JP6305401B2 - コントラスト信号採点方程式による磁気共鳴コントラストの予測、点数づけ及び分類 - Google Patents

コントラスト信号採点方程式による磁気共鳴コントラストの予測、点数づけ及び分類 Download PDF

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Description

下記は、磁気共鳴技術、磁気共鳴撮像技術、医療画像形成技術、撮像セッションプランニング技術、画像アーカイビング技術、撮像プロトコル設計技術、等に係る。
磁気共鳴（magnetic resonance；ＭＲ）撮像において、放射線科医又は他のオペレータは、シーケンスの構造、例えば、無線周波数（radio frequency；ＲＦ）及び磁場傾斜パルスの回数及び配置、読み出し動作、等を定義する撮像プロトコルを選択する。撮像プロトコルは、通常、特定のタイプのコントラスト、例えば、Ｔ１コントラスト、Ｔ２コントラスト、Ｔ２＊コントラスト、拡散強調（diffusion weighted）コントラスト、等を提供するよう設計される。Ｔ１、Ｔ２又はＴ２＊コントラストの場合に、撮像は、撮像されている組織又は他の個体のＴ１、Ｔ２又はＴ２＊（夫々）緩和時間において違いをコントラストに与える。エコー瞬間（time-to-echo；ＴＥ）、シーケンス繰り返し時間（repetition time；ＴＲ）、励起フリップ角（flip angle；ＦＡ）、等のようなプロトコルパラメータは、Ｔ１、Ｔ２又はＴ２＊コントラストの強さに影響を及ぼす。他のタイプのコントラストでは、プロトコルは、所望のコントラストを生成するよう適用される予備又は磁気共鳴操作ＲＦパルス及び／又は磁場傾斜を含む。例えば、拡散強調撮像では、プロトコルは、局所的な分子拡散特性に基づきコントラストを提供するよう設計される。
所与のプロトコルは、パラメータ（例えば、ＴＥ、ＴＲ、ＦＡ、予備パルスを定義するパラメータ、等）の組を有する。パラメータは、異なるプロトコルにおいて異なる表現を有してよい。例えば、連続的なＲＦ励起に応答してスライスの組を取得するマルチスライス撮像プロトコルでは、スライスの数が特定されてよく、次いで、ＴＲ値が、可能な限り小さくなるよう（例えば、高速な撮像を促すよう）計算される。この場合に、スライスの数を調整することはＴＲ値に影響を与える。かかる場合に、放射線科医は、スライスを横断する画像分解能を調整するために、すなわち、全体的な撮像ボリュームを増大させるために、スライスの数を増加又は減少させてよい。そうする際に、放射線科医は、ＴＲパラメータの値が同時に調整されていることを理解できないことがある。
臨床実務において、放射線科医は、通常、様々なコントラストタイプについて及び様々な組織タイプについて調整されたプロトコルのライブラリを用意している。夫々のプロトコルは、通常、異なるパラメータ値、例えば、デフォルトのＴＥ、ＴＲ、ＦＡ等、の組を含む。なお、放射線科医は、それらのデフォルトのパラメータ値に制限されず、代わりに、特定の患者について、特定の撮像状況についてプロトコルを最適化するために、又は放射線科医若しくはＭＲ検査を命じる医師の個人的好みに対応するために、パラメータ値の一部又は全てを調整する選択肢を有する。
プロトコルパラメータを調整することは専門的な訓練を必要とし、ＭＲオペレータは、通常、訓練された放射線科医又は別の適格者である。放射線科医は、ＭＲ資料、ＭＲスキャナのための公開されたユーザガイド、インターネットベースの放射線ユーザフォーラム、等からのアドバイスを参照してよい。実際に、しかしながら、放射線科医は、撮像セッションを実行すべきスケジューリングされた時間窓を有し、通常、プロトコルパラメータ調整を行う際に個人の技能に依存する。パラメータの微妙な変化は、結果として得られる画像コントラストに好ましくない影響を有することが起こり得る。例えば、既に述べたように、マルチスライス撮像プロトコルにおいてスライス数を調整することは、ＴＲ値に対して潜在的な影響を有し、ひいてはコントラストに影響を及ぼし得る。
同様の問題は、デフォルトのプロトコルがプロトコルライブラリにおいて誤った付票を付される場合に起こり得る。これは、エラーに起因して、すなわち、異なる医療専門家が、何が所与のコントラストタイプを構成するのかに関して異なった意見を有することがあるために、起こり得る。実際に、所与のＭＲ画像は、異なるコントラストタイプの混合、例えば、一部がＴ１コントラストであることを除いて主としてＴ２コントラスト、を示すことがあり、異なる人物は、所与の画像が“適正な”Ｔ２コントラストを示すかどうかに関して異なった見解を有することがある。
不適切なコントラストを有する、すなわち、深刻に悪化したコントラストを有するか又はコントラストの混合を有する画像は、ほとんど臨床的価値がないことがあり得る。ＭＲ画像は誤って誤解される可能性があり、あるいは、ＭＲ検査全体がやり直される必要が起こり得る。これは、患者にとって不都合であり、費用がかかり、且つ、治療の遅れを生じさせ得る。
それらの問題は、画像取得後の処理又は解析に及ぶことがある。例えば、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communications Service）は、通常、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）標準に従って記憶された、医用画像をアーカイブに保管するために用いられる。患者のＭＲ画像は、同様の場合を特定するために、ＰＡＣＳにおいて記憶されている画像と比較されてよい。かかる比較は、医学上有用であり得るが、比較の妥当性は、画像コントラストが患者画像及びアーカイブ画像において異なる場合に信用できなくなり得る。そのような相違の可能性は、ＰＡＣＳが、異なるコントラスト標準を使用する複数の医療施設又は異なる撮像ラボラトリから画像をアーカイブに保管する場合に高められる。
下記は、前述の制限及び他を解消する改善された装置及び方法を検討する。
一態様に従って、非一時的な記憶媒体は、
撮像プロトコル及び該撮像プロトコルのパラメータの組のパラメータ値によって定義される磁気共鳴撮像シーケンスを特定するステップと、
採点方程式を用いて、点数づけされるべきコントラストタイプごとの前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラスト信号スコアを計算するステップと、
前記計算されたコントラスト信号スコアに基づき前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラストタイプを決定するステップと
を有する方法を実行するよう電子データプロセッシングデバイスによって実行可能な命令を記憶する。１つのアプローチにおいて、前記計算するステップは、複数の異なるコントラストタイプについて繰り返され、前記決定するステップは、繰り返しによる複数の計算されたコントラスト信号スコアに基づく。
他の態様に従って、装置は、直前の段落に記載されている非一時的な記憶媒体と、該非一時的な記憶媒体に記憶されている命令を読み出して実行するよう構成される電子データプロセッシングデバイスとを有する。
他の態様に従って、方法は、
撮像プロトコル及び該撮像プロトコルのパラメータの組のパラメータ値によって定義される磁気共鳴撮像シーケンスを特定するステップと、
採点方程式を用いて、点数づけされるべきコントラストタイプごとの前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラスト信号スコアを計算するステップと、
前記計算されたコントラスト信号スコアに基づき前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラストタイプを決定するステップと
を有する。１つのアプローチにおいて、前記計算するステップは、複数の異なるコントラストタイプについて繰り返され、前記決定するステップは、繰り返しによる複数の計算されたコントラスト信号スコアに基づく。前記計算するステップ及び前記決定するステップは、電子データプロセッシングデバイスによって実行される。
１つの利点は、期待される画像コントラストに対するプロトコルパラメータ調整の影響に関して実時間のフィードバックを提供することにある。
他の利点は、画像コントラストタイプに関連するようにＭＲ撮像プロトコル及びアーカイブ保管されたＭＲ画像に付票を付す理にかなったアプローチを提供することにある。
多数の更なる利点及びメリットは、以下の詳細な説明を読むことで当業者に明らかになるであろう。
磁気共鳴（ＭＲ）画像を取得してアーカイブに保管するシステムを図式的に示す。 図１のシステムのコントラスト強さ評価モジュールを図式的に示す。 図１のシステムのＭＲＴスキャナ／ユーザインターフェースのシーケンスコントラスト評価モジュールを図式的に示す。 脳内の灰白質を撮像するスピンエコー（ＳＥ）シーケンスの場合におけるＴＥ−ＴＲパラメータ空間のコントラストタイプマップの例を図式的に示す。 調整された撮像シーケンスが不適切なコントラストタイプを有する画像を生成する可能性があることをシーケンスコントラスト評価モジュールが検出する場合に表示される意図された警告メッセージを図式的に示す。 プロトコルの付票を付されたコントラストタイプを示すマーカによって夫々のプロトコルマーカがマークされるとして、既存のプロトコルについて、本願で開示されるアプローチを用いて評価されるコントラストタイプをプロットする。
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置において、且つ、様々なプロセス動作及びプロセス動作の配置において、形を成してよい。図面は、単に、好適な実施形態を説明することを目的とし、本発明を制限するよう解釈されるべきではない。
図１を参照して、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ１０は、例えば、ユーザインターフェースハードウェア（例えば、ＬＣＤディスプレイ若しくは他のタイプのディスプレイ、キーボード、マウス、及び／又は他のユーザ入力装置、等）を備えた実例となるコンピュータ１４又は他の電子データプロセッシングデバイスによって適切に具現される、ＭＲスキャナユーザインターフェース１２を介して、放射線科医又は他のユーザによって操作される。ＭＲスキャナ１０は、オランダのアイントホーフェンにあるコーニンクレッカ・フィリップス・エレクトロニクス・エヌ・ヴィから入手できるＡｃｈｉｅｖａ、Ｉｎｇｅｎｉａ、Ｉｎｔｅｒａ、又はＰａｎｏｒａｍａといったＭＲスキャナ、又は他の供給メーカからの市販のＭＲスキャナのような、あらゆる市販のＭＲスキャナであってよい。代替的に、ＭＲスキャナ１０は、特注で製造された又は改良されたＭＲスキャナであることができる。
画像取得を実行するよう、患者又は他の被検者は、ＭＲスキャナ１０内に取り込まれる。患者の固定、局所ＭＲコイルの装着、等といった様々な予備動作が実行されてよい。被検者の撮像が記載されるが、患畜（例えば、犬若しくは猫）、あるいは、ミイラ、死体、または他の死亡した人若しくは動物、すなわち、無生物を撮像することも考えられる。
放射線科医又は他のユーザは、プロトコルライブラリ１６から撮像プロトコルを選択する。プロトコルは、望ましい画像コントラストのタイプ（例えば、Ｔ１コントラスト、Ｔ２コントラスト、Ｔ２＊コントラスト、拡散強調コントラスト、等）、撮像されるべき組織のタイプ（例えば、脳撮像、心臓撮像、等）、関心のある撮像ボリュームのサイズ及び寸法、等のような、考慮すべき事項に基づき選択される。ユーザはまた、選択されたプロトコルのパラメータについてパラメータ値を選択する。プロトコルパラメータは、例えば、次のもの：エコー瞬間（ＴＥ）、繰り返し時間（ＴＲ）、励起フリップ角（ＦＡ）、予備的な無線周波数（ＲＦ）若しくは磁場傾斜パルス又はそのような予備的なパルスの組、等のうちの１又はそれ以上を含んでよい。幾つかの実施形態において、プロトコルパラメータはまた、再構成アルゴリズム、分解能、フィルタリングパラメータ、等のような画像再構成パラメータを含んでよい。
ここで使用されるように、パラメータ値の特定の組による撮像プロトコルは、ここでは撮像シーケンスと呼ばれる。プロトコルライブラリ１６は、選択されたプロトコルのためのデフォルトのパラメータ値を記憶してよく、デフォルトのパラメータ値を有する選択されたプロトコルは、ここではデフォルト撮像シーケンスと呼ばれる。ユーザは、デフォルトのパラメータ値を用いて撮像を実行することを選択してよく、あるいは、１又はそれ以上のパラメータの値を調整することを選択してよい。更に、通常は、選択されたプロトコルは、ライブラリ１６内のデフォルトのパラメータを与えられるが、プロトコルがデフォルトのパラメータ値を有さないことも考えられる。その場合に、ユーザは、全てのパラメータ値を選択する。
撮像シーケンスは、このようにして選択され、ユーザによって選択されたパラメータ値を伴うプロトコルを有する（なお、“選択された（chosen）”は、ユーザがデフォルトのパラメータ値を維持することを選択する可能性を包含する。）。ユーザは、ＭＲスキャナ１０に撮像シーケンスを実行してＭＲ撮像データを取得させるように、ＭＲスキャナ１０に、撮像シーケンスを実行するようＭＲユーザインターフェース１２を介して指示する。幾つかの実施形態において、撮像プロトコルは、画像再構成プロセスを含むと考えられ、その場合に、撮像シーケンスの実行は、１又はそれ以上の再構成されたＭＲ画像を生成するために、選択された再構成パラメータ値に従ってＭＲ撮像データを再構成することを更に含む（他の考えられる実施形態では、撮像プロトコルは、再構成プロセスを含むと見なされず、その場合に、ＭＲ撮像データは、撮像シーケンスに従って取得され、ＭＲ撮像データは、１又はそれ以上の再構成されたＭＲ画像を生成するよう再構成されるが、かかる実施形態において、再構成プロセスは、撮像プロトコルのパラメータに従わない。）。
１又はそれ以上の再構成された画像は、様々に使用され得る。例えば、画像は、コンピュータ１４のディスプレイにおいてレビューされ、適切なグラフィカルマーキングエンジンにより印刷され、及び／又はＰＡＣＳ２０において記憶され、例えば、ＤＩＣＯＭ標準に従って記憶されてよい。ＰＡＣＳ２０は、サーバ２２又は他の電子データプロセッシングデバイスによって適切に具現される。幾つかの実施形態（図示せず。）において、ＰＡＣＳは、ＭＲスキャナユーザインターフェースを具現する同じコンピュータによって具現されてよい。更に、ＰＡＣＳ２０は、他の（すなわち、“外部の”）画像ソース２４、例えば、他のＭＲラボラトリ若しくは他の病院から取得された画像を受け取ってアーカイブに保管してよい。
続けて図１を参照して、システムは、ＭＲ撮像シーケンスのコントラスト信号スコアを分析的に計算するよう構成されるコントラスト強さ評価モジュール３０を更に有する。コントラスト強さ評価モジュール３０は、採点方程式を用いて、点数づけされるべきコントラストタイプ（例えば、Ｔ１強調コントラスト、Ｔ２強調コントラスト、Ｔ２＊強調コントラスト、拡散強調コントラスト、等）ごとのＭＲ撮像シーケンスのコントラスト信号スコアを適切に計算する。計算は、ＭＲ物理学に基づき、対象の実験に基づいた測定に基づかない。その一般形態において、画像コントラストは、撮像されている範囲内で変化する特性の（通常は相対的に小さい）変化による被測定ＭＲ信号の変化に起因する。Ｔ１強調撮像の場合に、コントラストは、異なる組織のＴ１緩和時間の比較的小さい相違に起因する（例えば、水対脂質対骨、等）。同様に、Ｔ２強調撮像は、異なる組織タイプのＴ２緩和時間の相違のためにコントラストを示す。拡散強調撮像の場合に、コントラストは、分子拡散の局所的な変化によるＭＲ信号の相対的に小さい相違に起因する。これを考慮して、採点方程式は、偏導関数∂Ｓ（ｐ）／∂ｐを適切に含み、ｐは、点数づけされるべきコントラストを生じさせる特性の期待値を表し、Ｓ（ｐ）は、点数づけされるべきコントラストを生じさせる特性の期待値ｐを有する個体について磁気共鳴撮像シーケンスによって生成される信号を表す。つまり、Ｓ（ｐ）は、点数づけされるべきコントラストタイプを生じさせる変化を伴う特性ｐの関数として磁気共鳴シーケンスによって生成される信号を表す。Ｔ１強調コントラストを点数づけする場合に、例えば、Ｔ１コントラストを生じさせる変化を伴う特性ｐは、様々な撮像された組織のＴ１緩和時間である。Ｔ２強調コントラストを点数づけする場合に、Ｔ２コントラストを生じさせる変化を伴う特性ｐは、様々な撮像された組織のＴ２緩和時間である。点数づけされるべきコントラストタイプを生じさせる変化を伴う特性ｐは、組織特性である必要はない。例えば、磁気共鳴血管造影（magnetic resonance angiography；ＭＲＡ）の場合に、特性ｐは（タイム・オブ・フライトＭＲＡについての）血流速度、又は（ガドリニウムに基づく磁気造影剤のような、投与される外来血管造影剤を用いる場合の）外来造影剤濃度であってよい。信号Ｓ（ｐ）は、特性ｐの値の変化に伴って比較的滑らかに且つ比較的ゆっくりと変化すると期待されるので、特性ｐの“期待値”の正確な選択は、通常は重要でない。例えば、脳プロトコルのためのＴ１強調コントラストのコントラスト信号スコアを計算する場合に、期待値ｐは、灰水のための若しくは白質のための又は何らかの平均的若しくは“複合的”な組織のためのＴ１緩和時間であることができる（例えば、灰白質のための緩和時間の平均）。
採点方程式は、例えば、偏導関数∂Ｓ（ｐ）／∂ｐの差分近似を用いて、近似であることができる。幾つかの考えられる実施形態において、差分近似は、差分Δｐが、対象における期待される実際の相違に対応するように選択される。例えば、画像が灰脳質と白脳質とを区別するよう意図される脳撮像の場合に、適切な差分近似は、∂Ｓ（ｐ）／∂ｐ〜｜（Ｓ（ｐｇｒｅｙ）−Ｓ（ｐｗｈｉｔｅ））／（ｐｇｒｅｙ−ｐｗｈｉｔｅ）｜である。この実例となる近似において見られるように、偏導関数∂Ｓ（ｐ）／∂ｐは、プラスのコントラスト信号スコアを確かにするよう絶対値演算を含むことが考えられる。脳撮像のためのＴ１強調の場合に、この実例となる差分近似は、∂Ｓ（ｐ）／∂ｐ〜｜（Ｓ（Ｔ１，ｇｒｅｙ）−Ｓ（Ｔ１，ｗｈｉｔｅ））／（Ｔ１，ｇｒｅｙ−Ｔ１，ｗｈｉｔｅ）｜であり、Ｔ１，ｇｒｅｙは灰脳質のＴ１緩和時間であり、Ｔ１，ｗｈｉｔｅは白脳質のＴ１緩和時間である。他の実例となる例として、採点方程式は次の式であることができる：
Figure 0006305401
 何らかの小さいδについてδΔｐ＝δ・ｐであり、先と同じく絶対値演算は、任意に、プラスのコントラスト信号スコアを確かにするよう加えられ得る。
引き続き図１を参照して、コントラスト強さ評価モジュール３０は、コントラスト信号採点方程式３２を含むデータベースを有するか、又はそれへのアクセスを有する。コントラスト強さ評価モジュール３０は、少なくとも採点方程式３２において使用される組織特性の値を記憶する組織特性データベース３４を更に有するか、又はそれへのアクセスを有する。それらの値は、通常、撮像の間に考慮されると期待される組織の典型的なＴ１、Ｔ２、及びＴ２＊緩和時間を含む。それらの値は、ＭＲシステムのメイン場の強さ（例えば、１Ｔ、１．５Ｔ、３Ｔ若しくは７Ｔ）又は室温といった他のパラメータに依存してよい。コントラスト強さ評価モジュール３０が拡散強調コントラストを点数づけするよう構成される場合は、組織特性データベース３４は、典型的な分子拡散パラメータを適切に含む。記憶されている組織特性は、ＭＲ物理学に基づきＭＲ信号Ｓ（ｐ）を計算するのに必要とされる他の組織特性の値、例えば、組織の透磁率の値等を含んでよい。また、留意すべきは、無生物の撮像用途の場合に、組織特性データベースは、同様の個体特性データベースによって置換されてよい点である。
引き続き図１を参照して、コントラスト強さ評価モジュール３０は、ＭＲ撮像プロセスの様々な態様において利用され得る。例えば、実例となるＭＲスキャナユーザインターフェース１２は、撮像シーケンスによって提供される支配的なコントラストタイプを特定するように、コントラスト強さ評価モジュール３０を使用して撮像シーケンスについて様々なコントラストタイプの強さを評価するシーケンスコントラスト評価モジュール４０を有する。コントラスト強さ評価モジュール３０は分析的にコントラスト信号スコアを計算するので、それは高速であり、故に、シーケンスコントラスト評価モジュール４０は、あらゆるプロトコルパラメータ値の夫々の調整の直後に呼び出され得る。このように、ユーザは、パラメータ値調整が撮像シーケンスの支配的なコントラストタイプを変更する効果を有するかどうかを直ちに知らされ得る。
他の実例となる応用として、プロトコルライブラリ１６はデフォルトシーケンスコントラスト分類部４２を含む。通常は、プロトコルライブラリ１６に記憶されるプロトコルは、所望のコントラストタイプを提供するよう磁気共鳴撮像において専門家によって設計され、このために、通常は、プロトコルは、所望のコントラストを提供すると専門家が考えるデフォルトのパラメータの組を含む（よって、デフォルトの撮像シーケンスを定義する。）。しかしながら、全体的なコントラストは、通常、様々なコントラストタイプの混合であるから、シーケンスのコントラストタイプの評価には何らかの主観性が存在する。シーケンスコントラスト分類部４２は、どのコントラストタイプが支配的であるかを決定するように、コントラスト強さ評価モジュール３０を呼び出して、コントラスト信号採点方程式３２を適用する。プロトコルライブラリ１６の全てのデフォルトシーケンスに同じ組の方程式３２を適用することによって、より一律の基準が、デフォルトシーケンスのコントラストタイプに付票を付すために与えられる。
他の実例となる応用として、ＰＡＣＳ２０は、コントラストタイプによって画像に付票を付す取得後コントラスト分類部４４を含む。ＰＡＣＳ２０が、画像メタデータを含むＤＩＣＯＭフォーマット又は他の記憶フォーマットを用いる場合は、画像は、画像取得において使用された撮像プロトコル及びプロトコルパラメータ値を特定するメタデータとともに、コントラストタイプによる付票を付されてよい（通常、ＤＩＣＯＭフォーマットの場合）。しかしながら、コントラストタイプ付票は、通常、個人の技能に基づき放射線科医又は他のユーザによって手動で割り当てられる。先と同じく、支配的なコントラストタイプを定義する主観性は、この手動による付票づけが何らかの好ましくないばらつきを有し得ることを意味する。かかるばらつきは、コントラストタイプの違いが画像比較を複雑化又は無効化することがあり得るために、医療関係者が参照画像データベースとしてＰＡＣＳ２０を見る場合に問題となることがある。然るに、取得後コントラスト分類部４４は、取得において使用されたプロトコル及びプロトコルパラメータを特定する画像メタデータを取り出し、コントラスト強さ評価モジュール３０を呼び出して適切なコントラスト信号採点方程式３２を適用し、支配的なコントラストタイプを決定し、次いで、取得後コントラスト分類部４４は、そのコントラストタイプにより画像に付票を付す。自動生成されたコントラストタイプ付票は、手動により適用されたコントラストタイプ付票とは別である画像メタデータ要素として記憶され得、あるいは、自動生成されたコントラストタイプ付票は、画像メタデータにおいて、手動により適用されたコントラストタイプ付票に取って代わることができる。
図２を参照して、コントラスト強さ評価モジュール３０の実例が示されている。モジュール３０は、ＭＲスキャナユーザインターフェース１２からの入力として、撮像シーケンス（ユーザによって選択されたプロトコルと、現在のプロトコルパラメータ値とによって定義される。）、組織タイプ（任意：幾つかの実施形態において、組織タイプは先験的な既知の値である。）、及び点数づけされるべきコントラストタイプを受け取る。プロトコル及びプロトコルパラメータによって定義される撮像シーケンスは、例えば、反転回復（inversion recovery；ＩＲ）シーケンス、スピンエコー（spin echo；ＳＥ）シーケンス、高速フィールドエコー（fast field echo；ＦＦＥ）シーケンス、等であってよい。撮像シーケンスは、２次元データ（例えば、スライス）、３次元データ、又は複数の（順次的な）２次元（Ｍ２Ｄ）スライスの組を取得するよう構成されてよい。撮像シーケンスはまた、高速取得モード、例えば、エコープラナー撮像（echo planar imaging；ＥＰＩ）、ターボスピンエコー（turbo spin echo；ＴＳＥ）撮像、ターボフィールドエコー（turbo field echo；ＴＦＥ）撮像、傾斜及びスピンエコー（gradient and spin echo；ＧＲＡＳＥ）撮像、それらの様々な組み合わせ（例えば、ＴＦＥＥＰＩ）、等を用いてよい。動作５０において、モジュール３０は、次いで、プロトコルのための及び点数づけされるべきコントラストタイプのための適切な信号採点方程式を選択する。動作５２において、選択された信号採点方程式は、点数づけされるべきコントラストについてコントラスト信号スコア５４を生成するよう、組織タイプ及びパラメータ値について適用される。
信号方程式は、プロトコルパラメータ（例えば、エコー瞬間ＴＥ、繰り返し時間ＴＲ、フリップ角ＦＡ、等）と、組織特性を反映する既知のコントラストパラメータ（例えば、Ｔ１緩和及びＴ２緩和レート）との関数として、ＭＲ信号強さを記述する。既に述べたように、信号採点方程式は、点数づけされるべきコントラストタイプの期待される緩和時間ｐ（Ｔ１、Ｔ２又はＴ２＊強調コントラストの場合）、又は点数づけされるべきコントラストを生じさせる他の特性ｐ（例えば、拡散強調コントラストの場合）に夫々のＭＲ信号の偏導関数∂Ｓ（ｐ）／∂ｐを適切に組み込む。様々な撮像シーケンスのための信号方程式Ｓ（ｐ）の幾つかの適切な分析的表現は、文献、例えば、van der Meulen et al.，MRI，6:355-368 (1998)；Haacke et al.，Magnetic Resonance Imaging，Physical principles and sequence design (1999)；Busse et al.，MRM，44:339-348 (2000)；Bernstein et al.，Handbook of MRI Pulse Sequences (2004)；及びLiang and Lauterbur，Principles of Magnetic Resonance Imaging，A Signal Processing Perspective (2000)において見受けられる。
図３を参照して、ＭＲスキャナユーザインターフェース１２によって利用されるシーケンスコントラスト評価モジュール４０の実例となる実施形態が記載される。動作６０において、ユーザは、目的とするコントラストタイプを提供するよう設計されたデフォルトのパラメータ値を有するプロトコル（例えば、デフォルトの撮像シーケンス）を選択する。動作６２において、ユーザは、調整されたパラメータ値６４を有するプロトコルを生成するようパラメータ値のうちの１又はそれ以上を調整する。動作６０、６２は、ＭＲスキャナユーザインターフェース１２を用いて適切に実行される。しかしながら、パラメータ値調整の一部は、明示的以外に行われてよい。例えば、最小化されたＴＲを有するマルチスライス撮像技術では、スライスの数の調整がＴＲの調整を間接的に引き起こす。
パラメータ値の調整された組６４が生成されるたびに、シーケンスコントラスト評価モジュール４０は呼び出される。動作７０において、モジュール４０は、夫々の考えられるコントラストタイプについて、プロトコル及び調整されたプロトコルパラメータ値６４によって定義される撮像シーケンスのコントラスト信号スコアを計算する。例えば、動作６０において選択されたデフォルトシーケンスの目的とするコントラストタイプがＴ２強調コントラストである実例を考える。動作７０は、Ｔ１強調、Ｔ２強調及び（任意に）Ｔ２＊強調の夫々についてコントラスト信号スコアを適切に計算する。動作７０は、夫々の考えられるコントラストタイプについてコントラスト強さ評価モジュール３０を呼び出すことでコントラスト信号スコアを計算する。
よって、動作７０の出力は、考えられるコントラストタイプの組についてのコントラスト信号スコアの組である。次いで、動作７２は、コントラスト信号スコアに基づき、支配的なコントラストタイプを分類する。例えば、プロトン密度強調（proton density weighted）コントラスト（ＰＤＷ）、Ｔ１強調コントラスト（Ｔ１Ｗ）、Ｔ２強調コントラスト（Ｔ２Ｗ）の考えられるコントラストタイプのための実例となる支配的コントラストタイプ分類は、一連の閾値ａ１＜ｂ１＜ｃ１及びａ２＜ｂ２＜ｃ２を用いる。コントラスト信号スコアは、Ｔ１Ｗについてのｓｃｏｒｅ（Ｔ１）及びＴ２Ｗについてのｓｃｏｒｅ（Ｔ２）として適切に表され、Ｔ１及びＴ２は夫々、期待されるＴ１及びＴ２緩和時間である（先と同じく、Ｔ１及びＴ２は代表的な値、例えば、灰質Ｔ１若しくは白質Ｔ１、又は灰質及び白質Ｔ１の平均である。）。これに関連して、以下の支配的コントラストタイプ分類は、スピンエコー（ＳＥ）シーケンスについて定義され得る：

支配的なコントラストタイプの分類規則
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ａ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ａ２ → ＰＤＷ
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ａ１及びａ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｂ２ → 弱Ｔ２Ｗ
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ａ１及びｂ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｃ２ → Ｔ２Ｗ
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ａ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＞ｃ２ → 強Ｔ２Ｗ
ａ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｂ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ａ２ → 弱Ｔ１Ｗ
ｂ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｃ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ａ２ → Ｔ１Ｗ
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＞ｃ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ａ２ → 強Ｔ１Ｗ
ａ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｂ１及びａ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｂ２ → 弱Ｔ１Ｗ／弱Ｔ２Ｗ
ｂ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｃ１及びａ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｂ２ → Ｔ１Ｗ／弱Ｔ２Ｗ
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＞ｃ１及びａ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｂ２ → 強Ｔ１Ｗ／弱Ｔ２Ｗ
ａ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｂ１及びｂ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｃ２ → 弱Ｔ１Ｗ／Ｔ２Ｗ
ｂ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｃ１及びｂ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｃ２ → Ｔ１Ｗ／Ｔ２Ｗ
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＞ｃ１及びｂ２＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ｃ２ → 強Ｔ１Ｗ／Ｔ２Ｗ
ａ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｂ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＞ｃ２ → 弱Ｔ１Ｗ／強Ｔ２Ｗ
ｂ１＜ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ｃ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＞ｃ２ → Ｔ１Ｗ／強Ｔ２Ｗ
ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＞ｃ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＞ｃ２ → 強Ｔ１Ｗ／強Ｔ２Ｗ

実際に、上記の幾つかのコントラストタイプ分類は、特定の撮像プロトコル及び撮像される組織について達成できないことがある。
図４を参照して、灰白脳質を撮像するスピンエコー（ＳＥ）シーケンスについて達成可能なコントラストタイプ分類が示されている。図２の実例において、コントラスト分類付票は、基準組織としての灰白質及び磁場強さとしての１．５Ｔの場合においてエコー瞬間（ＴＥ）及び繰り返し時間（ＴＲ）の関数としてマッピングされる。この例では、ａ１＝ａ２＝０．３３、ｂ１＝ｂ２＝０．６７及びｃ１＝ｃ２＝１．３３である。この例において、強Ｔ１及び強Ｔ２コントラストの混合は達成可能でない。前述の例では、プロトン密度強調（ＰＤＷ）は、Ｔ１Ｗ及びＴ２Ｗの両コントラストが弱い場合に取得される（すなわち、ｓｃｏｒｅ（Ｔ１）＜ａ１及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）＜ａ２）。図４から明らかなように、ＰＤＷは、短ＴＥ及び長ＴＲについて起こる。そのような条件下で、磁気共鳴信号は、Ｔ１緩和又はＴ２緩和のいずれかにより目に付くほどには遅延されず、故に、異なる組織の間のＴ１又はＴ２緩和時間の相違は、ＰＤＷ画像においてコントラストを提供しない。図４の右下における灰色の領域は、ＴＥ＞ＴＲの物理的に信頼できない条件に対応する。
図３を参照し直して、更に図５を参照して、シーケンスコントラスト評価モジュール４０によって実行される動作７４において、コントラストタイプスコアをユーザに知らせるよう適切な出力が生成される。幾つかの実施形態において、動作７４は、ＭＲスキャナユーザインターフェース１２を実装するコンピュータ１４（図１を参照）のディスプレイデバイス８２において、関連するコントラストタイプについてのコントラストスコアのテキスト表現８０を表示する。コントラストタイプの絶対的スコアが表示され得、あるいは、代替的に、コントラストスコアのパーセント変化（又は他の相対的変化）が、デフォルトの撮像シーケンスについてのスコアごとに（又は他の適切なスコア基準ごとに）表示され得る。他の選択肢は、コントラストスコアの比、例えば、Ｔ２コントラストスコア／Ｔ１コントラストスコアを表示することである。テキストスコアに加えて又はそれに代えて、スコアに対応する長さのバーといった視覚的表現も考えられる。任意に、コントラストタイプ分類動作７２によって出力される支配的なコントラストタイプが、動作６０において選択されたデフォルトシーケンスの目的とするコントラストタイプと異なる場合は、警告又は何らかの他のタイプの救済的な措置が実行される。図５において図式的に示されるように、１つのそのような任意の警告アプローチにおいて、動作７４は、ディスプレイデバイス８２においてテキストによる警告８４を表示する。テキストによる警告８４は、ユーザが警告８４に気付く可能性を高めるよう、彩色（例えば、赤色の背景及び／又は赤色のテキスト）又はアニメーション（例えば、点滅）を含んでよい。単独で又はスコア表示８０及び任意の警告８４と組み合わせて取られる他の可能な救済的な措置は、予測されたコントラストタイプを目的とするコントラストタイプから変更したプロトコルパラメータ調整を“取り消す”（又は受入を拒否する）ことである。スコア表示８０を伴わずに警告８４を提供することも考えられる。
引き続き図３を参照して、図１を参照し直して、シーケンスコントラスト評価モジュール４０の変形例は、プロトコルライブラリ１６のデフォルトシーケンスコントラスト分類部４２において適切に用いられる。この場合に、シーケンスコントラスト評価モジュールへの入力は、プロトコル及びそのデフォルトのパラメータ値によって定義されるデフォルトシーケンスであり、動作７４は、動作７２によって出力された支配的なコントラストタイプ分類によりプロトコルをタグづけするプロトコルタグづけ動作によって置換される。シーケンスコントラスト評価モジュール４０の変形例はまた、ＰＡＣＳ２０の取得後コントラスト分類部４４において適切に用いられる。この場合に、シーケンスコントラスト評価モジュール４０への入力は、ＰＡＣＳ２０に記憶されている画像にタグづけされているプロトコル及びプロトコルパラメータであり、動作７４は、動作７２によって出力された支配的なコントラストタイプ分類によりプロトコルにより画像をタグづけする画像タグづけ動作によって置換される。プロトコルタグづけ及び画像タグづけの両動作において、タグづけ動作は、プロトコル又は画像の原のコントラストタイプ付票が分類動作７２によって生成されたものとは異なる場合にユーザへ伝えられる警告とともに実行されてよい。
前述の実例となる応用例に加えて、図２のコントラスト強さ評価モジュール３０は、他の応用を見出してよい。例えば、シーケンスコントラスト評価モジュール４０は、手動により調整されたパラメータ値がシーケンスを目的とするコントラストタイプから離す場合に、ユーザインターフェース１２を介して警告を提供する。しかしながら、変形実施形態では、より積極的な支援が提供される。例えば、撮像プロトコルのパラメータの組の様々なパラメータごとの採点方程式の偏導関数は、どのパラメータが最もコントラストに影響を及ぼしているかを決定するよう（先と同じく差分近似により）評価され得る。例えば、あらゆる他のプロトコルパラメータよりも大きい偏導関数｜∂ｓｃｏｒｅ（ｐ）／∂Ｐｍａｘ｜によって示されるように、コントラストタイプｐに対して最大の影響を有するパラメータをＰｍａｘと表すとする。その場合に、Ｐｍａｘの値の調整の方向は、∂ｓｃｏｒｅ（ｐ）／∂Ｐｍａｘ＞０の場合に正であり、∂ｓｃｏｒｅ（ｐ）／∂Ｐｍａｘ＜０の場合に負である。Ｐｍａｘの値の調整の量は、偏導関数の大きさ｜∂ｓｃｏｒｅ（ｐ）／∂Ｐｍａｘ｜から推定され得る。この情報によれば、推奨されるパラメータ調整は、推定された偏導関数に基づき表示され得る。
更なる変形例として、全てのプロトコルパラメータｐについての偏導関数∂ｓｃｏｒｅ（ｐ）／∂Ｐの行列が計算され得、この行列は、コントラストタイプｐについてのｓｃｏｒｅ（ｐ）の値を最大にするようパラメータの組の値を最適化するためにレーベンバーグ・マーカート（Levenberg−Marquardt）アルゴリズムのような最適化アルゴリズムにおいて使用される。任意に、１又はそれ以上の制約が最適化に置かれ得る。例えば、ｓｃｏｒｅ（ｐ）を最大にすることは、ｓｃｏｒｅ（ｐ）があらゆる他のコントラストタイプについてのコントラスト信号スコアよりも大きいという制約を受け、及び／又は、制約ＴＥ＜ＴＲを受ける、等。よって、この変形例では、パラメータ値は、点数づけされるべきコントラストタイプｐを最大にするよう（例えば、ｓｃｏｒｅ（ｐ）を最大にするよう）繰り返し最適化され、夫々の繰り返しは、撮像プロトコルのパラメータの組のパラメータＰごとの採点方程式の偏導関数∂ｓｃｏｒｅ（ｐ）／∂Ｐを評価し、評価された偏導関数に基づきパラメータ値のうちの１又はそれ以上を調整することを含む。次いで、ユーザは、最適化されたパラメータ値の組を与えられる。
コントラストタイプｐについてのｓｃｏｒｅ（ｐ）の偏導関数を用いる最適化アプローチが記載されるが、他のアプローチがパラメータ値を最適化するために又は別なふうにパラメータ値の推奨を提供するために使用され得る。例えば、コントラストタイプに対する特定の条件を満足する最適なパラメータ値は、スコア値のみを使用する他の方法（シンプレックスアルゴリズム、確率的手法、等）によって見つけられ得る。
図６を参照して、ここで記載されるコントラストタイプ分類は、専門家によって様々な撮像シーケンスへ割り当てられるコントラストタイプ分類と比較されている。図６は、ここで開示されるように計算されたｓｃｏｒｅ（Ｔ１）及びｓｃｏｒｅ（Ｔ２）によって定義される空間上への異なる臨床的なスピンエコー撮像シーケンスの投影を表示する。１８の異なる身体部分をカバーする、２５の異なるＭＲスキャナ（１．５Ｔのメイン場を有する１３個及び３Ｔのメイン場を有する１２個）からの全部で１０９０のスピンエコープロトコルが図６で表示されている。夫々のプロトコルは、慣例によって与えられるプロトコル名に従って、Ｔ１Ｗ（図６において円により示されている。）、Ｔ２Ｗ（図６において“×”により示されている。）、又はＰＤＷ（図６において“＋”により示されている。）と付票を付されている。幾つかの場合において、この付票は、プロトコル名を変えることなしにデフォルトのプロトコルパラメータをオペレータが変更していることがあるために、正確でないことがある。それにも関わらず、それらの３つの異なるコントラスト分類は、ここで計算されたＴ１及びＴ２スコア値によって分離されることが分かる。また、複合的なコントラストを生じさせ、所望のコントラストに対して最適でないことがあるプロトコル設定を示唆する何らかのオーバラップが存在することが分かる。
本発明は、好適な実施形態を参照して記載されてきた。明らかに、変更及び代替は、前述の詳細な説明を読んで理解することで当業者に想到可能であろう。本発明は、全てのそのような変更及び代替を、それらが添付の特許請求の範囲及びその均等の適用範囲内にある限りは包含すると解されるよう意図される。

Claims (14)

  1. 撮像プロトコルと、撮像されるべき組織のタイプと、前記撮像プロトコルのパラメータの組のパラメータ値とによって定義される磁気共鳴撮像シーケンスを特定するステップと、
    採点方程式を用いて、点数づけされるべきコントラストタイプごとの前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラスト信号スコアを計算するステップと、
    前記計算されたコントラスト信号スコアに基づき前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラストタイプを決定するステップと
    を有し、
    前記採点方程式は、

    ｓｃｏｒｅ（ｐ）＝（∂Ｓ（ｐ）／∂ｐ）・（ｐ／Ｓ（ｐ））

    であり、ｓｃｏｒｅ（ｐ）は、点数づけされるべきコントラストタイプのコントラスト信号スコアであり、Ｓ（ｐ）は、点数づけされるべきコントラストタイプを生じさせる変化を伴う特性ｐの関数として前記磁気共鳴撮像シーケンスによって生成される信号を表す、
    方法を実行するよう電子データプロセッシングデバイスによって実行可能な命令を記憶する非一時的な記憶媒体。
  2. 前記計算するステップは、点数づけされるべき複数の異なるコントラストタイプについて繰り返され、前記決定するステップは、前記計算されたコントラスト信号スコアに基づく、
    請求項１に記載の非一時的な記憶媒体。
  3. 前記点数づけされるべき異なるコントラストタイプは、少なくともＴ１強調コントラスト及びＴ２強調コントラストを含む、
    請求項２に記載の非一時的な記憶媒体。
  4. 前記計算するステップは、差分近似により前記採点方程式の偏導関数∂Ｓ（ｐ）／∂ｐを近似することを含む、
    請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の非一時的な記憶媒体。
  5. 前記特定するステップは、
    （１）前記撮像プロトコルのユーザ選択と、
    （２）前記パラメータ値のうちの１又はそれ以上を変更するユーザ編集と
    を検出するよう、磁気共鳴スキャナユーザインターフェースへのユーザ入力をモニタリングすることを含む、
    請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の非一時的な記憶媒体。
  6. 前記方法は、前記採点方程式を用いて前記撮像プロトコルの前記パラメータの組の値を最適化し、該最適化に基づき推奨のパラメータ調整を表示するステップを更に有する、
    請求項５に記載の非一時的な記憶媒体。
  7. 前記特定するステップは、記憶されている磁気共鳴画像とともに記憶されたメタデータから、前記撮像プロトコル及び該撮像プロトコルの前記パラメータの組の前記パラメータ値を読み出すことを含む、
    請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の非一時的な記憶媒体。
  8. 撮像プロトコルと、撮像されるべき組織のタイプと、前記撮像プロトコルのパラメータの組のパラメータ値とによって定義される磁気共鳴撮像シーケンスを特定するステップと、
    採点方程式を用いて、点数づけされるべきコントラストタイプごとの前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラスト信号スコアを計算するステップと、
    前記計算されたコントラスト信号スコアに基づき前記磁気共鳴撮像シーケンスのコントラストタイプを決定するステップと
    を有し、
    少なくとも前記計算するステップ及び前記決定するステップは、電子データプロセッシングデバイスによって実行され、
    前記点数づけされるべきコントラストタイプは、当該点数づけされるべきコントラストタイプを生じさせる特性の期待値ｐを有し、前記採点方程式は、偏導関数∂Ｓ（ｐ）／∂ｐを含み、Ｓ（ｐ）は、前記期待値ｐを有する個体について前記磁気共鳴撮像シーケンスによって生成される信号を表す、方法。
  9. 前記計算するステップは、点数づけされるべき複数の異なるコントラストタイプについて繰り返され、前記決定するステップは、前記計算されたコントラスト信号スコアに基づく、
    請求項８に記載の方法。
  10. 前記点数づけされるべき異なるコントラストタイプは、少なくともＴ１強調コントラスト及びＴ２強調コントラストを含む、
    請求項９に記載の方法。
  11. 前記点数づけされるべきコントラストタイプは、当該点数づけされるべきコントラストタイプを生じさせる特性の期待値ｐを有し、前記採点方程式は、偏導関数∂Ｓ（ｐ）／∂ｐを含み、Ｓ（ｐ）は、前記期待値ｐを有する個体について前記磁気共鳴撮像シーケンスによって生成される信号を表す、
    請求項８乃至１０のうちいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記特定するステップは、磁気共鳴スキャナユーザインターフェースを介する前記パラメータ値のユーザ編集を検出することを含み、当該方法は、
    前記磁気共鳴撮像シーケンスの前記決定されたコントラストタイプを、目的とするコントラストタイプと比較するステップと、
    前記磁気共鳴撮像シーケンスの前記決定されたコントラストタイプが前記目的とするコントラストタイプと異なる場合に、前記磁気共鳴スキャナユーザインターフェースを介して警告を表示するステップと
    を更に有する、請求項８乃至１１のうちいずれか一項に記載の方法。
  13. 点数づけされるべきコントラストタイプを最大にするよう前記パラメータ値を最適化するステップを更に有し、該最適化するステップは、前記撮像プロトコルの前記パラメータの組の中の少なくとも１つのパラメータに対して前記採点方程式の偏導関数を評価することを含む、
    請求項８乃至１１のうちいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記特定するステップは、記憶されている磁気共鳴画像とともに記憶されたメタデータから、前記撮像プロトコル及び該撮像プロトコルの前記パラメータの組の前記パラメータ値を読み出すことを含み、当該方法は、
    前記決定されたコントラストタイプを含めるよう、前記磁気共鳴画像とともに記憶された前記メタデータを変更するステップを更に有する、
    請求項８乃至１１のうちいずれか一項に記載の方法。
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