JP2020525157A - フーリエ空間における磁気共鳴フィンガプリンティング - Google Patents

Abstract

本発明は、マシン実行可能命令１４０及びＭＲＦパルスシーケンスコマンド１４２を記憶するためのメモリ１３４を備えた磁気共鳴イメージングシステム１００、４００に関する。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴フィンガプリンティングプロトコルに従って、ＭＲＦ磁気共鳴データ１４４を取得するために、磁気共鳴イメージングシステムを制御するように構成される。メモリは更に、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０を含む。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、少なくとも１つの固有の特性のエントリ１５２を備える。磁気共鳴イメージングシステムは更に、磁気共鳴イメージングシステムを制御するためのプロセッサ１３０を備える。マシン実行可能命令の実行により、プロセッサは、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドで磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域１０９を記述するＭＲＦ磁気共鳴データ１４４を取得し、関心領域は、ボクセルに分割され（２００）、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、ボクセルの各々のＭＲＦ信号１４６を構成し（２０２）、ボクセルの各々のＭＲＦ信号をフーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８を構成し（２０４）、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、ボクセルの各々の少なくとも１つの固有の特性を決定する（２０６）。フーリエ変換されたＭＲＦ信号は、少なくとも１つの固有の特性を決定する前に、所定のターム数に切り捨てられる。

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング、特に磁気共鳴フィンガプリンティング技法に関する。

磁気共鳴フィンガプリンティング（ＭＲＦ）は、時間的に分布する多数のＲＦパルスを適用して、異なる材料又は組織からの信号が、測定された磁気共鳴（ＭＲ）信号に一意の寄与をもたらすようにする技法である。設定又は固定された数の物質から、事前計算された信号寄与を有する限定された辞書が、測定されたＭＲ信号と比較される。これは、例えば、Ｔ１値、Ｔ２値、Ｂ１＋値などの固有の特性を決定するために使用できる。他の例では、事前計算された信号の辞書と、測定された信号との比較を使用して、単一のボクセル内の材料組成を決定することができる。例えば、ボクセルが、水、脂肪、及び筋肉組織のみを含んでいることが知られている場合、これらの３つの材料からの寄与のみを考慮する必要があり、ボクセル内成分マッチングを使用して、ボクセルの組成を正確に決定できる。

磁気共鳴フィンガプリンティング技法は、Ｍａらによる雑誌記事、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ」、Ｎａｔｕｒｅ、第４９５巻、第１８７から１９３頁、ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎａｔｕｒｅ１１９７１において紹介された。

本発明は、独立請求項において、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プロダクト、及び方法を提供する。実施形態が従属請求項において与えられる。

ＭａらによるＮａｔｕｒｅの記事は、磁気共鳴フィンガプリンティングの基本的な考え方と、辞書のように、この技法を説明するために使用される用語とを紹介している。本発明において、磁気共鳴フィンガプリンティングは、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング信号を使用して実行され、磁気共鳴フィンガプリンティング信号を、これもまたフーリエ変換されている磁気共鳴フィンガプリンティング辞書にマッチングさせる。これは、より高い程度のアンダーサンプリングを使用した磁気共鳴フィンガプリンティングの実行を可能にするという利点があり、これによって、ＭＲＦプロトコルの加速を可能にする。アンダーサンプリングの程度が増加すると、ＭＲＦ信号においてノイズとして、又は時間的に高い周波数振動として現れるアーティファクトの数がＭＲＦ信号において増加する。実施形態は、時間フーリエ変換されたＭＲＦ信号を、フーリエ変換されたＭＲＦ辞書にマッチングさせることにより、アンダーサンプリングアーティファクトを除去する、改善された手段を提供する。このマッチング処理中、時間周波数領域におけるフーリエ変換されたＭＲＦ信号のターム数は、所定のターム数に制限される。高周波サンプリングアーティファクトは効果的にフィルタリングされ、ＭＲＦ信号の低周波動作のみがマッチングのために使用される。

１つの態様では、本発明は、マシン実行可能命令を記憶し、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドを記憶するメモリを備える磁気共鳴イメージングシステムを提供する。ＭＲＦは、磁気共鳴フィンガプリンティングの頭字語である。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、特定のパルスシーケンスコマンドのラベルである。本明細書で使用されるパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴イメージングプロトコルに従って磁気共鳴イメージングシステムを制御するために直接使用できる命令、又はプロセッサによってそのような命令に変換できるデータを包含する。例えば、一般的に、パルスシーケンスコマンドは、一連のタイミング図として配置される。タイミング図の表示又は記憶のために使用されるこの情報又はデータは、パルスシーケンスコマンドを生成するために使用される。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴イメージングシステムを制御して、磁気共鳴フィンガプリンティングプロトコルに従ってＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。メモリは更に、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を含む。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、周波数スペクトル分布に時間的にフーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書であり、フーリエ変換は、ＭＲＦ信号進行の時間経過に沿って行われる。

フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、少なくとも１つの固有の特性のエントリを備える。本明細書で使用される固有の特性は、ロケーションの位置として変化する磁気共鳴イメージングを使用して決定される任意の特性を包含する。例は、様々なタイプの組織又は材料の濃度又は相対濃度を含む。他の例は、Ｔ１値、Ｔ２値、Ｂ０場、又はＢ１＋場、又はＢ１−場などの磁場の値である。

磁気共鳴イメージングシステムは更に、磁気共鳴イメージングシステムを制御するためのプロセッサを備える。マシン実行可能命令の実行により、プロセッサは、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドで磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域を記述するＭＲＦ磁気共鳴データを取得する。関心領域はボクセルに分割される。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、ＭＲＦ信号、つまり、時間の進行に伴う（フリップアングルなどの）画像パラメータの（例えば、疑似ランダムな）変化に沿った信号進行を、各ボクセルについて構成する。磁気共鳴フィンガプリンティングを実行すると、一連のパルスシーケンスコマンドがあり、ここでは、パルス繰り返しの各々において、様々なパラメータが変化する。これらのパルス繰り返しの各々のために、画像が取得される。ＭＲＦ信号は、シーケンスとして撮影されたこれらの一連の画像の各々のボクセルの値である。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ボクセルの各々のＭＲＦ信号をフーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を構成する。ボクセルの各々は、構成されたＭＲＦ信号を有する。次いで、この信号はフーリエ変換される。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、ボクセルの各々について、少なくとも１つの固有の特性を決定する。フーリエ変換されたＭＲＦ信号は、少なくとも１つの固有の特性を決定する前に、所定のターム数に切り捨てられる。

この実施形態では、ＭＲＦ信号と磁気共鳴フィンガプリンティング辞書との両方がフーリエ変換され、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された辞書とのマッチングが実行される。これは、データが、非常にアンダーサンプリングされている場合や、初期ノイズがある場合でも、正確な磁気共鳴フィンガプリンティングを実行できるという利点を有する。時間周波数領域において時間フーリエ変換されたＭＲＦ信号を、所定のターム数に切り捨てることは、アンダーサンプリングによる高周波数ノイズ又はアーティファクトの影響を低減するという点でも有益である。この手順により、ＭＲＦフィンガプリンティングが有効になり、精度及び／又は一貫性が向上する。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、個別ボクセルの各々について、ブロッホ方程式を用いて、所定の物質の各々を、単一スピンとしてモデル化することにより、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を計算する。磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を計算した後、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のエントリをフーリエ変換することにより計算される。例えば、個別ボクセルの各々において、ブロッホ方程式と、ＭＲＦパルスシーケンス命令を使用した磁気共鳴システムのシミュレーションとを使用して、仮説スピンをモデル化できる。サンプリング時間の各々において計算された磁気共鳴データは、モデル化された特定のタイプのスピンの磁気共鳴フィンガプリンティング辞書である。これは、測定ゾーンが単一のボクセルにのみ分割されている場合に特に良好に機能する。また、空間エンコードに勾配磁場がない場合にも適用される。例えば、磁気共鳴システムは、サンプルの化学分析を行うためのいわゆるＮＭＲシステムとすることができる。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のエントリは、幾つかの例では、所定のターム数に切り捨てることができる。

別の実施形態では、この方法は更に、個別ボクセルの各々について、ブロッホ方程式を用いて５スピンと１スピンとの間の所定の物質の各々をモデル化することにより、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を計算することを有する。磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を計算した後、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書におけるエントリをフーリエ変換することにより計算される。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のエントリは、幾つかの例では、所定のターム数に切り捨てることができる。

別の実施形態では、この方法は更に、個別ボクセルの各々について、ブロッホ方程式を用いて所定の物質の各々をモデル化することにより、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を計算することを有する。磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を計算した後、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のエントリをフーリエ変換することにより計算される。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のエントリは、幾つかの例では、所定のターム数に切り捨てることができる。

別の実施形態では、少なくとも１つの固有の特性は、結合されたＴ１値及びＴ２値を備える。つまり、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書が構成され、Ｔ１値及びＴ２値の行列のためのエントリを有する。少なくとも１つの固有の特性を決定することは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書における結合されたＴ１値及びＴ２値の行列とを使用して、ボクセルの各々について、結合されたＴ１値及びＴ２値を決定することを有する。この実施形態は、単にＴ１値及びＴ２値を取得して、ＭＲＦ信号の正確な表現を構成できるため、有益である。

別の実施形態では、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、Ｔ１値及びＴ２値の行列の各々について、モデルフーリエ変換されたＭＲＦ信号を備える。この方法は更に、結合されたＴ１値及びＴ２値のモデルフーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換されたＭＲＦ信号との間の各ボクセルのスケーリング係数を計算することにより、プロトン密度マップを構成することを有する。この実施形態は、ＭＲＦ磁気共鳴データがアンダーサンプリング、又は、非常にアンダーサンプリングされている場合にプロトン密度マップを構成する効率的な手段を提供するため、有益である。

別の実施形態では、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は更に、所定の物質のセットのエントリを備える。所定の物質は、例えば、異なる材料又は組織タイプである。従って、特定の所定の物質の局所量は、固有の特性としての資格を有する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、所定の物質のセットのエントリと、フーリエ変換されたＭＲＦ信号とを使用して、ボクセルの各々についてボクセル内成分マッピングを計算する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ボクセル内成分マッピングを使用してプロトン密度マップをスケーリングすることにより、総水分量マップを計算する。この実施形態は、総水分量マップを決定するための正確な手段を提供するので、有益である。

磁気共鳴フィンガプリンティング辞書におけるエントリは、特定の固有の特性の測定された、又は計算的にモデル化されたＭＲＦ信号を包含する。

別の実施形態では、所定の物質は脂肪を備える。ボクセル内成分マッピングを計算することは、脂肪マッピングを決定することを有する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、脂肪マッピングを使用して総水分量マップを補正する。この実施形態は、脂肪すなわち脂肪組織が、水組織又は多くの水を含む組織であると誤って解釈されるのを防ぐため、有益である。これは、総水分量マップの補正に非常に役立つ。

別の実施形態では、所定の物質は脳脊髄液を備える。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ボクセル内成分マッピングにおいて、所定のしきい値を上回る脳脊髄液の一部を有するボクセルを識別することにより、ＣＳＦボクセルを、少なくとも部分的に識別する。ＣＳＦボクセルを使用して決定されたスケーリング係数を使用して、プロトン密度マップから総水分量マップへのスケーリングが実行される。この実施形態では、ボクセルが、全て、又は、特定のしきい値を上回るＣＳＦ流体を含むと識別された場合、ボクセル内部の材料の組成を正確に決定することができる。全て又は大部分がＣＳＦ流体で充填されたこれらのボクセルの水分量は、総水分量マップをスケーリング及び補正するために使用できる。

別の実施形態では、所定の物質は脳脊髄液を備える。これらのボクセルのボクセル内成分マッピングは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、所定の物質のセットのエントリとの内積を最大化することによって計算される。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書における脳脊髄液のエントリとの、所定のしきい値を上回る内積を有するボクセルを識別することにより、少なくとも部分的にＣＳＦボクセルを識別する。ＣＳＦボクセルを使用して決定されたスケーリング係数を使用して、プロトン密度マップの総水分量マップへのスケーリングが実行される。

この実施形態は、内積法を使用して辞書マッチングが実行される場合、そのボクセルの最も可能性の高い構成要素であると示される成分は、それにも関わらず不十分なマッチングを有するため、有益である。例えば、脳脊髄液の流れは、磁気共鳴フィンガプリンティング信号を破壊する。この信号は、ボクセルのコンテンツを、全て又は大部分がＣＳＦ流体であると正しく識別するのに十分であるが、総水分量マップのスケーリングに役立つ値は、十分に正確ではない。ＣＳＦボクセルの識別を、所定のしきい値を上回る内積を有するボクセルに制限することにより、他の方法では検出されないあらゆる種類の追加エラーが自動的に選別され、総水分量マップの品質が大幅に改善される。

別の実施形態では、磁気共鳴イメージングシステムは、所定の水分濃度を有するサンプルを備える。例えば、サンプルは、水バイアル、又は、表面に又は対象者に隣接して配置される他の材料の容器であってもよい。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ボクセル内成分マッピングにおいてサンプルを含むボクセルを識別する。プロトン密度マップから総水分量マップへのスケーリングは、サンプルを含むボクセルを使用して決定されたスケーリング係数を使用して実行される。

別の実施形態では、所定の物質は灰白質を備える。所定の物質は白質を備える。マシン実行可能命令の実行により、プロセッサは、ボクセル内成分マッピングにおいて所定の灰白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＧＭすなわち灰白質マスクを計算する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ボクセル内成分マッピングにおいて所定の白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＷＭすなわち白質マスクを計算する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ＧＭマスク及びＷＭマスクによって識別されるボクセルにおける信号変動を低減させる関数をプロトン密度マップに適合させることにより、バイアス場でプロトン密度マップを補正する。プロトン密度マップへの関数の適合は、バイアス場の決定と同等である。この実施形態は、バイアス場を補正する優れた手段を提供するため、有益である。

別の実施形態では、所定の物質は脳脊髄液を備える。所定の物質は灰白質を備える。所定の物質は白質を備える。マシン実行可能命令の実行により、プロセッサは、ボクセル内成分マッピングにおいて所定の灰白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＧＭマスクを計算する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ボクセル内成分マッピングにおいて所定の白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＷＭマスクを計算する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、濃度マッピングを使用して擬似プロトン密度マップを計算する。擬似プロトン密度マップは、ボクセル内成分マッピングに従って特定のボクセルの全ての構成要素を集めることにより構成される。次いで、これを使用して、プロトン密度マップを推論又は計算できる。これは、擬似プロトン密度マップである。

マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ＧＭマスク及びＷＭマスクによって識別されるボクセルにおける信号変動を低減させる関数を擬似プロトン密度マップに適合させることにより、バイアス場でプロトン密度マップを補正する。この実施形態では、擬似プロトン密度マップは、濃度サンプリングを使用してプロトン密度のマッピングを作成する。濃度マッピングは、本質的に灰白質又は白質で充填されたボクセルを識別するためにも使用できる。特定の個人の灰白質と白質の組成は、極めて均一である必要がある。この理由のため、ＧＭマスク及びＷＭマスクによって識別されるボクセルを使用して、ＧＭマスク及びＷＭマスクのボクセルにおける強度又は信号変動を、特定の範囲内にすることにより、バイアス場に等価な補正を計算できる。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、所定の物質のいずれかについて所定のしきい値を上回る濃度で、ボクセル内成分マッピング内の充填されたボクセルを識別する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、充填されたボクセルのボクセル内成分マッピングを正規化することにより、少なくとも部分的にＢ１−マップを構成する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、Ｂ１マッピングを使用してプロトン密度マップを補正する。これは、バイアス場を計算する代替手段を提供する。

別の実施形態では、メモリは更に、Ｂ１＋マッピング磁気共鳴イメージングプロトコルに従って、Ｂ１＋マッピング磁気共鳴データを取得するためのＢ１＋マッピングパルスシーケンスコマンドを含む。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、Ｂ１＋マッピングパルスシーケンスコマンドで磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、Ｂ１＋マッピング磁気共鳴データを取得する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、Ｂ１＋マッピング磁気共鳴イメージングプロトコルに従って、Ｂ１＋マッピング磁気共鳴データを使用して、Ｂ１＋マッピングを構成する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、Ｂ１＋マッピングを使用してプロトン密度マップを補正する。この実施形態では、追加のパルスシーケンスを使用して、Ｂ１＋マッピングを明示的に測定する。これは、プロトン密度マップの補正に役立つ場合があるため、有益である。

別の実施形態では、少なくとも１つの固有の特性はＢ１＋値を備える。この実施形態では、Ｂ１＋値は、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書に符号化される。マシン実行可能命令の実行により、プロセッサは、ＭＲＦ磁気共鳴データと、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、Ｂ１＋マップを再構成する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、Ｂ１＋マッピングを使用してプロトン密度マップを補正する。

別の実施形態では、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、正弦波分布に従って連続的に変化するフリップ角を使用して、ＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。

別の実施形態では、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、ｋ空間において螺旋軌道を有するＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。この実施形態は、高いアンダーサンプリング及び異なるＴＲに対する異なるアンダーサンプリングを備えた螺旋軌道を使用すると、画像系列において、及び時間方向に沿った、非コヒーレントな（ノイズのような）アンダーサンプリングアーティファクトが生じるため、有益である。これら非コヒーレントなアーティファクトは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を、所定の初期ターム数に切り捨てることにより、除外できる。

別の実施形態では、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、ＭＲＦ磁気共鳴データをアンダーサンプリングするように構成される。

別の実施形態では、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、高いアンダーサンプリング係数でＭＲＦ磁気共鳴データをアンダーサンプリングするように構成される。

別の実施形態では、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は更に、所定の物質のセットのエントリを備える。少なくとも１つの固有の特性を決定することは、所定の物質のセットのエントリと、フーリエ変換されたＭＲＦ信号とを使用して、ボクセルの各々のボクセル内成分マッピングを計算することを有する。この実施形態は、ＭＲＦプロトコル中に非常に高いアンダーサンプリングがある場合でも、ボクセル内成分マッピングを計算する効率的な手段を提供できるので、有益である。

別の態様では、本発明は、磁気共鳴イメージングシステムを動作させる方法を提供する。この方法は、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドで磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域を記述するＭＲＦ磁気共鳴データを取得することを有する。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴イメージングシステムを制御して、磁気共鳴フィンガプリンティングプロトコルに従ってＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。関心領域は、ボクセルに分割される。この方法は更に、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、ボクセルの各々についてＭＲＦ信号を構成することを有する。この方法は更に、ボクセルのそれぞれについてＭＲＦ信号をフーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を構成することを有する。この方法は更に、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、ボクセルの各々について少なくとも１つの固有の特性を決定することを有する。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、少なくとも１つの固有の特性のエントリを備える。フーリエ変換されたＭＲＦ信号は、少なくとも１つの固有の特性を決定する前に、所定のターム数で切り捨てられる。この実施形態の利点は、以前に考察されている。

別の態様では、本発明は、磁気共鳴イメージングシステムを制御するプロセッサによる実行のためのマシン実行可能命令を備えたコンピュータプログラムプロダクトを提供する。命令の実行により、プロセッサは、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドで磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域を記述するＭＲＦ磁気共鳴データを取得する。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴イメージングシステムを制御して、磁気共鳴フィンガプリンティングプロトコルに従ってＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。関心領域はボクセルに分割される。命令の実行により更に、プロセッサは、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、ボクセルの各々のＭＲＦ信号を構成する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、ボクセルの各々のＭＲＦ信号をフーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を構成する。マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、ボクセルの各々について少なくとも１つの固有の特性を決定する。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、少なくとも１つの固有の特性のエントリを備える。フーリエ変換されたＭＲＦ信号は、少なくとも１つの固有の特性を決定する前に、所定のターム数に切り捨てられる。この実施形態の利点は以前に考察されている。

本発明の上述の実施形態のうちの１つ又は複数は、組み合わせられた実施形態が相互排他的でない限り、組み合わせられることを理解されたい。

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。幾つかの実施形態では、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よく、又はその逆もある。

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（登録商標）、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、ゲームパッド、ウェブコム、ヘッドセット、ペダル、有線グローブ、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。ＭＲＦ磁気共鳴データは磁気共鳴データである。磁気共鳴データは、医療イメージングデータの一例である。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像又はＭＲ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再構成された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。

以下において、本発明の好適な実施形態が、単なる例として次の図面を参照して説明される。
磁気共鳴イメージングシステムの一例を示す図である。 図１の磁気共鳴イメージングシステムを動作させる方法の一例を示す図である。 図１の磁気共鳴イメージングシステムを動作させる方法の更なる例を示す図である。 磁気共鳴イメージングシステムの更なる例を示す図である。 測定されたＭＲＦ信号及びＭＲＦ辞書エントリの一例を示す図である。 図５のＭＲＦ信号のフーリエ変換を示す図である。 ＭＲＦプロトコルを使用して作成されたプロトン密度マップを示す図である。 図７のプロトン密度マップを構成するために使用されたものと同じデータを使用して、本明細書の例に従って作成されたプロトン密度マップを示す図である。

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は、磁石１０４を備えた磁気共鳴イメージングシステム１００の一例を示す。磁石１０４は、それを貫通するボア１０６を有する超伝導円筒型磁石である。異なるタイプの磁石の使用も可能であり、例えば、分割円筒型磁石と、いわゆる開放磁石との両方を使用することもできる。分割円筒型磁石は、クライオスタットが、磁石のアイソプレーンにアクセスできるように２つのセクションに分割されていることを除いて、標準的な円筒型磁石に類似しており、このような磁石は、例えば荷電粒子ビーム療法と併用して使用される。開放磁石には２つの磁石セクションがあり、上下に対象者を受け入れるのに十分な空間があり、２つのセクションの配置は、ヘルムホルツコイルの配置に類似している。対象者は限定されないので、開放磁石が一般的である。円筒磁石のクライオスタットの内部には、超伝導コイルの一群がある。円筒磁石１０４のボア１０６内には、磁場が、磁気共鳴イメージングを実行するのに十分強く均一であるイメージングゾーン１０８がある。関心領域１０９は、イメージングゾーン１０８内に示される。対象者１１８は、対象者１１８の少なくとも一部がイメージングゾーン１０８及び関心領域１０９内にあるように、対象者支持体１２０によって支持されているものとして示される。

磁石のボア１０６内には、磁石１０４のイメージングゾーン１０８内で磁気スピンを空間的に符号化するために、予備的な磁気共鳴データの取得のために使用される磁場勾配コイル１１０のセットもある。磁場勾配コイル１１０は、磁場勾配コイル電源１１２に接続した。磁場勾配コイル１１０は代表的なものであることが意図される。一般的に、磁場勾配コイル１１０は、３つの直交空間方向で空間的に符号化するためのコイルの３つの別個のセットを含む。磁場勾配電源は、電流を磁場勾配コイルに供給する。磁場勾配コイル１１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプされるか又はパルス化される。

イメージングゾーン１０８に隣接するのは、イメージングゾーン１０８内の磁気スピンの配向を操作するため及び同じくイメージングゾーン１０８内のスピンから無線伝送を受信するための無線周波数コイル１１４である。無線周波数アンテナは、複数のコイル素子を含む。無線周波数アンテナは、チャネル又はアンテナとも呼ばれる。無線周波数コイル１１４は、無線周波数トランシーバ１１６に接続される。無線周波数コイル１１４及び無線周波数トランシーバ１１６は、別個の送信及び受信コイル並びに別個の送信機及び受信機と置き換えられる。無線周波数コイル１１４及び無線周波数トランシーバ１１６は代表的なものであることを理解されたい。無線周波数コイル１１４は、専用送信アンテナ及び専用受信アンテナをも表すように意図される。同様に、トランシーバ１１６は、別個の送信機及び受信機をも表す。無線周波数コイル１１４は、複数の受信／送信素子をも有し、無線周波数トランシーバ１１６は、複数の受信／送信チャネルを有する。例えば、ＳＥＮＳＥなどの並列イメージング技法が実行される場合、無線周波数コイル１１４は多数のコイル素子を有する。

この例では、対象者１１８は、対象者の頭部領域が、関心領域１０９内にあるように配置される。他の例では、対象者１１８の身体の他の部分が、関心領域１０９に配置される。

トランシーバ１１６及び勾配コントローラ１１２は、コンピュータシステム１２６のハードウェアインタフェース１２８に接続されるものとして示される。コンピュータシステムは更に、ハードウェアシステム１２８と通信しているプロセッサ１３０と、メモリ１３４と、ユーザインタフェース１３２とを備える。メモリ１３４は、プロセッサ１３０にとってアクセス可能であるメモリの任意の組み合わせである。これは、フラッシュＲＡＭ、ハードドライブ、又は他のストレージデバイスなど、メインメモリ、キャッシュメモリ、更には不揮発性メモリなどのようなものを含む。幾つかの例では、メモリ１３０は、非一時的コンピュータ可読媒体であると見なされる。

コンピュータメモリ１３４は、プロセッサ１３０が、磁気共鳴イメージングシステム１００を制御できるようにするマシン実行可能命令１４０を含むものとして示される。コンピュータメモリ１３４は更に、ＭＲＦパルスシーケンスコマンド１４２を含むものとして示される。ＭＲＦパルスシーケンスコマンド１４２は、プロセッサがＭＲＦ磁気共鳴データ１４４を取得できるように、磁気共鳴イメージングシステム１００を制御できるようにする命令１３０を含む。プロセッサ１３０が、磁気共鳴イメージングシステム１００を使用して、ＭＲＦ磁気共鳴データ１４４を取得すると、プロセッサ１３０は、磁気共鳴データ１４４から、ＭＲＦ信号１４６を計算する。磁気共鳴データ１４４は、個々の画像に構成される一連のデータである。特定のボクセルのデータは、ＭＲＦ信号１４６を構成するために直列に配置される。

コンピュータメモリ１３４は更に、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を含むものとして示される。フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８は、ＭＲＦ信号１４６のフーリエ変換である。フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８は、この時点で、所定の初期ターム数に切り捨てられる。コンピュータメモリ１３４は更に、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０を含むものとして示される。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０は、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書である。これは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０におけるフーリエ変換されたエントリとの直接マッチングを可能とする。

コンピュータメモリ１３４は更に、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８を、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０にマッチングさせることにより取得された、固有の特性マッピング１５２を含むものとして示される。コンピュータメモリ１３４は、オプションで、結合されたＴ１及びＴ２のマッピング１５４を含むものとして示される。フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のエントリを構成して、結合されたＴ１及びＴ２値の行列が形成される。結合されたＴ１及びＴ２のマッピング１５４は、マッピング可能な固有の特性１５２の１つのタイプの例である。コンピュータメモリ１３４はまた、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のエントリに、Ｔ１及びＴ２のマッピング１５４をスケーリングすることにより構成された、プロトン密度マップ１５６をオプションで含むものとして示される。例えば、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、Ｔ１値及びＴ２値の行列の各々について変換されたＭＲＦ信号のモデルを備える。

次いで、結合されたＴ１値及びＴ２値のモデルフーリエ変換信号と、フーリエ変換されたＭＲＦ信号との間の各ボクセルのスケーリング係数を決定することにより、プロトン密度が計算される。コンピュータメモリ１３４はまた、プロトン密度マップ１５６と、例に従う更なるスケーリング係数とを使用して計算された、総水分含有量マップ１５８をオプションで含むものとして示される。総水分量マップ１５８は、幾つかの異なる手段を使用してスケーリングすることができる。図１では、対象者１１８の頭部領域が検査される。固有の特性マッピング１５２を使用して、脳脊髄液の領域を識別及び使用して、プロトン密度マップ１５６を総水分含量マップ１５８にスケーリングするスケーリング係数を提供することができた。これは単なる例であり、これを行う幾つかの手法の１つである。コンピュータメモリ１３４は更に、ボクセル内コンテンツマッピング１６０をオプションとして含むものとして示される。ボクセル内コンテンツマッピング１６０は、ボクセルの各々の材料コンテンツを識別するマッピングである。例えば、水、脂肪、更には組織タイプ又は病理組織タイプなどを識別する。これは、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書に、所定の物質のセットのためのエントリを有することにより実行される。ボクセル内コンテンツマッピング１６０は、固有の特性マッピング１５２の更なる例である。

図２は、図１の磁気共鳴イメージングシステム１００を動作させる方法を示すフローチャートを示す。まず、ステップ１００で、プロセッサ１３０は、磁気共鳴イメージングシステム１００を制御して、ＭＲＦパルスシーケンスコマンド１４２を使用して、ＭＲＦ磁気共鳴データ１４４を取得する。これは、関心領域１０９に対して実行される。関心領域１０９はボクセルに分割される。

次に、ステップ２０２で、プロセッサ１３０は、磁気共鳴データ１４４からＭＲＦ信号１４６を構成する。次に、ステップ２０４で、ＭＲＦ信号１４６をその周波数スペクトルに時間フーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８が構成される。このステップで、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８は、所定数の初期フーリエ時間周波数成分に切り捨てられる。最後に、ステップ２０６で、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０とを使用して、ボクセルの各々について、少なくとも１つの固有特性を決定することにより、少なくとも１つの固有の特性マッピング１５２が構成される。これは、多くの異なるやり方で実行されるが、一般的には、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０において計算又は経験的に測定されたＭＲＦ信号のエントリとの間の内積を発見することによって実行される。次いで、内積を最適化又は最大化することにより、マッチングが実行される。

図３は、図１の磁気共鳴イメージングシステム１００を動作させる方法の更なる例を示すフローチャートを示す。図３に示す方法は、図２の方法に類似している。ステップ２００〜２０６が再度実行される。この例では、ステップ２０６で、固有の特性マッピング１５２は、実際にはＴ１及びＴ２が結合されたマッピング１５４である。ステップ２０６を実行した後、方法はステップ３００に進む。ステップ３００で、方法は更に、ＭＲＦフィンガプリンティング辞書における結合されたＴ１値及びＴ２値のモデルフーリエ変換された信号と、フーリエ変換された信号１４８との間の、各ボクセルのスケーリング係数を計算することにより、プロトン密度マップ１５６を構成することを有する。次に、ステップ３０２で、マシン実行可能命令の実行により更に、プロセッサ１３０は、フーリエ変換ＭＲＦ辞書における所定の物質のセットのエントリと、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８とを使用して、ボクセルの各々についてボクセル内成分マッピング１６０を計算する。最後に、ステップ３０４で、プロセッサ１３０は、ボクセル内成分マッピング１６０を使用してプロトン密度マップ１５６をスケーリングすることにより、総水分量マップ１５８を計算する。上述のように、これは様々な異なるやり方で実行される。この例では、対象者１１８の頭部が関心領域１０９内にあるため、脳脊髄液は、ボクセル内含有量マッピング１６０に位置し、プロトン密度マップ１５６を、総水分含有量マップ１５８に正確にスケーリングするために使用される。

図４は、図１の磁気共鳴イメージングシステム１００に類似した磁気共鳴イメージングシステム４００の更なる例を示す。この例では、対象者１１８は、関心領域１０９が、対象者１１８の腹部を包含するように配置されている。総水分量マップを構成する場合、脳内の脳脊髄液のマッピングは使用できない。既知の含水量が、関心領域１０９内の対象者１１８の表面に配置された、サンプル４０２があったことがわかる。次いで、ボクセル内コンテンツマッピング１６０は、サンプル４０２によって表される領域を含む。これを使って、サンプル４０２の既知の含水量を使用して、含水量スケーリング係数４０４を作成することができる。次いで、含水量スケーリング係数４０４を使用して、プロトン密度マップ１５６を総含水量マップ１５８に直接スケーリングすることができる。

図５は、ＭＲＦ信号１４６と磁気共鳴フィンガプリンティング辞書エントリ５００とを比較している。この例では、ＭＲＦ信号１４６は、非常にアンダーサンプリングされており、多くの高周波振動があることがわかる。対照的に、ＭＲＦ辞書エントリ５００は、非常に滑らかである。ＭＲＦ信号１４６を辞書エントリ５００にマッチングさせることが可能である。しかしながら、エイリアシングアーティファクトが原因で、品質が信頼できないか一貫しない場合がある。図６は、ＭＲＦ信号１４６に対するフーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８を示す。多数のエイリアシングアーティファクト６００があることがわかる。６０２とラベル付けされた線は、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８を切り捨てるための所定のターム数６０４のロケーションを決定するために使用されるしきい値又はカットオフである。

矢印６０６によって示されるタームは、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書１５０との間のマッチングから除外される。６０４とラベル付けされた領域におけるタームは一貫しており、磁気共鳴フィンガプリントを表す優れた成果を出している。エイリアシングアーティファクト６００は除外され、従って、フーリエ変換されたＭＲＦ信号１４８と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書との間のマッチングに大きな影響を及ぼさない。

図７は、螺旋状のＭＲＦ取得から得られ、複雑なマッチング分析を使用したプロトン密度マップ７００を示す。高いアンダーサンプリング係数によるアーティファクトは、プロトン密度マップ７００に変換される。

図８は、マッチングの前に、ＭＲＦ信号とＭＲＦフィンガプリンティング辞書との両方がフーリエ空間に変換される方法を使用して、同じ磁気共鳴フィンガプリンティングデータセットから取得された、アーティファクトが低減されたプロトン密度マップ１５６を示す。図８では、マップされた固有の特性は、結合されたＴ１値及びＴ２値であった。プロトン密度マップは、磁気共鳴フィンガプリンティング辞書のモデルフーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換されたＭＲＦ信号との間の各ボクセルのスケーリング係数を計算することにより計算された。図８のプロトン密度マップ１５６は、図７のプロトン密度マップ７００よりもはるかに優れていることがわかる。図８のプロトン密度マップ１５６は、対象者の脳の解剖学的構造を明確に示しているが、図７のプロトン密度マップ７００は非常に歪んでおり、臨床的に有用ではない。

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、「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、単数形は、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。

１００ 磁気共鳴イメージングシステム
１０４ 磁石
１０６ 磁石のボア
１０８ イメージングゾーン
１０９ 関心領域
１１０ 磁場勾配コイル
１１２ 磁場勾配コイル電源
１１４ 無線周波数コイル
１１６ トランシーバ
１１８ 対象者
１２０ 対象者支持体
１２６ コンピュータシステム
１２８ ハードウェアインタフェース
１３０ プロセッサ
１３２ ユーザインタフェース
１３４ コンピュータメモリ
１４０ マシン実行可能命令
１４２ ＭＲＦパルスシーケンスコマンド
１４４ ＭＲＦ磁気共鳴データ
１４６ ＭＲＦ信号
１４８ フーリエ変換されたＭＲＦ信号
１５０ フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書
１５２ 固有の特性マッピング
１５４ Ｔ１及びＴ２のマッピング
１５６ プロトン密度マップ
１５８ 総水分量マップ
１６０ ボクセル内コンテンツマッピング
２００ ＭＲＦパルスシーケンスコマンドを用いて磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域を記述するＭＲＦ磁気共鳴データを取得し、関心領域はボクセルに分割される
２０２ ＭＲＦ磁気共鳴データを使用してボクセルの各々のＭＲＦ信号を構成する
２０４ ボクセルの各々のＭＲＦ信号をフーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を構成する
２０６ フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、ボクセルの各々について少なくとも１つの固有の特性を決定する
３００ 結合されたＴ１値及びＴ２値のモデル化されたフーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換されたＭＲＦ信号との間の各ボクセルのスケーリング係数を計算することにより、プロトン密度マップを構成する
３０２ 所定の物質のセットのエントリと、フーリエ変換されたＭＲＦ信号とを使用して、ボクセルの各々のボクセル内成分マッピングを計算する
３０４ ボクセル内成分マッピングを使用してプロトン密度マップをスケーリングすることにより、総水分量マップを計算する
４００ 磁気共鳴イメージングシステム
４０２ 含水量が既知のサンプル
４０４ 含水量スケーリング係数
５００ ＭＲＦ辞書エントリ
６００ エイリアシングアーティファクト
６０２ フーリエタームのカットオフ
６０４ 除外されたフーリエターム
７００ プロトン密度マップ

Claims (15)

1. メモリ及びプロセッサを備える磁気共鳴イメージングシステムであって、
   前記メモリは、
   マシン実行可能命令及びＭＲＦパルスシーケンスコマンドを記憶するためのメモリであって、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、前記磁気共鳴イメージングシステムを制御して、磁気共鳴フィンガプリンティングプロトコルに従って、ＭＲＦ磁気共鳴データを取得し、前記メモリは更に、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書を含み、前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、少なくとも１つの固有の特性のためのエントリを備え、
   前記プロセッサは、
   前記磁気共鳴イメージングシステムを制御するためのプロセッサであって、前記マシン実行可能命令の実行により、
   前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドで前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域を記述するＭＲＦ磁気共鳴データを取得し、前記関心領域は、ボクセルに分割され、
   前記ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、前記ボクセルの各々のＭＲＦ信号を構成し、
   前記ＭＲＦ信号を、前記ボクセルの各々の時間周波数スペクトル分布に時間フーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を構成し、
   前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、前記ボクセルの各々の前記少なくとも１つの固有の特性を決定し、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号は、前記少なくとも１つの固有の特性を決定する前に、時間周波数領域で、所定のターム数に切り捨てられる、磁気共鳴イメージングシステム。
2. 前記少なくとも１つの固有の特性は、結合されたＴ１値及びＴ２値を備え、前記少なくとも１つの固有の特性を決定するステップは、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書における結合されたＴ１値及びＴ２値の行列とを使用して、前記ボクセルの各々について、結合されたＴ１値及びＴ２値を決定するステップを有する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
3. 前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、Ｔ１値及びＴ２値の前記行列の各々について、モデル化されたフーリエ変換されたＭＲＦ信号を備え、更に、前記結合されたＴ１値及びＴ２値の前記モデル化されたフーリエ変換されたＭＲＦ信号と、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号との間の各ボクセルのスケーリング係数を計算することにより、プロトン密度マップを構成する、請求項２に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
4. 前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は更に、所定の物質のセットのエントリを備え、前記マシン実行可能命令の実行により更に、前記プロセッサは、前記所定の物質のセットのエントリと、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号とを使用して、前記ボクセルの各々についてボクセル内成分マッピングを計算し、前記マシン実行可能命令の実行により更に、前記プロセッサは、前記ボクセル内成分マッピングを使用して前記プロトン密度マップをスケーリングすることにより、総水分量マップを計算する、請求項３に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
5. 前記所定の物質は脂肪を備え、前記ボクセル内成分マッピングを計算するステップは、脂肪マッピングを決定するステップを有し、前記マシン実行可能命令の実行により更に、前記プロセッサは、前記脂肪マッピングを使用して前記総水分量マップを補正する、請求項４に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
6. 前記所定の物質は、脳脊髄液を備え、前記マシン実行可能命令の実行により更に、前記プロセッサは、前記ボクセル内成分マッピングにおいて、所定のしきい値を上回る前記脳脊髄液の一部を有するボクセルを識別することにより、ＣＳＦボクセルを、少なくとも部分的に識別し、前記ＣＳＦボクセルを使用して決定されたスケーリング係数を使用して、前記プロトン密度マップから前記総水分量マップへのスケーリングが実行される、請求項４又は５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
7. 前記所定の物質は、脳脊髄液を備え、前記ボクセルの各々の前記ボクセル内成分マッピングは、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、前記所定の物質のセットのエントリとの内積を最大化することによって計算され、前記マシン実行可能命令の実行により更に、前記プロセッサは、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書における前記脳脊髄液のエントリとの内積が、所定のしきい値を上回るボクセルを識別することにより、少なくとも部分的にＣＳＦボクセルを識別し、前記ＣＳＦボクセルを使用して決定されたスケーリング係数を使用して、前記プロトン密度マップの前記総水分量マップへのスケーリングが実行される、請求項４又は５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
8. 前記磁気共鳴イメージングシステムは、所定の水分濃度を有するサンプルを備え、前記マシン実行可能命令の実行により更に、前記プロセッサは、前記ボクセル内成分マッピングにおいて前記サンプルを含むボクセルを識別し、前記プロトン密度マップから前記総水分量マップへのスケーリングは、前記サンプルを含むボクセルを使用して決定されたスケーリング係数を使用して実行される、請求項４又は５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
9. 前記所定の物質は、灰白質を備え、前記所定の物質は、白質を備え、前記マシン実行可能命令の実行により、前記プロセッサは、
   組成マッピングにおいて所定の灰白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＧＭマスクを計算し、
   前記ボクセル内成分マッピングにおいて所定の白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＷＭマスクを計算し、
   前記ＧＭマスク及び前記ＷＭマスクによって識別されるボクセルにおける信号変動を低減させる関数を、前記プロトン密度マップに適合させることにより、バイアス場で前記プロトン密度マップを補正する、請求項４又は５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
10. 前記所定の物質は、脳脊髄液を備え、前記所定の物質は、灰白質を備え、前記所定の物質は、白質を備え、前記マシン実行可能命令の実行により、前記プロセッサは、
    組成マッピングにおいて所定の灰白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＧＭマスクを計算し、
    前記ボクセル内成分マッピングにおいて所定の白質濃度を上回るボクセルを識別することにより、ＷＭマスクを計算し、
    前記濃度マッピングを使用して擬似プロトン密度マップを計算し、
    前記ＧＭマスク及び前記ＷＭマスクによって識別されるボクセルにおける信号変動を低減させる関数を前記擬似プロトン密度マップに適合させることにより、バイアス場で前記プロトン密度マップを補正する、請求項４又は５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
11. 前記メモリは更に、Ｂ１＋マッピング磁気共鳴イメージングプロトコルに従って、Ｂ１＋マッピング磁気共鳴データを取得するためのＢ１＋マッピングパルスシーケンスコマンドを含み、前記マシン実行可能命令の実行により更に、前記プロセッサは、
    前記Ｂ１＋マッピングパルスシーケンスコマンドで前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、前記Ｂ１＋マッピング磁気共鳴データを取得し、
    Ｂ１＋マッピング磁気共鳴イメージングプロトコルに従って、前記Ｂ１＋マッピング磁気共鳴データを使用して、Ｂ１＋マッピングを構成し、
    前記Ｂ１＋マッピングを使用して前記プロトン密度マップを補正する、請求項２から９のいずれか一項に記載の医療イメージングシステム。
12. 前記少なくとも１つの固有の特性はＢ１＋値を備え、前記マシン実行可能命令の実行により、前記プロセッサは、
    前記ＭＲＦ磁気共鳴データと、前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、Ｂ１＋マップを再構成し、
    前記Ｂ１＋マッピングを使用して前記プロトン密度マップを補正する、請求項２から９のいずれか一項に記載の医療イメージングシステム。
13. 前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は更に、所定の物質のセットのエントリを備え、前記少なくとも１つの固有の特性を決定するステップは、前記所定の物質のセットの前記エントリと、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号とを使用して、前記ボクセルの各々のボクセル内成分マッピングを計算するステップを有する、請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
14. 磁気共鳴イメージングシステムを動作させる方法であって、前記方法は、
    ＭＲＦパルスシーケンスコマンドで前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域を記述するＭＲＦ磁気共鳴データを取得するステップであって、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、前記磁気共鳴イメージングシステムを制御して、磁気共鳴フィンガプリンティングプロトコルに従って、ＭＲＦ磁気共鳴データを取得し、前記関心領域は、ボクセルに分割される、取得するステップと、
    前記ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、前記ボクセルの各々のＭＲＦ信号を構成するステップと、
    前記ＭＲＦ信号を、前記ボクセルの各々の時間周波数スペクトル分布に時間フーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を構成するステップと、
    前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、前記ボクセルの各々の少なくとも１つの固有の特性を決定するステップであって、前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、前記少なくとも１つの固有の特性のエントリを備え、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号は、前記少なくとも１つの固有の特性を決定する前に、時間周波数領域で、所定のターム数に切り捨てられる、決定するステップとを有する、方法。
15. 磁気共鳴イメージングシステムを制御するプロセッサによる実行のためのマシン実行可能命令を備えたコンピュータプログラムであって、前記命令の実行により、前記プロセッサは、
    ＭＲＦパルスシーケンスコマンドで前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することにより、関心領域を記述するＭＲＦ磁気共鳴データを取得し、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、前記磁気共鳴イメージングシステムを制御して、磁気共鳴フィンガプリンティングプロトコルに従って、ＭＲＦ磁気共鳴データを取得し、前記関心領域は、ボクセルに分割され、
    前記ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、前記ボクセルの各々のＭＲＦ信号を構成し、
    前記ＭＲＦ信号を、前記ボクセルの各々の時間周波数スペクトル分布に時間フーリエ変換することにより、フーリエ変換されたＭＲＦ信号を構成し、
    前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号と、フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書とを使用して、前記ボクセルの各々の少なくとも１つの固有の特性を決定し、前記フーリエ変換された磁気共鳴フィンガプリンティング辞書は、前記少なくとも１つの固有の特性のエントリを備え、前記フーリエ変換されたＭＲＦ信号は、前記少なくとも１つの固有の特性を決定する前に、時間周波数領域で、所定のターム数に切り捨てられる、コンピュータプログラム。

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