｂ値において取得された前記拡散スキャンデータと前記合成ＤＷＩ画像のｋ空間データとの間の類似性を評価する前記忠実度項と、前記合成ＤＷＩ画像と前記標的ｂ値における前記初期算定ＤＷＩ画像との間の類似性を評価する制約項との加重和からなる前記費用関数を最小化する、請求項８又は１１に記載の磁気共鳴画像化システム。
13. 磁気共鳴画像化システムを制御するプロセッサによって実行される機械実行可能命令を含むコンピュータプログラムであって、前記機械実行可能命令の実行によって、前記プロセッサが、
    複数の初期ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって複数の初期拡散スキャンデータを取得し、
    前記初期拡散スキャンデータの少なくとも一部分から初期拡散画像を導出し、
    各初期ｂ値よりも高い標的ｂ値における拡散強調磁気共鳴スキャンによって標的拡散スキャンデータを取得し、
    少なくとも前記初期拡散画像及び前記標的拡散スキャンデータに基づく前記合成拡散画像にｋ空間における忠実度項を適用する費用関数ベースの再構成を実行することによって前記合成拡散画像を生成し、
    前記合成拡散画像が、前記標的ｂ値における合成拡散ＤＷＩ画像と合成拡散パラメータマップとのうちの少なくとも一方であり、前記合成拡散画像が前記合成拡散パラメータマップであるときには、前記初期拡散画像を提供するために、前記初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から初期拡散パラメータマップが導出され、前記合成拡散画像が前記標的ｂ値における前記合成拡散ＤＷＩ画像であるときには、前記初期拡散画像を提供するために、前記初期拡散スキャンデータの前記少なくとも一部分から前記標的ｂ値における初期算定ＤＷＩ画像が導出される、
    コンピュータプログラム。

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