JP5302326B2 - Ｍｒ−ｐｅｔ周期運動ゲーティング及び補正 - Google Patents

Description

本出願は特に、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）及び陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）を含む被検体撮像システムに適用される。しかしながら、開示の技術が、その他の撮像システム、その他の医療シナリオ、又はその他の医療技術にも適用され得ることが認識されるであろう。

ＰＥＴスキャン及びＭＲスキャン中に、ナビゲータによって検出され得る例えば平行移動及び回転などの患者の全体的動作を含め、複数種類の被検体の動きが発生し得る。また、一部の形態の撮像は、撮像速度により、あるいは例えばプロペラ（ベイン）イメージング等の組み込み補正の採用により、動きによる影響を比較的受けにくい。特に複数の撮像セッションの間に位置変化が生じる場合において、一部の種類の動きに関する位置整合（レジストレーション）及び／又は再レジストレーションのために、基準となるものを用いることも可能である。

他のシステムは、統合システム内での動き検出（例えば、非反復的な動き）に基づいて、ＰＥＴデータの補正を容易にする。ＰＥＴ撮像は、単光子放出型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）撮像のように、後に局所代謝によって集められて撮像されるトレーサ要素を注入することを伴う。撮像プロセスは、何十分といった時間を要することがあり、その間に、患者は動き得るし、当然ながら継続的な心拍及び呼吸を有する。動き検出システムは、全体的動作を撮像・監視してＰＥＴ画像に動き補正／ゲーティングを組み入れるために用いられる。しかしながら、そのようなシステムは、連携ＭＲ−ＰＥＴシステムでは動き補正又は動きゲーティングを提供していない。ＰＥＴ収集中の被検体の動きに伴う問題は、視認可能なトレーサ蓄積の空間位置が動きによって不鮮明にされることである。

ＭＲデータ収集は、生理的サイクルの選択した位相又はフレームにおける動作停止画像を提供するように、モニタされた生理的信号と同期化することが可能である。このことは特に、心臓ゲーティング又は呼吸ゲーティングされるＭＲデータ収集の場合に当てはまる。心運動は通常、規則的なＥＫＧ信号に従うと仮定される。呼吸運動は通常、肺からの信号又は患者に取り付けられたモニタを用いて取得され、あるいはそれらに関連付けられる。ＳＥＮＳＥコイルを用いる場合、ＭＲ画像はしばしば、数回の息止めの間に収集され得る。ゲート／動き信号を提供するためにＭＲナビゲータが使用されてもよいが、動きは典型的に、所望のＭＲ画像データ収集時間より速い。一連のスナップショットは、時間に連れての動きの指標を提供することができる。

更なる他のシステムは、変位の直接的な測定からではなく、例えばＣＴ画像などの解剖学的な画像から動きの場を計算するが、これは計算オーバヘッド及び処理時間を増大させるとともに、モデルと実際の患者の動きとの間で差が生じ得る。代替的に、動きを直接的に監視することなく、補間された動きモデルを構築するために、複数の高速ＣＴ画像を用いることができる。この目的でのＣＴ撮像は、患者に追加のＸ線量をもたらすことになり、それが欠点である。

しばしば、関心組織（例えば、腫瘍など）は、このような方法を用いて構築されたモデルと同一の圧迫、変形及び／又は動き特性を有しない。そのような場合、関心組織は、その変位を直接的に測定せずして正確にモデル化されることはできない。

本出願は、ＰＥＴ画像の品質を向上させ、治療上且つ／或いはリアルタイムの画像補正を可能にするという利点を有し、上述及びその他の問題を解決する、被検体内の関心領域の変位を直接的に測定する新たな改善されたＰＥＴ補正システム及び方法を提供する。

一態様に従って、撮像システムは、被検体内の関心領域をスキャンし、生理的サイクル中の関心領域の画像データを生成するＭＲスキャナと、生理的サイクルを複数のフレームに分割し、ＭＲ画像データを生理的サイクル内の対応するフレームに関連付け、且つ一連のＭＲ画像を再構成して生理的サイクル中の関心領域の動きモデルを生成するプロセッサとを含む。当該システムは更に、生理的サイクルの複数のフレームにおいて関心領域からＰＥＴデータを収集するＰＥＴスキャナと、動きモデルを使用して生理的サイクルの１つ以上の基準フレームにおけるＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ再構成プロセッサとを含む。

他の一態様に従って、ＰＥＴ撮像方法は、被検体内の関心領域のＭＲデータを収集する段階と、ＭＲデータを収集しながら被検体の生理的サイクルを監視する段階と、収集されたＭＲデータを生理的サイクルの複数のフレームの各々に関連付ける段階と、各フレームに対して、関心領域の動きを指し示す関心領域の動きモデルを生成する段階とを含む。当該方法は更に、ＰＥＴスキャン中にＰＥＴデータを収集しながら生理的サイクルを監視する段階と、ＰＥＴデータの、生理的サイクルの選択フレームにおける動き補正されたＰＥＴ画像への再構成において、動きモデルを用いる段階とを含む。

更なる他の一態様に従って、動き補正されたＰＥＴ画像を生成する方法は、生理的サイクルの、基準フレームを含む複数のフレームの各々に対応する磁気共鳴画像を生成する段階と、複数のライン・オブ・レスポンスを生成するようにＰＥＴデータを収集し、且つ生理的サイクルを監視する段階と、各ライン・オブ・レスポンスを、生理的サイクルの複数のフレームのうちの１つと関連付ける段階とを含む。当該方法は更に、基準フレーム以外で、各ライン・オブ・レスポンスの軌道を、同一フレームに対応するＭＲ画像と基準フレームに対応するＭＲ画像との間での相対的な関心領域の動きに従って調整する段階と、基準フレームにおける関心領域のＰＥＴ画像を用いて、複数のライン・オブ・レスポンスを再構成する段階とを含む。

他の一態様は、記憶媒体に格納された機械実行可能な命令を実行するように構成されたプロセッサに関する。該命令は、被検体内の関心領域のＭＲ画像データを収集することと、ＭＲデータ収集中に被検体内の生理的サイクルを監視することと、収集されたＭＲ画像データを、生理的サイクルの複数のフレームのうちの１つと関連付けることと、収集されたＭＲデータから、各フレームにおける関心領域の相対変位を指し示す動きモデルを生成することとを含む。該命令は更に、ＰＥＴスキャン中に被検体内の生理的信号を監視することと、動きモデルを用いて、ＰＥＴスキャン中の生理的サイクルの各フレームにおける関心領域の変位を推測することとを含む。

他の一態様に従って、撮像システムは、被検体内の関心領域をスキャンし、生理的サイクル中の関心領域の画像及びＭＲデータを生成するＭＲスキャナと、生理的サイクル中の動きを生理的サイクルのＭＲ画像及び動きデータに相関付け、基準位置に対する変位としての動きを、生理的サイクル内の時間の関数として特徴付けるプロセッサとを含む。当該システムは更に、生理的サイクル中に関心領域からＰＥＴデータを収集するＰＥＴスキャナと、動きの特徴付けを使用して生理的サイクルの基準位置におけるＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ再構成プロセッサとを含む。

１つの利点は、画像の品質が向上されることである。

他の１つの利点は、ＭＲデータが周期的な生理的信号データに結び付けられることにある。

以下の詳細な説明を読み、理解することにより、本出願に係る革新技術の更なる利点が当業者に認識されるであろう。

この革新技術は、様々な構成要素及びその構成、並びに様々なステップ及びその編成の形態を取り得る。図面は、様々な態様を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものとして解されるべきでない。
ＰＥＴ撮像及び磁気共鳴撮像の双方の能力を備え、且つ被検体内の生理的信号を監視するバイタルサインモニタ（ＶＳＭ）を備えた撮像システムを示す斜視図である。この図は１つのＶＳＭを含んでいるが、代替的な実施形態においては２つの別個のＶＳＭを含んでいてもよく、その場合、センサ／リードは共通であってもよい。 ＶＳＭにより測定される信号基準と連動したＭＲスキャンから生成される動きモデルを用いてＰＥＴ画像補正を実行する、他の一実施形態に係るシステムを示す図である。 モニタされた基準信号及びＭＲスキャンデータを用いて動きモデルを生成し、且つ該動きモデルをＰＥＴスキャン画像データの補正に用いる方法を示す図である。

ここで説明するシステム及び方法は、ＭＲＩを用いて、ＰＥＴ検査又はＰＥＴ−ＴＯＦ検査を受ける患者の関心領域のモデルを生成することの助けとなる。このモデルは、シネ画像として表示される場合、呼吸及び／又は心臓サイクル中の、且つ／或いはその他の周期運動中の、関心領域内での動きを示すことになる。３Ｄモデルの各位置が、例えばＥＫＧ及び／又は呼吸モニタ等の生理学的モニタの出力、又は脈拍信号（例えば、ＰＰＧ）のキーとなる。斯くして、関心領域（例えば、被検体内の器官又は構造）の変位の直接測定を用いてモデルが生成される。患者は好ましくは、ＰＥＴデータ収集中に、同一の生理学的モニタを取り付けられる。代替的に、第２のモニタを設けて、共通の生理学的センサが用いられてもよい。各ライン・オブ・レスポンス（ＬＯＲ）が検出されるとき、それは、その検出時間、及び生理学的モニタの出力とともに記録される。画像再構成において、各ライン・オブ・レスポンスの軌道は、ＭＲＩにより生成されたモデルに従って位置的に補正される。心臓又は呼吸のサイクル中に関心器官が移動はするが変形はしない場合、補正は線形なズレ（オフセット）の形態を取り得る。サイクル中に器官が部分的に変形をも生じる場合には、補正は非線形なものになり得る。また、ＭＲＩモデルは、減衰補正に動的な調整を行うこと、又は散乱放射線及び迷放射線の除去基準を動的に調整することに使用され得る。ここでの様々な実施形態はＰＥＴスキャナに関して説明するが、認識されるように、ＳＰＥＣＴ撮像装置も用いられ得る。

図１を参照するに、撮像システム１０は、別々のスキャナも意図されるが、結合型ＰＥＴ−ＭＲスキャナを含んでいる。ＭＲ部は、磁気共鳴検査領域１６内に静止した軸方向のＢ_０磁場を生成する主磁石を画成する、極低温ハウジング１４内に配置された主磁石巻線１２を含んでいる。環状の間隙を間に備えた２つの部分に、磁場傾斜コイル２０、２２（磁場傾斜を生成する導体は図示せずに、支持体となる形成体として図示している）が構築されている。環状の間隙は、傾斜コイル部分２０と２２との間でローレンツ力を調整する機械的な締め具（ブレース）２４によって橋渡しされている。これらの磁場傾斜コイルは、主磁場の均一性を修正するために、例えば２次の抵抗性シムといった別個の抵抗性シムコイルを含んでいてもよい。図示した磁気共鳴スキャナは、ボア型スキャナであり、被検体支持台２６を含んでいる。被検体支持台２６は、例えばヒトの医療患者などの被検体をボアの中心軸にて、あるいはその付近にて支持するようにボア内に移動する別個のテーブルトップ(図示せず)を機械的に支持する。一部の実施形態において、概して全身用のＲＦ送信／受信コイル２８が、ボアに沿って傾斜コイルの内側に配置され得る。中央の環状の間隙は、図１の実施形態において、磁場傾斜コイルの巻線の２つのサブセット２０と２２とを電気的に接続するために必要に応じて中央の間隙を横切る電流供給導体（図示せず）を場合によって除くが、傾斜コイルの巻線を有していない。各部分２０、２２は、形成体２０、２２の円筒状の内表面に支持されたプライマリ傾斜コイル巻線と、形成体２０、２２の円筒状の外表面に支持されたシールド傾斜コイル巻線とを含み、また必要に応じて、中央の環状の間隙の各エッジに配置されて選択されたプライマリ及びセカンダリのコイル巻線を電気的に接続する接続導体を含む。

システム１０はまた、ＭＲＩスキャン及び／又はＰＥＴスキャンの最中に被検体に結合されるバイタルサインモニタ（ＶＳＭ）１８及びリード線１９を含んでいる。一実施形態によれば、ＶＳＭは、心臓サイクルを監視する心電計（ＥＣＧ又はＥＫＧ）装置である。他の一実施形態において、ＶＳＭは、呼吸速度又は被検体の呼吸に関連するその他のパラメータを測定する呼吸モニタである。ＶＳＭはまた、脈拍を監視するために用いられてもよい。他の一実施形態においては、心臓サイクルと呼吸サイクルとの双方が測定される。何れの場合も、被検体がＭＲデータ収集を受けている間に、ＶＳＭが被検体内の１つ以上の周期事象（例えば、心拍、呼吸など）を監視し、ＭＲスキャナによって検出された各ｋ空間データラインがタイムスタンプを付されて、ＶＳＭの出力とともに記録される。

例えば、或る所与の心拍サイクルにおいて、心房収縮中に１つ以上の磁気共鳴（ＭＲ）ｋ空間データラインが検出され、それら自体が記録され、且つそれぞれのタイムスタンプでマーク付けされ得る。心室収縮中に第２のデータライン群が検出され、それら自体が記録され、且つそれぞれのタイムスタンプでマーク付けされてもよい。ｋ空間データラインを、生理学的事象及びタイムスタンプに関連付けること、又は生理学的事象及びタイムスタンプを用いて分類することにより、監視する生理的サイクルの複数の位相又はフレームの各々に対応する完全なＭＲデータセットが生成することができる。これらのデータセットを再構成することにより、生理的位相又はフレームの各々における撮像領域の生体構造を記述する一連の画像又はモデルが生成される。認識されるように、以上の例は例示的なものであり、ここで説明するシステム及び方法は、心臓の収縮又はその部分を監視することに限られるものではない。

磁場傾斜コイル２０、２２の環状の中央間隙内に、環状のリング又はバンド状の陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）検出器３０が配置されている。ＰＥＴ検出器３０は、磁場傾斜アセンブリ２０、２２、２４の支持部から熱的且つ振動的に分離されるように、機械的に支持されている。図示した実施形態において、リング状のＰＥＴ検出器３０を磁場傾斜アセンブリ２０、２２、２４から独立に支持するよう、マウント部材３２が、締め具２４の開口と極低温磁石ハウジング１４の開口とを貫通している。一般的に傾斜コイルアセンブリ２０、２２、２４は動作中にローレンツ力によって歪曲及び振動を生じさせるので、このような独立支持は有利である。図示していない１つの選択肢は、能動的あるいは受動的な振動絶縁を用いて、傾斜コイルとは独立に、ＰＥＴの電子装置を磁石のボアに搭載することである。マウント部材３２が接続される外側の支持体は、磁気共鳴スキャナを完全に取り囲むサブフレーム、スキャナを収容した部屋の壁の一組の硬い箇所、磁石の外側構造の表面への振動絶縁マウントなどとし得る。

引き続き図１を参照するに、磁気共鳴スキャナは更に、ｋ空間データサンプルの生成及び収集を行うように磁場傾斜コイル２０、２２、及び１つ以上の無線周波数コイル２８を動作させる収集電子装置４０を含んでいる。ｋ空間データサンプルは、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）再構成プロセッサなどの再構成プロセッサ４２によって処理され、生理的位相又はフレームの各々における２Ｄ又は３Ｄの一連の磁気共鳴画像が生成される。磁気共鳴画像は、画像メモリ４４に格納され、ユーザインタフェース上に表示され、あるいはその他の方法で利用される。収集電子装置４０はまた、被検体内の主磁場の均一性を修正するために使用される抵抗性シムコイル（図示せず）に供給される電流のタイミング及び大きさを制御し得る。

ＰＥＴ検出器３０は、同時発生（コインシデンス）検出電子装置５０によって制御され、ＰＥＴ検出器３０の環状リングに囲まれた検査領域内での陽電子−電子消滅事象を指し示す実質的に同時発生の５１１ｋｅＶガンマ線検出イベントの特定及び累積が行われる。コインシデンス検出電子装置５０は、図１においては別個のユニットとして示されているが、これらの電子装置の一部がＰＥＴ検出器３０と一体化されることも意図される。例えば、ＰＥＴ検出器３０から解放されたデータが、放射線検出イベントに対応するデジタル的にタイムスタンプを付与されたデジタルサンプルを例えばリスト形式で有するように、ＰＥＴ検出器３０は、アナログ−デジタル変換電子装置及びタイムスタンピング電子装置をも支持するシリコン基板上に形成されたシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）としてもよい。

このような１実施形態におけるコインシデンス検出電子装置の遠隔部は、選択した時間ウィンドウ内で一致し且つ選択したエネルギー窓内のガンマ線に対応するエネルギーを有する放射線検出イベントを探すようデジタルサンプルのリストを検索するデジタルデータ処理電子装置を含む。実質的に同時発生の検出イベントは、２つの５１１ｋｅＶガンマ線を生成した発生源の陽電子−電子消滅事象がおよそ沿うライン・オブ・レスポンスの両終点を定める。ライン・オブ・レスポンスはまた、検出器３０において、あるいはコインシデンス検出電子装置に取り込まれたときの何れかで、生理的サイクルの対応する時間でスタンプを付される。

一部の実施形態において、コインシデンス検出電子装置５０は飛行時間（タイム・オブ・フライト；ＴＯＦ）ＰＥＴデータを収集し、２つの実質的に同時発生の５１１ｋｅＶガンマ線検出イベントの間の時間差（又はそれがないこと）が、ライン・オブ・レスポンスに沿った発生源の陽電子−電子消滅事象の位置を少なくとも近似的に見つけ出すために使用される。例えば、時間差がゼロである場合、発生源の陽電子−電子消滅事象の位置は、ライン・オブ・レスポンスのほぼ中点にあることが見出される。他方、時間差が大きい（例えば、５００ｐｓ程度）場合、発生源の陽電子−電子消滅事象の位置は、２つの実質的に同時発生の５１１ｋｅＶガンマ線検出事象のうちの早い方の検出器に近いことが見出される。ＰＥＴデータ又はＴＯＦ−ＰＥＴデータの何れの場合も、再構成プロセッサ５２が例えば反復的最尤期待値最大化再構成法などの画像再構成処理を実行してＰＥＴ画像を生成し、ＰＥＴ画像は画像メモリ５４に格納され、ユーザインタフェース４６に表示され、あるいはその他の方法で利用される。後述のように、各ＬＯＲの軌道、又はそれが投影される画像空間は、生理的サイクルの同一の位相又はフレームを描写する２Ｄ若しくは３Ｄの複数のＭＲ画像、又はモデルに従って修正される。

ＶＳＭ１８によって検出された生理的信号の基準に対する時間の関数として動きを見積もるために、ラピッドＭＲ撮像法が使用され得る。一実施形態において、このＭＲ撮像の目的は診断撮像の目的とは異なり、撮像それ自体よりむしろ、動きモデルの構築に焦点を当てたものである。故に、ＭＲ撮像のトレードオフは、十分な空間分解能で動きモデルを構築することに画像収集時間が最適化されるようにされ得る。例えば、生理的サイクルはしばしば、時間的に短い１つ以上のフレーム又は位相と、より長く続く１つ以上のフレーム又は位相とを有する。データ収集の順序は、オーバーサンプリングを最小化しながら各位相で十分なデータサンプリングを確保するよう、ＶＳＭからの生理的信号に従ってオンザフライで調整される。

一般に、モニタされる変化及び／又は動きはまた、ＰＥＴ収集時間より速い。そのような場合、モニタされた生理的信号に基づいて（例えば、それに対して）ＭＲ画像から構築された患者又は対象物の動きモデルを有することが有用である。生理的信号の基準に対する被検体の動きと時間との間の近似的な関係が、収集されたＭＲ画像から確立される。この動きモデルは、ＰＥＴ収集期間を補正あるいは選択し、その後にＰＥＴ画像を補正するために使用され、それにより、改善されたＭＲ画像とＰＥＴ画像との間の相関、及びＭＲ画像動きモデルに基づいてＰＥＴ画像を補正するための位置データが提供される。疾病に応じて、患者は時々、患者の安全上の問題として撮像されながら監視される。これは一般的に、呼吸モニタ及び／又は心臓モニタ（例えば、ＶＳＭ）を用いて行われる。患者モニタはまた、撮像を改善する予測的（プロスペクティブ）ゲーティング又は遡及的（レトロスペクティブ）ゲーティングのために使用されることが可能である（例えば、患者の動きとの収集の同期化）。医学的な監視が行われない場合であっても、このＭＲシステムは、例えば、呼吸、ＰＰＧ及び／又はＥＫＧの信号など、ゲーティング用の生理的信号を取得するために必要な基本的なハードウェアを備える。このハードウェアは、監視システムとしては分類されないが、参照用に有用で、ここで説明する様々な機能を実行することに有用な信号を提供する。

連携ＰＥＴ−ＭＲシステムにおいて、反復的／周期的な患者の動きは、ＭＲシステムで撮像する間に経時的に特徴付けられ且つ／或いはモデル化されることができる。この動きのモデル化は、その後、ＰＥＴ撮像を向上させるために幾つかの手法で使用され得る。例えば、患者の動きの特徴付けは、ラピッドＭＲ撮像法と、ＭＲシステムにおける心臓、脈拍、呼吸又はその他の生理的信号のうちの少なくとも１つの時間参照付き記録とによって実行される。そして、生理的信号の監視測定に対応する患者の動きの２Ｄ又は３ＤのモデルがＭＲ画像から構築される。一実施形態において、時間に対する境界及び特定の器官の動きが確立される。その後、ＰＥＴ撮像における引き続いての生理的信号の監視が、動き補正に適切な収集期間を選択するため（例えば、予測的又は遡及的なゲーティング）に使用され得る。この生理的信号の監視は、ＭＲデータから動きモデルを確立するために使用されたのと同一の生理的信号の種類に基づく。以下の例は連携ＰＥＴ−ＭＲシステムに関して説明されるが、その手法は統合型システム、又はＭＲシステムへのＰＥＴ挿入でも用いられ得るものである。また、図１のシステムは統合ＰＥＴ−ＭＲシステムに関するものであるが、ここで説明する様々な態様に関して分離型のＰＥＴ装置及びＭＲ装置が採用されてもよい。

一実施形態によれば、呼吸は胸部の拡張として監視される。横隔膜及びそれに近接する器官、例えば肺、腎臓、肝臓などの動きは、主に頭部／足部の方向に生じ得る。このサイクルにわたる３Ｄモデル及び／又はマルチスライス２Ｄモデルを、モニタされた生理的信号に基づいて構築するために、ＭＲ撮像を用いることができる。ＭＲ収集は生理的信号に同期化されることができ、生理的信号は、動き−時間モデルを構築するための基準用にデジタル化されて記録される。このとき、時間は生理的信号収集における任意あるいは選択された開始点（又は位相）に参照される。その後、これらの数値モデルは、ＰＥＴスキャンの収集を時間整合するように同一の生理学的状態を用いることによって、一層良好な画像のためにＰＥＴ画像を然るべく補正且つ／或いはゲーティングするために使用される。ＰＥＴ収集が開始されるとき、生理的信号の時間プロファイルにおける対応する点（又は位相）をＶＳＭから知ることができる。生理的信号の時間経過（例えば、サイクルフレーム又は位相）がＰＥＴ収集中に測定され記録される。確立された被検体の動き−時間モデルを用いて、周期的運動のモデルが構築され、格納され、そして、ＰＥＴデータの空間補正を可能にするようにＰＥＴ収集中に使用される。別々のＰＥＴ収集とＭＲ収集とを効率的に時間整合するため、相関関数又はその他の手法を用いて、２つの別々の生理的信号ストリーム（又はタイムシリーズ）の最適なアライメントを決定し得る。

心臓のモニタリング及び／又はゲーティングは心臓撮像に有用である。サイクルにわたる心臓の位置を特徴付けてモデル化するため、ゲーティングされたＭＲ画像が使用され得る。このモデルは、その後、ＰＥＴ心臓画像のゲーティング又は補正を行うために用いられ得る。ＭＲ動きモデルは被検体ごとを基本として確立されることができる。故に、ＭＲトレーニング又はモデル構築の段階が、生理的信号の収集と並行して、ＰＥＴスキャンに先立って実行される。

他の実施形態において、ＶＳＭは、横隔膜の追跡のための超音波装置、及び／又は心臓の監視のために単純な血圧パルスをモニタする装置を含む。

患者の境界の動きに特に関心がある場合、関心ある生理的信号の単一の位相にゲーティングされたＭＲデータセットが収集されてもよい。このデータは、特定の１つの位相における患者の境界の妥当なスナップショットを提供するはずである。これに続いて、前後方向（anterior-posterior；Ａ−Ｐ）及び左右方向（Ｌ−Ｒ）の一連のラピッドＭＲ投影を行って、生理的信号サイクルの様々な位相全体を通してのこれら２つの方向における患者境界の寸法を測定してもよい。そして、取得した投影データに基づいて上記スナップショット画像セットの患者境界を生理的信号のその他の位相に関して拡張・収縮させるために動きモデルを用い得る。この目的のために、Ａ−Ｐ方向及びＬ−Ｒ方向の各々におけるゼロ位相エンコード・ビューの１Ｄ変形を用いてもよい。

図２は、ＶＳＭにより測定される信号基準と連動したＭＲスキャンから生成される動きモデルを用いてＰＥＴ画像補正を実行するシステム１０の他の一実施形態を示している。このシステムは、ＰＥＴスキャナ７２に一体化されてもよいしＰＥＴスキャナ７２から分離されていてもよいＭＲスキャナ７０を含んでいる。認識されるように、ここでは様々な実施形態がＰＥＴスキャナに関して説明されるが、ＳＰＥＣＴ撮像装置も用いられ得る。ＶＳＭ、ＭＲスキャナ及びＰＥＴスキャナは、多様な情報を格納するメモリ７４と、メモリ７４に格納された情報の分析、操作及び／又は処理を行うための１つ以上の機械実行可能なアルゴリズムを実行するプロセッサ７６とに結合されている。プロセッサ７６は、ＭＲ及びＰＥＴのスキャン中に収集された生理的信号にタイムスタンプを付与し、ＭＲ及びＰＥＴのスキャン中に収集された生理的信号を整列させるよう、ＰＥＴスキャン中に収集された生理的信号をＭＲスキャン中に収集された生理的信号に相関関数を用いて時間的に整合（レジストレーション）する。タイムスタンプを付与された生理的信号及びレジストレーションは、メモリ７４にデジタル的に記憶される。

一実施形態において、メモリ７４は、１つ以上の監視信号（例えば、心拍、ＥＣＧデータ、呼吸サイクルなど）に関連付けられた被検体データ７８と、ＭＲスキャナ及びＰＥＴスキャナのうちの一方又は双方によって生成された画像データ８０とを格納する。メモリは更に、被検体データと、ＭＲ画像データと、被検体データから生成された時間プロファイル８４とからプロセッサによって生成された動きモデル８２を格納する。例えば、時間プロファイルは、心臓サイクル、呼吸サイクル又はこれらに類するものにおけるイベントの時系列を含むことができる。プロセッサ７６は、相関関数又はその他の手法を用いて２つの別々の生理的信号セットを時間整合するアルゴリズムを含んでいる。

ＰＥＴスキャナ７２は、再構成に用いられ得る検出イベントの選択された時間順のリストである“リストモード”にてデータの収集及び格納を行い得る。時間プロファイルは、時間的に隣接し合うイベント間で“ライン・オブ・レスポンス”を定めるために、時間と検出器アレイ内でのイベントの位置とを含むデータレコードを含むように生成される。タイムスタンプは更に、このラインに沿って陽電子の可能性ある起源の分布を定めることができる。生理的信号源又はその他の信号源から推測される既知の位置又は状態に対象物があるときに発生したイベントを選択することによってゲーティングが実行される。ゲーティングによる収集のための位置の範囲を選択することは、適当な時間間隔を選択することによって行われる。例えば、１０フレームに分割された生理的信号サイクルを用いて生成された動きモデルが、フレーム３及びフレーム７が比較的動きが小さい期間に対応しており、故に、生理的信号サイクルの中でこれらのフレームがＰＥＴスキャナを用いたスキャンに望ましい期間であることを示し得る。

より一般的な、全ての収集データが用いられる場合、対象物の動きを予測することができる。例えば、患者の動きを直接的に測定し、あるいはモデルから予測し、関心領域などのｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）及びｚ（ｔ）を決定することができる。リストモード形式での収集及び再構成のためのイベント選択は、対象物の動きとＰＥＴ収集とを時間整合することの助けとなる。従って、基準となる対象物の位置（例えば、生理的サイクルの基準フレーム又は基準位相）が選択される場合、経時的なベクトル変位を用いてＰＥＴイベントを基準位置に移すことができ、利用可能なデータが画像を構築するために最大限使用される。選択する場合、異なる複数の基準位置における一連の再構成を用いて、動きサイクルにわたるＰＥＴイベントの活動を眺めることも可能である。

一例によれば、横隔膜（又は、肺の底部若しくは肝臓の頂部）付近での一次元あるいは並進的な動き撮像が実行される。動きは全てのｔに対してｘ（ｔ）＝ｙ（ｔ）＝０．０としてｚ（ｔ）によって記述されてもよい。この例において、“ホットスポット”ＰＥＴイベントを、リストモードからのモデル又は測定に基づいて、時間的に基準位置に適切に再配置することができる。代替的に、ＭＲモデルに基づいてイベント群を幾つかのフレーム（例えば１０など）に蓄積してもよい。各フレームの並進的な位置が判明すると、フレーム群は、位置整合されたホットスポット合成画像をもたらすようにシフトされる。周期的運動補正の１つの利点は、選択フレーム（群）内で発生したイベント部分のみを使用するゲーティングによる調査と比較して、イベント統計の使用率が最大化されることである。

ＭＲスキャナ７０は、器官又は解剖学的構造の変位をＭＲ信号とともに測定する１つ以上のナビゲータシーケンス８６を生成する。例えば、ナビゲータは、ＭＲデータ収集をゲーティングする（例えば、上述のように、対象物が既知の位置又は推測された位置にあるときに発生するイベントを選択することを含む）ために用いられ得る。また、ナビゲータは、外部モニタに対する動きを測定することができる。一例によれば、感度を有するボリューム（例えば、２ｃｍ×２ｃｍ×４０ｃｍ、又はその他のボリューム）が患者内でオペレータによって励起される。長い寸法が横隔膜の動き方向にある場合、信号の１Ｄフーリエ変換によって、対象物（例えば、横隔膜）が位置する場所が示される。ナビゲータシーケンスの繰り返しごとに現在位置が示される。境界に関心がある場合、導関数が長期にわたっての境界を規定する。関心領域が移動境界（例えば、この例において横隔膜）から遠いとき、モデルは二次元又は三次元とし得る。ナビゲータは、最大の変位に追従するように方向付けられてもよい。他の実施形態において、ナビゲータ８６は、被検体が動くときに関心領域の回転を測定する回転ナビゲータを含む。

被検体の動きが比較的急速あるいは複雑であるとき、ＭＲスキャナは、器官の動きを記述するタグ付けシーケンスを生成するタグ付け部８８を使用することができる。例えば、心臓の運動を記述するために心臓タグ付けシーケンスが用いられ得る。心臓のタグ付けは、一連の飽和バンドを心臓に適用するシーケンスを用いる。二次元の場合、このシーケンスは正方格子状の飽和バンドである。これらのバンドは暗く（例えば、ＭＲ信号を全く有しない、あるいは最小限のＭＲ信号を有するライン）、画像に十字に交わる。そして、撮像により、タグが付けられた時点と画像の読み出し時点との間での心臓（又は、その他の対象物）の歪みが示される。故に、この技術を用いて時系列フレーム群をレジストレーションすることができる。このようなタグ付け技術は肺（特に、肺の境界）の運動を示すために用いられることも可能であり、そのシーケンスは一次元、二次元又は三次元とし得る。タグ付け部は、各格子位置の信号を追跡し、それにベクトル変位を割り当てることができる。斯くして、動きモデルを作り出すための特別な器官セグメント化手法が回避される。飽和格子の外側に位置するボクセルの動きは、補間又はその他の手法を用いて推測されることが可能である。一実施形態において、ＭＲモデル８２は、如何なる時点においても各ピクセルの位置及び速度を正確に記述するピクセルごと（又は、ボクセルごと）のパラメータモデルである。このパラメータモデルは、上述の動き補正を達成するために使用されることができる。

ＭＲスピンタグ付けシーケンスは、飽和バンドを組織の選択部分上にエンコードする。この処理を用いて、特定の組織の動きに追従し、それを測定することができる。これは、複雑な動き及び非弾性材料などの場合に有利となり得る。この場合、動きの特徴付けは、静止画像からのモデルに基づくのではなく、選択された組織の動きの実測定である。同様に、スペクトロスコピーにおいてのような励起された選択ボクセルの動きが、より小さいスケールで動きモデルを作り出すために撮像されてもよい。この後者の手法は、呼吸による肝臓の動きを追跡するのに一層適したものになり得る。これらの場合の何れにおいても、励起（基準）位置と、該励起位置との間で時間とともに進展する動きを有する読み出し位置とが存在する。これらの手法は何れも、組織が動くときの励起領域の変位を直接測定することを可能にする。これらの直接測定は、収集され且つ収集と同時にデジタル化される生理的信号における同様の時点での動きを補正するために使用されることができる。

図３は、モニタされた基準信号及びＭＲスキャンデータを用いて動きモデルを生成し、且つ該動きモデルをＰＥＴ（又はＳＰＥＣＴ）スキャン画像データの補正に用いる方法１００を示している。ステップ１０２にて、関心領域（例えば、被検体内の器官又は解剖学的構造）がＭＲスキャナを用いてスキャンされ、ＭＲのｋ空間データラインの検出時にそれらにタイムスタンプが付与される。同時に、ステップ１０４にて、生理学的な信号（例えば、心拍、ＥＣＧ、呼吸など）が被検体内で監視され、フレーム群又は位相群に分割される。例えば、例えば心拍全体などの心臓サイクルが、多数のフレーム又は位相（例えば、２、５、１０など）に分割される。タイムスタンプを付与されたＭＲデータは、ステップ１０６にて、生理的信号のサイクルを記述する時間プロファイル内の対応するフレームに結び付けられる。例えば、サイクルの第１フレーム中に検出されたＭＲデータはそのようにマークを付され、第２フレーム中に検出されたＭＲデータは、第２フレーム中に検出されたものであるとして指し示される、等々である。生理的信号の各フレーム又は各位相に関する画像を再構成するのに十分なＭＲデータを収集するため、ステップ１０２、１０４、１０６が繰り返され得る。ステップ１０８にて、検出されたＭＲデータ及び生理的信号の関数として動きモデルが生成される。すなわち、生理的信号サイクル内の異なるフレームに対応する僅かに異なる形状を用いて、時間依存モデルが生成される。例えば、各フレームからのＭＲデータが、対応する画像へと再構成される。これらの画像は、関心領域内の器官又は組織構造の位置、形状などの、フレームごとのモデルを提供する。ステップ１１０にて、生理的信号をモニタしながら、関心領域についてＰＥＴ（又はＳＰＥＣＴ）スキャンが実行される。ステップ１１２にて、関心領域の動きが、モニタされた生理的信号サイクル内での現時点又は現フレームの関数として推測される。例えば、生理的信号が１サイクルを経過するとき、その各フレームにて、動きモデルを用いて、後にＰＥＴ（又はＳＰＥＣＴ）画像を補正するために使用される関心領域の変形が予測される。他の一実施形態においては、動きモデルを用いて、例えばＭＲスキャンデータから決定された動きが最小である信号サイクル内のフレーム群など、適切なＰＥＴ（又はＳＰＥＣＴ）スキャン期間が特定される。斯くして、この方法は、被検体の周期的な動きに伴う不正確さに関してＰＥＴ（又はＳＰＥＣＴ）画像データを補正することを容易にし、該補正により、画像の外観を改善すること、ぼやけた画像表現を低減することなどが可能である。

この補正を視覚化する一手法は、再構成されたＰＥＴ画像を、撮像領域に対応するボクセル群の規則的なアレイと見なすことである。周期運動のため、関心器官はボクセルアレイに対して移動する。ボクセルアレイに異なるフレーム群からライン・オブ・レスポンスを逆投影する場合、ぼけ（ブラー）が発生する。

各フレームのＭＲ画像は（精度を高めるためにボクセルは小さくされ得るが）同様のボクセルアレイとして記述されることが可能である。これらのＭＲ画像は、１Ｄ画像（例えば、ナビゲータシーケンスから）、２Ｄ画像又は３Ｄ画像とし得る。ここでは、“画像”は、コンピュータによって読み取り可能な画像表現を表し、画像が表示のためにヒト読み取り可能画像に変換されることを必要としない。

ＰＥＴ基準フレームを再構成するため、基準フレーム内の各ライン・オブ・レスポンスは単純にＰＥＴボクセルアレイに逆投影される。基準フレーム以外のフレーム内で収集された各ライン・オブ・レスポンスに対し、同一フレームのＭＲ画像が注目される。同一フレームのＭＲ画像内で関心器官がどのように動いたかを基準ＭＲフレーム画像に対して比較することにより、該ライン・オブ・レスポンスの軌道が、基準フレーム内で関心器官を通る対応する軌道を規定するように、どのように調整される必要があるかを決定することができる。より数学的に述べれば、非基準フレームのＭＲ画像内で関心器官を通るＬＯＲの軌道を、基準フレームのＭＲ画像内の関心器官に対する同一の軌道に変換するための変換が決定される。ライン・オブ・レスポンスはそれに従って調整（変換）され、ＰＥＴ画像のボクセルアレイに逆投影される。

幾つかの実施形態を参照しながら本発明を説明した。以上の詳細な説明を読み、理解した者は、変更及び変形に思い当たるであろう。本発明は、添付の請求項の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての変更及び変形を含むものとして解されるものである。

Claims (14)

1. 被検体内の関心領域をスキャンし、生理的サイクル中の該関心領域の画像データを生成するＭＲスキャナ；
   前記生理的サイクルを複数のフレームに分割し、前記ＭＲ画像データを前記生理的サイクル内の対応するフレームに関連付け、且つ一連のＭＲ画像を再構成して前記生理的サイクル中の前記関心領域の動きモデルを生成するプロセッサ；
   前記生理的サイクルの前記複数のフレームにおいて前記関心領域からＰＥＴデータを収集するＰＥＴスキャナ；
   前記動きモデルを使用して前記生理的サイクルの１つ以上の基準フレームにおけるＰＥＴ画像を生成するＰＥＴ再構成プロセッサ；及び
   前記ＭＲスキャナが前記関心領域をスキャンするときに前記被検体内の前記生理的サイクルを監視するモニタ装置（ＶＳＭ）；
   を含み、
   前記プロセッサは、前記動きモデルを分析して、前記周期的な生理的信号の各フレームにおいて検出された動きの量を決定し、ＭＲスキャン中に発生した動きの量が最小のフレームを特定し、且つ特定されたフレーム中にデータを収集するように前記ＰＥＴスキャナをゲーティングする、
   撮像システム。
2. 前記ＰＥＴスキャナは、リストモードにて、ライン・オブ・レスポンスとして前記関心領域からデータを収集し、且つ各ライン・オブ・レスポンスに、それが収集されたフレームに従ってマークを付与する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ＰＥＴスキャナは飛行時間（ＴＯＦ）スキャナである、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ＶＳＭは、前記被検体内の心臓サイクルを記述する周期的な生理的信号を監視する心電計、及び前記被検体内の呼吸サイクルを監視する呼吸モニタのうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ＰＥＴ再構成プロセッサは、前記基準フレーム以外のフレームにおいて収集されたＰＥＴデータを前記動きモデルに従って調整し、且つ調整されたＰＥＴデータを、前記基準フレームに対応するＰＥＴ画像に再構成する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ＭＲスキャナは、所定の点に対する前記関心領域の変位及び所定の軸に対する前記関心領域の回転のうちの少なくとも一方を指し示すために再構成されるＭＲデータを生成するナビゲータシーケンスを生成する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記動きモデルは前記関心領域の３Ｄモデルである、請求項５に記載のシステム。
8. 被検体内の関心領域のＭＲデータを収集する段階；
   前記ＭＲデータを収集しながら、前記被検体の生理的サイクルを監視する段階；
   収集されたＭＲデータを、前記生理的サイクルの複数のフレームの各々に関連付ける段階；
   各フレームに対して、関心領域の動きを指し示す前記関心領域の動きモデルを生成する段階；
   ＰＥＴスキャン中にＰＥＴデータを収集しながら前記生理的サイクルを監視する段階；
   前記ＰＥＴデータの、前記生理的サイクルの選択フレームにおける動き補正されたＰＥＴ画像への再構成において、前記動きモデルを用いる段階；及び
   前記動きモデルを分析して、周期的な生理的信号の各フレームにおいて検出された動きの量を決定し、ＭＲスキャン中に発生した動きの量が最小のフレームを特定し、且つ特定されたフレーム中にデータを収集するようにＰＥＴスキャナをゲーティングする段階；
   を含むＰＥＴ撮像方法。
9. 前記基準フレーム以外のフレームにおいて収集されたＰＥＴデータを前記動きモデルに従って調整し、調整されたＰＥＴデータを、前記基準フレームに対応するＰＥＴ画像に再構成する段階、を更に含む請求項８に記載の方法。
10. 前記動きモデルが前記関心領域の最小の動きを示す１つ以上のフレームを特定し、特定された該１つ以上のフレームからのデータのみを用いるようにゲーティングする段階、を更に含む請求項８に記載の方法。
11. 前記生理的サイクルは、前記被検体内の心臓サイクル及び呼吸サイクルのうちの一方を含む、請求項８に記載の方法。
12. 収集されたＰＥＴ画像データを、前記生理的サイクルの各フレームにおいて、前記生理的サイクルの同一フレーム内で収集されたＭＲデータから再構成されたＭＲ画像と、前記基準フレーム内で収集されたＭＲデータから再構成されたＭＲ画像と、の間での前記関心領域の相対的な動きに従って遡及的に調整する段階、を更に含む請求項８に記載の方法。
13. 前記関心領域の前記ＰＥＴ画像を前記動きモデルの形状に従って変形する段階、を更に有する請求項８に記載の方法。
14. 前記関心領域は心臓であり、心臓の動きを記述する心臓タグ付けシーケンスを使用する段階を更に含む請求項８に記載の方法。

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