JP2022533177A - 統合されたｘ線システムとパイロットトーンシステム - Google Patents

Abstract

少なくとも部分的に撮像ゾーン１０５内にある被検体１０２から医用イメージングデータ１３４を取得するよう構成されるＸ線システム１００、７００が開示される。Ｘ線システムは、マシン実行可能命令１３０を記憶するメモリ１２８を有する。Ｘ線システムは、Ｘ線システムを制御するよう構成されるプロセッサ１２２を更に有する。Ｘ線システムは、パイロットトーンシステム１０６を更に有し、パイロットトーンシステムは、多重送信チャネル１１０及び多重受信チャネル１１２をもつ無線周波数システム１０８を有する。多重送信チャネルは、複数の送信コイル１１４を介して複数のパイロットトーン信号１３６を送信するように構成される。多重受信チャネルは、複数の受信コイル１１６を介して複数のパイロットトーンデータ１３８を受信するように構成される。マシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、複数の送信チャネルを制御することによって、複数のパイロットトーン信号を送信するステップ２０２と、複数の受信チャネルを制御することによって、パイロットトーンデータを取得するステップ２０４、パイロットトーンデータを使用して、被検体の動き状態１４０、７００、７００'、７０２、７０２'を決定するステップ２０６と、を実行させる。

Description

本発明は、Ｘ線イメージングに関し、特にパイロットトーンを用いた被検体の動きの検出に関する。

Ｘ線コンピュータトモグラフィ、透視法、Ｘ線イメージングなどのＸ線イメージング技術では、医用イメージングデータが、被検体から取得され、医用画像を再構成するために使用される。これにより、医師又は他の医療従事者は、被検体の内部の解剖学的構造を正確に撮像することができる。これらの技術の欠点は、医用イメージングデータの取得中に被検体が動くことがあり、これが医用画像又はＸ線画像へのアーチファクトの付加につながることである。

欧州特許出願第３４１３０７６号は、心臓運動信号を生成するためのパイロットトーン発生器を備えたＭＲＩシステムに関する。この知られているパイロットトーン放出器は、単一のパイロットトーン信号を発生する別個の単一の無線周波数源として形成される。

本発明は、独立請求項に記載のＸ線システム、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ている。

本発明の実施形態は、Ｘ線システムに関して被検体の動き状態を決定する改善された方法を提供することができる。実施形態は、パイロットトーンシステムを使用することによって、これを提供することができる。パイロットトーンシステムでは、パイロットトーン信号（無線周波数信号）が、送信コイルを使用して送信され、次いで、パイロットトーンデータが、少なくとも１つの受信コイルを使用して受信される。パイロットトーンデータは、パイロットトーン信号の送信によって引き起こされる受信コイル内の信号である。被検体が動くと、送信コイルと受信コイルとの間のＲＦ結合が変化する。ＲＦ結合の変化は、パイロットトーンデータの変化を引き起こし、かかる変化は、被検体の動き状態を決定するために使用されることができる。

一態様では、本発明は、少なくとも部分的に撮像ゾーン内にある被検体から医用イメージングデータを取得するように構成されたＸ線システムを提供する。Ｘ線システムは、マシン実行可能命令を記憶するメモリを有する。Ｘ線システムは、Ｘ線システムを制御するプロセッサを更に有する。Ｘ線システムは、パイロットトーンシステムを更に有する。パイロットトーンシステムは、少なくとも１つの送信チャネル及び少なくとも１つの受信チャネルを有する無線周波数システムを具備する。少なくとも１つの送信チャネルは、少なくとも１つの送信コイルを介して少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信するように構成される。少なくとも１つの受信チャネルは、少なくとも１つの受信コイルを介してパイロットトーンデータを受信するように構成される。パイロットトーンシステムは、例えば、４０～４００ＭＨｚの無線周波数範囲における電磁信号としてのパイロットトーン信号の送信に基づく。パイロットトーン信号は、連続波（continuous wave、ｃｗ）モードで送信され、パイロットトーンデータは、送信されたパイロットトーン信号に対するインピーダンス応答によるものである。この応答は、送信されたパイロットトーン信号の振幅及び位相に対するパイロットトーンデータの変化によって表される。すなわち、パイロットトーンデータは、パイロットトーン信号に対する周波数ドメイン応答を表し、スペクトル分解された情報は、パイロットトーンデータによって伝播される。

マシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、少なくとも１つの送信チャネルを制御することによって、少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信される。マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサに、パイロットトーンデータを受信するよう少なくとも１つの受信チャネルを制御することによって、パイロットトーンデータを取得するステップを実行させる。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、パイロットトーンデータを使用して被検体の動き状態を決定するステップを実行させる。この実施形態は、Ｘ線検査中に被検体の動き状態を監視する有効な手段を提供し得るので、有益であり得る。

Ｘ線システムは、それぞれの異なる例において異なる形態をとることができる。一例では、Ｘ線システムは、コンピュータトモグラフィシステム又はＣＴシステムである。別の例では、Ｘ線システムは、フルオロスコープである。

別の実施形態では、Ｘ線システムは、２次元Ｘ線を取得するように構成されるＸ線撮像システムである。前述のＸ線システムの全ては、パイロットトーンシステムの使用から利益を得ることができる。

別の実施形態では、少なくとも１つの送信チャネルが、複数の送信チャネルである。少なくとも１つの送信コイルが、複数の送信コイルを有する。少なくとも１つの送信チャネルを制御することによって少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信することは、複数の送信チャネルの少なくとも一部を制御することによってマルチチャネルパイロットトーン信号を送信することを含む。パイロットトーンデータを受信するように少なくとも１つの受信チャネルを制御することによるパイロットトーンデータの取得は、パイロットトーンデータを受信するように複数の受信チャネルの少なくとも一部を制御することによってマルチチャネルパイロットトーンデータを取得することを含む。

パイロットトーンデータを用いた被検体の動き状態の決定は、マルチチャネルパイロットトーンデータを用いて被検体の動き状態を決定することを含む。この実施形態は、複数の送信チャネル及び複数の受信チャネルが使用されるという理由で有益であり得る。これは、被検体の動きの情報量をより大きくすることができる。

無線周波数システムは、周波数符号化、位相符号化、複素変調、ＣＤＭＡ符号化、及びこれらの組み合わせのうちのいずれか１つを使用して、マルチチャネルパイロットトーン信号のそれぞれを符号化するように構成される。この実施形態は、複数の信号を受信する場合に、パイロットトーン信号のソースを区別する効果的な手段を提供し得るので、有益であり得る。これは、被検体の動きの状態を決定する能力を向上させることができる。

別の実施形態では、少なくとも１つの受信チャネルは、複数の受信チャネルである。少なくとも１つの受信コイルは、複数の受信コイルである。この実施形態は、複数の受信コイルがそれぞれ異なるロケーションに配置されることができ、パイロットトーンシステムに対する被検体の配置により敏感でなくなるため、有益であり得る。

別の実施形態では、動き状態は、被検体の動きロケーション、動きベクトル、被検体の動き分類、呼吸状態、心臓の動き状態、被検体の少なくとも一部を表す並進ベクトル、被検体の少なくとも一部を表す回転、及びそれらの組み合わせのうちのいずれか１つである。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、前記パイロットトーンデータ及び前記少なくとも１つのパイロットトーン信号を受信し及び前記動き状態を出力するよう構成されたリカレントニューラルネットワークを使用して、前記動き状態を決定するステップを実行させる。この実施形態は、複雑なパターンを認識するように訓練され得るので、有益であり得る。

別の実施形態では更に、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、被検体と少なくとも１つの受信コイルの各々との間の距離を検出することによって動き状態を決定するステップを実行させる被検体が特定の受信コイルに近づくほど、結合は増大しうる。これは、被検体の位置を効率的にしかも単純に決定するために使用され得るモデルを提供し得る。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行が更に、プロセッサに、デジタルフィルタリングを使用する検出によって、動き状態を決定するステップを実行させる。呼吸や心拍などのさまざまな周期的な動きは、特徴的な周波数を持つパイロットトーンを生成する。デジタルフィルタリングは、心臓や呼吸などの動きを正確かつ容易に検出することを可能にする。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサは、主成分分析を使用して、動き状態を決定するステップを実行させる。この実施形態は、主成分分析モデルを形成するために、以前に取得されたパイロットトーン信号及びパイロットトーンデータを大量に使用することが可能であり得るので、有益であり得る。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行が更に、プロセッサに、パイロットトーンデータの取得中、Ｘ線システムを制御して医用イメージングデータを取得するステップを実行させる。この実施形態は、パイロットトーンデータが、例えばＸ線システムの機能及び動作を制御するために使用され、及び／又は後にＸ線又は医用画像を再構成するために使用されるので、有益であり得る。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行が更に、前記プロセッサに、前記医用イメージングデータを使用して医用画像を再構成するステップを実行させる。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、被検体の動き状態を使用して医用画像の再構成を修正するステップを実行させる。この実施形態は、Ｘ線システムがＣＴシステムのようなトモグラフィシステムである場合に特に有益であり得る。被検体の位置に関する知識は、医用画像の再構成中の被検体の動きを考慮するのに役立ちうる。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行が更に、プロセッサに、被検体の動き状態を使用して、医用イメージングデータの取得をゲート制御するステップを実行させる。例えば、動き状態が呼吸位相である場合又は心臓位相である場合、被検体のゲーティングは、被検体の心臓又は呼吸位相の結果画像を生成するために有用であり得る。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行が更に、プロセッサに、被検体の動き状態を使用して医用イメージングデータの取得を修正ステップを実行させる。例えば、ＣＴなどの医用トモグラフィクイメージング技術では、動き状態の決定を使用して、取得された医用イメージングデータに対する座標系が存在する位置及びスタイルを変更されることができる。これは、例えば、医用イメージングデータの取得中の被検体の動きを補償するのに有用であり得る。

別の実施形態では、パイロットトーンシステムは更に、少なくとも１つの送信コイル及び／又は少なくとも１つの受信コイルを有する。

別の実施形態では、Ｘ線システムは更に、撮像ゾーン内の被検体の少なくとも一部を支持するための被検体支持体を有する。少なくとも１つの送信コイルの少なくとも一部及び少なくとも１つの受信コイルの少なくとも一部は、被検体支持体に一体化される。これは、パイロットトーンシステムをＸ線システムに組み込む効率的な手段を提供し得るので、有益であり得る。

パイロットトーンシステムを制御するために使用されるプロセッサは、被検体支持体に一体化されることもできる。例えば、パイロットトーンシステムは、被検体支持体内に完全に収容されることができる。これは、例えば、被検体支持体の使用によるＸ線システムへのパイロットトーンシステムの追加を可能にすることができる。更に、被検体支持体は、磁気共鳴イメージングなどの異なるイメージング技術のために使用されることもできる。単一の被検体支持体は、別のタイプのイメージングシステム及びさまざまな異なるタイプのイメージングシステムに対して移動されることができる。

別の実施形態では、Ｘ線システムは、Ｘ線コンピュータトモグラフィシステムである。これは、被検体の正確な位置が、Ｘ線システムからの医用画像又はＸ線の品質を向上させるために、Ｘ線コンピュータトモグラフィシステムを制御する際に及び／又は再構成の際に有益でありうる。

別の態様では、本発明は、Ｘ線システムを制御するように構成されたプロセッサによる実行のためのマシン実行可能命令を有するコンピュータプログラム製品を提供する。Ｘ線システムは、少なくとも部分的に撮像ゾーン内にある被検体から医用イメージングデータを取得するように構成される。Ｘ線システムは、パイロットトーンシステムを有する。パイロットトーンシステムは、少なくとも１つの送信チャネル及び少なくとも１つの受信チャネルを有する無線周波数システムを具備する。少なくとも１つの送信チャネルは、少なくとも１つの送信コイルを介して少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信するように構成される。少なくとも１つの受信チャネルは、少なくとも１つの受信コイルを介してパイロットトーンデータを受信するように構成される。

マシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、少なくとも１つの送信チャネルを制御することによって、少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信するステップを実行させる。マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサに、パイロットトーンデータを受信するよう少なくとも１つの受信チャネルを制御することによって、パイロットトーンデータを取得するステップを実行させる。マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサに、パイロットトーンデータを使用して、被検体の動き状態を決定するステップを実行させる。

別の態様では、本発明は、少なくとも部分的に撮像ゾーン内にある被検体から医用イメージングデータを取得するように構成されるＸ線システムを作動させる方法を提供する。Ｘ線システムは、パイロットトーンシステムを有する。パイロットトーンシステムは、少なくとも１つの送信チャネル及び少なくとも１つの受信チャネルをもつ無線周波数システムを有する。少なくとも１つの送信チャネルは、少なくとも１つの送信コイルを介して少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信するように構成される。少なくとも１つの受信チャネルは、少なくとも１つの受信コイルを介してパイロットトーンデータを受信するように構成される。この方法は、少なくとも１つの送信チャネルを制御することによって、少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信することを含む。この方法は、パイロットトーンデータを受信するように少なくとも１つの受信チャネルを制御することによってパイロットトーンデータを取得することを更に含む。この方法は、パイロットトーンデータを用いて被検体の動き状態を決定することを更に含む。

磁気共鳴イメージングシステムを制御して磁気共鳴イメージングデータを取得するように構成されるとともに、マシン実行可能命令及びパルスシーケンスコマンドを記憶するメモリを有する磁気共鳴イメージングシステムが本明細書に開示される。磁気共鳴イメージングシステムは、磁気共鳴イメージングシステムを制御するプロセッサを更に有する。

磁気共鳴イメージングシステムは、パイロットトーンシステムを更に有する。パイロットトーンシステムは、少なくとも１つの送信チャネル及び少なくとも１つの受信チャネルを含む無線周波数システムを有する。多重受信チャネルは、少なくとも１つの送信チャネルを介してパイロットトーンデータを受信するように構成される。マシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、少なくとも１つの送信チャネルを制御することによって、少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信するステップを実行させる。マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサに、少なくとも１つの受信チャネルを制御してパイロットトーンデータを受信することによって、パイロットトーンデータを取得するステップを実行させる。マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサに、マルチチャネルパイロットトーンデータを使用して被検体の動き状態を決定するステップを実行させる。

マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサに、パルスシーケンスコマンドを使用して電流勾配パルス周波数を決定ステップを実行させる。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、パイロットトーンデータを使用して、電流勾配パルス周波数の所定の範囲内の周期性を用いて被検体の動きを検出するステップを実行させる。代替として、被検体の動きは、勾配パルス周波数とパイロットトーンデータとの間の相関関係を決定し又は検出することによって検出されることもできる。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、被検体の動きが検出された場合に、末梢神経刺激（peripheral nerve stimulation、ＰＮＳ）警告信号を供給するステップを実行させる。

被検体の動きと勾配パルス周波数のマッチングは、いくつかの異なる方法で決定されることができる。１つの例では、周波数は、勾配パルス波形の周期性から決定される。これを使用して、パイロットトーンデータを使用して動きが検出された場合、末梢神経刺激警告信号が提供される帯域幅を規定することができる。更に、警告信号の提供を確実にするのに末梢神経刺激が十分に大きいかどうかを判定するために設定される閾値レベル又は所定の閾値レベルが存在してもよい。

パイロットトーンシステムを制御するために使用されるプロセッサは、被検体支持体に一体化されることができる。例えば、パイロットトーンシステムは、被検体支持体内に完全に収容されることができるとともに、一体化されたパイロットトーンシステムを有する被検体支持体を使用することにより、既存の磁気共鳴イメージングシステムにＰＮＳ検出を追加するために使用されることができる。

末梢神経刺激警告信号が提供される場合、マシン実行可能命令の実行は更に、プロセッサに、代替パルスシーケンスコマンドの選択、パルスシーケンスコマンドの修正、及びパルスシーケンスコマンドの実行の中止のいずれかを行うステップを実行させることが開示される。これらの代替例はすべて、末梢神経刺激を低減し又は排除するために使用され得るので、有益であり得る。これは、磁気共鳴イメージングシステム内の被検体に対してより高い程度の快適性をもたらすとともに、動きを減少させ、それによって、結果的に得られるあらゆる磁気共鳴画像の品質を向上させることができる。

更に、磁気共鳴イメージングシステムは、磁気共鳴イメージングコイルを有することが開示されている。磁気共鳴イメージングコイルは、少なくとも１つのパイロットトーン送信コイル及び／又は少なくとも１つの受信コイルを有する。様々な例において、コイルは、磁気共鳴イメージングシステムの被検体支持体に一体化されるとともに、使用される磁気共鳴イメージングコイル又はアンテナに一体化されることができる。

更に、磁気共鳴イメージングシステムは、撮像周波数範囲内の磁気共鳴イメージングデータを取得するように構成されることが開示される。複数の送信チャネルは、撮像周波数範囲外のユニークなパイロットトーン信号を送信するように構成される。例えば、パイロットトーン信号は、磁気共鳴イメージングに使用されるものよりも高い周波数でありうる。これは、磁気共鳴イメージングデータを取得するとともに、パイロットトーン信号を使用して被検体の動きをモニタリングするために、磁気共鳴イメージングシステムを同時に使用することを可能にすることができるので、有益であり得る。

更に、少なくとも１つの送信チャネルが、複数の送信チャネルであることが開示される。マルチチャネルパイロットトーン信号及びマルチチャネルパイロットトーンデータに関連して開示される実施形態の全てが、磁気共鳴イメージングシステムに適用されうることに留意されたい。例えば、複数の送受信チャネルが存在しうる。

更に、少なくとも１つの受信チャネルが複数の受信チャネルであることが開示される。これは、被検体から受信チャネルまでの距離が信号強度を決定する際に非常に敏感であるため、特に有益でありうる。複数の受信チャネルがある場合、受信チャネルが、被検体の動きとして解釈されることができるパイロットトーン信号を受信するように、被検体を適切に配置することがより容易にである。

組み合わせられた実施形態が、相互に排他的でない限り、本発明の前述の実施形態の１つ又は複数が組み合わせされることができ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製品として具体化されることができる。したがって、本発明の態様は、完全にハードウェアの形態、完全にソフトウェアの形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又はソフトウェアとハードウェアの形態を組み合わせた態様であり、これらはすべて、本明細書において「回路」、「モジュール」、又は「システム」と呼ばれ得る。更に、本発明の側面は、その上に具体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具体化されたコンピュータプログラム製品の形をとりうる。

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を利用することができる。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記憶媒体でありうる。本明細書で使用される「コンピュータ可読記憶媒体」は、コンピューティング装置のプロセッサによって実行可能な命令を記憶することができる任意の有形の記憶媒体を包含する。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読の非一時的記憶媒体と呼ばれることもある。コンピュータ可読記憶媒体はまた、有形のコンピュータ可読媒体と呼ばれうる。ある実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピューティング装置のプロセッサによってアクセス可能なデータを記憶することも可能である。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、フロッピーディスク、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、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、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、光磁気ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルが挙げられるが、これらに限定されない。光ディスクの例としては、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＷ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＷ、又はＤＶＤ－Ｒディスクなどのコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）がある。コンピュータ可読記憶媒体という用語はまた、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータ装置によってアクセスされることが可能な様々なタイプの記録媒体をさす。例えばデータはモデムを介してインターネットを介して又はローカルエリアネットワークを介して取り出されることができる。コンピュータ可読媒体上に具体化されたコンピュータ実行可能コードは無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなど、又は前述のもの任意の適切な組合せを含むがこれらに限定されない、任意の適切な媒体を使用して送信され得る。

コンピュータ可読信号媒体は例えば、ベースバンドで、又は搬送波の一部として、コンピュータ実行可能コードがその中に具体化された伝播されるデータ信号を含むことができる。そのような伝播信号は、電磁、光学、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含むが、それらに限定されない、任意の様々な形態をとることができる。コンピュータ可読信号媒体は、任意のコンピュータ可読媒体でありえ、かかるコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、機器、又は装置によって、又はそれに関連して使用されるためのプログラムを通信、伝播、又は伝送することができる。

「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読記憶媒体の一例である。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。「コンピュータ記憶装置」又は「記憶装置」は、コンピュータ可読記憶媒体の他の一例である。コンピュータ記憶装置は、任意の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体である。ある実施形態では、コンピュータ記憶装置は、コンピュータメモリであってもよく、又はその逆であってもよい。

本明細書で使用される「プロセッサ」は、プログラム又は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することが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装置への言及は、２以上のプロセッサ又は処理コアを有することができるものとして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りうる。プロセッサは、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間で分散されたプロセッサの集合を指す場合もある。コンピューティング装置という用語は、プロセッサ又はプロセッサを構成するそれぞれのコンピューティング装置の集合又はネットワークを指すこともできると解釈されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、複数のプロセッサによって実行されてもよく、かかる複数のプロセッサは、同一のコンピューティング装置内にあってもよいし、複数のコンピューティング装置に分散されていてもよい。

コンピュータ実行可能コードは、プロセッサに本発明の態様を実行させるマシン実行可能命令又はプログラムを含むことができる。本発明の態様に係る処理を実行するためのコンピュータ実行可能コードは、Ｊａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋など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などの従来の手続き型プログラミング言語を含み、マシン実行可能命令にコンパイルされた、１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くことができる。場合によっては、コンピュータ実行可能コードは、高水準言語の形成であってもよいし、事前にコンパイルされた形であってもよく、オンザフライで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、スタンドアロンの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且つ部分的にリモートコンピュータ上で、又は全体的にリモートのコンピュータ又はサーバ上で、実行されることができる。後者の状況では、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）又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続されることができ、又は（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータに接続されることができる。

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製品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ブロックの部分は、適用可能な場合には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現されることができることを理解されたい。更に、互いに排他的ではない場合、それぞれ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を組み合わせることができることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに供給され、それにより、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図ブロック又はブロック図に指定された関数／動作を実行するための手段を生成するようなマシンを製造することができる。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、又は他のデバイスに特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に記憶されることができ、その結果、コンピュータ可読媒体に記憶された命令は、フローチャート及び／又はブロック図の１又は複数のブロックで指定された機能／動作を実現する命令を含む製品を生成する。

コンピュータプログラム命令は、、コンピュータ、他のプログラマブル装置、又は他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させてコンピュータ実現プロセスを生成するように、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、又は他のデバイスにロードされることができ、それにより、コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１又は複数のブロックに指定される機能／動作を実現するためのプロセスを提供する。ここで使用される「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対話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装置」とも呼ばれ、ユーザインタフェースは、情報又はデータをオペレータに提供し、及び／又はオペレータから情報又はデータを受け取ることができる。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力をコンピュータによって受け取ることを可能にし、コンピュータからユーザに出力を提供することができる。換言すれば、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し又は操作することを可能にし、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効果を示すことを可能にする。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、オペレータに情報を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、ポインティングスティック、グラフィックスタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカメラ、ヘッドセット、ペダル、有線グローブ、リモートコントロール、及び加速度計を介したデータの受信は、すべて、オペレータからの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コンポーネントの例である。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装置及び／又は機器と対話する及び／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含む。ハードウェアインタフェースは、プロセッサが制御信号又は命令を外部コンピューティング装置及び／又は機器に送信することを可能にし得る。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装置及び／又は装置とデータを交換することを可能にしうる。ハードウェアインタフェースの例としては、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、ＩＥＥＥ－４８８ポート、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続、ワイヤレスローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット接続、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が挙げられるが、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「ディスプレイ装置」は、画像又はデータを表示するように適応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、視覚的データ、聴覚データ、及び／又は触覚データを出力することができる。ディスプレイの例としては、コンピュータモニタ、テレビ画面、タッチパネル、触覚電子ディスプレイ、点字ディスプレイ、ブラウン管（ＣＲＴ）、蓄積管、バイスタブルディスプレイ、電子ペーパー、ベクターディスプレイ、フラット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（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

医用イメージングデータは、ここでは、Ｘ線システムのような医用画像スキャナを用いて取得された２次元又は３次元データとして規定される。医用画像スキャナは、ここでは、患者の物理的構造に関する情報を取得し、２次元又は３次元の医用イメージングデータのセットを構築するように構成された装置として定義される。医用イメージングデータは、医師による診断に有用な視覚化を構築するために使用されることができる。この視覚化は例えば、コンピュータをして実施されることができる。

磁気共鳴（ＭＲ）画像データは、本明細書では、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を用いて原子スピンによって放射される無線周波数信号の記録された測定値であると規定される。磁気共鳴データは医用イメージングデータの一例である。磁気共鳴画像（ＭＲＩ）画像又はＭＲ画像は、本明細書では、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二次元又は三次元の可視化であると規定される。この視覚化は例えば、コンピュータをして実施されることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を、単なる例として、図面を参照して説明する。

Ｘ線システムの一例を示す図。 図１のＸ線システムを作動させる方法を示すフローチャート。 図１のＸ線システムを作動させる他の方法を示すフローチャート。 図１のＸ線システムを作動させる他の方法を示すフローチャート。 マルチチャネルパイロットトーンデータの一例を示す図。 Ｘ線システムの他の例を示す図。 マルチチャネルパイロットトーンデータを用いて決定される動き状態の一例を示す図。 磁気共鳴イメージングシステムの一例を示す図。 磁気共鳴イメージングシステムの一例を示すフローチャート。 医用医システムのソフトウェアシステムの一例を示す図。

これらの図における同様の番号が付された構成要素は、同等の構成要素であるか、又は同じ機能を実行するかのいずれかである。前述した構成要素は、機能が同等である場合には、必ずしも後の図で説明されない。

図１は、Ｘ線システムの一例を示す。この例では、Ｘ線システムは、コンピュータトモグラフィシステム又はＣＴシステムである。しかしながら、図１に示されるこのシステムは、例えば、従来のＸ線システム又は透視鏡のような二次元Ｘ線画像を取得するためのシステムであってもよい。Ｘ線システム１００は、更に、ボア１０３を有するコンピュータトモグラフィガントリ１０１を備える。ボア内には、被検体支持体１０４上に配置された被検体１０２が示されている。コンピュータトモグラフィガントリ１０１は、医用イメージングデータを取得することができる撮像ゾーン１０５を有する。

Ｘ線システム１００は、パイロットトーンシステム１０６を有するものとして示されている。パイロットトーンシステム１０６は、少なくとも１つの送信チャネル１１０及び少なくとも１つの受信チャネル１１２を有する無線周波数システム１０８を備える。少なくとも１つの送信チャネル１１０は、少なくとも１つの送信チャネル１１４に接続される。少なくとも１つの受信チャネル１１２は、少なくとも１つの受信コイル１１６に接続される。この例では、少なくとも１つの送信コイル１１４及び少なくとも１つの受信コイル１１６が、被検体支持体１０４に内蔵されている。他の例では、コイル１１４、１１６は、被検体１０２を取り囲む支持体のような代替ロケーションに配置されることができ、場合によっては、被検体に隣接して又は被検体上に配置されることもできる。

Ｘ線システム１００は、コンピュータ１２０を更に有するものとして示されている。コンピュータ１２０は、プロセッサ１２２を有する。プロセッサ１２２は、１又は複数のプロセッサ又は処理コアを表すことを意図している。プロセッサ１２２は、複数のコンピュータシステム１２０間で分散されることもできる。プロセッサ１２２は、ハードウェアインタフェース１２４に接続されているものとして示されている。ハードウェアインタフェース１２４は、プロセッサ１２２がＸ線システム１００の他の構成要素に対してコマンド及びデータを送受信することを可能にする。いくつかの例では、ハードウェアインタフェース１２４は、例えば、ネットワークインタフェースでありえ、プロセッサ１２２が他のコンピュータシステムとデータを交換することを可能にする。プロセッサ１２２は、更に、ユーザインタフェース１２６及びメモリ１２８に接続されるものとして示されている。

メモリ１２８は、プロセッサ１２２にアクセス可能なメモリの任意の組み合わせであってもよい。これは、メインメモリ、キャッシュメモリのようなものや、フラッシュＲＡＭ、ハードドライブのようななどの不揮発性メモリ、又はその他の記憶装置も含む。いくつかの例では、メモリ１２８は、非一時的コンピュータ可読媒体であると考えることができる。

メモリ１２８は、マシン実行可能命令１３０を有するものとして示されている。マシン実行可能命令１３０は、プロセッサ１２２がＸ線システムの動作及び機能を制御することを可能にする。メモリ１２８は、制御コマンド１３２を含むように示されている。制御コマンドは、例えば、医用イメージングデータ１３４を取得するための特定の撮像プロトコルに対する特定のコマンドであってもよい。メモリ１２８は、制御コマンド１３２によってＸ線システムを制御することによって取得された医用イメージングデータ１３４を含むものとして示されている。いくつかの例では、制御コマンド１３２は、マシン実行可能命令１３０に組み込まれてもよい。メモリ１２８は、少なくとも１つの送信チャネル１１０を使用して送信され得るパイロットトーン信号１３６を含むものとして更に示される。

メモリ１２８は、パイロットトーン信号１３６の送信に応答して少なくとも１つの受信チャネル１１２内で受信されたパイロットトーンデータ１３８を含むものとして更に示される。いくつかの例では、パイロットトーン信号１３６は、例えば、先に開示したように異なるように符号化され得る複数のユニークなパイロットトーン信号１３６であってもよい。パイロットトーンデータ１３８は、同様に、マルチチャネルパイロットトーンデータであってもよい。メモリ１２８は、少なくともパイロットトーンデータ１３８から導出された動き状態１４０を含むものとして更に示される。メモリ１２８は、例えば、動き状態モデル１４２を含んでもよい。

動き状態モデル１４２は、例えば、パイロットトーン１３８を入力として得、オプションとしてパイロットトーン信号１３６を得て、動き状態１４０を決定することができる。動き状態モデル１４２は、さまざまな異なる方法で実現されることができる。一例では、それは、例えば、リカレントニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、フィルタ又は他の様々なモデルであってもよい。メモリ１２８は、更に、医用画像１４４を含むものとして示される。医用画像１４４は、医用イメージングデータ１３４から再構成された。

図２は、図１のＸ線システム１００の操作方法を示すフローチャートを示す。ステップ２００において、まず、Ｘ線システムが、医用イメージングデータ１３４を取得するよう制御される。ステップ２００が実行されると、ステップ２０２、２０４、及び２０６も実行される。ステップ２０２において、少なくとも１つのパイロットトーン信号１３６が、少なくとも１つの送信チャネル１１０を制御することによって送信される。次に、ステップ２０４において、パイロットトーンデータ１３８が、少なくとも１つの受信チャネル１１２を制御することによって取得される。最後に、ステップ２０６において、パイロットトーンデータ１３８を用いて被検体１０２の動き状態１４０を決定する。

図３は、図１のＸ線システム１００を作動させる代替方法を示す。図３に示される方法は、いくつかの追加のステップの付加を含むが図２に示される方法に類似している。ステップ２００、２０２、２０４、２０６は、上述したように実行される。この例では、ステップ２００、２０２、２０４が完全に実行された後に、ステップ２０６が実行されることができる。次に、ステップ３００において、医用画像１４４は、医用イメージングデータ１３４を使用して再構成される。最後に、ステップ３０２において、医用画像１４４の再構成は、動き状態１４０を使用して補正される。これは、例えば、さまざまな異なる方法で実行されることができる。

動き状態１４０は、例えば、心臓位相又は呼吸位相を監視している場合、医用イメージングデータ１３４をそれぞれ異なるビンに分割して、それぞれ異なる画像１４４を生成することができる。他の例では、動きの状態１４０がより詳細である場合、医用画像データ１３４の様々な部分が補正され、医用画像１４４の再構成中に使用されることができる。図３の方法は、動き状態１４０を用いて医用画像１４４の遡及的補正を行う例である。

図４は、図１のＸ線システム１００を作動させる方法の他の例を示す。図４の方法も、図２に示す方法と同様である。ステップ２００、２０２、２０４、２０６は、上述したのと同様に実行される。図４の例では、動き状態の決定は、医用イメージングデータ１３４の取得中に行われる。ステップ４００において、医用イメージングデータは、医用イメージングデータの取得を修正するために使用される。これは、例えば、撮像される領域又はアライメントを変更するとともに、医用イメージングデータの取得をゲートするために使用されることができる。

開示される動き検出方法は、Ｘ線スキャナ又はＣスキャナの個別の周波数、マルチ周波数、又は広帯域の信号源を使用して、動きを補正するとともに、マルチＲＦ基準信号を使用して心臓イメージングのためにスキャナを同期させることができる。提案される方法は、ＥＣＧトリガと置き換わることができ、又は追加データが、再構成を改善し、放射線量を低減し、自律的なイメージングのためのワークフローの改善に使用される。

ＣＴスキャンは、複数の入力パラメータ及び適切なスキャンプレパレーションを使用することができる。身体の大きさ、体重、患者の位置及びスキャンされる解剖学的構造に応じて、患者に適合するようにプロトコルが選択され、修正される。通常、これらのデータは手動で入力される必要がある。物理学的パラメータ（スキャンやゲーティングのトリガに必要なパラメータなど）は、通常、専用のセンサを使用して測定される。最近、スキャン中に患者を観察するカメラのライブビデオストリームから関連パラメータを推定できることが実証された。ＣＴプロシージャでは、患者は衣服で覆われている。従って、カメラ画像は限られた用途である。

パイロットトーンは非接触の電磁ナビゲータであり、ＭＲ又はＣＴ取得とは無関係に動きのモニタリングを提供する。パイロットトーン信号の生成及び取得は、磁気共鳴イメージングに使用されるであろうＭＲ局所コイルのような、既存のシステム組込み部品を使用して行われることができる。

潜在的な利益及び／又は用途は、以下の１又は複数を含むことができる：
－心拍と呼吸の心電図フリー（心電図を用いない）の検出
－頭部－身体の動きの分離及び定量化
－心臓及び呼吸の動きのトリガを導出する
－ＭＲ ＬＩＮＡＣ放射線治療への応用
－パイロットトーン／ＲＦ基準は、品質を高め、費用対効果を向上させるために、患者プレパレーションを加速するために有用でありうる。
－ＥＣＧ電極に代わるものを提供する
－余分なワークフローを減らす
－Ｘ線量を低減する
－非協力的な被験者の動きを補正する
－患者にフィードバックを提供する
－カバー又は衣服を通して被検体の動きを追跡する

例えば、Ｘ線又はＣＴスキャナのためのパイロットトーン信号を使用することができる。一例では、デジタルパイロット信号アンテナが、患者テーブルに配置され／一体化される。

Ｘ線を使用した自律的なイメージングのために、システムは、３Ｄ位置を連続的に監視することができる。Ｘ線／イメージングは、動き／運動が検出されない場合又は期待されない場合にトリガされる。このシステムは、撮像中又は撮像シーケンスと撮像シーケンスの間、身体の位置付け又は位置の変更を可能にする。

ＣＴの場合、動いている最中はＸ線ビームがオフにされ、システムは、元の位置からの変位を検出するので、結果的に、少ない線量で済む。

一例では、パイロットトーン信号は、アクティブな患者フィードバックのために監視されることができる。患者／被検体は、自身の位置を変えることができ、又は患者は、動き／位置フィードバックモニタ／センサを使用して、自分の位置をアラインすることができる

別の例では、パイロットトーンデータからの３Ｄ／４Ｄ情報が、再構成に含められることができる。

別の例では、別個の送信アンテナ及び受信アンテナ、並びにデジタル送信器及び受信器を使用して、動きを複雑な４Ｄデータセットに翻訳することを可能にする。

別の例では、データはまた、畳み込み神経回路網又はリカレント神経回路網に供給されることができる。

別の例では、パイロットトーンシステムは、光学カメラ、レーダー、又は超音波音響検出のような１つ又は複数の追加の動作検出システムとともに使用される。

図５は、マルチチャネルパイロットトーンデータ５００の一例を示す。図示されるパイロットトーンデータ５００は、測定された個々のパイロットトーン信号の多数のプロットを示す。心臓信号と呼吸動きは良好に検出されるが、個々のアンテナチャネルに強く依存する。

例において、局所アンテナ（少なくとも１つの受信コイル１１６）は、狭帯域信号（パイロットトーン信号）を受信する。各アンテナは、プリアンプ及び個々のソフトウェア定義される受信器に信号を送る。複雑な信号が処理され、動きは、大きさの変化又は位相の変化として個々の信号で異なって現れる。データは更に処理され、３Ｄ／４Ｄ情報は、動きパラメータに変換される。

このデータ（パイロットトーンデータ）は更に、畳み込みニューラルネットワークやリカレントニューラルネットワークにも供給されることができる。リカレントニューラルネットワーク（ＲＮＮ）は、ノード間の接続がシーケンスに沿った有向グラフを形成する人工ニューラルネットワークのクラスである。これは、時間シーケンスに対して動的な時間的挙動を示すことを可能にする。フィードフォワードニューラルネットワークとは異なり、ＲＮＮは、入力のシーケンス（ここでは異なる周波数）を処理するために、その内部状態（メモリ）を使用することができる。これにより、非セグメン化、接続された動き認識、カメラ動き認識などのタスクに適用できる。

図６は、Ｘ線システム６００の機能図を示す。この例では、Ｘ線システム６００は、ＣＴ又はＸ線管６０２を有する。被検体１０２の頭部に隣接して、複数のパイロット基準受信器又は複数の受信チャネル１１６がある。被検体１０２から更に離れたところには、単一の送信チャネル１１０又は少なくとも１つの送信コイル１１４である単一のパイロット基準送信器がある。更に、複数の送信コイル１１４が存在し得る。補足的な動きフィードバックモニタ６０４がある。動きフィードバックモニタ６０４は、現在の動き状態を被検体１０２に表示するために使用されることができ、被検体１０２が静止しているのを助けることができる。Ｘ線システムは、ＲＦ及びＳＤＲトランシーバと、パイロットトーンシステム１０６によるフィードバック制御と、を具備する。このパイロットトーンシステムは、フィードバック患者モニタ６０６にデータを供給する。フィードバック患者モニタ６０６は、動きフィードバックモニタ６０４によってレンダリングされる画像を提供する。パイロットトーンシステム１０６はまた、ＥＣＧトリガ及び呼吸トリガ６０８にデータを提供する。パイロットトーンシステム１０６は更に、再構成アルゴリズム６１０に情報を提供する。人工学的又は機械学習モジュール６１２は、再構成６１０中に補助するために使用されることができるとともに、パイロットトーンシステム１０６を介して受信されるデータを用いて訓練されることもできる。

図７は、マルチチャネルパイロットトーンデータ５００から導出され得る動き状態１４０の例を示す。図７は、マルチチャネルパイロットトーンデータ５００と共に使用された幾つかの位置測定を示す。図７に示す例において、単純なモデルが、複数の受信コイル１１６からの被検体の頭部の距離を求めるために使用された。プロット７００は、このモデルを使用して、被検体の頭部の位置を示す。プロット７０２は、プロット７００内のデータからの被検体の鼻の方向を示す。同様に、プロット７００'も、複数の受信コイルを使用して測定される頭部位置を示す。プロット７０２'は、被検体の鼻の向きの変化を示す。

図７は、一組のパイロットトーン送信器及び受信器を用いて頭部の動きを検出する方法の簡単な例を示す。画像７０２及び７０２'は、実座標系において頭部の後部を鼻の先端に向けるベクトルの形の非常に単純な頭部モデルを示す。座標系の原点は、ＣＴスキャナのアイソセンタを示す。頭部後部は、患者テーブルに固定されて動かないものとする。

画像７００及び７００'は、１５ノードパイロットトーンシステムのワイヤフレームモデルを示す。ノードの位置は、被検体の頭部周囲のパイロットトーン送信器と受信器の空間分布から導出された。

患者が患者テーブルに配置されると、これらの画像の座標系はゼロにされる。これで、いかなる動きも、さまざまな異なるパイロットトーン送信器と受信器間の信号強度と位相に影響を及ぼすことになる。所与のモデルにおいて、信号増加は、対応するワイヤフレームノードの（仮想）原点からの距離を増加させることにより、ワイヤフレームモデルにマッピングされる。

その結果、ワイヤフレームが歪められる。この種の歪みは、頭部の動きに特徴的であり、例えば、頭部を振ると、特定のパイロットトーン送信器と受信器の組み合わせでは信号の増加につながり、他の人は主に減少に遭遇する。この洞察は、単純化した頭部モデルに対して使用された。鼻先端の位置は、１５パイロットトーンノードの信号の空間的加重平均によって計算される。この例では、ボランティアは、頭部を中央の位置（７００、７０２）から右（負のｙ）へ回転した。ワイヤフレームモデル（７００'，７０２'）では、これは傾斜したような歪みをもたらした。従って、頭部ベクトルモデルはその先端を負のｙに移動させる。

図８は、磁気共鳴イメージングシステム８００の一例を示す。この図で再使用される参照番号は、前述の特徴又は構成要素と同等の特徴又は構成要素を示す。先に説明した構成要素は、必ずしも再度説明されないことがある。

磁気共鳴イメージングシステム８００は、磁石８０４を有する。磁石８０４は、それを貫通するボア８０６を有する円筒形の超電導磁石である。異なる種類の磁石の使用も可能である。例えば、分割円筒形磁石といわゆるオープン磁石の両方を使用することも可能である。分割された円筒形磁石は、クライオスタットが磁石の等平面へのアクセスを可能にするために２つのセクションに分割されていることを除いて、標準の円筒形磁石と同様であり、このような磁石は例えば、荷電粒子ビーム治療と併せて使用されることができる。オープン磁石は、２つの磁石セクションを有し、それら２つの磁石セクションは上下に配置され、それらの間には、被検体を受け入れることができる大きさの空間があり、２つの磁石セクションの配置は、ヘルムホルツコイルに似ている。オープン磁石は、被検体が囲まれないので人気がある。円筒形磁石のクライオスタットの内部には、超電導コイルの集合体がある。

円筒形磁石８０４のボア８０６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に強くかつ均一である撮像ゾーン８０８が存在する。関心領域８０９が撮像ゾーン８０８内に示されている。取得される磁気共鳴データは、典型的には、関心領域について取得される。被検体１０２は、被検体１０２の少なくとも一部が撮像ゾーン８０８及び関心領域８０９内に少なくとも部分的に存在するように、被検体支持体１０４によって支持されるように示されている。

磁石のボア８０６内には、磁場勾配コイル８１０の組も存在し、これは、磁石８０４の撮像ゾーン８０８内で磁気スピンを空間符号化するための予備的な磁気共鳴データを取得するために使用される。磁場勾配コイル８１０は、磁場勾配コイル電源８１２に接続されている。磁場勾配コイル８１０は、例示的であることが意図されている。典型的には、磁場勾配コイル８１０は、３つの直交する空間方向において空間符号化するための３つの別々のコイル組を有する。磁場勾配電源は、磁場勾配コイルに電流を供給する。磁場勾配コイル８１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプ状にされ又はパルス状にされることができる。

磁石８０４のボア８０６内には、磁気共鳴イメージングアンテナ８１４がある。磁気共鳴イメージングアンテナ８１４は、複数の送信コイル１１４及び複数の受信コイル１１６を有するものとして示される。また、磁気共鳴イメージングアンテナ８１４は、磁気共鳴イメージングを行うために使用される複数の無線周波数コイル８１６を有する。無線周波数システム１０８は、無線周波数コイル８１６にも接続される。図８に示す構成は、パイロットトーンシステムの使用と同時に磁気共鳴イメージングデータの取得を可能にする。他の例では、無線周波数コイル８１６は、複数の送信コイル１１４及び／又は複数の受信コイル１１６としても機能し得る。

無線周波数コイル８１６は、チャネル又はアンテナと呼ばれることもできる。磁気共鳴アンテナ８１４は、無線周波数システム１０８に接続される。磁気共鳴アンテナ８１４及び無線周波数システム１０８は、別個の送信コイル及び受信コイル、並びに別個の送信器及び受信器と置き換えてもよい。磁気共鳴アンテナ８１４及び無線周波数システム１０８は、代表例であることが理解される。磁気共鳴アンテナ８１４は、専用の送信アンテナ及び専用の受信アンテナをも表すことが意図される。同様に、システム８１６も、別個の送信器及び受信器を表すことができる。更に、磁気共鳴アンテナ８１４は、複数の受信／送信素子を有することができ、無線周波数システム１０８は、複数の受信／送信チャネルを有することができる。例えば、ＳＥＮＳＥのようなパラレルイメージング技術が実行される場合、無線周波数システム１０８は、複数のコイル素子を有することができる。

無線周波数システム８１６及び勾配コントローラ８１２は、コンピュータシステム１２８のハードウェアインタフェース１２４に接続されているように示されている。

メモリ１２８は、マシン実行可能命令８２０を含むものとして示されている。マシン実行可能命令８２０は、プロセッサが磁気共鳴イメージングシステム８００を制御するとともに、種々のデータ処理及び画像処理タスクを実行することを可能にする。メモリ１２８は更に、制御コマンドの代わりに、パルスシーケンスコマンド８３０を含むものとして示される。パルス・シーケンス・コマンド８３０は、磁気共鳴イメージングシステム８００の動作を制御するために使用されるそのようなコマンドに変換され得るコマンド又はデータである。メモリ１２８は更に、パルスシーケンスコマンド８３０によって磁気共鳴イメージングシステムを制御することによって取得される磁気共鳴イメージングデータ８３２を含むものとして示される。

メモリ１２８は更に、磁気共鳴イメージングデータ８３２から再構成された磁気共鳴画像８３４を含むものとして示される。動き状態１４０は、それぞれ異なる態様で使用されることもできる。例えば、動き状態１４０は、磁気共鳴画像８３４の再構成において使用されるだけでなく、磁気共鳴イメージングデータ８３２の取得をゲート制御するために使用されることもできる。

メモリ１２８は、更に、パルスシーケンスコマンド８３０から決定された時間依存の勾配パルス周波数８３６を含むことができる。動き状態１４０が時間依存勾配パルス周波数８３６と比較されることで、被検体１０２内に末梢神経刺激が存在するか否かを判定することができる。動き状態が、検出された動作と同じ周波数範囲内で、ある程度以上又はある振幅以上に相関する場合、生成される末梢神経刺激警告信号８３８が存在し得る。

図９は、図８の磁気共鳴イメージングシステム８００を作動させる方法を図示するフローチャートを示す。最初に、ステップ９００において、磁気共鳴イメージングシステム８００は、パルスシーケンスコマンド８３２で制御されて、磁気共鳴イメージングデータ８３４を取得する。ステップ９００が実行されると、ステップ９０２、９０４、及び９０６も実行される。

次に、ステップ９０２において、少なくとも１つのパイロットトーン信号１３６は、複数の送信チャネル１１０の少なくとも一部を制御することによって送信される。次いで、ステップ９０４において、パイロットトーンデータ１３８は、少なくとも１つの受信チャネル１１２を制御することによって取得される。

次いで、ステップ９０６において、パイロットトーンデータ１３８を使用して、被検体１０２の動き状態１４０が決定される。これは、例えば、リカレントニューラルネットワークを用いて実施されることができる。リカレントニューラルネットワークには、パイロットトーンデータ１３８とパイロットトーン信号１３６の両方を入力されることができる。他の場合には、動き状態１４０は、マルチチャネルパイロットトーンデータ１３８のみから決定されることができる。例えば、被検体１０２の周期的な呼吸動き又は心臓動きは、パイロットトーンデータ１３８に、心拍数及び／又は呼吸速度と等しい又はほぼ等しい周波数成分をもたせることができる。したがって、心臓動き及び／又は呼吸動きは、パイロットトーンデータ１３８のみによって決定されることができる。

ステップ９０８において、時間依存の勾配パルス周波数８１０は、パルスシーケンスコマンド８３０を使用して決定される。次に、ステップ９１０において、時間依存の勾配パルス周波数の所定の範囲内の周期性又は相関性を有する被検体の動きが、動き状態１４０を使用して検出される。例えば、動き状態は、時間依存の勾配パルス周波数８１０と比較されることができ、又は例えば、その場で計算される相関がありうる。最後に、ステップ９１２において、被検体の動きが検出される場合、末梢神経刺激警告信号８１２が生成される。

もう１つの応用は、磁気共鳴イメージング中の末梢神経刺激の検出である。受信コイルアレイによって取得されるパイロットトーン信号を使用し、それを勾配波形信号と相関させて、ＰＮＳ検出をトリガし又は実行することが可能である。受信コイルの全マトリックスが、測定され、勾配波形と相関されることで、ＰＮＳが検出される。

特定の閾値に達した場合、ＭＲシーケンスはＰＮＳを低減するように適応される。このシーケンスは、患者の快適なパラメータに自動的に適応される。測定：読取方向の変更、シーケンスの変更、勾配強度、患者の位置変化。データ（マルチチャネルパイロットトーンデータ）は、畳み込みニューラルネットワーク又はリカレントニューラルネットワークにも供給されることができる。

ＭＲＩ検査中に加えられる強い勾配は、末梢神経刺激の引き金となり、筋線維又は筋肉全体の動きを引き起こすことがある。
－ＰＮＳは患者にとって不快である。
－ＰＮＳレベルは患者の個人差がある。
－ＰＮＳ限界値がグローバルに設定されており，ＰＮＳに対する個人の感受性が無視されている。
－ハンディキャップのある患者や鎮静剤を使用している患者にはＰＮＳが伝わらない。オペレーターへの定量的なフィードバックがない。
－ＰＮＳは、カメラを使った方法では検出できない。
－ＰＮＳは、動きによるＭＲアーチファクトを引き起こしうる。
－患者がオペレータを呼ぶ際に、ＰＮＳは、意図しないスキャンにつながる可能性がある。

ＰＮＳは、受信コイルアレイで取得したパイロットトーン信号をＰＮＳ検出に使用することにより検出されうる。

一般に、パイロットトーン信号に対するＰＮＳ誘導効果は、呼吸などの場合よりも低いと予想される。これにより、また、他の動きと区別するために、受信コイルによって取得されるパイロットトーン信号は、勾配波形と相関付けられることができる。

特定の閾値に達した場合、ＭＲシーケンスはＰＮＳを低減するように適応される。このシーケンスは、患者の快適なパラメータに自動的に適応される。可能な手段は以下の変更を含みうる：
読み出し方向の変更
シーケンスの変更
勾配強度
患者のポーズ／姿勢

例えば、光学、カメラ、レーダー、及び超音波音響検出のような追加の補足データが使用されることもできる。

現在のＭＲＩスキャナは、較正目的のために、身体コイルの送信チェーンから独立した低電力送信経路を特徴とする。ここでは、小さな非共振コイルが、身体コイルに関連するＲＦスクリーンに取り付けられている。このコイルの送信パワーは、スピンシステムからのＲＦ信号と同じオーダーになるように調整される。受信のために標準のＭＲＩコイルが使用する。

パイロットトーン測定は、ＭＲシーケンスとインターリーブされ又はマージされることができる。試験は、このセットアップが呼吸によって誘発される動きを検出できることを示した。セットアップの感度を上げるために、さらなる試験が実施された。

上述の図５は、パイロットトーン信号の例を示している。取得した信号の位相を同時に観測する場合、追加情報が得られることができる。呼吸や心臓の動きに最も敏感な結果が得られるように、試験の中で非共振コイルの理想的な位置が決定された。所与の実験において、ベストなセットアップは、患者の胸骨の上にコイルを配置することであった。利用可能なすべてのＲＦコイルを使用したパイロットトーンの取得は、（制限された）空間感度を可能にする。この洞察は、それぞれ異なる動作タイプを区別するために使用されることができる。

ＰＮＳの検出には、患者の背中の長筋の近くなど、別の位置が適しているようである。

データ（マルチチャネルパイロットトーンデータ）は、畳み込みニューラルネットワーク又はリカレントニューラルネットワークにも供給されることができる。リカレントニューラルネットワーク（ＲＮＮ）は、ノード間の接続がシーケンスに沿って有向グラフを形成する人工ニューラルネットワークのクラスである。これにより、時間系列に対して動的な時間的挙動を示すことができる。フィードフォワードニューラルネットワークとは異なり、ＲＮＮは、入力のシーケンス（ここでは異なる周波数）を処理するために、その内部状態（メモリ）を使用することができる。これにより、非セグメント化、接続された動き認識、又はカメラの動き認識などのタスクに適用できる（以下の図１３を参照）。

図１０は、例えば、図８に示される医用システム８００などの磁気共鳴イメージングシステムに組み込まれ得るシステムのソフトウェアアルゴリズム及び機能的構築ブロックを示す。ブロック１０００は、パイロットトーンシステム及び無線周波数基準コイルアレイを表す。ブロック１００２は、パルスシーケンスコマンドからの勾配波形を表す。ブロック１００４は、末梢神経刺激検出器及び／又は相関器１００４であるソフトウェアコンポーネントを表す。検出器又は相関器１００４は、末梢神経刺激が存在するかどうかを検出するために、勾配波形１００２に関する情報及びパイロットトーンデータ１０００からの情報を取ることができる。次いで、これは、コントローラ１００６に供給される。

例えば、コントローラ１００６は、プロセッサ１２２と同等であってもよい。次いで、この情報は、コントローラから転送され又は処理され、例えば、ニューラルネットワークと等価であり得るニューラルネットワーク１００８に供給され得る。コントローラ１００６は、例えば、末梢神経刺激の検出を使用して、勾配増幅器１０１０の挙動を修正し、場合によってはパルスシーケンスコマンド８３２を変更し又はその挙動を変更することさえ可能である。このデータは、末梢神経刺激モニタ１０１４にも提供され得る。これは、例えば、ユーザインタフェース１２６を介して提供されることができる。

図１０に示される以下のスキームは、パイロットトーンデータがどのように処理され、使用され得るかを示す。

第１のステップでは、パイロットトーンデータは勾配波形と相関付けられる。信号相関のレベルに応じて、コントローラは次のように決定する：
－第１の閾値を下回る相関＝ＰＮＳなし又は低い：計画どおりにシーケンスを実行する。
－第２の閾値を下回る相関＝かなりのＰＮＳ：シーケンスを適応させる。
－第２の閾値を上回る相関＝痛み制限時のＰＮＳ、又はかなりの画像アーチファクトが予想される：勾配増幅器のインターロックによりスキャンを終了する。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示され説明されてきたが、そのような図示及び説明は、説明的又は例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。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に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。請求項において、「有する、含む（comprising）」という語は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載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使用されることができ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一緒に、又はそ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などの適切な媒体上に記憶／配布されることができるが、インターネット又は他の有線もしくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で配布されることもできる。請求項におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示され説明されてきたが、そのような図示及び説明は、説明的又は例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。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に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。請求項において、「有する、含む（comprising）」という語は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載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使用されることができ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一緒に、又はそ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などの適切な媒体上に記憶／配布されることができるが、インターネット又は他の有線もしくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で配布されることもできる。請求項におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１００ Ｘ線装置
１０１ コンピュータトモグラフィガントリ
１０２ 被検体
１０３ ボア
１０４ 被検体支持体
１０５ 撮像ゾーン
１０６ パイロットトーンシステム
１０８ 無線周波数システム
１１０ 少なくとも１つの送信チャンネル
１１２ 少なくとも１つの受信チャネル
１１４ 少なくとも１つの送信コイル
１１６ 少なくとも１つの受信コイル
１２０ コンピュータ
１２２ プロセッサ
１２４ ハードウェアインタフェース
１２６ ユーザインタフェース
１２８ メモリ
１３０ マシン実行可能命令
１３２ 制御コマンド
１３４ 医用イメージングデータ
１３６ パイロットトーン信号
１３８ パイロットトーンデータ
１４０ 動き状態
１４２ 動き状態モデル
１４４ 医用画像
２００ Ｘ線システムを制御して、パイロットトーンデータ取得中に医用イメージングデータを取得する
２０２ 少なくとも１つの送信チャネルを制御することによって少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信する
２０４ 少なくとも１つの受信チャネルを制御することによってパイロットトーンデータを取得する
２０６ パイロットトーンデータを使用して被検体の動き状態を決定する
３００ 医用イメージングデータを使用してトモグラフィック医用画像を再構成する
３０２ 被検体の動きを使用して、トモグラフィック医用画像の再構成を補正する
４００ 被検体の動き状態を使用して医用イメージングデータの取得をゲート制御し、又は被検体の動き状態を使用して医用イメージングデータの取得を修正する
５００ マルチチャネルパイロットトーンデータ
６００ Ｘ線装置
６０２ ＣＴ又はＸ線管
６０４ 動きフィードバックモニタ
６０６ 患者フィードバックモニタ
６０８ 心電図のトリガ及び呼吸
６１０ パイロットデータを含む再構成
６１２ ＡＩ機械学習モジュール
７００ 頭部位置
７００' 頭部位置
７０２ 鼻の位置
７０２' 鼻の位置
８００ 磁気共鳴イメージングシステム
８０４ 磁石
８０６ 磁石のボア
８０８ 撮像ゾーン
８０９ 関心領域
８１０ 磁場勾配コイル
８１２ 磁場勾配コイル電源
８１４ 磁気共鳴アンテナ
８１６ 無線周波数コイル
８３０ パルスシーケンスコマンド
８３２ 磁気共鳴イメージングデータ
８３４ 共鳴画像
８３６ 時間依存の勾配パルス周波数
８３８ 末梢神経刺激警告信号
９００ 磁気共鳴イメージングデータを取得する
９０２ 少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信するよう複数の送信チャネルの少なくとも一部を制御することによって、少なくとも１つのパイロットトーン信号を送信する
９０４ パイロットトーンデータを受信するよう複数の受信チャネルの少なくとも一部を制御することによって、パイロットトーンデータを取得する
９０６ パイロットトーンデータを用いて被検体の動き状態を決定する
９０８ パルスシーケンスコマンドを使用して電流勾配パルス周波数を決定する
９１０ パイロットトーンデータを用いて、現在の勾配パルス周波数の所定の範囲内の周期性を有する被検体の動きを検出する
９１２ 被検体の動きが検出される場合、末梢神経刺激警告信号を提供する
１０００ パイロット／ＲＦ基準コイルアレイ
１００２ 勾配波形
１００４ ＰＮＳ検出器／相関器
１００６ コントローラ
１００８ ニューラルネットワーク
１０１０ 勾配アンプ
１０１４ ＰＮＳモニタ

Claims (13)

1. 少なくとも部分的に撮像ゾーン内にある被検体から医用イメージングデータを取得するよう構成されるＸ線システムであって、
   マシン実行可能命令を記憶するメモリと、
   前記Ｘ線システムを制御するよう構成されるプロセッサと、
   パイロットトーンシステムであって、前記パイロットトーンシステムが、複数の送信チャネル及び複数の受信チャネルをもつ無線周波数システムを有し、前記複数の送信チャネルが、複数の送信コイルを介してパイロットトーン信号を送信し、前記複数の受信チャネルが、複数の受信コイルを介してパイロットトーンデータを受信するよう構成される、パイロットトーンシステムと、
   を有し、前記マシン実行可能な命令の実行が、前記プロセッサに、
   前記複数の送信チャネルを制御することによって前記パイロットトーン信号を送信するステップと、
   前記複数の受信チャネルを制御することによって前記パイロットトーンデータを取得し、前記パイロットトーンデータを用いて被検体の動き状態を決定するステップと、
   を実行させる、Ｘ線システム。
2. 前記無線周波数システムは、前記複数チャネルのパイロットトーン信号のそれぞれを、周波数符号化、位相符号化、複素変調、ＣＤＭＡ符号化、及びこれらの組み合わせのうちのいずれか１つを用いて符号化するように構成される、請求項１に記載のＸ線システム。
3. 前記動き状態が、被検体の動きの位置、動きベクトル、被検体の動き分類、呼吸状態、心臓動き状態、被検体の少なくとも一部を記述する並進ベクトル、被検体の少なくとも一部を記述する回転、及びこれらの組み合わせ、いずれか１つである、請求項１又は２に記載のＸ線システム。
4. 前記マシン実行可能命令の実行が更に、前記プロセッサに、
   前記パイロットトーンデータ及び前記少なくとも１つのパイロットトーン信号を受信し及び前記動き状態を出力するよう構成されたリカレントニューラルネットワークを使用すること、
   前記被検体と前記少なくとも１つの受信コイルの各々との間の距離を検出すること、
   デジタルフィルタリングの使用、
   主成分分析の使用、及び
   これらの組み合わせ、
   のいずれか１つを使用して、前記動き状態を決定するステップを実行させる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線システム。
5. 前記マシン実行可能命令の実行が更に、前記プロセッサに、前記パイロットトーンデータの取得中に、前記Ｘ線システムを制御して前記医用イメージングデータを取得するステップを実行させる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＸ線システム。
6. 前記マシン実行可能命令の実行が更に、前記プロセッサに、
   前記医用イメージングデータを用いて医用画像を再構成するステップと、
   前記被検体の動き状態を使用して前記医用画像の再構成を補正するステップと、
   を実行させる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線システム。
7. 前記マシン実行可能命令の実行が更に、前記プロセッサに、前記被検体の前記動き状態を使用して前記医用イメージングデータの取得をゲート制御するステップを実行させる、請求項５又は６に記載のＸ線システム。
8. 前記マシン実行可能命令の実行が更に、前記プロセッサに、前記被検体の前記動き状態を用いて前記医用イメージングデータの前記取得を修正するステップを実行させる、請求項５、６又は７に記載のＸ線システム。
9. 前記パイロットトーンシステムが、前記少なくとも１つの送信コイル及び／又は前記少なくとも１つの受信コイルを更に有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線システム。
10. 前記Ｘ線システムが更に、前記撮像ゾーン内の前記被検体の少なくとも一部を支持する被検体支持体を有し、前記少なくとも１つの送信コイルの少なくとも一部及び前記少なくとも１つの受信コイルの少なくとも一部が前記被検体支持体に一体化されている、請求項９に記載のＸ線システム。
11. 前記Ｘ線システムが、Ｘ線コンピュータトモグラフィシステムである、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＸ線システム。
12. Ｘ線システムを制御するよう構成されたプロセッサによる実行のための実行可能命令を有するコンピュータプログラムであって、前記Ｘ線システムは、少なくとも部分的に撮像ゾーン内にある被検体から医用イメージングデータを取得するよう構成され、前記Ｘ線システムは、パイロットトーンシステムを有し、前記パイロットトーンシステムは、複数の送信チャネル及び複数の受信チャネルをもつ無線周波数システムを有し、前記複数の送信チャネルは、複数の送信コイルを介して複数のパイロットトーン信号を送信するように構成され、前記複数の受信チャネルは、複数の受信コイルを介してパイロットトーンデータを受信するように構成され、前記マシン実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、
    前記複数の送信チャネルを制御することによって前記複数のパイロットトーン信号を送信するステップと、
    前記パイロットトーンデータを受信するよう前記複数の受信チャネルを制御することにより、前記パイロットトーンデータを取得するステップと、
    前記パイロットトーンデータを使用して前記被検体の動き状態を決定するステップと、
    を実行させるコンピュータプログラム。
13. 少なくとも部分的に撮像ゾーン内にある被検体から医用イメージングデータを取得するよう構成されるＸ線システムの作動方法であって、前記Ｘ線システムは、パイロットトーンシステムを有し、前記パイロットトーンシステムは、複数の送信チャネル及び複数の受信チャネルを含む無線周波数システムを有し、前記複数の送信チャネルは、複数の送信コイルを介して複数のパイロットトーン信号を送信するように構成され、前記複数の受信チャネルは、複数の受信コイルを介してパイロットトーンデータを受信するように構成され、前記方法は、
    前記複数の送信チャネルを制御することによって前記複数のパイロットトーン信号を送信するステップと、
    前記複数の受信チャネルを制御することによって前記パイロットトーンデータを取得するステップと、
    前記パイロットトーンデータを使用して前記被検体の動き状態を決定するステップと、
    を有する、作動方法。

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