JP6337214B2 - 磁気共鳴システムフィンガプリンティング - Google Patents

Description

本発明は磁気共鳴イメージング、特に磁気共鳴イメージング装置の性能劣化及び／又は故障の診断に関する。

磁気共鳴（MR）フィンガプリンティングは、時間分布されるいくつかのRFパルスが、それらは異なる物質又は組織からの信号に測定MR信号に対する特有の寄与を持たせるように適用される新たな技術である。１セット又は一定数の物体からの事前計算信号寄与の限られたディクショナリは測定MR信号と比較され、単一のボクセル内において、その構成は決定されることができる。 たとえば、ボクセルは水、脂肪、及び筋組織のみを含むことが知られている場合、これらの3つの物質からの寄与のみが考慮される必要があり、ほんの少しのRFパルスだけが、正確にボクセルの構成を決定するために必要とされる。

磁気共鳴フィンガプリンティング技術は、ジャーナル記事Ma他のよる、「磁気共鳴フィンガプリンティング」（ネイチャー、第495巻、187〜193頁、doi、10.1038/nature11971）に紹介される。 磁気フィンガプリンティング技術は、米国特許出願US 2013/0271132 A1及びUS2013/0265047 A1でも記述される。

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を操作する方法、磁気共鳴イメージングシステム及びコンピュータプログラムプロダクトを提供する。 実施例は、従属請求項においてもたらされる。

Ma他によるネイチャー記事は磁気共鳴フィンガプリンティングについての基本的な考え及びディクショナリのようなこの技術を記述するために用いられる用語を紹介する。ここに、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリについての考えが同様に使われるが、磁気共鳴フィンガプリンティングが既知のファントム上で実行される。磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリを使ってボリューム又はボクセル内の物質を特定する代わりに、磁気共鳴イメージングシステム又は装置の様々な構成要素の状態は導出される。 ここで用いられる磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、既知のファントム上で実行され、様々な磁気共鳴イメージングシステム性能状態及び／又は故障モードにおける変化を伴う測定のための、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリを含む。

ディクショナリのエントリは、磁気共鳴イメージングシステムの様々な構成要素の性能の変化のモデル化によって構成される。 たとえば、磁気共鳴イメージングシステムのRF送信器が完全に機能している場合、RF送信器が性能破壊を経験し始めるか、又は故障に近い場合より、異なる測定磁気共鳴信号が予測される。 傾斜（グラジエント）電力供給部のような他の構成要素の性能における同様のバリエーションは、傾斜コイル、受信コイル、送信コイル又はアンテナ、磁石システム、患者テーブルの操作及び／又は生理学システムの状態である。

当業者によって正しく理解されるように、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することができる。従って、本発明の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（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、ソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形をとってもよく、その全てが全般的に、本明細書において「回路」、「モジュール」又は「システム」と呼ばれてもよい。さらに、本発明の態様は、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るコンピュータプログラムプロダクトの形をとってもよく、そ上でコンピュータにより実行可能なコードを具体化させている。

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体のいかなる組合せも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ってもよい。本明細書において使用される場合「コンピュータ可読記憶媒体」は、コンピュータ計算デバイスのプロセッサによって実行可能な命令を格納することができるいかなる有形の記憶媒体も包含する。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読非一時的記憶媒体と呼ぶことができる。コンピュータ可読記憶媒体は、有形のコンピュータ可読媒体と呼ぶこともできる。一部の実施形態において、コンピュータ可読記憶媒体は、計算デバイスのプロセッサによって利用され得るデータを格納することもできる。コンピュータ可読記憶媒体の例として：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、固体ハードディスク、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）、リードオンリーメモリ（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それらに限定されない。光ディスクの例として、コンパクトディスク（ＣＤ）、及び、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ又はＤＶＤ−Ｒディスク等のデジタル多機能ディスク（ＤＶＤ）が挙げられる。コンピュータ可読記憶媒体という用語は、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータ装置によって利用され得る種々のタイプの記録媒体も意味する。例えば、データは、モデム上、インターネット上、又は、ローカルエリアネットワーク上で検索することができる。コンピュータ可読媒体上で具体化されるコンピュータにより実行可能なコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等又はそのいかなる適した組合せを含むがそれらに限定されないいかなる適切な媒体を使用して伝達されてもよい。

コンピュータ可読信号媒体は、伝播されるデータ信号を含んでもよく、そ内においてコンピュータにより実行可能なコードが、例えばベースバンドで又は搬送波の一部として具体化されている。そのような伝播される信号は、電磁気、光又はそのいかなる適した組合せも含むがそれらに限定されない種々の形のうちいずれの形をとってもよい。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく且つ命令実行システム、装置若しくはデバイスによって又はそれらと関連させて使用するためのプログラムを伝える、伝播する又は運ぶことができるいかなるコンピュータ可読媒体であってもよい。

「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、プロセッサにも直接利用可能ないかなるメモリでもある。「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さらなる例である。コンピュータ記憶装置は、いかなる不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体でもある。一部の実施形態において、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、逆もまた同様である。

本明細書において使用される場合「プロセッサ」は、プログラム又は機械により実行可能な命令又はコンピュータにより実行可能なコードを実行することができる電子部品を包含する。「プロセッサ」を含むコンピュータ計算デバイスへの言及は、２つ以上のプロセッサ又は処理コアをおそらく含有している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ってもよい。プロセッサは、単一のコンピュータシステム内のプロセッサの集合も意味することができ、又は、多数のコンピュータシステムの間で分配することができる。コンピュータ計算デバイスという用語は、１つ又は複数のプロセッサをそれぞれ含むコンピュータ計算デバイスの集合又はネットワークをおそらく意味すると解釈されるべきでもある。コンピュータにより実行可能なコードは、同じコンピュータ計算デバイス内にあり得るか又は多数のコンピュータ計算デバイスにわたって分配することさえできる多数のプロセッサによって実行されてもよい。

コンピュータにより実行可能なコードは、プロセッサに本発明の一態様を行わせる機械により実行可能な命令又はプログラムを含んでもよい。本発明の態様に対する作動を実施するコンピュータにより実行可能なコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋等のオブジェクト指向プログラム言語、及び、「Ｃ」プログラム言語又は類似のプログラム言語等の従来の手続き型プログラム言語を含む１つ又は複数のプログラム言語のいかなる組合せで書かれてもよく、さらに、機械により実行可能な命令にコンパイルされてもよい。一部の例において、コンピュータにより実行可能なコードは、高水準言語の形又は事前コンパイルの形であってもよく、さらに、オンザフライで機械により実行可能な命令を生成するインタープリタと共に使用されてもよい。

コンピュータにより実行可能なコードは、ユーザのコンピュータ上で完全に、ユーザのコンピュータ上で部分的に、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとして、ユーザのコンピュータ上で部分的に且つ遠隔コンピュータ上で部分的に、又は、遠隔コンピュータ若しくはサーバー上で完全に実行されてもよい。最後の筋書きにおいて、遠隔コンピュータは、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）を含むいかなる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てもよく、又は、その接続は、（例えば、インターネットサービスプロバイダーを使用したインターネットを介して）外部のコンピュータに対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流れ図、説明図及び／又はブロックダイヤグラムを参考にして記載される。流れ図、説明図及び／又はブロックダイヤグラムの各ブロック又はブロックの一部は、適用できる場合にコンピュータにより実行可能なコードの形のコンピュータプログラムの命令によって実行することができるということが理解されることになる。互いに矛盾しない場合に、異なる流れ図、説明図及び／又はブロックダイヤグラムにおけるブロックの組合せを組み合わせることができるということがさらに理解される。これらのコンピュータプログラムの命令は、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される命令が流れ図及び／又はブロックダイヤグラムの１つ又は複数のブロックにおいて特定される機能／行動を実行する手段を作製するように、汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は機械を生成する他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されてもよい。

これらのコンピュータプログラムの命令はコンピュータ可読媒体に格納することもでき、コンピュータ可読媒体に格納された命令が流れ図及び／又はブロックダイヤグラムの１つ又は複数のブロックにおいて特定される機能／行動を実行する命令を含む製品を生成するように、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特定の様式で機能するよう命令することができる。

コンピュータプログラムの命令は、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して、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で一連の作動ステップが行われるようにし、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が流れ図及び／又はブロックダイヤグラムの１つ又は複数のブロックにおいて特定される機能／行動を実行するプロセスを提供するように、コンピュータにより実行されるプロセスを生成することもできる。

本明細書において使用される場合「ユーザインターフェース」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相互作用するのを可能にするインターフェースである。「ユーザインターフェース」は、「ヒューマンインターフェースデバイス」と呼ぶこともできる。ユーザインターフェースは、オペレータに情報若しくはデータを提供してもよく、及び／又は、オペレータから情報若しくはデータを受信してもよい。ユーザインターフェースは、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のを可能にしてもよく、さらに、コンピュータからユーザに出力を提供してもよい。言い換えると、ユーザインターフェースは、オペレータがコンピュータを制御又は操作するのを可能にしてもよく、さらに、インターフェースは、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の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ー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ことの一例である。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、ウェブカム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、ワイヤードグローブ、ダンスパッド、遠隔操作装置及び加速度計を介したデータの受信は全て、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ーフェース構成要素の例である。

本明細書において使用される場合「ハードウェアインターフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが、外部のコンピュータ計算デバイス及び／若しくは装置と相互作用する並びに／又はそれらを制御するのを可能にするインターフェースを包含する。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが制御信号又は命令を外部のコンピュータ計算デバイス及び／又は装置に送るのを可能にしてもよい。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが外部のコンピュータ計算デバイス及び／又は装置とデータを交換するのも可能にしてよい。ハードウェアインターフェースの例として：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（登録商標）接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）接続、制御電圧インターフェース、ＭＩＤＩインターフェース、アナログ入力インターフェース及びデジタル入力インターフェースが挙げられるがそれらに限定されない。

本明細書において使用される場合「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適応された出力デバイス又はユーザインターフェースを包含する。ディスプレイは、視覚的、聴覚的及び／又は触覚的データを出力してもよい。ディスプレイの例として：コンピュータモニター、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、ベクトルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、真空蛍光表示管（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）、プロジェクター及びヘッドマウントディスプレイが挙げられるがそれらに限定されない。

磁気共鳴（ＭＲ）データは、磁気共鳴画像法のスキャンの間に磁気共鳴装置のアンテナによる原子スピンによって放たれる無線周波信号の記録される測定値であるとして本明細書において定義される。磁気共鳴データは、医用画像データの一例である。磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）の画像は、磁気共鳴画像法データ内に含有さ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して本明細書において定義される。この可視化は、コンピュータを使用して行うことができる。

一つの態様において、本発明は、測定ゾーン内におけるファントムから磁気共鳴データを収集するために磁気共鳴システムを操作する方法を提供する。 ファントムは、少なくとも一つの所定の物質の既知のボリュームを有する。 所定の物質は、磁気共鳴イメージング又は他の核磁気共鳴プロトコルを使って検出されることができる物質を有する。 磁気共鳴システムは、パルスシーケンス命令を保存するためのメモリを有する。 パルスシーケンス命令により、磁気共鳴システムは磁気共鳴フィンガプリンティング技術によって磁気共鳴データを収集する。

パルスシーケンス命令は、一連のパルスシーケンス繰り返しを特定する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選ばれる高周波パルスを有する。高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転する。繰り返し時間の分布に加えて、フリップ角のような他のパラメータ、傾斜、及び他のパラメータも変化し得る。 高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転する。各パルスシーケンス繰り返しは更に、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間に所定時間サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に取得される。

本方法は、パルスシーケンス命令で磁気共鳴システムを制御することによって磁気共鳴データを収集するステップを有する。 本方法は、一つ又はそれより多くの性能劣化状態を決定するステップを更に含む。 これは、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較することによってなされる。 性能劣化状態は、磁気共鳴イメージングシステム又は様々な構成要素の性能を記述する。 磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、少なくとも一つの所定の物質の各々のために、パルスシーケンス命令の実行に応じて、システム状態のセットのための磁気共鳴信号のリストを含む。 システム状態は、信号エボリューションに影響を与えるシステムパラメータの組合せとして記述されることができる。 システム状態のセットは、磁気共鳴イメージングシステムの異なる構成要素によって、故障、誤動作又は性能劣化状態を表す。 たとえば、時間とともに、使われるアンテナ又は様々な高周波構成要素の性能は性能を低化させる。 これらは、何れの構成要素により磁気共鳴システムの性能が傾くかを診断するか、又は決定することが難しい。本発明の方法は、性能劣化状態のいずれかが発生するか、故障又は誤動作が発生するか、分離、又は組合せにおいてかを、決定するためにMRフィンガプリンティング技術を使用する。さらに、性能劣化状態、故障又は誤動作の発生が決定される場合、MRフィンガプリンティングとの比較によるMRフィンガプリンティング技術に基づいて、所定の性能劣化、故障又は誤動作の詳細も構築される。

それが磁気共鳴システムにおいて故障及び／又は周辺構成要素を診断するために既知の磁気共鳴フィンガプリンティング技術を使うため、この方法は有益である。 こうするために、既知の構成要素又は構造によるファントムが使われる。 磁気共鳴信号は、磁気共鳴システムの様々な状態のためにモデル化されることができる。 たとえば、高周波アンプ又はトランシーバがスペックに対して作動していない場合、記録された信号はそれらの潜在的な状況を特定するために磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリの適切なエントリを生成するように、この装置の低下した能力でモデル化されることができる。 例は、システムの一つ又はそれより多くの故障又は障害の正確な決定を可能にする。

他の実施例において、パルスシーケンス命令は、複数のセグメントを有する。 この場合、パルスシーケンス命令は、独立に実行される複数の部分に分けられる。 磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、複数のセグメントの各々を有する一つ又はそれより多くの故障又はボーダラインケースを決定するための決定ツリーとして構成される。 決定ツリーは、複数のエントリを有する。 複数のエントリの各々は、分岐によって接続される。 たとえばエントリの一つが達せられるとき、実行されるパルスシーケンス命令の部分がある。

それから、結果としてもたらされる信号は、分岐の各々の特性/システム性能状態に対応する磁気共鳴信号と比較される。パターンマッチング又は他のアルゴリズムは、測定信号を分岐の各々に関連するディクショナリにおける計算された信号と比較する。それから、これは、決定ツリーのどの分岐に続くべきかを決めるために用いられる。 分岐が追従された後、他のエントリは選ばれる。 このエントリは、パルスシーケンス命令の他のセグメントと関連する。 それから、これは実行され、故障が診断されるまで、決定ツリーは後続される。

パルスシーケンス命令の複数のセグメントは、第一のセグメントを有する。 決定ツリーの複数のエントリは、第一のセグメントに対応する第一のエントリを有する。 本方法は、磁気共鳴データの第一の部分を収集するために第一のセグメントで磁気共鳴システムを制御するステップを更に含む。 本方法は、パルスシーケンスデータの後続するセグメントを特定する分岐を選ぶために磁気共鳴データの第一の部分を決定ツリーの第一のエントリと比較するステップを更に有する。 決定ツリー内において、決定ツリーが適切に横断されるように構成される「ローカル」決定ツリーディクショナリがある。

本方法は、後続するセグメントで磁気共鳴システムを繰り返し制御して、決定ツリーの分岐を使って後続するセグメントを再特定することによって一つ又はそれより多くの故障又はオフスペック状態を特定するために決定ツリーを横断するステップを更に有する。この方法は、全てのパルスシーケンス命令を繰り返す必要がなく、磁気共鳴システムに関する問題の迅速な診断をもたらすセグメントを有する利点を有する。

他の実施例において、一つ又はそれより多くの故障は二つ又はそれより多くの故障又はスペックオフ状態であり、システム状態のセットの線形結合として特定される。 この技術において、磁気共鳴フィンガプリンティングを実行するために典型的に使われる技術は、故障又は故障が磁気共鳴システムで発生する可能性を特定するために直接用いられる。 理想的には、すべての可能な故障又は故障の組合せのためのディクショナリエントリを好ましくは有する。 これは、必ずしも可能でない。 線形又は他の結合を使って故障を結合することは、ディクショナリにない故障の組合せの識別を可能にする。

他の実施例において、磁気共鳴システムは、磁気共鳴イメージングシステムである。測定ゾーンは、イメージングゾーンである。磁気共鳴イメージングシステムは更に、測定ゾーン内に主磁場を生成する磁石を備える。磁気共鳴イメージングシステムは更に、測定ゾーン内に傾斜磁場を生成して磁気共鳴データを空間符号化する磁場傾斜システムを備える。パルスシーケンス命令は更に、磁気共鳴データの取得中に磁気共鳴データの空間符号化を行うように磁場傾斜システムを制御する命令を含む。空間符号化は磁気共鳴データを離散的なボクセルに分割する。

機械実行可能な命令を実行することによって、プロセッサは、各離散的なボクセル及びシステム状態のセットの各々に対してブロッホ方程式を用いて一つ又はそれより多くのスピンとして各所定の物質をモデリングすることにより、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリを計算する。

他の実施例において、少なくとも一つの所定の物質は、二つ又はそれより多くの物質である。 ファントムは、二つ又はそれより多くの物質の各々のための、及びシステム状態のセットの異なる組合せのための別個のコンパートメントを有する。 異なる物質からの磁気共鳴信号は識別され得るため、複数の物質を持つことは有用である。 これは別に使われることができる別個のデータセットを提供し、これは磁気共鳴システムの故障又はシステム劣化のより良い識別を可能にする。 たとえば、一つの部分は水、脂肪又は油性組織ファントムを含むか、又は様々な造影剤を備える水溶液を含む。 磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは各々の物質のために生成され、故障又はスペックオフ性能の識別は物質のそれぞれのために実行される。 これは、二つ又はそれより多くの物質の各々に対する結果の比較を可能にする。 これは、得られる結果に対するより大きな信頼を加える。

他の実施例において、磁気共鳴システムは、NMR又は核磁気共鳴分光計である。 機械実行可能な命令の実行により、プロセッサはさらに、各離散的なボクセルの各々及びシステム状態のセットの各々に対してブロッホ方程式を用いて各所定の物質をモデリングすることにより、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリを計算する。

他の実施例において、磁気共鳴システムは、NMR分光計である。

他の実施例において、磁気共鳴システムは、磁気共鳴イメージングシステムである。

他の実施例において、ファントムは、磁気共鳴データの取得の間、所定の温度範囲内においてファントムの温度を維持するステップを更に有する温度制御システムを有する。 たとえば、温度バンド内の温度を有する流体を提供する電気加熱システム又は加熱システムが、ファントムの温度を制御するために用いられる。他の例において、空気又は他のガスは、制御温度にあり、それからファントム内における熱交換システムを通じて吹きつけられる。

他の実施例において、磁気共鳴システムは、測定ゾーンの所定の位置にファントムを取り付けるためのファントムマウントを有する。 本方法は、磁気共鳴データを収集する前にファントムをファントムマウントに配置するステップを更に有する。 たとえば、ファントムマウントは、所定の位置における被験体支持部に取り付ける取り付け装置である。 ファントムに関して測定がなされるとき、これは再生可能な結果をもたらすことを支援する。 これは、磁気共鳴システム内におけるパルス又はシステム劣化のより正確な決定を可能にする。

他の実施例において、各々のパルスシーケンス繰り返しは、傾斜パルスの分布から選ばれる少なくとも一つの傾斜パルスを有する。 これは、傾斜コイル及び／又は傾斜コイル電源の故障を診断することに役立つ。

他の実施例において、本方法は、一つ又はそれより多くの性能劣化状態を修復データベースと比較することによってメンテナンス命令を提供するステップを更に有する。 たとえば、修復データベースは、診断される特定の劣化状態のための詳細な修復命令を提供する電子又は他のシステムである。

他の実施例において、本方法は、磁気共鳴イメージングシステムを修復するためにメンテナンス命令を実行するステップを更に有する。 たとえば、これはメンテナンス又はサービスによって個別に実行される。

他の態様において、本発明は、測定ゾーン内におけるファントムから磁気共鳴データを収集するための磁気共鳴システムを提供する。 ファントムは、少なくとも一つの所定の物質の既知のボリュームを有する。 磁気共鳴システムは、パルスシーケンス命令及び機械実行可能な命令を保存するためのメモリを有する。 パルスシーケンス命令により、磁気共鳴システムは磁気共鳴フィンガプリンティング技術によって磁気共鳴データを収集する。

パルスシーケンス命令は、一連のパルスシーケンス繰り返しを特定する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを有する。高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転する。各パルスシーケンス繰り返しは更に、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間における所定の期間の間、サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に収集される。磁気共鳴システムは、磁気共鳴システムを制御するためのプロセッサを更に有する。 機械実行可能な命令の実行により、プロセッサはパルスシーケンス命令で磁気共鳴システムを制御することによって磁気共鳴データを収集する。

機械実行可能な命令の実行により、プロセッサは、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較することによって磁気共鳴システムの一つ又はそれより多くの性能劣化状態を決定する。磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、少なくとも一つの所定の物質の各々のためのパルスシーケンス命令の実行に応じて、システム状態のセットのための磁気共鳴信号のリストを含む。 システム状態のセットは、磁気共鳴イメージングシステムの異なる構成要素によって、故障、誤動作又は性能劣化状態を表す。 性能劣化状態又は故障は、固有の磁気共鳴信号又は信号のセットを結果としてもたらし、それ故に検出されることができるシステムパラメータにおける特定の逸脱に対応する。

他の態様において、本発明は、測定ゾーン内におけるファントムから磁気共鳴データを収集するための磁気共鳴システムを制御するプロセッサによる実行のための機械実行可能な命令を有するコンピュータプログラムプロダクトを提供する。ファントムは、少なくとも一つの所定の物質の既知のボリュームを有する。 磁気共鳴システムは、パルスシーケンス命令を保存するためのメモリを有する。 パルスシーケンス命令により、磁気共鳴システムは磁気共鳴フィンガプリンティング技術によって磁気共鳴データを収集する。

パルスシーケンス命令は、一連のパルスシーケンス繰り返しを特定する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選ばれる高周波パルスを有する。高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転する。各パルスシーケンス繰り返しは更に、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間において所定期間の間、サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に取得される。機械実行可能な命令の実行により、プロセッサはパルスシーケンス命令で磁気共鳴システムを制御することによって磁気共鳴データを収集する。

機械実行可能な命令の実行により、プロセッサは、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較することによって磁気共鳴システムの一つ又はそれより多くの性能劣化状態を決定する。磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、少なくとも一つの所定の物質の各々のためのパルスシーケンス命令の実行に応じて、システム状態のセットのための磁気共鳴信号のリストを含む。 システム状態のセットは、磁気共鳴イメージングシステムの異なる構成要素によって、可能な故障、可能な誤動作又は可能な性能劣化状態を表す。

本発明の上述した実施形態の一つ又は複数は、相互に排他的でない限り組み合わされることを理解されたい。

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例を例示する。 ファントムの断面図を例示する。 図1の磁気共鳴イメージングシステムを操作する方法を例示するフローチャートを示す。 磁気共鳴イメージングシステム及びパルスシーケンスを例示する。 磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリの生成を例示する。 磁気共鳴システムフィンガプリンティングを実行する方法を例示する。 決定ツリーを例示する。

これらの図面における同じ番号の構成要素は、同等の構成要素であるか、又は同じ機能を実行するかの何れかである。機能が同等である場合、前述の構成要素は必ずしも後の図面において議論されるわけではない。

図1は、磁石104を備える磁気共鳴イメージングシステム100の例を示す。 磁石104は、それを通るボア106を備える超伝導円筒形磁石104である。 異なるタイプの磁石の使用も可能である。例えば分割円筒形磁石及びいわゆるオープン磁石の両方を使うことも可能である。分割円筒形磁石は、クライオスタットが、例えば荷電粒子線治療とともに使われる磁石のアイソ平面へのアクセスを可能にするように2つのセクションに分割されていることを除いて、標準的な円筒形磁石と類似する。オープン磁石は、被験体を受けるのに十分大きいスペースを間に備える積み重ねの2つの磁石セクションを有し、2つのセクション領域はヘルムホルツコイルと類似の構成である。 被験体があまり限られないため、オープン磁石は普及している。 円筒形磁石のクライオスタットの内側において、超伝導コイルの集積がある。 円筒形磁石104のボア106内において、磁場が磁気共鳴イメージングを実行するのに十分強くて均一であるイメージングゾーン108がある。

磁石のボア106内において、磁石104のイメージングゾーン108内における磁気スピンを空間エンコードするために磁気共鳴データの収集のために使われる磁場傾斜コイル110のセットもある。磁場傾斜コイル110は、磁場傾斜コイル電源112に接続される。 磁場傾斜コイル110は、典型例であることが意図される。 通常、磁場傾斜コイル110は、3つの直角空間方向に空間エンコードするためのコイルの3つの別個のセットを含む。 磁場傾斜電源は、磁場傾斜コイルに電流を供給する。 磁場傾斜コイル110に供給される電流は、時間の関数として制御され、傾斜をつけられるか、パルス化される。

高周波コイル114は、イメージングゾーン108内における磁気スピンの方向を操作するため、及びイメージングゾーン108内におけるスピンから無線通信を受信するためにイメージングゾーン108に隣接する。高周波アンテナは、複数のコイル要素を含む。 高周波アンテナは、チャネル又はアンテナとも称される。 高周波コイル114は、高周波トランシーバ116に接続される。 高周波コイル114及び高周波トランシーバ116は、別個の送受信コイル及び別個の送信器及び受信器に置換される。 高周波コイル114及び高周波トランシーバ116は典型的であることが理解される。 高周波コイル114は専用送信アンテナ及び専用受信アンテナを表すことも意図される。 同様に、トランシーバ116は別個の送信器及び受信器を表す。 高周波コイル114は複数の受信/送信要素を有し、高周波トランシーバ116は複数の受信/送信チャネルを有し、それらは個々のアンプへの送信経路（図示略）のために、及び適切なプリアンプ及び対応するデジタル化技術のためにリンクされ、故障する特定のリスクを伴うすべての個々の構成要素を有する。

被験体支持部120は、イメージングゾーン108を通じて被験体支持部及び被験体118又はファントム124を動かすことができるオプションのアクチュエータ122に付けられる。磁石106のボア内において、二つのファントムマウント126によって被験体支持部120に付けられるファントム124がある。 たとえば、これらは被験体支持部120にロックされ、磁石104に対してファントム124の規定されるジオミトリ又は位置を提供する。この例において、ファントム124は、第一の物質で満たされる第一のコンパートメント128及び第2の物質130で満たされる第2のコンパートメントを有する。これは、例示を目的とする。 たとえば、一つのコンパートメントのみがあるか、又は二つ又はそれより多くのコンパートメントがある。 一つよりも多くのコンパートメントがあるとき、スライス132は、データが両方のコンパートメント128、130から受信されることができるように位置される。

トランシーバ116、磁場傾斜コイル電源112及びアクチュエータ122はすべて、コンピュータシステム136のハードウェアインターフェース138に接続されると理解される。磁気共鳴フィンガプリンティング技術を実行するためのパルスシーケンス命令150を含むコンピュータ記憶装置144は示される。 コンピュータシステム136は、プロセッサ140を更に有する。 プロセッサ140は、ハードウェアインターフェース138に接続される。 ハードウェアインターフェース138により、プロセッサ140は磁気共鳴イメージングシステム100にデータ及び命令を送信及び受信することを可能にする。 コンピュータシステム136は、プロセッサ140と通信するユーザインタフェース142、コンピュータ記憶装置144及びコンピュータメモリ146を更に有する。

コンピュータ記憶装置144及びコンピュータメモリ146の内容は交換可能である。 たとえば、コンピュータ記憶装置144の内容又は部分的な内容はコンピュータメモリ146で複製され、逆も同様である。

パルスシーケンス命令150は、一連のパルスシーケンス繰り返しを特定する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有する。 各々のパルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選ばれる高周波パルスを有する。高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転する。各パルスシーケンス繰り返しは更に、磁気共鳴信号がパルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間において所定期間の間、サンプリングされるサンプリングイベントを含む。サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択される。磁気共鳴データはサンプリングイベント中に取得される。

コンピュータ記憶装置144は、磁気共鳴イメージングシステム100を制御するためにパルスシーケンス命令150を使って収集される磁気共鳴データ142を含むことがさらに示される。 コンピュータ記憶装置144は、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ154を含むことがさらに示される。コンピュータ記憶装置は更に、磁気共鳴データ１５２及び磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ１５４を使用して再構成された磁気共鳴画像１５６を含むものとして示される。

コンピュータメモリ146は、プロセッサ140が磁気共鳴イメージングシステム100の動作及び機能を制御することを可能にするオペレーティングシステム又は他の命令のようなコードを有する制御モジュール160を含む。 コンピュータメモリ146は、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ生成モジュール162を含むものとしてさらに示される。 フィンガプリント生成モジュール１６２は、各ボクセル及び磁気共鳴イメージングシステム装置の様々な状態に対してブロッホ方程式を使用して一つ以上のスピンをモデリングして磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ１５４を構築する。コンピュータメモリ１４６は更に、磁気共鳴データ１５２及び磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ１５４を使用して磁気共鳴画像１５６を再構成する画像再構成モジュールを含むものとして示される。例えば、磁気共鳴画像１５６は、被験体ファントム１２４内の一つ以上の所定の物質の空間分布のレンダリングである。

コンピュータ記憶装置144は、磁気共鳴データ152及び磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ154を使用して特定された特定性能劣化状態158を含むものとしてさらに示される。

コンピュータメモリ146は、特定性能劣化状態158のための修復命令を提供する修復データベース166を含むものとしてさらに示される。 たとえば、性能劣化状態が特定されると、これは修復データベース166から取り出される修復命令を調べるために用いられる。 たとえば、これらは示されるか、又はプリントされ、磁気共鳴イメージングシステム100のメンテナンス又は修復のためのサービスに個別に提供される。

コンピュータ記憶装置144及びコンピュータメモリ146の内容は、互いに、部分的に、又は完全に複製される。 コンピュータ記憶装置144において示される内容は代わりにコンピュータメモリ146にあり、逆も同様である。

図1の例は、磁気共鳴イメージングシステム又は装置100が核磁気共鳴（NMR）分光計に等しいように、修正されることができる。 傾斜コイル110及び傾斜コイル電力供給部112なしで、装置100はイメージングゾーン108で0次元測定を実行する。

図2は、スライス132があるところに位置されるファントム124の断面図を示す。この例124のファントムは円であり、2つの別個のコンパートメント128、130を有することがわかる。 これは、磁気共鳴信号の2つの別個のセットを異なる又は識別可能な限りな物質に提供するために用いられる。 これは、性能劣化状態をより正確に決定するのを支援する。

図3は、図1の磁気共鳴イメージングシステム100を操作する方法の例を例示するフローチャートを示す。最初にステップ300において、磁気共鳴データ152は、パルスシーケンス命令150で磁気共鳴イメージングシステム100を制御することによって収集される。次にステップ302において、一つ又はそれより多くの性能劣化状態158は、磁気共鳴データ152を磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ154と比較することによって決定される。これは、たとえば、線形結合として故障又は潜在的スペックオフ挙動からのデータを含み、これを磁気共鳴データとマッチングすることによって、又は適切な故障モード若しくは磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリの状態をシステマティックに選ぶアルゴリズム又は決定ツリーを追従することによってなされる。

MRフィンガプリンティングは、潜在的分類のためのMRパラメータ又は組織特定情報を得るための新しくて有望なアプローチである。それは、RFパルスの固有シーケンス、適切な傾斜スイッチングスキームを含む信号エボリューション期間等に対するMR応答に基づいて特定のMR関連特性でMR活性種を特定する考えに基づく。考えられる可能なMR応答の大部分又は少なくとも可能な限り多くのMR応答が合理的に含む、先行して生成されるディクショナリに基づいて、パターンマッチングは種を特定するように実行されることができる。

しかしながら、この概念は逆の態様で適用されることができ、一つ又は複数の（たとえばファントムで構成される）既知の種を持ち、それらのMR特性に関して完全に記述され、全MRシステム性能及び（RF及び傾斜アンプ、個々のレシーバ、スイッチ、患者ベッド等のような）その個々の構成要素の状態を特徴づける能力を含むインテグリティを特徴づけるために特定のフィンガプリンティングタイプMRシーケンスを実施する。このアプローチはより良くて、より詳細で、より重要な事前のシステムメンテナンスアプローチを潜在的に容易にすることができ、MR-システム-フィンガプリンティングと呼ばれる。

医用イメージング装置は、臨床標準を保証するために診断イメージングの質を証明するためにしばしばテストされなければならない。 適切な概念が潜在的コスト削減の態様を表すため、事前又は予防メンテナンスも重要な態様である。 現在、顧客サイトにインストールされるMRIシステム上で、十分に規定されるが異なる従来のMRシーケンスを備える十分に規定されるスキャンのセット及び導出されるSNR測定を後処理及び画像処理するステップ、画質に大まかにアクセスするステップ、ジオミトリの正確さなどに基づいて自動評価を容易にするためのコントラストから構成される、定期的な画質テスト（PIQT）が実行される。

このPIQTは非常に有用であるが、実際限られた量のシステム関連情報及び非常に特定の質問のみを聞き、システム及びそのサブ構成要素の全ての状態/性能/形状/将来見通しを反映せず、潜在的画質逸脱のソースを必ずしも示すというわけではない。鋭い又は欠如する性能のために何れの構成要素が故障するリスクがあるかという考えも含めて、 システム性能及びインテグリティについてより良いオーバビューを収集するために、より高度なテストは、完全な画質でシステム稼動時間を改善し、前もってより良くサービスを計画し、さらにリソースを節減することを可能にする将来のシステム/構成要素故障をより良く予測するように設計されるべきである。したがって、システム性能における不一致を定量的に評価し得るより良いテストを設計することは望ましく、それによりシステム性能問題をより正確に特定して、潜在的に修正することが可能になる。個々のシステムパラメータ/構成要素の逸脱に敏感な特別なテストシーケンスは設計されることができるが、MRシステムのすべての異なる個々の構成要素が相互作用することを可能にするより一般的なテストはより良い感度をもたらすことができる。

ここに明らかにされる例は、MRフィンガプリンティングの新たな概念を逆の態様で適用する。 サンプルのMR特性を解読する代わりに、考えは、サブシステムを含むシステムの特性を分析し、それらの状態、故障に対するそれらの感度、又は補正メンテナンスを実行すること及び危険な潜在的構成要素を特定することを支援する実際のシステムドロップアウトが起こる前にすでに前もって好ましい潜在的システム/構成要素の誤動作を特徴づけることを支援することにある。

この目的のために、主なMR関連のパルスの専用のシーケンス、MRシステム設定及び（例えば変化するMRシーケンス及びゲイン、位相、周波数などのような、変化するパラメータ/セッティングによる、RFパルス、傾斜パルス、時間遅延、テーブル位置のような要素から構成される）イベントが生成され、MR的で、十分に規定され、既知で、安定した対象（例えばMRファントム）で対応するMR信号応答を引き起こすために適用される。それらの応答は主にシステムのMRレシーバ及び（テストの部分にもなり得る）コイルを介して受け取られるが、（例えば標準的なレシーバチェーンの巨大な故障が生じた場合）さらなる専用のレシーバ/検出サブシステムは考えられる。 測定MR信号は、事実又は将来のコンポーネントの故障の徴候を特定するためにパターン相関を見つける適切なMRシステム応答ディクショナリに保存される既知の応答に関して分析されることができる。

重大なスキャン時間を犠牲にすることなく夜間にPIQTのように実行し得るこのMRシステム分析アプローチの可能な特徴はディクショナリにある。すべての種類のMRパラメータ及び実際のMRプロトコルが実行される方法におけるいくらかの洞察を含む拡張ブロッホ-シミュレーションに基づく、MRフィンガプリンティングにおいて使われるディクショナリと対照的に、本アプローチにおいてディクショナリは異なる。この場合、（所定の室温又は他の常温で）使われるプローブ又はファントムによって与えられる、組織又はファントムの物質に特有のMRパラメータは知られているが、MRシステム構成要素のすべての潜在的逸脱は考慮され、取り入れられ、最終的にモデル化される。 これが十分になされる場合、それにより、所定のMRシステムフィンガプリンティングシーケンスに対するMRシステム応答の特定のサインに基づいて特定の構成要素故障又は構成要素劣化を特定することが可能になる。 更に、個々のシステムパラメータの逸脱に関する定量的情報は得られ、画質/精度を改善するためにイメージングスキャンにおける補正/システム較正目的のために使われ、MRシステムフィンガプリンティングディクショナリ（システム特定MRFディクショナリ）に一体化されることができる。

全MR装置の応答を予測するために、第一に検討中の対象でなく、システム/構成要素欠陥に対して、それらの挙動は、適切にモデル化されなければならない。 これは通常、与えられる定格値からの逸脱により、対応するスペックを介してなされる。 このように、特定の入力MRシーケンス課題へのMR応答に影響を与える、システム及びそれらの構成要素の異なる例又は状態が生成され得る。このように、たとえばRFアンプに対して、線形挙動からの異なる逸脱、異なるパワー損失、ゲインファクタミス-セッティング等が仮定され得る。それらは、それらの特徴的サインによって特定されるべき動作の特定の状態、エージングフェーズ、スペック外に対するレベル、故障などを反映する。 これらの異なる状態についての知識は、MR-フィールドサービス、構成要素の、又は高頻度の故障特徴又は劣化パターンについてのビッグデータ分析のような他のソースからの製造、利用できる知識によって供給されることができる。

例の他の可能な要素は、説明されなければならないすべての潜在的例又は全システムの状態に対するMR応答で多様性を最大にすることを可能にする適切なMRシーケンスドライビングスキームの定義にある。最大の多様性は、実際の原因を特定する高い特定性を可能にする。 最適MRシーケンスを規定するために、ガイドサーチ、いくらかの直観的な洞察、及び「スキャナ状態空間」におけるいくらかの腕力「試行錯誤」サーチが適切である。ノイズ測定及びシステムパラメータの組合せ及び個々のシステムパラメータに敏感なセグメントを含むシーケンス（又はサブシーケンス）は、包括的なシステム特性化に役立ち得る。
例1：

MRスキャナの並列受信システムに接続され、表面コイルアレイを上に備え、患者テーブルに置かれ、既知のMR特性の特別に設計されるファントムは、MR-システム-フィンガプリンティングアプローチにおいて使われる。専用のシーケンスはシステムに適用され、MR応答は記録されるが、シーケンスはフェーズドアレイ及び対応する通信レシーバを利用して実行され、例えばMR応答をシステム（サブ-）構成要素の性能/状態/インテグリティにリンクする所定のディクショナリを介して、後の分析のためにデジタル化されて、記憶される。この特別な例において、空間分解能は、イメージング傾斜が必要でないことを意味しない。 したがって、この例において、非常に単純なファントムはおそらく既知のMR特性のドープされる水で満たされる単純な球を使用し得る。本例で、測定データに基づいて、RFアンプのような個々のサブシステムの特性は、線形、ゲイン、反射等に関して、詳細に分析されることができる。
例2：

しかしながら、PIQTのために現在使われるもののような、より複雑なファントムは有用であり得る。 他の例において、空間分解能はトップでテストされる。 これは、通常PIQTによってカバーされる空間分解能、ジオミトリ精度及びすべての他の態様の問題を分析するのを可能にする。 この目的のために、MR-システムフィンガプリンティングシーケンスは空間的に分解された方法で実行されなければならず、ディクショナリベースのデータ評価は特定の関心領域において、又はピクセルごとに実行される。 その後、PIQTのそれらに類似する従来のテストルーチンは、さらに、様々なマップ及び単純なコアMR画像に適用されることができる。

更なる改良は、同時に全システムをテストしないことにあり、サブ構成要素のために特定のテストを使うことにある。 これは、複雑さ及び対応するパラメータスペースを減らすために有用である。 更に、「シーケンス」課題が適切に選ばれない場合に異なるサブ構成要素のシステム故障がMR-システムフィンガプリンティングパターンにおいて同様に現れる場合、これは潜在的曖昧さを除外するのを助けることができる。このように、サブシステムの適切な挙動に対する特定のテストは最初に実行されることができ、更なるものに後続される。 例えば、通常のセッティングで傾斜及びより高い次元のシムシステムをともに同時にテストする代わりに、第一の実行における通常の傾斜を除いてすべてのMR構成要素上で対応するシステム-フィンガプリンティングテストを実行することが考えられる。第二の実行では、より高い次元のシムが正常に機能するためにすでにうまくシステムフィンガプリンティングされた後に、傾斜システムは含まれる。 この「選択的な」MR-システムフィンガプリンティングプロシージャは、対応するシステム状態空間をより詳細にプローブするために専用の応答ディクショナリ及びシステムプロービングMRシーケンスの使用も示唆する。

この新たなアプローチの潜在的な利点は、個々のシステム構成要素のより複雑な依存性及びインタラクションがモデル化されることができ、「線形」システム分析の既存の方法で何れを検出することが難しいかは特定されることにある。 従来のシナリオでは、個々の構成要素は、変数の数をできるだけ少なく維持するために独立分離される方法でテストされる。 このように、たとえ結果が不十分な画質によって反映されるとしても、MRシステムの二つ又はそれより多くの部分のわずかな過小性能からもたらされる効果は検出されない。

さらに可能な改良は、コアMRシステムばかりでなく、例えば、患者テーブル又は他の周辺構成要素が、適切な機能に関して分析されることもできるということである。

ある例では、ファントムは一つ又は複数の温度センサを含む。 これらのセンサは、2つの目的に役立つ。第一に、スキャンの前の温度測定は、期待される測定信号の計算の精度を改善するために、有用な情報を提供することができる。 第2に、パワーデポジションをモニタリングするフィンガプリントスキャンの間の温度変化の測定は、フィンガプリント自体の部分になり得る。

更なる例において、（単純な）テスト送信器及び／又は受信器は、提案されたMR-システム-フィンガプリンティングを使うサービス目的のために、MRシステムに加えられることができる。 このテスト装置は、システム故障が標準的なRFチェーンから不十分な信号をもたらす場合、提案されたサービス機能を実行することを可能にする。 さもなければ、低い信号レベルは、ディクショナリによってシステム構成要素の特定の解釈を妨げることができる。

図4は、磁気共鳴セットアップ100及びパルスシーケンス150の例を示す。磁気共鳴セットアップ100は、ファントム124及びC1-C4とラベリングされる複数の受信コイル400を有する。 パルスシーケンス150は、いくつかの特徴を示す。 いつパルスシーケンス402がファントム124内においてスピンを励起するために用いられるかのインジケーションがある。 ライン404によって示されるいくつかの異なる傾斜パルスも使われる。 ライン406は、磁気共鳴システムの様々なパラメータが変化するスペースを示す。 実行されるテストに依存して、異なるシステムパラメータ406は変化する。 ライン408は、測定がいつ実行されるかを示す。

上で説明されるように、図4は、MR信号150を受信するためにMR-システム-フィンガプリンティング100、ファントム及び個々のコイル（C1-C4）のために使われるMRセットアップ/シーケンスの例を示す。いくつかのRF又は傾斜パルス402は、既知のファントムでMR信号を生成するために用いられる。この測定の間、（150で「??」で示されるトレースによっても示される）異なるシステム構成要素パラメータが変化するが、既知の対象のMR信号はＭＲスキャナの受信システムを用いてサンプリングされる。

図5は、モジュール162又は磁気共鳴システムフィンガプリンティングディクショナリ500の生成のための方法を例示する。 ブロック500は、構成されたディクショナリ及びブロックシミュレーションを実行するためのコードに対応する。 ブロックシステムは、特定のスピンシステム124及び特定の磁気共鳴シーケンス150のために実行される。 この既知のスピンシステム124及び既知の磁気共鳴システム150について、様々な他のパラメータが、ディクショナリを提供するために変化する。 たとえば、高周波システム502、傾斜システム504、受信システム506、磁石システム508、患者テーブル510、生理学システム512又は他のシステムパラメータ514も変化するバリエーションはある。

図5は、MR-システムフィンガプリンティングディクショナリの生成のための例を示す。 それらの異なる状態及びパラメータ（特定の特性）を含むすべての異なるMRシステム構成要素は、既知の対象及び所与のMRシーケンス（連続する異なるMRの関連イベント）を使ってMR実験の結果に影響を及ぼす多次元スペースを形成する。 影響のすべてのこれらの異なるソースは、MRシーケンスに対するファントムを含む全システムの潜在的応答を反映するディクショナリを作るためにシミュレーションされる。

図6は、磁気共鳴システムフィンガプリンティングを作る一般的なスキームを例示する。 これは、3つの部分に分けられる。 第一の部分600は、実験又はデータの収集に対応する。 部分2は、パターン認識又はディクショナリマッピング602に対応する。 部分3は、システム及び構成要素特性化604に対応する。 第一のステップ、磁気共鳴データの実験的な収集は、物理的システム100、パルスシーケンス150及び様々な磁気共鳴パラメータセット606のバリエーションを有する。 ステップ602において、結果又は収集される磁気共鳴データは、それから磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ154と比較される。 ステップ604において、たとえば、システムは様々なシステム伝達関数610、612、614を使用して特徴づけられる。 故障が特定されない場合、これは最終的なシステム受け入れ基準616にも対応する。

図6は、MR-システムフィンガプリンティングアプローチの一般的なスキームを示す。（ここで、フリップ角及びTRは説明のために示される）有用なMRパラメータセット(606)を使用するファントム(100)及び適切なMR-システムフィンガプリンティングMRシーケンス(150)を使って、結果としてもたらされる信号応答が、先行して生成されるディクショナリ(154)を介して分析される。パターン認識は、測定データを対応するシステム伝達関数610、612、614又は全MRIシステム及び最終的なシステム受け入れ基準616をもたらすサブ構成要素を特徴づけるように支援するもののサブセットにマッピングする。

図7は、決定ツリー700の例を例示する。 決定ツリーは、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ及びパルスシーケンス命令を構成するために用いられる。 たとえば、決定ツリーは第一のエントリ702を有する。 第一のエントリは、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリの部分及びパルスシーケンス命令を有する。 第一のノード702に対応するパルスシーケンス命令の部分は実行され、これらはそれから磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較される。 次に、比較の結果は、3つの分岐704のうちの一つの選択において決まる。 分岐は第三のエントリ706、第四のエントリ708及び第五のエントリ710を指すように示される。たとえば、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリとの比較は、第三のエントリ706に後続する方法をもたらす。第3のエントリが706に達せられると、パルスシーケンス命令の更なる部分は実行され、それから磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリの他の部分又はセクションと比較される。 それから、これは、ノード712及び714を指す分岐704に至る。 ノード712は第一の性能劣化状態に対応し、ノード714は第2の性能劣化状態に対応する。 ノード708及び710から、更なる又は後続する性能劣化状態716に至る。決定ツリー700を通じる経路を追うことによって、磁気共鳴システムにおける故障、エラー又は劣化状態は正確に、速く特定される。

測定MR信号は、磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較される。ディクショナリは、磁気共鳴システムの構成要素の性能における変化によりフィンガプリンティングシーケンスのためのブロッホ方程式を解くことによって生成される。

いくつかの例において、個々のシステム構成要素/モジュールの故障は、互いから分離される。 他の例において、これは本当ではなく、たとえば特定の構成要素（例えば、RF送信アンプ）が故障する場合、MR信号はすべて得られることができないが、この単純な状況さえ特有ではなく、MR信号が測らない場合、たくさんの他の理由は応答可能であることが意味される（RFアンプ故障は他のオプションの間の一つのみである）。

RFアンプのわずかな劣化は、多くの他のMRシステム構成要素の劣化/ミスマッチ/相害作用として検出されることができる。 これは、すべての個々のシステム構成要素が分離されるわけではないことを強調する。 RFアンプの線形ルックアップテーブルが適切に更新されないか、又は多くの理由（例えばRFアンプ等の構成要素エージング）のために旧式となることは想像される。 これは、たとえば受信システムの故障、適切に動作しない受信プリアンプ、ラマー周波数の近くの周波数成分を突然生成するいくつかの電力供給部からの失われた隔離/遮蔽、リーキングファラデーケージ（オープンドア）、及び最初に固有に特定され得るたくさんの他の問題からもたらされ得る、SNRにおける変化としてそれ自身を明らかにし得る。更に、特定のサブシステムが危機的に動作している場合、それは線形又は非線形の態様で他のサブサブシステムに影響を与え、要するに、サブシステム結合もある。

したがって、複雑さを減らすために、マルチレイヤシステム分析は構想されることができる。複雑さの特定のレベルから始めて、複数の異なるMR-システム-フィンガプリンティングシーケンスが、複数のシステム構成要素を同時に、及びそれらの相乗効果/ジョイントアクションにおいてテストするために適用され得る。いくつかの場合、個々の、分離される構成要素がよく機能することができるため、これは有益であるが、ちょうどそれらが一緒に働かなければならないとき、問題は発生する。 そのような個々のテストの結果及び評価結果に基づいて、プローブシステム特徴に詳細に記述される、更なる、部分的に非常に詳細なフィンガプリンティングテスト/シーケンスをもたらすようにたくさんの事前知識（最も可能性の高いシステム故障、他の構成要素との関係等）によってドライブされる、適切な決定ツリーが使われる。

更なる態様は、システム応答が（週、月に渡る）時間の関数として変化するということにあり、これは、劣化する構成要素のフィンガプリンティングとして理解されることができる、非常に特定的な特徴を示すこともできるので、（実際のフィンガプリンティングシーケンスよりずっと大きな）時間に渡る応答トラッキングは有用となり得る。

磁気共鳴システムの異なる構成要素は、異なる態様で故障を明らかにする。
RFシステムのシステム劣化：
- エージングRFアンプの場合、RFチューブ特定パラメータ（線形、最大出力など）は、RF出力を変化させる特徴的な態様で変わる。 それらの変化は、フィンガプリンティングを通じて捕えられることができる。 RF出力安定性は、特にウォームアップの間、及びRFアンプ動作の最初のフェーズの間、変わることができ、検出されることができ、対応するエージング/故障可能性と相関される。
- RF送信本体コイルの構成要素は、時間に渡って故障又は変化し得る。 本体のアーク又は特定の電圧低下は、重大な非線形性効果をもたらすことができる。 アークは、データで特定されることができるMR測定信号における重大なスパイクを引き起こすことができる。 スパイクは、多くの他の理由又はインタラクション原因（傾斜スイッチング、機械的共振等）を有し得る非常に一般のイベントである。
傾斜システムのシステム劣化：
- 傾斜アンプの故障は、非常に特別なシステム構成要素テストによって、しばしば簡単に特定される（しかしながら、傾斜コイルのエージング？）。
-機械的問題は存在し、傾斜スイッチングは、パーツが不安定になり、振動し始める結果をもたらす、高い機械力を含む。 配線のこの変化は、コイルの音響を変えることができるが、更に渦電流挙動及びフィンガプリンティングによってピックアップされることができる性能及び線形性も潜在的に変えることができる。
- 高いスルーレートがスパイクをもたらすフィンガプリンティングシーケンスで使われる場合、アークは発生することができる。
受信システムのシステム劣化：
- エージング構成要素は、増加する雑音数字又は全体の低下、周波数離調、隣接コイル要素の増加するカップリング
のような受信コイル挙動の変化をもたらし得る。

テストファントムは、異なる態様で構成されることができる。 ファントムは、好ましくは、再生可能なMR信号を与える。 それは、好ましくは、それらの特性が時間に渡って変わらないように、堅い容器にカプセル化される一つ又は複数のよく知られる物質から構成される。 ファントムは温度安定化システムを含むこともでき、おそらく加熱要素、一つ又は複数の温度センサ、高い熱伝導性及び熱容量を備える物質で構成される内部囲い部（しかしながら、好ましくは金属でない）、例えば熱的絶縁物質で構成されるセラミック物質及び外部囲い部から構成される。ファントムは、ＭＲスキャナにおいてよく知られる位置にも置かれる。 これは取り付け穴又はクランプを、ファントムは再生可能な態様で置かれる患者テーブルに取り入れることによって達成されることができる。

本発明は、図面及び上述の記載において詳細に図示されると共に記載されているが、このような図面及び記載は例示的であり、限定的なものでないことは考慮されるべきであり、本発明は開示の実施例に限定されるものではない。

開示の実施例に対する他のバリエーションは、図面、開示、及び従属請求項の検討から特許請求の範囲に記載の発明を実施する当業者によって理解され得ると共にもたらされ得る。クレームにおいて、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ若しくは他のユニットがクレームに列挙される複数のエントリの機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属クレームに列挙されているという単なる事実はこれら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若しくはその部分として供給される光学記憶媒体若しくは固体媒体などの適切な媒体上に記憶及び／又は分配され得るが、インターネット又は有線若しくは無線通信システムなどを介して他の形式で分配されてもよい。請求項の参照番号は、これらの請求項の保護範囲を限定するものではない。

100 磁気共鳴システム
104 磁石
106 磁石のボア
108 測定ゾーン又はイメージングゾーン
110 磁場傾斜コイル
112 磁場傾斜コイル電力供給部
114 高周波コイル
116 トランシーバ
118 被験体
120 被験体支持部
122 アクチュエータ
124 ファントム
126 ファントムマウント
128 第一のコンパートメント
130 第二のコンパートメント
132 スライス
136 コンピュータシステム
138 ハードウエアインターフェース
140 プロセッサ
142 ユーザインターフェース
144 コンピュータ記憶装置
146 コンピュータメモリ
150 パルスシーケンス命令
152 磁気共鳴データ
154 磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ
156 磁気共鳴画像
158 特定性能劣化状態
160 制御モジュール
162 磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリ生成モジュール
164 画像再構成モジュール
166 修復データベース
300 パルスシーケンス命令で磁気共鳴イメージングシステム100を制御することによって収集
302 磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較することによって、磁気共鳴システムの一つ又はそれより多くの性能劣化状態を決定
400 受信コイル
402 RFパルス
404 傾斜パルス
408 随意のシステムパラメータ
410 測定時間
500 ディクショナリ及びブロッホシミュレーション
502 RFシステム
504 傾斜システム
506 受信システム
508 磁石システム
510 患者テーブル
512 生理学システム
514 他のシステム
516 スピンシステム（ファントム）
518 MRシーケンス
600 実験MR-システム-フィンガプリンティング
602 パターン認識又はディクショナリマッピング
604 システム及び構成要素特性化
606 MRパラメータセット
610 システム伝達関数
612 システム伝達関数
614 システム伝達関数
616 最終システム受け入れ基準
700 決定ツリー
702 第一のエントリ
704 分岐
706 第三のエントリ
708 第四のエントリ
710 第五のエントリ
712 第一の性能劣化状態
714 第二の性能劣化状態
716 後続する性能劣化状態

Claims (14)

1. 測定ゾーン内におけるファントムから磁気共鳴データを収集するために磁気共鳴システムを操作する方法であって、前記ファントムは、少なくとも一つの所定の物質の既知のボリュームを有し、前記方法は、
   -パルスシーケンス命令で前記磁気共鳴システムを制御することによって前記磁気共鳴データを収集するステップであって、前記パルスシーケンス命令により前記磁気共鳴システムは磁気共鳴フィンガプリンティング技術によって前記磁気共鳴データを収集し、前記パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを特定し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを有し、前記高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号が前記パルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間における所定期間の間にサンプリングされるサンプリングイベントを有し、前記サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択され、前記磁気共鳴データは前記サンプリングイベントの間に収集される、ステップと、
   -前記磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較することによって前記磁気共鳴システムの一つ又はそれより多くの性能劣化状態、故障、又は誤動作の発生を決定するステップであって、前記磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、前記少なくとも一つの所定の物質の各々のための前記パルスシーケンス命令の実行に応じて、システム状態のセットのための磁気共鳴信号のリストを含み、前記システム状態のセットは、前記磁気共鳴システムの異なる構成要素によって、故障、誤動作及び／又は性能劣化状態を表す、ステップと
   を有する、方法。
2. 前記パルスシーケンス命令は複数のセグメントを有し、前記磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、前記複数のセグメントの各々を有する前記一つ又はそれより多くの故障を決定するための決定ツリーとして構成され、前記決定ツリーは複数のエントリを有し、前記複数のエントリの各々は分岐によって接続され、前記パルスシーケンス命令の前記複数のセグメントは第一のセグメントを有し、前記決定ツリーの前記複数のエントリは前記第一のセグメントに対応する第一のエントリを有し、
   前記方法は、
   -前記磁気共鳴データの第一の部分を収集するために前記第一のセグメントで前記磁気共鳴システムを制御するステップと、
   -パルスシーケンスデータの後続するセグメントを特定する分岐を選択するために前記磁気共鳴データの前記第一の部分を前記決定ツリーにおける前記第一のエントリと比較するステップと、
   -前記後続するセグメントで前記磁気共鳴システムを繰り返し制御して、前記決定ツリーの前記分岐を使って前記後続するセグメントを再特定することによって前記一つ又はそれより多くの故障を特定するように前記決定ツリーを横断するステップと
   を更に有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記一つ又はそれより多くの故障は二つ又はそれより多くの故障であり、前記二つ又はそれより多くの故障は前記システム状態のセットの線形結合として特定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記磁気共鳴システムは磁気共鳴イメージングシステムであり、前記測定ゾーンはイメージングゾーンであり、前記磁気共鳴イメージングシステムは、
   -前記測定ゾーン内に主磁場を生成する磁石と、
   -前記測定ゾーン内に傾斜磁場を生成して前記磁気共鳴データを空間符号化する磁場傾斜システムと
   を更に有し、
   前記パルスシーケンス命令は、前記磁気共鳴データの収集の間に前記磁気共鳴データの空間符号化を実行するように前記磁場傾斜システムを制御する命令を更に有し、前記空間符号化は前記磁気共鳴データを離散的なボクセルに分割する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
5. 機械実行可能な命令の実行により、プロセッサは、前記離散的なボクセルの各々及び前記システム状態のセットの各々に対してブロッホ方程式を用いて一つ又はそれより多くのスピンとして前記所定の物質の各々をモデリングすることによって、前記磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリを計算する、請求項４に記載の方法。
6. 前記少なくとも一つの所定の物質は二つ又はそれより多くの物質であり、 前記ファントムは、前記二つ又はそれより多くの物質の各々及び前記システム状態のセットの異なる組合せのための別個のコンパートメントを有する、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記磁気共鳴システムはNMR分光計であり、機械実行可能な命令の実行により、プロセッサは更に、離散的なボクセルの各々及び前記システム状態のセットの各々に対してブロッホ方程式を用いて前記所定の物質の各々をモデリングすることによって、前記磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリを計算する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
8. 前記ファントムは温度制御システムを有し、前記方法は、前記磁気共鳴データの前記収集の間、所定の温度範囲内において前記ファントムの温度を維持するステップを更に有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
9. 前記磁気共鳴システムは、前記測定ゾーンの所定の位置に前記ファントムを取り付けるためのファントムマウントを有し、 前記方法は、前記磁気共鳴データを収集する前に前記ファントムを前記ファントムマウントに配置するステップを更に有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
10. 各々のパルスシーケンス繰り返しは、傾斜パルスの分布から選択される少なくとも一つの傾斜パルスを有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法。
11. 前記一つ又はそれより多くの性能劣化状態を修復データベースと比較することによってメンテナンス命令を提供するステップを更に有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法。
12. 前記磁気共鳴システムを修復するために前記メンテナンス命令を実行するステップを更に有する、請求項１１に記載の方法。
13. 測定ゾーン内におけるファントムから磁気共鳴データを収集するための磁気共鳴システムであって、前記ファントムは少なくとも一つの所定の物質の既知のボリュームを有し、前記磁気共鳴システムは、
    -パルスシーケンス命令及び機械実行可能な命令を記憶するためのメモリであって、前記パルスシーケンス命令により、前記磁気共鳴システムは磁気共鳴フィンガプリンティング技術によって前記磁気共鳴データを収集し、前記パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを特定し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを有し、前記高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号が、前記パルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間における所定の期間の間、サンプリングされるサンプリングイベントを有し、前記サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択され、前記磁気共鳴データは前記サンプリングイベントの間に収集される、メモリと、
    -前記磁気共鳴システムを制御するためのプロセッサであって、機械実行可能な命令の実行により、前記プロセッサは、
    ・パルスシーケンス命令で前記磁気共鳴システムを制御することによって前記磁気共鳴データを収集し、
    ・前記磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較することによって前記磁気共鳴システムの一つ又はそれより多くの性能劣化状態、故障、又は誤動作の発生を決定し、前記磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、前記少なくとも一つの所定の物質の各々のための前記パルスシーケンス命令の実行に応じて、システム状態のセットのための磁気共鳴信号のリストを含み、 前記システム状態のセットは、前記磁気共鳴システムの異なる構成要素によって、故障、誤動作及び／又は性能劣化状態を表す、
    プロセッサと
    を有する、磁気共鳴システム。
14. 測定ゾーン内におけるファントムから磁気共鳴データを収集するための磁気共鳴システムを制御するプロセッサによる実行のための機械実行可能な命令を有するコンピュータプログラムプロダクトであって、前記ファントムは少なくとも一つの所定の物質の既知のボリュームを有し、前記磁気共鳴システムは、パルスシーケンス命令を記憶するためのメモリを有し、前記パルスシーケンス命令により、前記磁気共鳴システムは磁気共鳴フィンガプリンティング技術によって前記磁気共鳴データを収集し、前記パルスシーケンス命令は一連のパルスシーケンス繰り返しを特定し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、繰り返し時間の分布から選択される繰り返し時間を有し、各々のパルスシーケンス繰り返しは、高周波パルスの分布から選択される高周波パルスを有し、前記高周波パルスの分布により、磁気スピンはフリップ角の分布に対して回転し、各々の前記パルスシーケンス繰り返しは、磁気共鳴信号が、前記パルスシーケンス繰り返しの終了前のサンプリング時間における所定の期間の間、サンプリングされるサンプリングイベントを有し、前記サンプリング時間はサンプリング時間の分布から選択され、前記磁気共鳴データは前記サンプリングイベントの間に収集され、前記機械実行可能な命令の実行により、前記プロセッサは、
    -パルスシーケンス命令で前記磁気共鳴システムを制御することによって前記磁気共鳴データを収集し、
    -前記磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリと比較することによって前記磁気共鳴システムの一つ又はそれより多くの性能劣化状態、故障、又は誤動作の発生を決定し、前記磁気共鳴フィンガプリンティングディクショナリは、前記少なくとも一つの所定の物質の各々のための前記パルスシーケンス命令の実行に応じて、システム状態のセットのための磁気共鳴信号のリストを含み、 前記システム状態のセットは、前記磁気共鳴システムの異なる構成要素によって、故障、誤動作、又は性能劣化状態を表す、
    コンピュータプログラムプロダクト。

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