JP6748705B2 - Ｍｒｉ−ｃｔ互換の動的運動ファントム - Google Patents

Description

本発明は、一般に画像化の分野に関する。

以下の説明には、本発明を理解する際に有用となり得る情報が含まれる。本明細書で提供される任意の情報は、従来技術であるとも、現在特許請求された発明に関連するともみなされない。

ＭＲＩリニアック及び他のＭＲＩベースの治療システムの近年の発展に伴い、ＭＲＩベースの治療室内モニタリング方法が非常に重要となりつつある。同時に、多くの臨床現場においてＭＲＩを初期シミュレーションとして使用することや放射線治療のための画像化モダリティを計画することにも集中的な取り組みが費やされている。シミュレーション、計画及び／または治療ガイダンスにＭＲＩを利用するいかなる事例においても、空間的時間的に分解された正確なＭＲＩが、ＭＲＩによって誘導または監視される放射線治療の臨床使用において運動管理の必須構成要素となるであろう。

前述の背景を踏まえて、当技術分野ではＭＲＩ−ＣＴ互換システムが必要とされている。このシステムを利用して、動的ＭＲＩ及びＣＴ画像化の画像化シーケンスを検証し、ＭＲＩによって誘導される放射線治療に品質保証を提供することができる。

各種実施形態では、本発明は、（１）第１の濃度のガドリニウム（Ｇｄ）を有する第１のゲルを含む標的と；Ｇｄの第１の濃度より低い第２の濃度のＧｄを有する第２のゲルを収容する標的容器と；５×１０^−６Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−５Ｍｏｌ／ｍＬのＧｄ濃度を有する水を収容する水容器とを含み、標的が、標的容器内に組み込まれかつ第２のゲルによって安定させられ、標的容器が水容器内に収容される、ファントム；（２）折り畳み式空気容器であって、折り畳み式空気容器の膨張によってファントムを移動させるようにファントムに作動可能に接続された折り畳み式空気容器；（３）折り畳み式空気容器と流体連通している空気ポンプ；および（４）空気ポンプによって生成された空気圧を調整するように構成され、それによって次にファントムの位置が調整される、電子制御装置を備える、システムを教示する。いくつかの実施形態では、空気ポンプはファントムとは別の部屋に配置されている。ある特定の実施形態では、標的は球形である。いくつかの実施形態では、電子制御装置は、システムにヒトの呼吸運動を模倣させるように構成された制御装置モジュールを備える。いくつかの実施形態では、システムは、１サイクル当たり２〜２０秒の呼吸数、及び３〜３０ｍｍの呼吸深度をシミュレーションするように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは吸気吸入口を更に備え、吸気吸入口は、折り畳み式空気容器に接続されかつ折り畳み式空気容器と流体連通している。ある特定の実施形態では、空気吸入口は空気吸入弁を備え、空気吸入弁は、空気を折り畳み式空気容器内に流入のみさせる一方向弁である。いくつかの実施形態では、システムはホースを更に備え、ホースの第１端は空気吸入口に接続され、ホースの第２端は空気ポンプに接続されている。いくつかの実施形態では、システムは、外部代用物に取り付けられたリニアアクチュエータを備え、外部代用物は１つ以上のマーカーを備え、リニアアクチュエータはファントムに取り付けられている。いくつかの実施形態では、マーカーの１つ以上は赤外線マーカーである。ある特定の実施形態では、外部代用物はＲＰＭボックスである。いくつかの実施形態では、リニアアクチュエータは、電子制御装置と電子的に通信し、電子制御装置は、リニアアクチュエータの運動を制御するように構成されている。いくつかの実施形態では、電子制御装置はＲＳＤ制御装置である。いくつかの実施形態では、システムは、ファントムを載せるプラットフォームを更に備える。いくつかの実施形態では、プラットフォームは、プラットフォームを進めるように構成された１つ以上の車輪を備える。いくつかの実施形態では、システムは、プラットフォームの１つ以上の車輪を載せるベッドを更に備える。いくつかの実施形態では、システムは、プラットフォームの１つ以上の車輪に対応するように構成された１本以上のレールを更に備える。いくつかの実施形態では、システムは磁気共鳴画像化スキャナを更に備える。いくつかの実施形態では、システムはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを更に備える。いくつかの実施形態では、折り畳み式空気容器は蛇腹である。

各種実施形態では、本発明は、上述したシステムのいずれかと、ＣＴスキャナ及び／またはＭＲＩスキャナを用いてファントムを画像化するためのその使用説明書とを含むキットを教示する。
[本発明1001]
（1）第1の濃度のガドリニウム（Ｇｄ）を有する第1のゲルを含む標的と、
Ｇｄの前記第1の濃度より低い第2の濃度のＧｄを有する第2のゲルを収容する標的容器と、
5×10 ⁻⁶ Ｍｏｌ／ｍＬ〜5×10 ⁻⁵ Ｍｏｌ／ｍＬのＧｄ濃度を有する水を収容する水容器と
を含み、前記標的が、前記標的容器内に組み込まれかつ前記第2のゲルによって安定させられ、前記標的容器が前記水容器内に収容される、ファントム；
（2）折り畳み式空気容器であって、前記折り畳み式空気容器の膨張によって前記ファントムを移動させるように前記ファントムに作動可能に接続された前記折り畳み式空気容器；
（3）前記折り畳み式空気容器と流体連通している空気ポンプ；および
（4）前記空気ポンプによって生成された空気圧を調整するように構成され、それによって次に前記ファントムの位置が調整される、電子制御装置
を備えるシステム。
[本発明1002]
前記空気ポンプは前記ファントムとは別の部屋に配置されている、本発明1001のシステム。
[本発明1003]
前記標的は球形である、本発明1001のシステム。
[本発明1004]
前記電子制御装置は、前記システムにヒトの呼吸運動を模倣させるように構成された制御装置モジュールを備える、本発明1001のシステム。
[本発明1005]
1サイクル当たり2〜20秒の呼吸数、及び3〜30ｍｍの呼吸深度をシミュレーションするように構成されている、本発明1004のシステム。
[本発明1006]
空気吸入口を更に備え、前記空気吸入口は、前記折り畳み式空気容器に接続されかつ前記折り畳み式空気容器と流体連通している、本発明1001のシステム。
[本発明1007]
前記空気吸入口は空気吸入弁を備え、前記空気吸入弁は、空気を前記折り畳み式空気容器内に流入のみさせる一方向弁である、本発明1006のシステム。
[本発明1008]
ホースを更に備え、前記ホースの第1端は前記空気吸入口に接続され、前記ホースの第2端は前記空気ポンプに接続されている、本発明1007のシステム。
[本発明1009]
外部代用物に取り付けられたリニアアクチュエータを更に備え、前記外部代用物は1つ以上のマーカーを備え、前記リニアアクチュエータは前記ファントムに取り付けられている、本発明1008のシステム。
[本発明1010]
前記マーカーの1つ以上は赤外線マーカーである、本発明1009のシステム。
[本発明1011]
前記外部代用物はＲＰＭボックスである、本発明1010のシステム。
[本発明1012]
前記リニアアクチュエータは、前記電子制御装置と電子的に通信し、前記電子制御装置は、前記リニアアクチュエータの運動を制御するように構成されている、本発明1009のシステム。
[本発明1013]
前記電子制御装置はＲＳＤ制御装置である、本発明1012のシステム。
[本発明1014]
前記ファントムを載せるプラットフォームを更に備える、本発明1001のシステム。
[本発明1015]
前記プラットフォームは、前記プラットフォームを進めるように構成された1つ以上の車輪を備える、本発明1014のシステム。
[本発明1016]
前記プラットフォームの前記1つ以上の車輪を載せるベッドを更に備える、本発明1015のシステム。
[本発明1017]
前記プラットフォームの前記1つ以上の車輪に対応するように構成された1本以上のレールを更に備える、本発明1016のシステム。
[本発明1018]
磁気共鳴画像化スキャナを更に備える、本発明1017のシステム。
[本発明1019]
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを更に備える、本発明1017のシステム。
[本発明1020]
前記折り畳み式空気容器は蛇腹である、本発明1001から1019のいずれかのシステム。
[本発明1021]
本発明1001から1019のいずれかのシステムと、
ＣＴスキャナ及び／またはＭＲＩスキャナを用いて前記ファントムを画像化するためのその使用説明書と
を含むキット。

例示的な実施形態を参照図面に図示する。本明細書に開示された実施形態及び図面は限定的ではなく例示的であるとみなされるべきであることが意図される。

本発明の実施形態に係る、４Ｄ−ＭＲＩ取得及び再構成の位相ソーティングのためのフローチャートを表す。（Ａ）セルフゲート（ｓｅｌｆ−ｇａｔｉｎｇ、ＳＧ）線及び１５本の径方向投影線からなる各ｋ空間セグメントを伴う、各ＳＧ線間の時間的間隔を約９８ｍｓとしたときの画像シーケンス。合計８６１６０本の投影線は、約８分間のスキャンの後、５７４４本のＳＧ線と共に収集された。（Ｂ）上下（ｓｕｐｅｒｉｏｒ−ｉｎｆｅｒｉｏｒ、ＳＩ）呼吸曲線は、ＰＣＡベースの方法によって抽出される。左側曲線に示すように、（赤の）各位置は、ＳＧ線（矢印によって示される）を表す。多くのＳＧ線が呼吸曲線の１サイクルに寄与する。結果として得られた曲線は、画像取得全体を通じた呼吸運動を表す。（Ｃ）呼吸サイクルは１０の位相に分けられる。同じ位相番号（青いセグメントで示される）を有する投影は、４Ｄにおける分解位相（青い影で示される）に割り当てられる。更に、運動アーチファクトの除去が再構成に組み込まれる。異常セグメント（（Ｂ）において円形のセグメントで示される）はいずれも、再構成から除外される。 本発明の実施形態に係る、呼吸数（ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ、ＲＲ）の関数としての動的ファントムの運動較正曲線を表す。赤い円は、本研究において４つのＲＲ設定（６、１０、１５及び２０）が使用されていることを示す。 本発明の実施形態に係る、軸方向（上方）ビュー及び冠状（下方）ビューのファントム画像を表す。（Ａ）静的３Ｄ−ＣＴ画像を、位相分解された（Ｂ）４Ｄ−ＣＴ画像及び（Ｃ）４Ｄ−ＭＲＩ画像と比較した。 本発明の実施形態に係る、位相分解された４Ｄファントム画像が位相１、３、５、７及び９によって示される様子を表す。４つの異なる呼吸数（ＲＲ＝６、１０、１５及び２０）での４Ｄ−ＣＴ画像（Ａ、Ｃ、Ｅ及びＧ）を４Ｄ−ＭＲＩ画像（Ｂ、Ｄ、Ｆ及びＨ）と比較する。 本発明の実施形態に係る、位相分解された標的体積が、異なる呼吸数（ＲＲ）で４Ｄ−ＭＲＩと４Ｄ−ＣＴとの間で比較される様子を表す。（Ａ）ＲＲ＝６、（Ｂ）ＲＲ＝１０、（Ｃ）ＲＲ＝１５及び（Ｄ）ＲＲ＝２０。グラウンドトゥルース（緑の破線）は６．３７ｍｌである。 本発明の実施形態に係る、位相分解された標的体積測定誤差ｄＶを異なる呼吸数（ＲＲ＝６、１０、１５及び２０）で示す。（Ａ）４Ｄ−ＣＴ及び（Ｂ）４Ｄ−ＭＲＩ。 本発明の実施形態に係る、位相分解された標的運動が、異なる呼吸数（ＲＲ）で４Ｄ−ＭＲＩと４Ｄ−ＣＴとの間で比較される様子を示す。（Ａ）ＲＲ＝６、（Ｂ）ＲＲ＝１０、（Ｃ）ＲＲ＝１５及び（Ｄ）ＲＲ＝２０。グラウンドトゥルース（ＧＴ、緑の破線）はビデオ録画から測定される。 本発明の実施形態に係る、ＭＲＩ画像化に使用可能なファントム設定を有するシステム１０００を表す。ファントム２００の構成要素は以下を備える：１）標的：高濃度Ｇｄゲルを用いて密封された標的１ ２０１は、低濃度Ｇｄゲルによって密封された標的２ ２０４内に組み込まれるのに対し、標的２は、薄い濃度のＧｄ水で満たされた水ボックス２０５内に組み込まれる。２）運動構成要素：ａ．空気蛇腹３０２は、入力弁３００を通じて供給される入力空気によって駆動され、その出力は調節可能弁３０１によって制御される。ｂ．プラスチックレールキャリア２０３は、水ボックス２０５と空気蛇腹３０２とを接続するために使用され、その移動距離は、運動マーカー２０６及びルーラー２０２によって監視される。３）空気入力は、ＲＳＤ空気ポンプ５００によって生成される。このポンプは、コンピュータ６００を通じてＲＳＤ制御装置モジュール６０１によって制御される。空気ポンプ５００及びコンピュータ６００は、ＭＲＩスキャナ室４００の外に設置されており、シリコン製空気ホース７００を通じてファントム２００に接続されている。ＭＲＩ室４００内の全ての構成要素はＭＲＩ互換である。 本発明の実施形態に係る、ＣＴ画像化に使用可能なファントム設定を表す。図８に表されたＭＲＩ画像化設定の構成要素の大部分に加えて、赤外線ボックス（ＲＰＭボックス）１１００がリニアアクチュエータ１２００に取り付けられている。このボックスは、ファントム容器２００の外壁に取り付けられている。ＲＳＤ制御装置モジュール４００１によって駆動されるＲＰＭボックス１１００の運動が、４Ｄ−ＣＴ画像再構成のための代用運動信号として使用される。制御システムはＣＴスキャナ室９００の外に設置されており、図８のＭＲＩスキャナはＣＴ機械８００に置き換わっている。 本発明の実施形態に係る、ＭＲＩ及びＰＥＴ画像化に使用可能なファントム設定を表す。図に示すように、構成要素の多くは、図８に表されたシステムの構成要素と同じである。しかしながら、水ボックス２００は、ＰＥＴ及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第１の組成物を含む容器７０００を収納する。容器７０００の中には、ＰＥＴ及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第２の組成物を収容する別の容器７００１が含まれる。システムは、容器７００１と流体連通している管７００２、及び容器７０００と流体連通している管７００３をも備える。 図１１Ａ〜図１１Ｄは、本発明の各種実施形態に係るシステムを表す。図１１Ａは、ＰＥＴまたはＭＲＩスキャン用に構成されたファントムの構成要素を表す。これらの構成要素は、上記の図１０の説明に記載されている。図１１Ｂは、図１１Ａに表された構成要素（容器７００１は、容器７０００に含まれる組成物中のＧｄの濃度と比較して、相対的に高い濃度のＧｄを有する組成物を含む）のＭＲＩ画像を表す。図１１Ｃは、図１１Ａに表された構成要素（容器７００１は、容器７０００に含まれる組成物より高いキュリー（Ｃｕｒｉｅ）値の組成物を含む）のＰＥＴ画像を表す。図１１Ｄは、図１１Ａに記載された構成要素の写真である。

発明の説明
本明細書で引用される全ての参照文献は、その全体が完全に記載されるかのように参照によって組み込まれる。特に定義されない限り、本明細書で使用される技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されているものと同一の意味を有する。

当業者は、本発明を実施するのに使用可能である、本明細書に記載されたものと類似または同等の多くの方法及び材料を認識するであろう。本発明の他の特徴及び利点は、本発明の実施形態の各種特徴を一例として示す添付図面と併せて、以下のより詳細な説明から明らかとなるであろう。実際、本発明は、記載された方法及び材料に決して限定されない。

別の背景によると、ＭＲＩは、放射線治療計画、シミュレーション及び治療室内運動モニタリングのためにますます使用されてきている。より詳細な時間的・空間的ＭＲデータをこれらのタスクに提供するために、ｋ空間位相ソーティング、高等方性空間分解能及び高時間分解能という利点で新規のセルフゲート（ｓｅｌｆ−ｇａｔｅｄ）ＭＲＩ技術が開発された。

本発明の各種実施形態によって表されるように、ＭＲＩ−ＣＴ互換ファントムが、４Ｄ−ＭＲＩシーケンス及び４Ｄ−ＣＴ画像化の性能を検証するように設計された。加えて、本明細書に記載された各種実施形態は、ポジトロン断層法（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＰＥＴ）スキャン用に構成されている。

いくつかの実施形態では、高濃度ガドリニウム（Ｇｄ）ゲルで満たされた球面標的（直径２３ｍｍ、体積６．３７ｍｌ）が、プラスチックボックス（３５×４０×６３ｍｍ^３）内に組み込まれ、低濃度Ｇｄゲルによって安定させられる。空気ポンプによって駆動されるファントムは、毎分４〜３０の呼吸サイクルの間でヒト型呼吸パターンを生じさせることが可能である。ある特定の実施形態では、ファントムの４Ｄ−ＣＴは、シネモードで取得され、スライス厚１．２５ｍｍを有する１０の位相に再構成される。４Ｄ画像セットは、標的輪郭の治療計画ソフトウェアにインポートすることができる。４Ｄ ＭＲＩ及び４Ｄ ＣＴ画像の形状精度は、標的体積、扁平率及び偏心率を用いて定量化することができる。標的運動は、それぞれの各位相における球体の重心を追跡することによって測定することができる。

本明細書の「実施例」セクションで報告された実験に示すように、運動のグラウンドトゥルースは、入力信号及びリアルタイムビデオ録画から得られた。「実施例」セクションの実験に記載された動的ファントムは、４つの呼吸数（ＲＲ）設定、すなわち６、１０、１５及び２０回／分で作動させており、４Ｄ−ＭＲＩ及び４Ｄ−ＣＴを用いてスキャンされた。４Ｄ−ＣＴ画像には、各種位相において標的伸張、一部が欠落したアーチファクト、及び他の運動アーチファクトがあったが、４Ｄ−ＭＲＩ画像では、それらのアーチファクトが目視されなかった。６．３７ｍｌの標的の体積百分率の差は、４Ｄ−ＣＴの場合には５．３±４．３％〜１０．３±５．９％の範囲であり、４Ｄ−ＭＲＩの場合には１．４７±０．５２〜２．１２±１．６０の範囲であった。呼吸数の増加に伴い、標的の体積及び形状の偏差は、４Ｄ−ＣＴ画像の場合には増加したのに対し、４Ｄ−ＭＲＩ画像の場合には安定したままであった。異なるＲＲにおける標的運動振幅誤差は、４Ｄ−ＣＴの場合には０．６６〜１．２５ｍｍの範囲で測定され、４Ｄ−ＭＲＩの場合には０．２〜０．４２ｍｍの範囲で測定された。Ｍａｎｎ−Ｗｈｉｔｎｅｙ試験の結果は、４Ｄ−ＭＲＩが、位相ベースの標的の体積（ｐ＝０．０２７）測定及び形状（ｐ＜０．００１）測定において４Ｄ−ＣＴより著しく性能が優れていることを示した。両方のモダリティでは、運動振幅の測定において同等の精度が達成されている（ｐ＝０．８２８）。

本明細書の「実施例」セクションに報告された実験に示すように、試験済みのｋ空間セルフゲート４Ｄ−ＭＲＩ技術は、位相ベースの標的の運動及び形状を正確に画像化するための確固とした方法を提供する。４Ｄ−ＣＴと比較して、現在の４Ｄ−ＭＲＩ技術は、優れた空間時間的分解能と共に、急速な標的運動及び不規則な呼吸パターンによって生じる運動アーチファクトに対する強い耐性を示す。本技術は、腹部標的化や運動ゲーティング（ｍｏｔｉｏｎ ｇａｔｉｎｇ）において、更にはＭＲＩベースの適応型放射線治療の実施に向けて広範囲に使用することができる。

本明細書の「実施例」セクションに報告された実験に示すように、水ゲル混合物を使用して、典型的なバックグラウンドの軟組織信号をＣＴとＭＲＩの両方に提供した。標的においてコントラストを生じさせるために、高濃度ガドリニウム（Ｇｄ）を標的球体中で希釈し、ＣＴとＭＲの両方でより良好なＳＮＲが得られるようにした。ＣＴとＭＲＩの両方で明確に定められた境界を確保するために標的の外側のプラスチックを使用した。これらの設計決定により、２つの画像モダリティの間の画質の差を最小化することに成功した。

本明細書の「実施例」セクションに報告された実験に示すように、各種実施形態では、ファントムは、ＭＲＩ室の外に設置された空気ポンプ（図８）によって駆動される動的運動を生じさせることができる。本明細書に報告された実験に示すように、ヒトの呼吸運動は、ＲＳＤ制御装置モジュールを用いて模倣することができる。このモジュールは、様々なヒトの呼吸数（２〜２０秒／サイクル）及び呼吸深度（３〜３０ｍｍ）を生じさせる能力を有する。いくつかの実施形態では、ＲＳＤ制御装置モデルは、２つの呼吸信号、すなわち、空気ポンプによって生成される加圧空気と、リニアアクチュエータによって生成される機械運動とを提供することが可能である。前者は、ＣＴとＭＲＩの両方のスキャン中、上下ＳＩ方向にファントムを駆動するために使用され、後者の出力は、４Ｄ−ＣＴスキャンの間に運動代用物を前後（ａｎｔｅｒｉｏｒ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ、ＡＰ）方向に駆動するために使用される。

前述の背景を踏まえて、各種実施形態では、本発明は、（１）第１の濃度のガドリニウム（Ｇｄ）を有する第１のゲルを含む標的と；Ｇｄの第１の濃度より低い第２の濃度のＧｄを有する第２のゲルを含む標的容器と；水を収容する水容器とを含み、標的が、標的容器内に組み込まれかつ第２のゲルによって安定させられ、標的容器が水容器内に収容される、ファントムと；（２）折り畳み式空気容器であって、折り畳み式空気容器の膨張によってファントムを移動させるようにファントムに作動可能に接続された折り畳み式空気容器と；（３）折り畳み式空気容器と流体連通している空気ポンプと；（４）空気ポンプによって生成された空気圧を調整するように構成され、それによって次にファントムの位置が調整される、電子制御装置とを備えるシステムを教示する。いくつかの実施形態では、高濃度側のＧｄを含むゲルは、５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬ〜０．２５Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の濃度のＧｄを含む。いくつかの実施形態では、低濃度側のＧｄを含むゲルは、５×１０^−４Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の濃度のＧｄを含む。いくつかの実施形態では、水容器に収容される水は、５×１０^−６Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−５Ｍｏｌ／ｍＬの濃度のＧｄを更に含む。いくつかの実施形態では、システムはリニアアクチュエータを更に備える。いくつかの実施形態では、システムは、リニアアクチュエータに機械的に接続された外部代用物を更に備える。いくつかの実施形態では、空気圧を調整することに加えて、コンピュータ操作式制御装置モジュールは、また、リニアアクチュエータを介して外部代用物の位置を調整する（例えば、当該代用物を上下に移動させる）ようにも構成されている。

Ｇｄ含有ゲルに組み込み可能なＧｄキレート化コントラスト剤に対する選択の非限定的な例としては、ガドテレート、ガドジアミド、ガドベナート、ガドペンタテート、ガドテリドール、ガドホスベセト、ガドベルセタミド、ガドキセテート、ガドブトロール、及びこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、高濃度側のＧｄゲル及び低濃度側のＧｄゲルは、同一の薬剤（例えば、上述したＧｄ含有剤のいずれか）を含む。いくつかの実施形態では、高濃度側のＧｄゲル及び／または低濃度側のＧｄゲルを収納する容器は透明である（例えば、プラスチック）。いくつかの実施形態では、容器の１つ以上は、ポリスチレンを含み、ポリスチレンからなり、またはポリスチレンから実質的になる。いくつかの実施形態では、水（または上述した薄い濃度のＧｄ水）を収容する容器は、透明材料（例えば、プラスチック）で構成され、部分的または完全に透明である。いくつかの実施形態では、容器は、ポリスチレンを含み、ポリスチレンからなり、またはポリスチレンから実質的になる。

いくつかの実施形態では、空気ポンプは、例えば、図８及び９に示すように、ファントムとは別の部屋に配置されている。いくつかの実施形態では、標的は球形であるが、当業者は、標的が任意の好適な形をとることが可能であることを容易に認識するであろう。ある特定の実施形態では、コンピュータ操作式制御装置モジュールは、システムにヒトの呼吸運動を模倣させるように構成されている。ある特定の実施形態では、システムは、１サイクル当たり２〜２０秒の呼吸数、及び３〜３０ｍｍの呼吸深度をシミュレーションするように構成されている。いくつかの実施形態では、シミュレーションされた呼吸数は、コンピュータ及びＲＳＤ制御モジュールを使用して空気ポンプ及び／またはリニアアクチュエータの動作を調節することによって制御される。これにより、以下でより詳細に記載されるように、標的及びファントムの位置が調整される。いくつかの実施形態では、標的は横隔膜運動をシミュレーションし、外部代用物は胸壁運動をシミュレーションする。各種実施形態では、外部代用物はＲＰＭボックスである。このボックスは、リアルタイム位置管理（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、ＲＰＭ）システム（Ｖａｒｉａｎ、ＣＡ）で使用されるマーカーブロックである。各種実施形態では、ＲＰＭボックスは、２つの赤外線反射性の塗装マーカーを用いてラベル付けされたプラスチック（例えば、ポリスチレン）容器である。この容器は、視覚化された運動信号をＲＰＭシステム内の赤外線カメラに提供するように設計されている。いくつかの実施形態では、赤外線カメラは、本明細書に記載されたＭＲＩ、ＣＴ及びＰＥＴと共に使用されるシステムに含まれる。いくつかの実施形態では、ＲＰＭボックスは、リニアアクチュエータの先端に設置されている。このアクチュエータは、ＲＰＭボックスの位置を調整する（例えば、当該ボックスを上下に移動させる）ように構成されている。いくつかの実施形態では、赤外線カメラは、ＲＰＭボックスを見ることができる任意の場所に配置されている。いくつかの実施形態では、上述したシステムと共に使用されるファントムは、ＭＲＩ及びＣＴ画像化に利用されるとき、標的とバックグラウンドとの間のコントラストが実質的に同程度になるように構成されている。

いくつかの実施形態では、空気ポンプは、空気ホースを通じてファントムに機械的に接続されている。いくつかの実施形態では、空気ホースは、空気弁に接続されている。この弁は、ファントムに連結された、またはファントム内に含まれる折り畳み式空気容器に接続されている。いくつかの実施形態では、ファントムは、空気が折り畳み式空気容器に加えられ、かつ／または当該容器から放出されるときに移動するように構成されている。いくつかの実施形態では、ファントムは、空気が折り畳み式空気容器に加えられ、または当該容器にから放出されることに応じてレール及び／または車輪上を滑走することによって移動する。いくつかの実施形態では、空気容器は蛇腹であるが、当業者は、空気容器を任意の折り畳み式空気容器とすることができることを容易に認識するであろう。いくつかの実施形態では、複数の空気容器（例えば、蛇腹）が使用される。

いくつかの実施形態では、本発明は、ＰＥＴスキャン及び／またはＭＲＩスキャンの実行が可能な機械と共に使用できるように設計されたファントムを教示する。いくつかの実施形態では、ファントムは、ＭＲＩスキャン及びＰＥＴスキャンの実行が可能なスキャナ（例えば、Ｂｉｏｇｒａｐｈ ｍＭＲ、Ｓｉｅｍｅｎｓ）と共に使用できるように設計される。いくつかの実施形態では、ファントムは、全身のＭＲとＰＥＴとを同時に取得することが可能なスキャナと共に使用できるように構成されている。

いくつかの実施形態では、ファントムは、（１）Ｇｄを含むＰＥＴ薬剤及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第１の組成物を収容する第１の容器、（２）ＰＥＴ薬剤及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第２の組成物を収容する第２の容器、（３）第１の容器と流体連通している第１の管、ならびに（４）第２の容器と流体連通している第２の管を含む。いくつかの実施形態では、第１の容器は第２の容器内に収容される。いくつかの実施形態では、第１の組成物のキュリー値（すなわち、放射能のレベル）は、第２の組成物のキュリー値より高い。いくつかの実施形態では、第１の組成物中のＧｄの濃度は、第２の組成物中のＧｄの濃度より高い。

いくつかの実施形態では、ＰＥＴ薬剤を含む第１の組成物は第１の容器内に含まれ、ＰＥＴ薬剤を含む第２の組成物は、（第１の容器を収納する）第２の容器内に含まれる。換言すれば、ＭＲＩ薬剤は第１の容器内にも第２の容器内にも含まれない。いくつかの実施形態では、第１の組成物は、第２の組成物より高いキュリー値を有する。

いくつかの実施形態では、ＭＲＩ薬剤を含む第１の組成物は第１の容器内に含まれ、ＭＲＩ薬剤を含む第２の組成物は、（第１の容器を収納する）第２の容器内に含まれる。換言すれば、ＰＥＴ薬剤は第１の容器内にも第２の容器内にも含まれない。いくつかの実施形態では、ＭＲＩ薬剤を含む第１の組成物は、ＭＲＩ薬剤を含む第２の組成物より高い濃度のＧｄを有する。

いくつかの実施形態では、第１の容器は、ＰＥＴ薬剤及びＭＲＩ薬剤を含む第１の組成物を含み、第２の容器は、ＰＥＴ薬剤及びＭＲＩ薬剤を含む第２の組成物を含む。これらの構成では、第１の組成物は、第２の組成物より高いキュリー値を有し、第１の組成物は、第２の組成物より高いＧｄ濃度を有する。

本発明の１つの非限定的な実施形態を図１１に表す。図１１は、ＰＥＴ及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第１の組成物を収容する第１の容器７００１を示す。図１１は、ＰＥＴ及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第２の組成物を収容し、かつ第１の容器を収容する第２の容器７０００をも示す。この図面には、容器７００１と流体連通している管７００２、及び容器７０００と流体連通している管７００３も表されている。管７００２を使用して、ＰＥＴ及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第１の組成物を容器７００１内に導入することができ、管７００３を使用して、ＰＥＴ及び／またはＭＲＩ薬剤を含む第２の組成物を容器７０００内に導入することができる。いくつかの実施形態では、管７００２及び／または７００３は、互いに関連する各容器内への、またはそこからのＭＲＩ薬剤及び／またはＰＥＴ薬剤の流れを制御する１つ以上の弁をも備える。いくつかの実施形態では、容器７００１内に収容された第１の組成物は、容器７０００内に収容された第２の組成物より高いキュリー値を有する。いくつかの実施形態では、容器７００１内に収容された第１の組成物は、容器７０００内に収容された第２の組成物より高い濃度のＧｄを有する。

ＰＥＴ薬剤が含まれる本明細書に記載された各実施形態について、第１の組成物中に含まれるＰＥＴ薬剤は、第２の組成物中に含まれるＰＥＴ薬剤と同一の種類でもよい。

ＭＲＩ薬剤が含まれる本明細書に記載された各実施形態について、第１の組成物中に含まれるＭＲＩ薬剤は、第２の組成物中に含まれるＭＲＩ薬剤と同一の種類でもよい。

単なる非限定的な例として、前述の実施形態のいずれかにおいて使用されるＰＥＴ薬剤は、以下のＰＥＴトレーサ：１８Ｆ（フッ素−１８）関連の放射性トレーサ（例えば、１８Ｆ−フッ化デオキシグルコース（１８Ｆ−ＦＤＧ）類似体；１８Ｆ−フルオロ−エチル−チロシン（１８Ｆ−ＦＥＴ）；１８Ｆ−フルオロミソニダゾール（１８Ｆ−ＦＭＩＳＯ）；１８Ｆ−フルシクロビン；１８Ｆ−フルオロコリン；１８Ｆ−３´−フルオロ−３´−デオキシチミジン（１８Ｆ−ＦＬＴ））；１１Ｃ（炭素−１１）関連の放射性トレーサ（例えば、１１Ｃ−アセテート；１１Ｃ−メチオニン；１１Ｃ−コリン）；６８Ｇａ（ガリウム−６８）関連の放射性トレーサ（例えば、６８Ｇａ−ＤＯＴＡ−偽ペプチド）；６４Ｃｕ（銅−６４）関連の放射性トレーサ（例えば、６４Ｃｕ−ジアセチル−ビス（Ｎ４−メチルチオセミカルバゾン）（６４Ｃｕ−ＡＴＳＭ）；上記の組み合わせ、または上記に列挙したものと機能的に等価な物質、のいずれかを含んでもよく、それからなってもよく、または実質的にそれからなってもよい。上述した任意の放射性トレーサがＰＥＴ薬剤として使用されるいくつかの実施形態では、キュリー値が高い方の組成物は０．０１〜０．２ｍキュリーであり、キュリー値が低い方の組成物は０．００００１〜０．００１ｍキュリーの範囲である。いくつかの実施形態では、ＰＥＴ薬剤を含む組成物は、水を更に含む液体組成物である。いくつかの実施形態では、ＰＥＴ薬剤を含む組成物は、塩水を更に含む液体組成物である。

いくつかの実施形態では、単独で、またはＰＥＴ薬剤と共に使用されるＭＲＩ薬剤は、上述したように、本明細書に記載されたＧｄを含む薬剤のいずれかを含む。いくつかの実施形態では、高濃度側のＧｄを有するゲルは、５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬ〜０．２５Ｍｏｌ／ｍＬの範囲のある濃度のＧｄを有する。いくつかの実施形態では、低濃度側のＧｄを有するゲルは、５×１０^−４Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬの範囲のある濃度のＧｄを有する。いくつかの実施形態では、ＭＲＩ薬剤を含む組成物は、水を更に含む液体組成物である。いくつかの実施形態では、ＭＲＩ薬剤を含む組成物は、塩水を含む液体組成物である。

各種実施形態では、システムは、（上述した）ＭＲＩに適したファントム、（上述した）空気ポンプ及び（上述した）コンピュータ操作式制御モジュール、ならびに本明細書に記載されたシステムと関連する任意の別の構成要素に加えて、ＭＲＩスキャナを備える。ある特定の実施形態では、ＭＲＩスキャナは、任意の標準的なＭＲＩ方法、または本明細書に記載されたその他のＭＲＩ方法によってファントムを画像化するように配置／構成されている。単なる非限定的な例として、図８に示すように、ＭＲＩスキャナ１００は、ベッド１０１に沿ってＭＲＩスキャナ１００内にファントム２００を移動させるときに当該ファントムをスキャンするように配置／構成することができる。

図８は、非限定的な例のシステム１０００を表す。このシステムは、ＲＳＤ制御装置モジュール６０１を含むコンピュータ６００を備える。コンピュータ６００は、ＲＳＤ制御装置モジュール６０１を通じてＲＳＤ空気ポンプ５００の機能を制御する。空気ポンプ５００は、空気ホース７００を通じて入力弁３００に接続されている。空気は、空気ホース７００を通じて空気蛇腹３０２内に送達される。これにより、薄いＧｄ水を含む水ボックス２０５の位置が調整される。水ボックス２０５は、低濃度Ｇｄゲルを含む標的２０４を収容する。更に、標的２０４は、高濃度Ｇｄゲルを含む標的２０１を含む。ボックス２００は、バックグラウンド水を含む。システム１０００は、空気出力弁３０１、プラスチックレールキャリア２０３（車輪と共に示される）、ルーラー２０２、ベッド１０１及びＭＲＩスキャナ１００をも備える。いくつかの実施形態では、本発明は、図８に表されたシステムをＭＲＩスキャナ及び／またはベッドがない状態で教示する。

各種実施形態では、システムは、（上述した）ファントム、（上述した）空気ポンプ及び（上述した）コンピュータ操作式制御モジュールに加えて、ＣＴスキャナを備える。ある特定の実施形態では、ＣＴスキャナは、ファントムを画像化するように配置／構成されている。単なる非限定的な例として、図９に示すように、ＣＴスキャナ８００は、ベッド８０１に沿ってＣＴスキャナ８００内にファントム２００を移動させるときに当該ファントムをスキャンするように配置／構成することができる。図９に示すように、ＣＴスキャナがシステムに搭載されているいくつかの実施形態では、リニアアクチュエータ１２００及び赤外線制御ボックス１１００などのリニアアクチュエータ及び赤外線ボックスも当該システムに含まれる。

図９は、非限定的な例のシステム２０００を表す。このシステムは、ＲＳＤ制御装置モジュール４００１を含むコンピュータ４０００を備える。コンピュータ４０００は、ＲＳＤ制御装置モジュール４００１を通じてＲＳＤ空気ポンプ５００の機能を制御する。空気ポンプ５００は、空気ホース７００を通じて入力弁３００に接続されている。空気は、空気ホース７００を通じて空気蛇腹３０２内に送達される。これにより、薄いＧｄ水を含む水ボックス２０５の位置が調整される。水ボックス２０５は、低濃度Ｇｄゲルを含む標的２０４を収容する。更に、標的２０４は、高濃度Ｇｄゲルを含む標的２０１を含む。ボックス２００は、バックグラウンド水を含む。システム２０００は、空気出力弁３０１、プラスチックレールキャリア２０３（車輪と共に示される）、ルーラー２０２、ベッド８０１及びＣＴスキャナ８００をも備える。システム２０００は、リニアアクチュエータ１２００及び赤外線ボックス１１００を更に備える。システム２０００では、コンピュータ４０００及びＲＳＤ制御装置モジュール４００１は、電気ケーブル３０００を通じて提供された電気信号を介してリニアアクチュエータ１２００の運動を制御する。いくつかの実施形態では、本発明は、ＭＲＩスキャナ及び／またはベッドがない状態で、図９に表されたシステムを教示する。いくつかの実施形態では、本発明は、図９に表されたシステムをリニアアクチュエータ及び／または赤外線ボックスがない状態で教示する。

各種実施形態では、本発明は、ＰＥＴスキャンの実行が可能な機械を備えるシステムを教示する。いくつかの実施形態では、上述したように、機械は、ＰＥＴ／ＭＲＩスキャナの組み合わせである。いくつかの実施形態では、システムは、（上述した）ＰＥＴ及び／またはＭＲＩスキャンに適したファントム、（上述した）空気ポンプ、ならびに（上述した）コンピュータ操作式制御モジュール、ならびに本明細書に記載されたシステムと関連する任意の別の構成要素を備える。ある特定の実施形態では、ＰＥＴ及び／またはＰＥＴ／ＭＲＩ及び／またはＭＲＩスキャナは、任意の標準的なＰＥＴ、ＭＲＩ／ＰＥＴまたはＭＲＩ方法によってファントムを画像化するように配置／構成されている。単なる非限定的な例として、図１０に示すように、ＭＲＩ／ＰＥＴスキャナ５０００は、ベッド５００１に沿ってＭＲＩ／ＰＥＴスキャナ内にファントム２００を移動させるときに当該ファントムをスキャンするように配置／構成することができる。

図１０は、非限定的な例のシステム６０００を表す。このシステムは、ＲＳＤ制御装置モジュール６０１を含むコンピュータ６００を備える。コンピュータ６００は、ＲＳＤ制御装置モジュール６０１を通じてＲＳＤ空気ポンプ５００の機能を制御する。空気ポンプ５００は、空気ホース７００を通じて入力弁３００に接続されている。空気は、空気ホース７００を通じて空気蛇腹３０２内に送達される。これにより、容器７０００の位置が調整される。容器７０００は、ＰＥＴ薬剤を含む第１の組成物を収容する容器７００１を収納する。容器７０００は、ＰＥＴ薬剤を含む第２の組成物をも収容する。容器７００１内に収容された第１の組成物は、容器７０００内に収容された第２の組成物より高いキュリー値を有する。管７００２は容器７００１と流体連通しており、管７００３は容器７０００と流体連通している。このシステムの他の構成要素の全ては、図８に示したシステムに記載された通りである。ＰＥＴ薬剤に加えて、またはその代わりに、上述したように、第１及び第２の組成物はＭＲＩ薬剤を含んでもよい。いくつかの実施形態では、水ボックス２００が含まれない。いくつかの実施形態では、各組成物は、ＰＥＴ薬剤及び／またはＭＲＩ薬剤に加えて水または塩水を含む液体組成物である。

各種実施形態では、本発明は、被検者の呼吸を模倣するシステムを操作することを含む方法を教示する。いくつかの実施形態では、このシステムは、（１）５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬ〜０．２５Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の濃度の高濃度ガドリニウム（Ｇｄ）ゲルを含む標的と；５×１０^−４Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の濃度の低濃度Ｇｄゲルを収容する標的容器と；５×１０^−６Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−５Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の薄い濃度のＧｄ水を収容する水容器とを含み、標的が、標的容器内に組み込まれ、低濃度Ｇｄゲルによって安定させられ、標的容器が水容器内に密封される、ファントムと；（２）（例えば、本明細書に記載された任意の手法によって）ファントムに機械的に接続された空気ポンプと；（３）空気ポンプによって生成された空気圧を調整するように構成され、それによって次にファントムの位置が調整される、コンピュータ操作式制御装置モジュールとを備える。いくつかの実施形態では、操作されるシステムはリニアアクチュエータを更に備える。いくつかの実施形態では、操作されるシステムは、リニアアクチュエータに作動可能に接続された外部代用物を更に備える。いくつかの実施形態では、空気圧を調整することに加えて、操作されるシステムのコンピュータ操作式制御装置モジュールは、リニアアクチュエータを介して外部代用物の位置を調整するようにも構成されている。いくつかの実施形態では、方法は、本明細書に記載されたように、シミュレーションされた呼吸数を制御することによってシステムを操作することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、システムが呼吸運動をシミュレーションしている間、ＭＲＩスキャンを実行することを更に含む。いくつかの実施形態では、方法は、システムが呼吸運動をシミュレーションしている間、ＣＴスキャンを実行することを更に含む。

各種実施形態では、本発明は、ＭＲＩスキャナを操作すること、及び本明細書に記載されたシステム内に含まれるファントムをスキャンすることを含む方法を教示する。単なる例として、いくつかの実施形態では、本発明は、ＭＲＩ機械を操作して図８に示したファントムをスキャンすることを教示する。

各種実施形態では、本発明は、ＣＴスキャナを操作すること、及び本明細書に記載されたシステム内に含まれるファントムをスキャンすることを含む方法を教示する。単なる例として、いくつかの実施形態では、本発明は、ＣＴスキャナを操作して図９に示したファントムをスキャンすることを教示する。

いくつかの実施形態では、本発明は、ＭＲＩスキャナまたはＭＲＩ／ＰＥＴスキャナを操作すること、及び本明細書に記載されたシステム内に含まれるファントムをスキャンすることを含む方法を教示する。単なる例として、いくつかの実施形態では、本発明は、ＭＲＩまたはＭＲＩ／ＰＥＴスキャナを操作して図１０に示したファントムをスキャンすることを教示する。

いくつかの実施形態では、本発明はキットを教示する。いくつかの実施形態では、キットは、（１）５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬ〜０．２５Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の濃度の高濃度ガドリニウム（Ｇｄ）ゲルを含む標的と；５×１０^−４Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−３Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の濃度の低濃度Ｇｄゲルを収容する標的容器と；５×１０^−６Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−５Ｍｏｌ／ｍＬの範囲の薄い濃度のＧｄ水を収容する水容器とを含み、標的が、標的容器内に組み込まれ、低濃度Ｇｄゲルによって安定させられ、標的容器が水容器内に密封される、ファントム；（２）ファントムに機械的に接続されるように構成された空気ポンプ、及び；（３）空気ポンプによって生成された空気圧を調整するように構成され、それによって次にファントムの位置が調整される、コンピュータ操作式制御装置モジュールのうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、キットは、本明細書に記載されたシステムの別の構成要素のいずれかのうちの１つ以上を更に含む。いくつかの実施形態では、別の構成要素は、リニアアクチュエータ、外部代用物、空気ホース、入力弁、出口弁、回転キャリア、測定ルーラー、コンピュータ、電気ケーブル及びマーカーのうちの１つ以上を含む。

いくつかの実施形態では、本発明は、本明細書に記載されたＰＥＴ及び／またはＭＲＩスキャンに適した任意のファントムを含むキットを教示する。いくつかの実施形態では、キットは、本明細書に記載された１種以上のＰＥＴ薬剤を含む１つ以上の組成物を更に含む。いくつかの実施形態では、キットは、本明細書に記載されたように、１つ以上の好適なファントムを使用してＰＥＴ及び／またはＭＲＩスキャンを実行するための説明書を更に含む。いくつかの実施形態では、キットは、ＭＲＩ及び／またはＰＥＴスキャンに有用である、本明細書に記載されたシステムの１つ以上の構成要素を含む。

以下の実施例は、特許請求の範囲を本発明に限定するように意図されるのではなく、むしろ、ある特定の実施形態の例示であるように意図される。当業者にとって想起される例示された方法のあらゆる変形例は、本発明の範囲内に含まれるように意図される。

概論
４次元（ｆｏｕｒ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ、４Ｄ）コンピュータ断層撮影（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＣＴ）は、現在、呼吸運動を評価し、標的腫瘍に対する治療マージンを決定する放射線治療計画における標準となっている。通常、全ての呼吸位相の結合体積（ｕｎｉｏｎ ｖｏｌｕｍｅ）または最大値投影法から導出された、内部標的体積（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔａｒｇｅｔ ｖｏｌｕｍｅ、ＩＴＶ）を使用して、運動が問題となる大半の治療計画及び照射技術に対して計画標的体積（ｐｌａｎｎｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｖｏｌｕｍｅ、ＰＴＶ）を導出する。一般に、ＩＴＶを使用することによって標的上に十分なマージンが与えられるが、そのことは、周囲の健康な組織に対して潜在的な毒性の上昇を招く可能性もある。位相分解された標的の確定及び運動管理が、臨床診療において強く望まれている。しかしながら、位相分解画像化の実装には、特に外部呼吸代用物を用いた３Ｄ−ＣＴの順次軸方向取得の遡及的ソーティングに基づく再構成の場合、現在の取得ハードウェア及び呼吸位相再構成ソフトウェアの制限のためにいくつかの技術的困難がある。この画像化プロセスは、不規則な呼吸パターン及び低い空間時間的分解能によって生じる運動アーチファクトを顕在化させる傾向がある。肺及び腹部腫瘍を有する５０人の患者に対する遡及的調査においてスキャンの９０％に少なくとも１つのアーチファクトがあると報告されている。４Ｄ−ＭＲＩ技術の近年の進展により、放射線治療における運動評価の問題に対して別の解決策（複数可）が出ている。開発途上にあるリアルタイム３Ｄ体積取得に向けて様々な早期の取り組みがなされてきたが、空間分解能と時間分解能との間のトレードオフにより、腫瘍標的化及び運動評価においてその適用が制限されてきた。２Ｄマルチスライス取得の各ソーティングに基づいてフレームレート及び面内空間分解能を向上させる別の方針が近年提案されている。しかしながら、十分な２Ｄスライスプロファイル及び信号を維持するために、または全体のスキャン時間を短縮するために、スライス分解能を比較的低く（すなわち、３〜１０ｍｍ）したままにする必要がある。更に重要なことに、４Ｄ−ＣＴと同様の画像再構成は、依然として再構成後のスライス画像のソーティングに依存するため、不規則な呼吸及び非等方性の空間分解能に対して脆弱であり、標的伸張及び一部が欠落したアーチファクトを起こす可能性がある。従って、現在利用可能な４Ｄ技術では、放射線治療における位相分解標的画像化に最適な解決策を提供する能力が限られている。本発明者らは、セルフゲート式運動代用物及び遡及的なｋ空間ソーティングに基づく新規の４Ｄ ＭＲＩ方法を近年報告した。４Ｄ取得は、一定のスキャン時間で完了し、高空間分解能と高時間分解能とを両立させる。このアプローチにより、ｋ空間における呼吸位相ソーティング及び再構成が全面的に解決される。この技術の重要な利点の１つは、プレスキャンの選択もスキャン中の外部呼吸代用物の取得も伴わずに位相ソーティングがセルフゲートされることである。この技術により、取得を中断することなく運動の異常値及びアーチファクトを除去することができる。この技術の別の大きな利点は、本技術が等方性の高空間分解能を提供することである。これにより、位相ベースの標的確定及び運動測定において正確な評価が可能となる。

以下で報告される本研究の目標は、ＭＲＩ／ＣＴ互換の呼吸運動ファントムを用いて４Ｄ ＭＲＩ技術の形状検証を行うこと、及び運動ファントムを用いて４Ｄ ＭＲＩ技術を４Ｄ ＣＴと比較することであった。臨床画像化の成果と画像化シーケンスの進展に関する説明とについては先に報告した。

方法
４Ｄ−ＭＲＩ取得
４Ｄ−ＭＲＩシーケンスは、３Ｔでのセルフゲーティング（ｓｅｌｆ−ｇａｔｉｎｇ、ＳＧ）を伴うスポイル勾配エコー法による３Ｄ投影再構成（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ、ＰＲ）シーケンスに基づいている。図１は、４Ｄ画像取得のフローチャートを示す。柔軟な遡及的データソーティングを可能とする２Ｄ黄金比を用いた順位付けでｋ空間の径方向投影を連続的に収集する。画像化標的の呼吸によって誘発されたシフトは、２つの上下（ＳＩ）ｋ空間投影（すなわち、ＳＧ線）の群によって記録される。これらの群は、１５本毎に挿入された径方向投影（すなわち、画像化線）である。２本のＳＧ線間の時間的間隔は約９８ｍｓである（図１（Ａ））。合計８６１６０本の径方向投影線及び５７４４本のＳＧ線が、当研究において使用されたスキャンにおいて８分で得られる。８分の取得時間は、ヒト腹部の画像化研究における本発明者らのこれまでの取り組みに基づいて十分な数のｋ空間投影を提供するように決定された。呼吸位相は、呼吸信号をＳＧ線から抽出することによって分解される。ＳＧ線のフーリエ変換は、全画像化体積の１Ｄ投影を表す。主成分分析（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ、ＰＣＡ）を全てのチャネルからの投影プロファイル時系列に適用することによって呼吸運動信号を抽出した。図１（Ｂ）に示すように、ＳＧ線から導出された相対的なＳＩ変位として標的の呼吸運動がプロットされる。この曲線上で、呼吸サイクルは、２つの隣接呼吸ピークの時間周期によって識別される。運動は、ＳＧによって９８ｍｓ（すなわち、１７×ＴＲ、１５本の画像化線及び２本のＳＧ線の取得による）毎にサンプリングされる。これは、通常の呼吸サイクル長（＞４秒、通常）より非常に短い。位相データをソートするために、呼吸サイクルは、１０個のビンに時間的に均等に分割される。全ての呼吸サイクルに対して同じ位相番号を有するｋ空間データは、最後の名目位相ビンに割り当てられる。図１（Ｃ）に示すように、各ビン（例えば、ビン６）の位相情報は、全ての有効サイクル（図１（Ｂ））に対するその同じビン（例えば、全てビン６）によって与えられる。運動アーチファクトを抑制するために、異常な時間周期または不整合位置（≧平均±２標準偏差）を有するセグメントは異常値とみなされ（例えば、図１（Ｃ）の点線の円）、位相ビニングから除外される。ｋ空間データをソートした後、それぞれの各位相１２６の画像が、自己較正式の感度符号化（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｅｎｃｏｄｉｎｇ、ＳＥＮＳＥ）再構成法を用いて再構成される。この再構成法は、受信コイルの感度情報を使用してエイリアシングアーチファクトを抑制する。バイアスフィールドなどの他の補正は、４Ｄ再構成において使用されなかった。ファントム実験では、４Ｄ−ＭＲＩの立体画像化体積を、次の画像化パラメータ：ＦＯＶ（３００×３００×３００ｍｍ^３）、空間分解能（１．５６×１．５６×１．５６ｍｍ^３）、フリップ角（１０度）、ＴＲ／ＴＥ＝５．８／２．６ｍｓ、読出しバンド幅＝３９９Ｈｚ／画素、非選択的水励起ＲＦパルス、を有する可動ファントムの中心に配置した。再構成された４Ｄ−ＭＲＩ画像セットは１０の時間的位相からなる。

ＭＲＩ−ＣＴ呼吸運動ファントム
４Ｄ−ＭＲＩシーケンス及び４Ｄ ＣＴ画像化の性能を検証するようにＭＲＩ−ＣＴ互換ファントムを設計した。高濃度ガドリニウム（Ｇｄ）ゲルで満たされた球面標的（直径２３ｍｍ、体積６．３７ｍｌ）をプラスチックボックス（３５×４０×６３ｍｍ^３）内に組み込み、低濃度Ｇｄゲルによって安定させた。プラスチックボックスをプラスチック支持体によって更に安定させ、水容器内に密封した。ＭＲＩとＣＴの両方の画像化に対して標的とバックグラウンドとの間のコントラストが同程度になるようにファントムを設計した。ファントムは、ＭＲＩ室の外に設置された空気ポンプによって駆動される上下運動を生じさせることができる。ヒトの呼吸運動を、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｐｈａｎｔｏｍ（モデルＲＳ−１５００、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ（ＲＳＤ）、商標）の制御装置モジュールを用いて模倣した。これは、各種のヒトの呼吸数（２〜２０秒／サイクル）及び呼吸深度（３〜３０ｍｍ）を生じさせる能力を有する。ＲＳＤ制御装置モデルは、２つの呼吸信号、すなわち、空気ポンプによって生成される加圧空気と、リニアアクチュエータによって生成される機械運動とを提供することが可能である。前者は、ＣＴとＭＲＩの両方のスキャン中、ＳＩ方向にファントムを駆動するために使用され、後者の出力は、４Ｄ−ＣＴスキャンの間に運動代用物を前後（ＡＰ）方向に駆動するために使用される。本発明者らの実験では、運動システムは、隔壁運動（標的）及び胸壁運動（ＲＰＭボックス）を用いてヒトの呼吸パターンをシミュレーションした。これを達成するために、外部代用物（ＲＰＭボックス）を、９０度の位相シフトを除いて同じ呼吸数及び振幅の標的入力信号によって駆動した。実験の前に、２つの運動を同期させるようにシステムを較正し、この同期をビデオ録画によって更に検証した。従って、外部代用物の運動が協調していないことに起因する運動アーチファクトが除去された。制御装置パラメータを調整し、入出力空気量を調節することによって呼吸数及び呼吸深度を較正した。呼吸数及び呼吸深度の関数としての較正済み曲線を図２に示す。その結果、ファントムは、毎分４〜３０回の呼吸サイクルの間でヒト型呼吸パターンを生じさせることが可能である。加えて、呼吸数（ＲＲ）は、呼吸深度に反比例する。これにより、浅い呼吸深度では速い呼吸速度が生じ（例えば、３０回／分、２ｍｍ）、深い呼吸では遅い呼吸速度が生じる（例えば、６回／分、２０ｍｍ）可能性がある。４つの呼吸速度設定、すなわち、毎分６、１０、１５及び２０回を、ＭＲＩ及びＣＴ取得において使用されるように選択して、それらの対応する呼吸サイクル時間及び呼吸深度が１０秒／２０ｍｍ、６秒／１５ｍｍ、４秒／１０ｍｍ及び３秒／７ｍｍとなるようにした。スキャン中、運動のグラウンドトゥルースを入力信号から得、リアルタイムビデオ録画によって検証した。

４Ｄ ＣＴ取得
４Ｄ ＣＴ画像を、ＧＥ ＣＴ５９０ ＣＴスキャナを用いてシネモードによって取得した。各４Ｄ ＣＴの前にファントムをヘリカルモードでスキャンして、静的３Ｄ画像を取得した。４Ｄ−ＣＴスキャン中、ＲＳＤ運動制御装置によって操作されるリニアアクチュエータを使用して外部の呼吸ＡＰ運動を生じさせた。赤外線マーカーでラベル付けされたＲＰＭボックスをリニアアクチュエータの先端に配置した。このボックスは、４Ｄ−ＣＴスキャン中、Ｖａｒｉａｎ ＲＰＭシステムによって追跡することができる。リニアアクチュエータのＡＰ運動を、空気ポンプの出力のＳＩ運動に対して９０度（直交）となるように設定した。

推定された呼吸周期より長い１．５秒に設定されたシネ期間（ｃｉｎｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ）の間、ＲＰＭシステムから画像を取得した。スキャンパラメータを、１秒のガントリー回転、０．２秒のシネ間隔に設定した。スライス厚を、２．０ｃｍより長い運動範囲に対して２．５ｍｍに設定し、２．０ｃｍ以下の運動範囲に対して１．２５ｍｍに設定した。４Ｄ−ＣＴ画像を、ＧＥ Ａｄｖａｎｔａｇｅ ４Ｄソフトウェアによって再構成した。具体的には、未処理の４Ｄ−ＣＴシネ画像を、呼吸位相ベースのビンに遡及的にソートした。未処理のシネ画像における各ＣＴスライスに対し、ＲＰＭトレースとＣＴデータ取得との間の時間的相関に従って位相番号を割り当てた。次いで、同じ位相を有する画像を使用して３Ｄ−ＣＴデータセットを構成し、１０の呼吸位相（すなわち、０％〜９０％まで１０％間隔の位相）に遡及的にソートした。

運動及び形状評価（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）
４Ｄ−ＣＴ及びＭＲＩ画像を、治療計画システム（Ｖａｒｉａｎ Ｅｃｌｉｐｓｅ ｖ１１．０）及び画像切り出しソフトウェアにインポートして（ＩＴＫ−ＳＮＡＰ（Ｐ．Ｙｕｓｈｋｅｖｉｃｈ，ｅｔ ａｌ．“Ｕｓｅｒ−ｇｕｉｄｅｄ ３Ｄ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎａｔｏｍｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ” Ｎｅｕｒｏｉｍａｇｅ，３１，１１１６−２８（２００６）を参照）、形状評価を行った。Ｅｃｌｉｐｓｅ内の４Ｄ−ＣＴモジュールを用いて、４Ｄ−ＣＴ及び４Ｄ−ＭＲＩスキャンセットに対して４Ｄ構成セットを作成した。ＣＴ及びＭＲＩ ４Ｄ画像セットによって視覚化された標的運動を、各データセット中のそれぞれの各位相における球体の重心位置を介して追跡した。一方、球体のグラウンドトゥルース位置を、録画されたビデオ及びリアルタイム２Ｄ ＭＲＩシーケンス画像で測定した。球体標的の輪郭を、２人のユーザーによって全ての位相分解画像に対して手動で描画した。描画された輪郭に基づき、ソフトウェアを用いて体積を測定した。球体のグラウンドトゥルース体積（ｇｒｏｕｎｄ ｔｒｕｔｈ ｖｏｌｕｍｅ、ＶＧＴ）を物理的パラメータ（直径２．３ｃｍ、体積６．３７ｍｌ）から計算し、静的ヘリカル３Ｄ−ＣＴ画像によって検証した。４Ｄ画像の場合、測定値とグラウンドトゥルース体積との体積差ｄＶ＝ＶＭｅａｓｕｒｅｄ−ＶＧＴ及び差の百分率ｄＶ％＝（ＶＭｅａｓｕｒｅｄ―ＶＧＴ）／ＶＧＴ、ならびにその差の百分率の絶対値｜ｄＶ％｜を比較することによって体積偏差を計算した。ここで、本発明者らは、体積偏差が、実際の患者の４Ｄ ＣＴまたはＭＲＩスキャンにおける全腫瘍体積（ｇｒｏｓｓ ｔｕｍｏｒ ｖｏｌｕｍｅ、ＧＴＶ）において、運動によって誘起された誤差を表すと仮定した。

標的表現の形状精度を調査するために、画像化された標的を、半主軸長ａ及び半短軸長ｂを有する回転楕円体として更に特徴付けた。これらの軸長を得るために、それぞれの各位相の輪郭を含むＤＩＣＯＭ構成セットをエクスポートし、ＭＡＴＬＡＢ（商標、ｖ８．１）で後処理した。球状標的の２つの形状パラメータ（扁平率及び偏心率）を計算した。扁平率（Ｆ）は、２つの軸長の差の半主軸長に対する比Ｆ＝（ａ−ｂ）／ａを測定し、偏心率（Ｅ）は、円形からの偏差

を表す。最後に、Ｍａｎｎ−Ｗｈｉｔｎｅｙ試験（Ｕ試験）を利用して、運動追跡と位相ベースの標的確定の両方において４Ｄ ＭＲＩとＣＴとの性能を比較した。

結果
位相分解された再構成の結果
４Ｄ ＭＲＩ及び４Ｄ ＣＴスキャンを、４つの呼吸数（ＲＲ）、すなわち、毎分６、１０、１５及び２０で作動２２８させた動的ファントムに対して取得した。各４Ｄスキャンを１０の位相に再構成した。図３は、ファントムの４Ｄ−ＣＴ及び４Ｄ−ＭＲＩデータセットからの位相分解画像を、その静的３Ｄ−ＣＴ画像と比較して示す。図に示すように、ＣＴ画像中の球体標的は、ＭＲＩ画像中の球体標的と同様のグレーレベル及びコントラストを有する。図４は、それぞれの位相１、３、５、７及び９からの画像を使用し、異なる呼吸数で取得した、４Ｄ−ＣＴ画像と４Ｄ−ＭＲＩ画像との差を視覚的に示す。図４（Ａ、Ｃ、Ｅ及びＧ）に示した４Ｄ−ＣＴ画像のように、位相１の画像は、静止画像と視覚的に類似しているのに対し、他の位相画像は、多少の運動アーチファクト、例えば、標的伸張（位相５、ＲＲ＝１５）及び収縮または一部が欠落した情報（位相３、ＲＲ＝１５）を有するように見える。低速運動モード（ＲＲ＝６）中に取得された画像ではアーチファクトがより少なくなるように見えることが明らかでもある。４Ｄ−ＣＴとは対照的に、位相分解された４Ｄ−ＭＲＩ画像には、４Ｄ−ＣＴ画像において見られたものと類似の運動アーチファクトがない。図４（Ｂ、Ｄ、Ｆ及びＨ）の４Ｄ−ＭＲＩに示すように、異なる位相及び異なる呼吸数における全ての画像が、（例えば、ＲＲ＝２０における４Ｄ−ＭＲＩの位相３とＲＲ＝６における位相３の４Ｄ−ＭＲ画像とを比較すると）ほぼ同等の画質を有する。これらの結果は、４Ｄ−ＭＲＩが、様々な呼吸数で安定した空間時間分解能を有することを示す。

位相分解された形状測定の結果
標的体積を、２人のユーザーによって計画ソフトウェアと切り出しソフトウェアの両方で輪郭描写し、測定した。Ｗｉｌｃｏｘｏｎ試験の結果は、様々な操作者によって描かれた輪郭の間に有意差がない（ＣＴ画像の場合はｐ＝０．０００３、ＭＲＩ画像の場合はｐ＜＜０．０００１）ことを示した。図５は、位相の関数としてプロットされた測定後の体積を示す。同じＲＲ設定に対して、４Ｄ−ＭＲＩでの標的体積はグラウンドトゥルース体積と非常に近いのに対し、４Ｄ−ＣＴのいくつかの位相は大きい体積測定誤差を示す。ＲＲ＝１５の場合の図４（Ｆ）のＣＴ画像に示すように、標的球体は、位相３（５．１８ｍｌ）で縮小するのに対し、位相５（７．２７ｍｌ）で伸張する。このことは、４Ｄ−ＣＴ再構成における運動アーチファクト及び位相ソーティングエラーに起因する。グラウンドトゥルース体積（６．３７ｍｌ）を所与として、４つの設定に対する体積の百分率偏差（ｄＶ％）を計算し、図６に示した。

表Ｉは、位相分解された体積測定における４Ｄ−ＣＴ及び４Ｄ−ＭＲＩの性能をまとめたものである。４Ｄ−ＣＴの場合、絶対体積誤差は、５．３±４．３％（ＲＲ＝６）〜１０．３±５．９％（ＲＲ＝２０）まで、呼吸数の増加と共に増加する。最小及び最大の位相分解された体積も同じ傾向を示す。４Ｄ−ＭＲＩの場合、異なるＲＲにおける体積誤差は、全て３％未満であり、かつ呼吸数に依存していない。全てのＲＲ設定をまとめると、全体的な体積誤差は、４Ｄ−ＣＴの場合に８．４±５．６％であり、４Ｄ−ＭＲＩの場合に１．８±１．３％である。Ｍａｎｎ−Ｗｈｉｔｎｅｙ試験を利用して、体積測定の観点から４Ｄ−ＣＴと４Ｄ−ＭＲＩとの統計差を調査すると、結果はｐ＝０．０２７であった。

（表Ｉ）位相分解された４Ｄ−ＭＲＩ及び４Ｄ−ＣＴ画像によって測定された標的体積。精度は、グラウンドトゥルース（６．３７ｍｌ）に対する百分率偏差によって評価され、最小体積及び最大体積によって示される。

４Ｄ−ＣＴ及び４Ｄ−ＭＲＩにおける扁平率及び偏心率の計量結果を表ＩＩで比較する。体積測定の傾向と同様に、４Ｄ−ＣＴの場合の扁平率及び偏心率の各平均値も、呼吸数の増加と共に増加する。これらの結果は、標的速度が速くなるとより多くの運動アーチファクトが誘起されて、最初の球体形状からの偏差が大きくなることを示す。しかしながら、４Ｄ−ＭＲＩの場合、これらの形状偏差は共に、４Ｄ−ＣＴの結果より非常に小さく、呼吸数が増加したときも安定したままである。２つのパラメータに対するＭａｎｎ Ｗｈｉｔｎｅｙ試験の結果は、扁平率に対してｐ＝０．００１、偏心率に対してｐ＝０．０００５であり、４Ｄ−ＣＴと４Ｄ−ＭＲＩとの性能が著しく異なることを示唆する。体積測定と共に、全体的な結果は、提案された４Ｄ ＭＲＩが位相ベースの標的確定及び形状測定の観点からＣＴより著しく優れていることを示唆する。

（表ＩＩ）位相分解された４Ｄ−ＭＲＩ及び４Ｄ−ＣＴ画像によって測定された形状パラメータ。

位相分解された運動検出の結果
標的運動を、それぞれの各位相の球体の重心を追跡することによって測定した。その運動のグラウンドトゥルースを入力信号及びビデオ録画から得た。各方法の比較を評価するために、標的の運動位相及び運動振幅を測定した。図７は、４Ｄ−ＣＴ及び４Ｄ−ＭＲＩ対グラウンドトゥルースによって測定された、位相分解された標的位置を示す。ＲＲの増加と共に、吸入位相（曲線上の谷）は、曲線の中心（位相６から位相５）にシフトする。２つのモダリティのそれぞれによって検出された全体の運動位相は、グラウンドトゥルースによく一致する。

異なる呼吸数における運動振幅が計算され、表ＩＩＩに列挙されている。運動振幅は、呼吸数の増加と共に減少し、７．７ｍｍ〜２０．１ｍｍの範囲である。これらの結果は、２つのモダリティが、運動振幅の検出の観点から同程度の精度を達成することを示唆する。ただし、４Ｄ−ＭＲＩからの値が数値的により良好である。ＲＲ＝１０、１５及び２０における４Ｄ−ＣＴの空間分解［１．２７×１．２７×１．２５ｍｍ］が、４Ｄ−ＭＲＩの分解能［１．５６×１．５６×１．５６ｍｍ］と同等であることに注意されたい。ただし、ＲＲ＝６の４Ｄ−ＣＴスキャンの場合のスライス厚を、スキャン範囲要件のために２．５ｍｍに増加させる必要があることを除く。Ｍａｎｎ−Ｗｈｉｔｎｅｙ試験は、４Ｄ ＭＲＩを用いた運動検出が、４Ｄ ＣＴを用いた運動検出と統計学的に等価（ｐ＝０．８２８）であったことを示す。要約すると、これらの結果は、４Ｄ ＭＲＩが、各位相における標的の形状及び体積を正確に確定するために使用可能であり、標的運動範囲の測定に対して４Ｄ ＣＴと同等の（またはより良好な）性能となり得ることを示す。

（表ＩＩＩ）異なる呼吸数における４Ｄ−ＣＴ及び４Ｄ−ＭＲＩによって測定された運動振幅。ここで、運動振幅は、最小移動距離と最大移動距離との差であり、グラウンドトゥルースは、取得されたビデオで運動マーカーを測定することによって得られる。

考察
ＭＲＩ画像化は、軟組織コントラストが向上するというその利点のために放射線治療の治療計画に対して広範囲に使用されている。イオン化を含まないため、ＭＲＩは、放射線照射を伴わない診断、計画、治療室内モニタリング及び治療応答評価に対する包括的な治療画像化ソリューションを患者に提供することができる。ＭＲＩリニアック及び他のＭＲＩベースの治療システムの近年の発展に伴い、ＭＲＩベースの治療室内モニタリング方法がこれらのシステムにとって非常に重要となりつつある。同時に、多くの臨床現場においてＭＲＩを初期シミュレーションとして使用することや放射線治療のための画像化モダリティを計画することにも集中的な取り組みが費やされている。シミュレーション、計画及び／または治療ガイダンスにＭＲＩを利用するいかなる事例においても、正確な４Ｄ−ＭＲＩは、ＭＲＩによって誘導または監視される放射線治療の臨床使用において運動管理の必須構成要素となるであろう。４Ｄ−ＭＲのための技術が近年いくつか提案されている。しかしながら、これらのアプローチの大多数は、運動代用物として外部ゲート（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｇａｔｅｄ）の、またはオーバーヘッドを伴うプレスキャンに依然として依存するため、これらの方法の運動アーチファクトに対する空間時間的分解能及び安定性が制限される。本明細書に記載されたセルフゲートベースのｋ空間ソート式４Ｄ−ＭＲアプローチは、シーケンス設計及び再構成アルゴリズムにおけるこれらの課題を本質的に解決する。この方法は、簡略化されたスキャン手順、本質的な運動アーチファクト耐性、高等方性空間分解能及び高時間分解能を特徴とする。本研究は、提案された４Ｄ−ＭＲ方法が、それぞれの各位相で標的の形状及び体積を確定する観点から４Ｄ−ＣＴより優れており、画像化データにおいて高分解能かつ等方性分解能をも達成しつつ運動位相及び運動振幅に対する正確な測定を提供することを示す。

本発明者らの知る限り、この取り組みは、位相分解された標的形状の観点からの４Ｄ−ＭＲＩの品質保証、及びヒトの呼吸運動を模倣するファントムを用いた運動に対する最初の包括的研究である。この研究の重要な一部は、ＭＲＩ／ＣＴ互換ファントムの設計であった。この設計の目標は、いずれの画像化モダリティにも同様に関連したファントムを作製することであった。水ゲル混合物を使用したが、その理由としては、当該混合物が、典型的なバックグラウンドの軟組織信号をＣＴとＭＲの両方に提供するためである。標的においてコントラストを生じさせるために、高濃度ガドリニウム（Ｇｄ）を標的球体中で希釈し、ＣＴとＭＲの両方でより良好なＳＮＲが得られるようにした。標的の外側のプラスチックは、ＣＴとＭＲＩの両方で明確に定められた境界をも確保した。これらの設計決定により、２つの画像モダリティの間の画質の差を最小化することに成功した。

この研究における４Ｄ−ＣＴの結果は、文献における典型的な４Ｄ−ＣＴファントムの研究と同等である。機関相互の研究では、４Ｄ−ＣＴの品質保証において市販のクエーサーファントム（Ｑｕａｓａｒ ｐｈａｎｔｏｍ）を使用した。この場合、直径１５ｍｍ（１．７７ｍｌ）と直径３０ｍｍ（１４．１ｍｌ）との異なるサイズを有する２つの標的を使用した。ＲＲ＝１０及び２０の場合の１．５ｃｍ及び２．５ｃｍの運動を所与として、それらの結果は、１つの位相（中間−換気、終末−吸気及び終末−呼気）における体積検出誤差が、標的が小さい場合に１３．４〜３２．６％であり、標的が大きい場合に２．５〜８．０％であることを示した。現在の取り組みでは、標的のサイズは、これら２つの両極端（直径２３ｍｍ、６．３７ ３５０ｍｌ）の間にあり、５．２〜１０．３％の平均体積誤差を有する。４Ｄ−ＣＴとの比較によれば、本明細書で報告されたｋ空間セルフゲート式４Ｄ−ＭＲＩ（平均体積誤差１．５〜２．１％）は、位相分解された体積の確定において非常に優れた性能（ｐ＝０．０２７）を達成する。呼吸数（標的運動速度の指標）は、４Ｄ画像の画質に対する重要な要因である。本発明者らの４Ｄ−ＣＴの結果は、位相分解された形状及び体積の偏差が運動速度の増加と共に増加することを示す。呼吸速度が速いと、４Ｄ−ＣＴは、それぞれの各位相に対して標的形状を正確に識別することに失敗しやすくなる。このことは、位相ソーティングベースの４Ｄ−ＣＴ再構成の制限に起因する。この制限は、外部運動代用物と実際の標的運動との間の相関に依存する。４Ｄ−ＣＴと比較して、４Ｄ−ＭＲＩの画質は、標的運動速度に対してそれほど敏感ではない。実際には、呼吸速度が速いと、所与のスキャン時間（８分間）においてより多くのセルフゲート信号が生成される。従って、４Ｄ−ＭＲＩの画質は運動速度から影響を受けない。図４に示すように、４Ｄ−ＭＲＩにおける全てのそれぞれの位相は、同一の品質を保ち、運動アーチファクトをほとんど含まない。この利点により、異なる位相及び呼吸数で測定された標的体積は全て５％以内にある（図６（Ｂ））。目視比較による画質は、４Ｄ−ＭＲＩが、位相に依存せず、かつ運動に依存しない優れたアーチファクト耐性を有することをも示す。

運動アーチファクトを誘起し得る別の要因は不規則な呼吸パターンであり、それは患者において一般に見られる。４Ｄ−ＣＴ画像は、通常、外部呼吸代用物を用いた３Ｄ−ＣＴの順次軸方向取得の遡及的ソーティングに基づいて再構成される。不規則な呼吸の場合、遡及的なスライスソーティング中、補正された呼吸位相とあまり相関していないくつかのスライスにおいて位置の不整合が誘発され得る。位相ソーティングエラーがあると、正しい位相画像スライスがその近くの位相画像スライスによって置換され得る。ミスソーティングが構造物（例えば、標的）の境界で起きた場合、余分な境界スライス（標的−伸張）、または欠落した境界スライス（標的−収縮）がスキャン済みの標的に誘発される可能性がある。

現時点では、単一の４Ｄ−ＣＴスキャンシステムは、不規則な呼吸を適切に処理することができない。この種類の運動アーチファクトを低減するためにいくつかの方法が提案されている。例えば、音声／ビデオコーチング、及び呼吸周期に対してスキャンパラメータを適合させることなどである。同様に、不規則な呼吸により、遡及的なスライスソーティングベースの４Ｄ−ＭＲＩ技術に対する課題が潜在的に生じるであろう。本発明者らの４Ｄ−ＭＲＩ技術は、呼吸不規則性の影響を受けにくいように設計されている。運動アーチファクトを低減するために、異常時間周期または不整合位置（≧平均±２標準偏差）を有する、ＳＧとラベル付けされたセグメント信号が再構成から除外される。この方針は、スキャンプロセスと干渉せず、不規則な呼吸パターンに対して通常脆弱であるプロスペクティブ同期を回避する。スキャン期間が連続８分間の取得であるため、スキャン時間全体にわたる有効データがあれば、一部の孤立データを除去しても良質な位相再構成を得るのに十分である。

結論
ＭＲＩ／ＣＴ互換ファントムを用いて、近年開発されたセルフゲートベースのｋ空間ソート式４Ｄ−ＭＲＩ技術を評価し、４Ｄ−ＣＴ技術と比較してきた。４Ｄ ＭＲＩ技術は、典型的な運動アーチファクトを回避すると共に位相ベースの標的形状を正確に測定するための確固としたアプローチを提供する。４Ｄ−ＣＴと比較して、現在の４Ｄ−ＭＲＩ技術は、優れた空間時間的分解能と共に、急速な標的運動及び不規則な呼吸パターンに起因する運動アーチファクトに対する強い耐性を示す。本技術は、腹部標的化や運動同期において、更にはＭＲＩベースの適応型放射線治療の実施に向けて広範囲に使用することができる。

上述した各種の方法及び技術は、本発明を実施するための多くの方法を提供する。当然のことながら、必ずしも全てではない記載された目的または利点が、本明細書に記載された任意の特定の実施形態に従って達成可能であることを理解すべきである。従って、例えば、当業者は、本方法が、本明細書において教示された１つの利点または利点のグループを、本明細書において教示または示唆された他の目的または利点を必ずしも達成することなく達成または最適化するように実行することが可能であることを認識するであろう。様々な代替例が本明細書において言及される。いくつかの好ましい実施形態は、１つの、別の、またはいくつかの特徴を具体的に含むが、他の実施形態は、１つの、別の、またはいくつかの特徴を具体的に排除し、なお他の実施形態は、１つの、別の、またはいくつかの有利な特徴を含むことによって特定の特徴を緩和することを理解すべきである。

更に、当業者は、種々の実施形態からの各種の特徴の適用性を認識するであろう。同様に、上述した各種の要素、特徴及びステップ、ならびにかかる各要素、特徴またはステップについての他の周知の均等物は、本明細書に記載された原理に従って方法を実行するために、当業者によって様々な組み合わせで使用することができる。各種の要素、特徴及びステップのうち、一部のものは具体的に含まれ、他のものは様々な実施形態において具体的に排除される。

本出願は、ある特定の実施形態及び実施例の文脈において開示されているが、本出願の実施形態は、具体的に開示された実施形態を超えて他の代替的な実施形態ならびに／または使用例及び変更例、ならびにそれらの均等物に及ぶことが当業者によって理解されよう。

いくつかの実施形態では、本出願の特定の実施形態を説明する文脈において（特に、以下の請求項のいくつかの文脈において）使用された用語「ａ」及び「ａｎ」ならびに「ｔｈｅ」、ならびに類似の指示は、単数形と複数形との両方を対象とするように解釈することが可能である。本明細書における値の範囲の記載は、その範囲内に属する各個別の値に個々に言及する略記法として機能するように単に意図される。本明細書に別段の指示がない限り、各個別の値は、それらが個々に本明細書に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載された全ての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに否定されていない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書のある特定の実施形態に関して提供されたいずれか及び全ての例または例示的な語句（例えば、「ｓｕｃｈ ａｓ（など）」）の使用は、単に、本出願をより明らかにすることを意図しており、別に特許請求されない限り、本出願の範囲に限定を課すものではない。本明細書中の語句はいずれも、本出願の実施に不可欠である任意の特許請求されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。

本出願の好ましい実施形態は、本発明者らに知られた、本出願を実施するためのベストモードを含めて、本明細書に記載されている。それらの好ましい実施形態の変形例は、前述の記載を読めば当業者にとって明らかとなるであろう。当業者は、かかる変形例を必要に応じて使用することができ、本出願は、本明細書に具体的に記載されたものとは別な形で実施することができると考えられる。従って、本出願の多くの実施形態は、適用可能な法律によって許容されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載された主題の全ての変更例及び均等物を含む。更に、その全ての可能な変形例における上述した要素の任意の組み合わせは、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに否定されていない限り、本出願によって包含される。

本明細書で参照された、論文、書籍、明細書、刊行物、文書、事項及び／または同種のものなどの全ての特許、特許出願、特許出願の刊行物及び他の資料は、ここにおいて、あらゆる目的のためにそれらの全体がこの参照によって本明細書に組み込まれる。ただし、それらに関連する任意の出願経過履歴、本文書と一致しない、もしくは矛盾するそれらのいずれか、または本文書に現在もしくは後に関連する特許請求の範囲の最も広い範囲に関して限定する影響を有し得るそれらのいずれかを除く。一例として、組み込まれた資料のいずれかに関連する用語の説明、定義、及び／または使用と、本文書に関連する用語との間に何らかの不一致または矛盾が存在する場合、本文書内の用語の説明、定義及び／または使用が優先するものとする。

最後に、本明細書に開示された本出願の実施形態が本出願の実施形態の原理の例示であることを理解すべきである。利用可能な他の変更例は本出願の範囲内にあり得る。従って、一例として、限定ではないが、本明細書の教示に従って本出願の実施形態の別の構成を利用することができる。従って、本出願の実施形態は、正確に図示及び記載されたものに限定されることはない。

Claims (19)

1. （１）第１の濃度のガドリニウム（Ｇｄ）を有する第１のゲルを含む標的と、
   Ｇｄの前記第１の濃度より低い第２の濃度のＧｄを有する第２のゲルを収容する標的容器と、
   ５×１０^−６Ｍｏｌ／ｍＬ〜５×１０^−５Ｍｏｌ／ｍＬのＧｄ濃度を有する水を収容する水容器と
   を含み、前記標的が、前記標的容器内に組み込まれかつ前記第２のゲルによって安定させられ、前記標的容器が前記水容器内に収容される、ファントム；
   （２）折り畳み式空気容器であって、前記折り畳み式空気容器の膨張によって前記ファントムを移動させるように前記ファントムに作動可能に接続された前記折り畳み式空気容器；
   （３）前記折り畳み式空気容器と流体連通している空気ポンプ；および
   （４）前記空気ポンプによって生成された空気圧を調整するように構成され、それによって次に前記ファントムの位置が調整される、電子制御装置
   を備えるシステム。
2. 前記標的は球形である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電子制御装置は、前記システムにヒトの呼吸運動を模倣させるように構成された制御装置モジュールを備える、請求項１に記載のシステム。
4. １サイクル当たり２〜２０秒の呼吸数、及び３〜３０ｍｍの呼吸深度をシミュレーションするように構成されている、請求項３に記載のシステム。
5. 空気吸入口を更に備え、前記空気吸入口は、前記折り畳み式空気容器に接続されかつ前記折り畳み式空気容器と流体連通している、請求項１に記載のシステム。
6. 前記空気吸入口は空気吸入弁を備え、前記空気吸入弁は、空気を前記折り畳み式空気容器内に流入のみさせる一方向弁である、請求項５に記載のシステム。
7. ホースを更に備え、前記ホースの第１端は前記空気吸入口に接続され、前記ホースの第２端は前記空気ポンプに接続されている、請求項６に記載のシステム。
8. 外部代用物に取り付けられたリニアアクチュエータを更に備え、前記外部代用物は１つ以上のマーカーを備え、前記リニアアクチュエータは前記ファントムに取り付けられている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記マーカーの１つ以上は赤外線マーカーである、請求項８に記載のシステム。
10. 前記外部代用物はＲＰＭボックスである、請求項９に記載のシステム。
11. 前記リニアアクチュエータは、前記電子制御装置と電子的に通信し、前記電子制御装置は、前記リニアアクチュエータの運動を制御するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
12. 前記電子制御装置はＲＳＤ制御装置である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ファントムを載せるプラットフォームを更に備える、請求項１に記載のシステム。
14. 前記プラットフォームは、前記プラットフォームを進めるように構成された１つ以上の車輪を備える、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記プラットフォームの前記１つ以上の車輪を載せるベッドを更に備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記プラットフォームの前記１つ以上の車輪に対応するように構成された１本以上のレールを更に備える、請求項１５に記載のシステム。
17. 磁気共鳴画像化スキャナを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
18. コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記折り畳み式空気容器は蛇腹である、請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム。

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