JP7041072B2 - サイレント３ｄ磁気共鳴フィンガープリンティング - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴撮像に関し、詳細には、磁気共鳴フィンガープリンティングに関する。

磁気共鳴（ＭＲ）フィンガープリンティングは、様々な材料又は組織からの信号が測定ＭＲ信号に一意の寄与を有するように、適切な傾斜切り替えにしばしば関連する、時間的に分散されたいくつかのＲＦパルスが印加される技術である。大きな一セットの又は固定数の物質からの事前に計算した信号寄与のディクショナリが、各単一のボクセル内の測定ＭＲ信号と比較される。さらに、各ボクセル内の組成もさらに決定することができる。例えばボクセルが、水分、脂肪及び筋肉組織しか含まないことがわかっている場合、これらの３つの材料からの寄与のみを考慮すればよく、そのボクセルの組成を正確に決定するためには、いくつかのＲＦパルスしか必要でない。より高い分解能を有するより大きなディクショナリが使用される場合、ＭＲフィンガープリンティングを用いて、ボクセルの様々な組織パラメータ（例えばＴ１、Ｔ２、…）を同時に且つ定量的に決定することができる。

磁気共鳴フィンガープリンティング技術は、Ｍａ他によるジャーナル論文「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ」（Ｎａｔｕｒｅ、第４９５巻、１８７～１９３頁、ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎａｔｕｒｅ１１９７１）において紹介された。磁気共鳴フィンガープリンティング技術は、米国特許出願公開第２０１３／０２７１１３２（Ａ１）号及び第２０１３／０２６５０４７（Ａ１）号にも記載されている。

米国特許出願公開第２０１５／００７００１２号には、核磁気共鳴（ＮＭＲ）フィンガープリンティングの間に発生する音を最適化する方法が開示されている。１つのＮＭＲ装置例は、ＮＭＲ信号のセットを取得するために患者に関連する（ｋ、ｔ、Ｅ）空間を反復的且つ可変的にサンプリングするＮＭＲロジックを含む。ＮＭＲ信号のセットのメンバーは、（ｋ、ｔ、Ｅ）空間内の異なる点に関連付けられる。サンプリングは、ｔ及び／又はＥを一定でないやり方で変化させながら実施される。変動するパラメータは、フリップ角、エコー時間、ＲＦ振幅及び他のパラメータを含んでもよい。パラメータは、取得ブロックに応答して発生する音を、所望の音のセットにマッチングさせやすくするように異なる取得ブロックにおいて変えられる。所望の音のセットは、楽曲とすることができる。

本発明は、独立請求項における磁気共鳴撮像システム、コンピュータプログラム製品及び方法を提供する。実施形態は、従属請求項に提供される。

例は、ゼロエコー時間（ＺＴＥ）空間符号化を用いた縦磁化準備パルスを組み合わせた修正された磁気共鳴フィンガープリンティング技術を使用する。縦磁化準備パルスは、磁気共鳴フィンガープリンティング符号化に使用され、ＺＴＥは、三次元空間符号化を提供する。２つを組み合わせることで、いくつかの利点が生まれる。第一に、骨又は他の結合組織など、Ｔ２緩和時間が非常に短いと考えられる組織を含むように、分類可能な様々な組織のタイプが増やされる。第二に、音響ノイズをなくす又は著しく減少させるパルスシーケンスを構成することができる。

Ｍａ他によるＮａｔｕｒｅの論文は、磁気共鳴フィンガープリンティングの基本概念と、本明細書では「事前計算した磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ」、「磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ」及び「ディクショナリ」と呼ぶディクショナリといったこの技術を説明するために使用される専門用語とを紹介している。

磁気共鳴（ＭＲ）データは、本明細書においては、磁気共鳴撮像走査中に磁気共鳴装置のアンテナを用いて原子スピンにより発せられた無線周波数信号の記録された測定結果として定義される。磁気共鳴データは、医療画像データの一例である。磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像は、本明細書においては、磁気共鳴撮像データ内に含まれる解剖学的データの再構成された二次元又は三次元視覚化として定義される。この視覚化は、コンピュータを用いて行うことができる。

一態様において、本発明は、撮像ゾーン内の対象者からの磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムを提供する。磁気共鳴撮像システムは、機械実行可能命令を格納するメモリを含む。メモリは、さらに、パルスシーケンスコマンドを格納する。パルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴撮像システムによる取得を制御するのに使用されるコマンドである。又は、パルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴撮像システムを直接制御するそうしたコマンドに容易に変換可能なデータである。パルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴撮像システムの構成要素によって実行されると、磁気共鳴撮像システムに、磁気共鳴フィンガープリンティング技術に従って磁気共鳴データを取得させる。換言すると、取得された磁気共鳴データは、所定物質のセットの空間分布を決定するように、磁気共鳴フィンガープリンティング技術に従って分析される。パルスシーケンスコマンドは、ゼロエコー時間磁気共鳴撮像プロトコルを用いて空間符号化を実行するように磁気共鳴撮像システムを制御するように構成されている。

磁気共鳴撮像システムは、磁気共鳴撮像システムを制御するプロセッサをさらに含む。機械実行可能命令の実行は、さらに、プロセッサに、パルスシーケンスコマンドを用いて磁気共鳴撮像システムを制御することによって、磁気共鳴データを取得させる。機械実行可能命令の実行は、さらに、プロセッサに、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガー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、所定物質のセットの各々の空間分布を計算させる。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、所定物質のセットのパルスシーケンスコマンドの実行に応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む。

この実施形態には、磁気共鳴データの取得のときに発生するノイズが非常に少ないという利点がある。ゼロエコー時間パルスシーケンスにおいて、撮像傾斜は、実際には、たえずオンに切り替えられている。それは、ＲＦパルス及び信号サンプリングの間中そうなっている。磁気傾斜強度は一定であり、傾斜配向だけがＴＲごとに若干変化する。これは、傾斜磁場がパルス化される多くの他の磁気共鳴撮像技術とは対照的である。この均一主Ｂｏ磁場内の傾斜磁場のパルス化は、磁石及び傾斜磁気コイルがある種のひどいラウドスピーカを形成するので、相当な音響を引き起こす。音響ノイズを減少させることに加えて、ゼロエコー時間磁気共鳴撮像プロトコルを使用すると、短いＴ２時間を有する組織の撮像が可能になる。例えば骨組織、軟骨及び他の結合組織は、典型的には、標準的な臨床撮像技術を用いては撮像できない。磁気共鳴フィンガープリンティングをゼロエコー時間空間符号化に組み込むことによって、他の磁気共鳴フィンガープリンティング技術を用いて以前は不可能であった組織内の所定物質の空間分布をマッピングすることが可能になる。

他の実施形態では、パルスシーケンスコマンドは、縦磁化準備の複数の群を含む。縦磁化は、Ｍｚ磁化とも呼ばれる。縦磁化準備の各群に続いて、ゼロエコー時間読出しブロックがある。各ゼロエコー時間読出しブロックは、磁気共鳴データの一部分を取得する。縦磁化準備の複数の群の各々は、単一の縦磁化準備とすることができ、又はいくつかの縦磁化準備が実施されてもよい。これらの異なる縦磁化準備をもたらすことによって、磁気共鳴フィンガープリンティング符号化を提供する１つの手段が提供される。例えば、磁気共鳴フィンガープリンティングは、異なる縦磁化準備の異なる群又は異形を形成することによって符号化されてもよい。この実施形態は、対象者内の物質の空間分布をマッピングする効率的な手段を提供することができるので有益である。

他の実施形態では、縦磁化準備の複数の群の各々に続いて、ゼロエコー時間読出しブロックがある。ゼロエコー時間読出しブロックは、次いで、ＭＳシステムに、磁気共鳴データの一部分を取得させる。磁気共鳴データのこの部分は、画像に再構成される。そして、これが各ゼロエコー時間読出しブロックについて行われる。その結果、一連の画像になる。この一連の画像のすべてにわたる特定ボクセルの値は、次いでベクトルとして格納される。このベクトルは、画像空間内の磁気共鳴フィンガープリントとみなされる。

次いで、ベクトルがそのボクセル内の所定物質のセットの各々の量を決定するために磁気共鳴フィンガープリントディクショナリと比較される。これがボクセル毎に繰り返されるとき、すべてのボクセル内の所定物質のセットの各々の量は、所定物質のセットの各々の空間分布を構成することに使用可能である。この実施形態は、ｋ空間がサブサンプリングされるときでも所定物質のセットの各々の正確な空間分布をもたらすという利点を有する。ゼロエコー時間読出しブロックがサブサンプリングされる場合、結果として得られる画像には画像アーチファクトが存在することがある。

しかし、ベクトルと磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリをマッチングさせるプロセスは、画像アーチファクトを拒絶することに使用することができる。ベクトルにおいて、いくつかの要素は、画像アーチファクトからの寄与を有する値を含むことになる。これは、ノイズと同等であり、フィッティングプロセスによって拒絶することができる。このスキームは、ｋ空間におけるサンプリング軌道を若干変えるようなゼロエコー時間読出しブロックにおける変動があれば、より良く機能することができる。これは、画像アーチファクト同士の間のコヒーレンスを壊し、それによって画像アーチファクトがノイズとしてより良く拒絶されるようになる。

他の実施形態では、縦磁化準備の複数の群の各々は、反転回復準備、駆動平衡準備に基づくＴ２準備、不平衡Ｔ２準備、拡散増感及び重み付けを用いたＴ２準備、ＭＳＤＥ、フロー増感及び重み付けを用いたＴ２準備、スピン反転準備、部分的飽和回復、磁化移動コントラスト準備、ケミカルシフト選択的前飽和、励起エコー準備、ＮＯ準備及びその組み合わせのうちの１つ又は複数を含む。

「ＮＯ」準備は、縦磁化準備が実行されず、その代わりに調節可能な継続期間の中断が行われるステップである。上述した縦磁化準備のいずれかの使用は、それらがゼロエコー時間空間符号化に適合するので、有益である。これらの準備の複数の群は、ゼロエコー時間空間符号化の前に行うことができることに留意されたい。さらに、これらの各々内で、様々なパラメータを変更することもできる。ＭＲフィンガープリンティング符号化は、どの準備を使用するかの選択を変えることか、特定の磁化準備内のパラメータを修正することのどちらかによって行うことができる。

他の実施形態では、磁気共鳴フィンガープリンティング符号化は、縦磁化準備の複数の群内の個々の縦磁化準備を変えることによって実行される。
この実施形態は、同じ磁化準備が繰り返されるが、個々の縦磁化準備内のパラメータは修正できるので有益である。磁化準備が実行されるシーケンスは、やはりまた改変又は変えることもできる。他の例では、個々のパラメータが修正される。例えば、Ｔ２準備は、エコー時間（ＴＥ－ｐｒｅｐ）を有する。磁気共鳴フィンガープリンティング符号化の一部として、このエコー時間を変えることができる。

他の実施形態では、磁気共鳴データの一部分は、完全なｋ空間サンプルのサブサンプルである。一般に、従来のＭＲＩでは、撮像シーケンスを実施するためにはナイキスト定理が満たされなければならない。これよりも少ないデータが取得された場合、データはサブサンプリングされる。磁気共鳴フィンガープリンティング技術は、データを拒絶するノイズに対して比較的強い。それによって、磁気共鳴データのサンプリングが、技術の促進を可能にするやり方でサブサンプリング可能になる。

他の実施形態では、各ゼロエコー時間ブロックは、隣接するゼロエコー時間読出しブロックとは異なるサブサンプルパターンを読み出す。サブサンプルパターンが変わることは、それによって磁気共鳴データの異なる群同士の間のノイズのコヒーレンスが壊されるので、有益である。例えば、磁気共鳴データがサブサンプリングされそのたびにｋ空間内の同じ位置がサンプリングされた場合、空間符号化毎に取得された磁気共鳴データのノイズ同士の間にはコヒーレンスが生まれる。これは、体系的なアーチファクトを招き、再構成画像におけるエラーがサブサンプリング画像を形成する。これらのアーチファクトは、各ボクセルについてのサンプリングされた信号と、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを用いて計算された信号分布との間のマッチングプロセスを危うくする恐れがある。しかし、サンプリングされるｋ空間の領域が磁気共鳴データの一部分の別個の取得同士の間で変わる場合、結果的に得られるフィンガープリンティング撮像データにおけるノイズコヒーレンスは壊される。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリが、対応する材料、種又はＴ１／Ｔ２などのタプルを決定するために使用される場合、再構成され異なるようにサブサンプリングされた磁気共鳴データ片からのこれらの異なるノイズ寄与は、キャンセリング／平均化の効果を有することができる。それによって、磁気共鳴フィンガープリンティングの大きな促進が可能になる。様々なサブサンプリングパターンを使用することができる。例えば、スポークとして、そしてｋ空間内の球体のスパイラルとして磁気共鳴データを取得するＺＴＥを実行することが有益である。異なるＴＲ同士の間、読み出されるｋ空間の空間符号化は、次いで若干回転される。

他の実施形態では、縦磁化準備の複数の群は、１つ又は複数のサブセットに分割される。１つ又は複数のサブセットの各々内で、唯一無二のフリップ角を有することができる。例えば、磁気共鳴データの異なるセットは、異なるフリップ角について取得される。ゼロエコー時間空間符号化の場合、フリップ角は、信号の励磁が読出し傾斜の存在下で行われるので、場合によっては、約５°に制限されることがある。例えば５、４、３、２、１及び／又はそれらの間の他の程度についての磁気共鳴データの異なる群を取得することができる。この小変化は、さらに、磁気共鳴フィンガープリンティング情報を符号化することに使用することもできる。別個の磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、使用されるフリップ角毎に構成される。一変形形態では、フリップ角毎の取得は、ブロックとして実行される。他の例では、データは、インターリーブされるように取得される。

他の実施形態では、機械実行可能命令の実行は、さらに、プロセッサに、１つ又は複数のサブセットの各々についての所定物質のセットの各々の空間分布を計算させる。これは、所定物質のセットの各々に別個の空間分布を提供することができる。いくつかの物質は、異なるフリップ角をより良く用いてより良く撮像することができる。やはりまた別個のデータ分析を提供することは、ｋ空間をサブサンプリングすることによって引き起こされるエラー又は誤りを訂正するやり方を提供することができる。

他の実施形態では、１つ又は複数のサブセットは、インターリーブされる。これは、異なる群が取得されるようにサブサンプリングパターンを変えることを含むこともできる。これは、異なるサブセット同士の間におけるノイズコヒーレンスを壊すこともできる。別個のサブセットを有することによって、ノイズのコヒーレンスを拒絶する手段を提供することができる。

他の実施形態では、縦磁化準備のうちの少なくとも１つは、サイレント磁気傾斜遷移を含む。縦磁化準備のいくつかには、傾斜磁場の値又は強度の変化があるものがある。これは、磁気共鳴撮像システムの傾斜コイルに供給される電流を変えることによって行われる。本明細書で使用されるようなサイレント磁気傾斜遷移は、大きな音響ノイズが生成されないほど十分に滑らかに行われる、傾斜磁気コイルに印加される電流の値の変更である。例えば、音響ノイズは、特定の閾値を下回ることができる。他の例では、これは、スルーレート又は傾斜磁気コイルに印加される電流の変化率を消去することによって定められ得る。磁化準備が、磁化準備についての従来の使用にはない、磁気共鳴フィンガープリンティングの符号化に使用されることで、それらは、典型的に使用されるものとは幾分異なるように構成される。例えば、電流が突然変化する磁化では、傾斜コイルに供給される電流の変化率及び振幅が制限されても、これは依然として機能することができる。傾斜電流の変化率及び振幅は、特定の縦磁化準備の特定の必要性に適切に採用される。想定される縦磁化準備のうちのいくつかは、ゼロエコー時間撮像アプローチが３Ｄなので、空間的に非選択的である。

他の実施形態では、所定物質のセットは、骨組織、結合組織、軟骨、海綿状骨、皮質骨、及び腱のうちのいずれか１つを含む。これらのうちのいずれかの撮像は、短いＴ２緩和時間になると考えられることを有するので、有益である。磁気共鳴フィンガープリンティング技術の間のこれらの撮像によって、これらの組織タイプを他の組織と共に定量的に識別できるようになる。

他の実施形態では、機械実行可能命令の実行は、さらに、プロセッサに、少なくとも骨組織の空間分布を用いてコンピュータ断層合成画像を計算させる。皮質骨又は海綿状骨組織などの骨組織を直接測定することができるので、骨組織の位置の正確な決定が可能になる。この実施形態では、骨組織の位置は、画像のセグメント化の実施とは対照的に、定量的に決定される。それによって、いわゆるコンピュータ断層合成画像のより正確な構成が可能になる。コンピュータ断層合成画像は、例えば、磁気共鳴画像又は物質の空間分布のマップよりもコンピュータ断層画像を見慣れている医師により診断ツールとして使用可能である。コンピュータ断層合成画像は、放射線治療計画においても有用である。コンピュータ断層画像を放射線治療計画に使用する場合、多数の既存のソフトウェアツールがある。コンピュータ断層合成画像の使用は、放射線治療計画を行う安全且つより正確な手段を提供することができる。

他の実施形態では、機械実行可能命令の実行は、さらに、プロセッサに、所定物質のセットの各々の空間分布を用いて三次元磁気共鳴合成画像を計算させる。所定物質のセットの各々の空間分布がわかるので、磁気共鳴合成画像を計算することに使用することができる。これは、特に、磁気共鳴画像の読影に慣れており空間分布の直接的なマッピングによって混乱する可能性のある医師に有用である。

他の実施形態では、機械実行可能命令の実行は、さらに、プロセッサに、パルスシーケンスコマンドに対する所定物質の各物質の応答をモデル化することによって、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを計算させる。これは、磁気共鳴フィンガープリンティングを変える効果的な手段を提供する。そうしたディクショナリは、様々な変形形態について計算されてもよい。例えば、異なるフリップ角を用いた異なるサブグループがあった場合、フリップ角毎に計算される異なる磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリとなる。

磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリの実際の計算は、ＮＭＲ信号をモデル化するいくつもの様々な技術によって行われてもよい。例えばＮＭＲ信号は、いわゆるブロッホ（Ｂｌｏｃｈ）方程式を用いて計算される多数の単一スピンを合計することによってモデル化されてよい。ディクショナリは、物質パラメータの具体的なセットとパルスシーケンスコマンドによって特定される特定のＭＲシーケンスとに対するボクセルからの期待ＮＭＲ信号を計算することによって作成される。

他の実施形態では、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、拡張位相グラフ処方を用いて、所定物質の各物質をモデル化することによって計算される。拡張位相グラフ公式は、例えばＷｅｉｇｅｌ，Ｍ．（２０１５）、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｐｈａｓｅ ｇｒａｐｈｓ：Ｄｅｐｈａｓｉｎｇ， ＲＦ ｐｕｌｓｅｓ， ａｎｄ ｅｃｈｏｅｓ－ｐｕｒｅ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ．Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｉｍａｇｉｎｇ、４１：２６６－２９５．ｄｏｉ：１０．１００２／ｊｍｒｉ．２４６１９に説明され、また、Ｓｃｈｅｆｆｌｅｒ，Ｋ．（１９９９）、Ａ ｐｉｃｔｏｒｉａｌ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｓ ｉｎ ｒａｐｉｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ．Ｃｏｎｃｅｐｔｓ Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．、１１：２９１－３０４．ｄｏｉ：１０．１００２／（ＳＩＣＩ）１０９９－０５３４（１９９９）１１：５＜２９１：：ＡＩＤ－ＣＭＲ２＞３．０．ＣＯ；２－Ｊでも説明されている。

他の実施形態では、パルスシーケンスは、ｋ空間中心のサンプリングを増加させるように修正される。ＺＴＥパルスシーケンスが実行されるとき、傾斜は、常にオンになっている。これは、ＲＦパルスが印加されるとすぐに、ｋ空間の中心領域のサンプリングが始まることを意味する。しばしば、これは難しくない。研究用磁気共鳴撮像システムには、ＲＦ送信とデータ受信との間の迅速な切り替えを可能にする高価なＲＦ切替装置があることがある。この場合、ｋ空間の小さな部分だけがサンプリングされない。これは、適切な画像再構成において簡単に取り扱われ、最終結果に影響を与えない。

いくつかの臨床的な磁気共鳴撮像システムでは、電子機器は、それほど迅速には切り替えを行うことができない。パルスシーケンスに対するいくつかの修正形態は、ｋ空間中心のサンプリングを増加させ、計算される空間分布の質を向上させるように作成される。例えば、ゼロエコー時間読出しブロックのうちの１つの間、傾斜磁場の強度は、ｋ空間を通る軌道を減少させるように減少させることができる。例えば、傾斜磁場の強度は、約１／５～１／１０に減少可能である。別の例では、ｋ空間の中心（ｋ＝０）のサンプリングを可能にするように１つ又は複数のゼロエコー時間読出しブロックについて傾斜磁場がオフに切り替えられる。他の実施形態では、ハイブリッド読出しスキームが、磁気共鳴データの１つ又は複数の部分を読み出すのに使用される。例えば、位相符号化測定が１つ又は複数のブロックにおいてｋ空間中心の値の読出しに使用される。

他の態様では、本発明は、撮像ゾーン内の対象者からの磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像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命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。機械実行可能命令の実行は、プロセッサに、パルスシーケンスコマンドを用いて磁気共鳴撮像システムを制御することによって、磁気共鳴データを取得させる。パルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴撮像システムに、磁気共鳴フィンガープリンティング技術に従って磁気共鳴データを取得させるように構成されている。パルスシーケンスコマンドは、さらに、ゼロエコー時間磁気共鳴撮像プロトコルを用いて空間符号化を実行するように磁気共鳴撮像システムを制御するように構成されている。

機械実行可能命令の実行は、さらに、プロセッサに、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガー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、所定物質のセットの各々の空間分布を計算させる。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、所定物質のセットのパルスシーケンスコマンドの実行に応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む。

他の態様では、本発明は、磁気共鳴撮像システムを作動させる方法を提供する。磁気共鳴撮像システムは、撮像ゾーン内の対象者からの磁気共鳴データを取得するように構成されている。方法は、パルスシーケンスコマンドを用いて磁気共鳴撮像システムを制御することによって、磁気共鳴データを取得するステップを有する。パルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴撮像システムに、磁気共鳴フィンガープリンティング技術に従って磁気共鳴データを取得させるように構成されている。パルスシーケンスコマンドは、さらに、磁気共鳴撮像システムに、ゼロエコー時間磁気共鳴撮像プロトコルを用いて空間符号化を実行させるように構成されている。対応する３Ｄ画像は、各縦磁化準備の後に測定されるサブサンプリングされたゼロエコー時間磁気共鳴撮像データの各々から再構成される。これらのデータは、再構成されるボクセルの各々についてのフィンガープリントを表す４Ｄデータセットを形成する。方法は、磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガー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、測定されたフィンガープリントと例えば所定物質のセットをマッチングさせるステップをさらに有する。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、所定物質のセットのパルスシーケンスコマンドの実行に応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む。

当業者には理解されるように、本発明の態様は、装置、方法又はコンピュータプログラム製品として具体化されてよい。したがって、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）又はソフトウェア態様とハードウェア態様とを組み合わせた実施形態の形を取ってよく、これらはすべて、本明細書では、一般的に、「回路」、「モジュール」又は「システム」と呼ぶ。さらに、本発明の態様は、コンピュータ実行可能コードが具体化されている１つ又は複数のコンピュータ可読媒体内に具体化されるコンピュータプログラム製品の形を取ってよい。

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを使用してもよい。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ストレージ媒体であってよい。「コンピュータ可読ストレージ媒体」は、本明細書において使用される場合、コンピューティングデバイスのプロセッサによって実行可能である命令を格納する任意の有形ストレージ媒体を包含する。コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピュータ可読非一時的ストレージ媒体と呼ぶ場合もある。コンピュータ可読ストレージ媒体は、有形コンピュータ可読媒体とも呼ぶ場合もある。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体は、コンピューティングデバイスのプロセッサによってアクセス可能であるデータも格納可能である。コンピュータ可読ストレージ媒体の例としては、フロッピーディスク、磁気ハードディスクドライブ、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）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、光学ディスク、磁気光学ディスク及びプロセッサのレジスタファイルが挙げられるが、これらに限定されない。光学ディスクの例としては、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＷ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＷ又はＤＶＤ－Ｒディスクであるコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）が挙げられる。コンピュータ可読ストレージ媒体との用語はさらに、ネットワーク又は通信リンクを介して、コンピューティングデバイスによってアクセス可能である様々なタイプの記録媒体を指す。例えばデータは、モデム、インターネット又はローカルエリアネットワークを介して取り出されてもよい。コンピュータ可読媒体上に具体化されるコンピュータ実行可能コードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等又はこれらの任意の適切な組み合わせを含むが、これらに限定されない任意の適切な媒体を使用して送信されてよい。

コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンド内に又は搬送波の一部としてコンピュータ実行可能コードが具体化された伝搬データ信号を含んでよい。このような伝搬信号は、電磁、光学又はこれらの任意の適当な組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な形式のいずれかの形式を取ってよい。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではなく、命令実行システム、装置若しくはデバイスによる使用のための又は当該システム、装置若しくはデバイスと関連してプログラムを通信、伝搬又は運搬可能である任意のコンピュータ可読媒体であってよい。

「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサが直接アクセス可能な任意のメモリである。「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ可読ストレージ媒体のさらなる例である。コンピュータストレージは、任意の不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体である。いくつかの実施形態では、コンピュータストレージが、コンピュータメモリであってもよく、又は、その反対も同様である。

「プロセッサ」は、本明細書において使用される場合、プログラム、機械実行可能命令又はコンピュータ実行可能コードを実行可能である電子構成要素を包含する。「プロセッサ」を含むコンピューティングデバイスへの参照は、場合により、２つ以上のプロセッサ又は処理コアを含むものと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る。プロセッサは、単一のコンピュータシステム内の又は複数のコンピュータシステム間で分散されたプロセッサの集合体を指す場合もある。コンピューティングデバイスとの用語も、場合により、それぞれが１つ又は複数のプロセッサを含むコンピューティングデバイスの集合体又はネットワークを指すものと解釈されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、同じコンピューティングデバイス内であるか又は複数のコンピューティングデバイス間で分散さえされた複数のプロセッサによって実行されてよい。

コンピュータ実行可能コードは、プロセッサに、本発明の一態様を行わせる機械実行可能命令又はプログラムを含んでよい。本発明の態様の動作を実行するためのコンピュータ実行可能コードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、Ｃ＋＋等といったオブジェクト指向プログラミング言語や、「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語といった従来の手続き型プログラミング言語を含む１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれ、機械実行可能命令にコンパイルされる。場合によっては、コンピュータ実行可能コードは、高水準言語の形でも、予めコンパイルされた形でもよく、また、機械実行可能命令をオンザフライで生成するインタプリタとあわせて使用されてよい。

コンピュータ実行可能コードを、ユーザのコンピュータ上で専ら実行しても、ユーザのコンピュータ上で部分的に実行しても、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして実行しても、ユーザのコンピュータ上で部分的に且つリモートコンピュータ上で部分的に実行しても又はリモートコンピュータ若しくはサーバ上で専ら実行してもよい。後者のシナリオの場合、リモートコンピュータは、ユーザのコンピュータに、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介して接続されるか、又は、当該接続は、（例えばインターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータに対してされてもよい。

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製品のフローチャート、図及び／又はブロック図を参照して説明される。当然ながら、フローチャート、図及び／又はブロック図の各ブロック又はブロックの部分は、適用可能な場合、コンピュータ実行可能コードの形のコンピュータプログラム命令によって実施される。さらに当然ながら、相互に排他的ではない場合、様々なフローチャート、図及び／又はブロック図におけるブロックを組み合わせてもよい。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供され、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックに定められている機能／作用を実施する手段を作成するようにマシンが生成される。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置又は他のデバイスに、コンピュータ可読媒体内に格納されている命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックに定められている機能／作用を実施する命令を含む製品を生成するといったように、特定の手法で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に格納されてもよい。

コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置又は他のデバイス上にロードされて、当該コンピュータ、他のプログラマブル装置又は他のデバイス上で一連の動作ステップを行わせて、コンピュータ又は他のプログラマブル装置で実行される当該命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックに定められる機能／作用を実施する処理を提供するようにコンピュータ実施処理が生成されてもよい。「ユーザインターフェース」は、本明細書において使用される場合、ユーザ又は操作者が、コンピュータ又はコンピュータシステムとインタラクトすること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」と呼ぶ場合がある。ユーザインターフェースは、操作者に情報若しくはデータを提供し、及び／又は、操作者から情報若しくはデータを受信する。ユーザインターフェースは、操作者からの入力が、コンピュータによって受信されることを可能にし、また、当該コンピュータからユーザに出力を提供する。つまり、ユーザインターフェースによって、操作者が、コンピュータを制御又は操作することができ、また、インターフェースによって、コンピュータが、操作者の制御又は操作の作用を示すことができる。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でのデータ又は情報の表示は、操作者への情報の提供の一例である。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、ペダル、有線グローブ、リモコン及び加速度計によるデータの受信はすべて操作者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。

「ハードウェアインターフェース」は、本明細書において使用される場合、コンピュータシステムのプロセッサが、外部コンピューティングデバイス及び／若しくは装置とインタラクトする並びに／又は制御すること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によって、プロセッサが、外部コンピューティングデバイス及び／又は装置に制御信号若しくは命令を送信することができる。ハードウェアインターフェースはさらに、プロセッサが、外部コンピューティングデバイス及び／又は装置とデータを交換することを可能にする。ハードウェアインターフェースの例としては、汎用シリアルバス、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、ブルートゥース（登録商標）接続、ワイヤレスローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（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、これらに限定されない。

「ディスプレイ」又は「ディスプレイデバイス」は、本明細書において使用される場合、画像又はデータを表示するように適合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、音声及び／又は触知データを出力する。ディスプレイの例としては、コンピュータモニタ、テレビジョンスクリーン、タッチスクリーン、触知電子ディスプレイ、ブライユ点字スクリーン、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、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（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）、プロジェクタ及び頭部取付け式ディスプレイが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明の上述した実施形態のうちの１つ又は複数は、組み合わせられた実施形態が相互に排他的ではない限り、組み合わせられてよいと理解されよう。

以下において、単なる一例として、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。

磁気共鳴撮像システムの一例の図である。 図１の磁気共鳴撮像システムを用いた方法を示すフローチャートである。 ｋ空間における軌道の一例の図である。 パルスシーケンスの一部分の一例の図である。 パルスシーケンスの一例の図である。 パルスシーケンスのさらなる一例の図である。 パルスシーケンスのさらなる一例の図である。

これらの図における同様の番号の要素は等価な要素であるか、同じ機能を実行する。先に論じた要素は、機能が等価であれば後の図では必ずしも論じられない。

図１は、磁気共鳴撮像システム１００の一例を示している。磁気共鳴撮像システム１００は磁石１０４を有する。磁石１０４は超伝導の円筒型磁石であり、その中心を貫いてボア１０６がある。異なる型の磁石を使うことも可能であり、例えば、分割円筒状磁石も、いわゆる開放型磁石も使用することができる。分割円筒状磁石は、磁石のアイソプレーン（ｉｓｏ－ｐｌａｎｅ）へのアクセスを可能にするために低温槽が２つのセクションに分割されていることを除き、標準の円筒状磁石と同様のものであり、そのような磁石は、例えば、荷電粒子ビーム治療に関連して使用することができる。開放型磁石は、対象者を収容するのに十分なほど大きな空間を挟んで上下に配置された２つの磁石セクションを有し、これら２つのセクションエリアの配置はヘルムホルツコイルのものと類似している。開放型磁石は、対象者があまり制限されないので一般的である。円筒状磁石の低温槽内には、超伝導コイルの集合体が存在する。円筒状磁石１０４のボア１０６内には、磁気共鳴撮像を実施するのに十分なほど磁場が強く且つ均一な撮像ゾーン１０８が存在する。

磁石のボア１０６内には傾斜磁場コイル１１０のセットも存在する。傾斜磁場コイル１１０のセットは、磁石１０４の撮像ゾーン１０８内の磁気スピンを空間的に符号化するように磁気共鳴データの取得のために使用される。傾斜磁場コイル１１０は、傾斜磁場コイル電源１１２に接続される。傾斜磁場コイル１１０は代表的なものであることが意図されている。典型的に、傾斜磁場コイル１１０は、３つの直交する空間方向に空間的に符号化するための３つの別個のコイルのセットを含む。傾斜磁場電源は、傾斜磁場コイルに電流を供給する。傾斜磁場コイル１１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプ状又はパルス状にされてもよい。

撮像ゾーン１０８に隣接して、撮像ゾーン１０８内の磁気スピンの配向を操作するため及びやはり撮像ゾーン１０８内のスピンからの電波送信を受信するための無線周波数コイル１１４がある。無線周波数アンテナは複数のコイル要素を含んでいてもよい。無線周波数アンテナはチャネル又はアンテナと称されてもよい。無線周波数コイル１１４は、無線周波数トランシーバ１１６に接続される。無線周波数コイル１１４及び無線周波数トランシーバ１１６は、別個の送信及び受信コイル並びに別個の送信機及び受信機によって置き換えられてもよい。無線周波数コイル１１４及び無線周波数トランシーバ１１６が代表的であると理解されよう。無線周波数コイル１１４は、専用の送信アンテナ及び専用の受信アンテナをも代表することが意図されている。同様に、トランシーバ１１６は、別個の送信機及び受信機を表していてもよい。無線周波数コイル１１４は、複数の受信／送信要素を有していてもよく、無線周波数トランシーバ１１６は複数の受信／送信チャネルを有していてもよい。例えば、ＳＥＮＳＥなどの並列撮像技術が実施される場合、無線周波数コイル１１４は、複数のコイル要素を有することになる。

トランシーバ１１６及び傾斜磁場コイル電源１１２はすべて、コンピュータシステム１２６のハードウェアインターフェース１２８に接続される。コンピュータストレージ１３４及びコンピュータメモリ１３６の内容は、複製されてもよく、又は互いに交換可能であってもよい。コンピュータストレージ１３４は、パルスシーケンスコマンド１４０を含むものとして図示されている。コンピュータストレージ１３４は、さらに、磁気共鳴データ１４２を含むものとして図示されている。磁気共鳴データ１４２は、パルスシーケンスコマンド１４０を用いて磁気共鳴撮像システム１００を制御することによって取得される。コンピュータストレージ１３４は、さらに、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４を含むものとして図示されている。コンピュータストレージ１３４は、さらに、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４と磁気共鳴データ１４２とを用いて計算された所定物質のセットの空間分布１４６を含むものとして図示されている。

コンピュータストレージ１３４は、さらに、マッピングを含むものとして図示されている。マッピング１４８は、例えば、空間分布１４６を用いて計算される画像又は画像データである。コンピュータストレージ１３４は、適宜、空間分布１４６を用いて計算された磁気共鳴合成画像１５０を含むものとして図示されている。コンピュータストレージ１３４は、さらに、適宜、やはりまた空間分布１４６を用いて計算されたコンピュータ断層合成画像１５２を含むものとして図示されている。所定物質の空間分布１４６が既知の場合、これらがコンピュータ断層合成画像１５２又は磁気共鳴合成画像１５０などの模擬画像を作成するように使用される。

コンピュータメモリ１３６は、機械実行可能命令１６０を含むものとして図示されている。機械実行可能命令１６０は、プロセッサ１３０が、パルスシーケンスコマンド１４０を用いて磁気共鳴撮像システム１００を制御する、又は磁気共鳴データ１４２の分析を実行且つ処理を実施するための、といったような様々な機能を実行できるようにする。コンピュータメモリ１３６は、さらに、磁気共鳴フィンガープリンティングモデル１６２を含むものとして図示されている。これは、パルスシーケンスコマンド１４０を実行するＭＲシステムに曝されたときに、特定物質によって自由誘導減衰又は受信したＭＲ信号をモデル化することに使用される。これらは、例えば、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４を計算するためにプロセッサ１３０によって使用される。コンピュータメモリ１３６は、さらに、様々な画像処理ルーチン１６４又は命令を含むこともできる。これらは、プロセッサ１３０が、マッピング１４８のレンダリング、又は、磁気共鳴合成画像１５０及び／若しくはコンピュータ断層合成画像１５２の計算並びにレンダリングなど、様々な画像処理タスクを実行することができるようにする。

図２は、図１の磁気共鳴撮像システム１００を作動させる方法を示すフローチャートである。まず、ステップ２００において、パルスシーケンスコマンド１４０を用いて磁気共鳴撮像システム１００を制御することによって、磁気共鳴データ１４２が取得される。パルスシーケンスコマンド１４０は、磁気共鳴撮像システム１００に、磁気共鳴撮像フィンガープリンティング技術に従って磁気共鳴データ１４２を取得させるように構成されている。パルスシーケンスコマンド１４０は、さらに、磁気共鳴撮像システム１００に、ゼロエコー時間を用いて磁気共鳴撮像プロトコルを空間符号化させるように構成されている。次に、ステップ２０２において、磁気共鳴データ１４２を磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４と比較することによって、所定物質のセットの各々の空間分布１４６が計算される。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１４４は、所定物質のセットに対するパルスシーケンスコマンド１４０の実行に応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含む。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、非常に軟質な組織のコントラストを有し、最も用途の広い撮像モダリティのうちの１つである。定量的磁気共鳴（ＭＲ）技術には、多様なコントラストを減少させる、及び／又は診断結果を出すために知見をより比較可能にすることが望まれる。さらに、下位のＭＲパラメータ情報が特定の視野（ＦＯＶ）内の各ボクセルについて入手可能な場合、ほとんどすべての種類のＭＲコントラストが合成され（合成撮像）、実際の取得を行うことを強いられずに対応するコントラストのＭＲ取得が模倣される。

比較可能且つ定量化可能な数字を与えることができる定量的ＭＲＩ（ｑＭＲＩ）は、このタスクを軽減することができる、重要なバイオマーカを識別する非常に有望なアプローチである。ｑＭＲＩについて、２つの主なアプローチがある。従来からのアプローチでは、大部分のＭＲ実験パラメータが固定されたままにされ、１つのパラメータだけが、特定の組織パラメータ（Ｔ１又はＴ２のどちらかなど）を測定するために変えられる。ＭＲフィンガープリンティング（ＭＲＦ）アプローチでは、すべての信号影響パラメータ（Ｔ１、Ｔ２など）が、ＭＲフィンガープリンティングシーケンスによって同時に符号化され、問題の種が、取得された信号と、異なるパラメータの組み合わせ又は種に対応する多数の信号を含む予め生成されたディクショナリとをマッチングさせることによって識別される。

しかし、ＭＲの課題は、空間的な信号の符号化を促進する、用いられる撮像傾斜と共に、異なるフリップ角、位相及びタイミングなどを含むＲＦパルスのシーケンスによって、結果的に、患者を苛立たせ怖がらせることもあるより不快な大きな音が生じ得る。ＭＲＦシーケンスを音楽に適合させる試みがなされているが、サイレント実行は、患者の快適性を高めるために望まれている。さらに、音楽又は特定の音への適合は、結果的に、効率の相対的な損失になり、したがって、その上、時間が増加する。

さらに、病変を不明瞭にする恐れがある現在使用されている単一又はマルチスライスアプローチとは対照的に、３Ｄによる定量的な情報を得ることが望まれている。例は、ＭＲＦ又はＭＲパラメータマッピングシーケンスにおける空間符号化のためにサイレントゼロエコー時間（ＺＴＥ）サンプリングアプローチを用いる。ＺＴＥシーケンスは、そのボリューム的性質から、基本的なＭＲパラメータのボリュームマッピングを促進する。シーケンスとしてのＺＴＥは、迅速Ｔ２緩和成分についての「それ自体の」ＭＲパラメータのマッピングをサポートし、これは、さもなければ従来のＭＲＩでは見えない。この能力は、潜在的に今日の臨床ＭＲではわからないことが多い成分のマッピングを可能にする、提案のアプローチの他の特徴を代表することができる。これは、ディクショナリが固形物に関連するＣＴ知見にさらに関係する非典型的なＭＲパラメータを含むことができることを暗示する。

ＺＴＥ撮像の使用は、ＭＲＦパラメータが、既存のＭＲＦ概念とは異なる、縦磁化又はＭｚ磁化準備により排他的に実行されなければならないことを暗示する。

ＺＴＥシーケンスは、３Ｄ放射状サンプリングに基づいている。自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号は、インアウト（ｉｎ－ｏｕｔ）放射軌道（ｋ空間の中心からスタートする）上でサンプリングされる。これらのインアウト放射軌道ベクトル（スポーク）の時間的順序は、球体の北極から南極へと球体の表面上に（スポークからスポーク、ＴＲからＴＲ）ステップからステップへと進む滑らかなスパイラルを用いたいくつかのインターリーブによってオーガナイズされる。このように、３Ｄのｋ空間は、いくつかのそれらのインターリーブを用いてセグメント化するように横断される。ＺＴＥシーケンスにおいて、読出し傾斜は、いつでもオンに切り替えられるが、ショットからショット、スポークからスポークへその配向だけが若干変わり、したがって概ねサイレント動作が容易になる。

図３は、ゼロエコー時間空間符号化についての三次元放射状サンプリングスキームを示すことに使用される。図３は、ｋ空間内の球体３００を示している。矢印３０２は、ＺＴＥシーケンスにおいてサンプリングされる単一自由誘導減衰又はスポークのｋ空間軌道を示している。球体３００の表面の螺旋状の線３０４は、単一のインターリーブ又はサンプリングイベントの間のスポーク３０２の経路を示している。軌道３０４は、ナイキスト定理を満たすｋ空間のフルサンプリングを代表している。図３は、３Ｄ放射状サンプリングスキームを示している。矢印は、ＺＴＥシーケンスにおいてサンプリングされる単一ＦＩＤ（スポーク３０２）のｋ空間軌道を示している。単一インターリーブ（３０４）において、スポークは、球体の表面の北極から南極へと螺旋状になっている。フルｋ空間取得は、ｋ空間を密にカバーするいくつかのインターリーブからなる。

ＺＴＥシーケンスの利点は、非常に短いエコー時間でのサンプリングが可能であり、こうして非常に短いＴ２成分が検出される。しかし、このサイレントシーケンスの欠点は、エコー時間（ＴＥ）の大きな変更が不可能であることであり（非常に小さい変更である、数マイクロ秒範囲の変更しか考えられない）、実際にはＴＥは固定されていることを意味する。

さらに、ＺＴＥは、適用されるべき最大フリップ角が制限されることがある。例えば、最大フリップ角は、約５度とすることができる。これは、主に、ＲＦ励起が読出し傾斜の存在下で行われることによる結果である。したがって、ＲＦパルスの継続時間は、ＦＯＶ全体を励起させる高い帯域幅を有さなければならないので制限される。臨床システムにおける有限の最大Ｂ１＋により、ＺＴＥは、非常に小さな励起フリップ角（５度未満）だけに制限され、したがって潜在的なＲＦフリップ角に誘導されるコントラスト変動（主にＴ１コントラスト）が制限される。

従来のＭＲＦチャレンジ概念の主な要素の例は、
－ ＭＲＦトレイン（ｔｒａｉｎ）におけるフリップ角の変更、
－ ＭＲＦトレインにおけるＴＥの変更、
－ ＭＲＦトレインにおけるＴＲの変更
である。
フリップ角は、ＺＴＥパルスシーケンスにおいて変えられるが、従来のＭＲＩパルスシーケンスほどではない。さらに、ＴＥの変動も、ＺＴＥではさらに制限される。低フリップ角（α）により、ＭＲＦ符号化のためのパルスシーケンスにおいてＴＲを変えることはおそらく有益ではない。明示的に、これは、（高フリップ角による、若しくはＴＥ／ＴＲを変えることによる）横磁化の操作に基づくアプローチが、おそらく有益ではない、又は、ＺＴＥ－ＭＲＦの実行のときにうまく働かない恐れがあることを意味する。

意外にも、Ｍｚ磁化準備スキームは、対応するＭＲパラメータ情報を縦磁化に適切に符号化するように、ＭＲＦチャレンジとして、代わりに適用することができる。ここで、例えば（これらに限定されないが）、いくつかの基本的なＭｚ磁化準備スキームとしては、
－ 反転回復準備（反転パルス角及び反転時間Ｔ１を変える）、
－ 駆動平衡準備に基づくＴ２準備（準備エコー時間ＴＥｐｒｅｐを変える）、
－ 不平衡Ｔ２準備スキーム（迅速９０°ＲＦチップアップがＲＦ誘導エコーに対してシフトされ、こうしてケミカルシフト、ΔＢｏ及びＴ２＊が符号化されることを意味する）、
－ 頂点における拡散増感傾斜による駆動平衡準備に基づくＴ２準備、
－ ＭＳＤＥ準備（フロー／拡散重み付きＴ２準備）、
－ ＭＴＣ準備、
－ ケミカルシフト選択的前飽和、
－ 様々な専用の励起エコー準備、
－ 及び他のもの
が考えられる。

この目的のため、磁化準備ＭＲＦ－ＺＴＥシーケンスがデザインされている。基本的なシーケンスビルディングストーン（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｏｎｅ）は、以下にある図４に見られ、考えられる異なるオプションは、以下において図５及び図６にそれぞれ示されている。異なる準備（Ｔ１、Ｔ２、脂肪オフ共鳴飽和、不平衡Ｔ２準備、拡散準備、・・・）の前後に、個々の緩和遅延が適用されるが、それらの遅延を適当なＺＴＥサンプリングブロックで満たすことがより効果的である。そうしたＭｚ磁化準備に続いて、Ｍｚに大きな影響は与えない低い角度のＺＴＥ読出しのブロックがある。放射状取得により、ｋ空間中心は取得毎に測定され、コントラストの平滑化が、磁化応答の時間平均を用いて行われる。ディクショナリデザインの間、この影響が考慮される。

図４は、パルスシーケンスコマンドの基本的なビルディングブロック４００を示している。４０２のラベルが付いたブロックは、磁化準備である。ブロック４０４は、ＺＴＥ空間符号化シーケンスを表している。パルスシーケンス全体は、図４に示されるのと類似した一連のビルディングブロック４００から構成されることになる。

上述したように、図４は、基本的なＭＲＦ－ＺＴＥシーケンスビルディングストーンを示しており、一般的なＭｚ磁化準備スキーム（ＭＰｉ）は、スポークのトレインからなる実際のＺＴＥサンプリングブロックより先行する。多くのＭｚ磁化準備スキームを用いることができ、ＭＰｉブロックは、準備前遅延と、実際のＭｚステップと、準備後遅延（ここでは詳述されない）とを含むことができる。ＭＲＦ－ＺＴＥシーケンス全体は、いくつかのそれらのブロック（ｉ）からなり、そこにおいて、Ｍｚ磁化準備のタイプ、遅延継続時間（適用可能な場合、前、後）、及びＺＴＥ読出しスポークの数が個別に変更される（（ｂ、ｃ）参照）。さらに、ＺＴＥｋ空間軌道が様々なやり方でサンプリングされる。

図５は、１つのサンプリングスキームを示すのに使用される。軌道５００は、図３に示されるものと類似したｋ空間における球体軌道上の３Ｄ放射状スパイラルである。しかし、この例では、軌道５００は、アンダーサンプリングされる。ｋ空間軌道５００の右には、パルスシーケンス５０２の一例が図示されている。パルスシーケンス５０２は、いくつかの磁化準備４０２とＺＴＥ空間符号化シーケンス４０４から構成される。ＺＴＥ空間符号化シーケンス４０４のそれぞれは、ＺＴＥ空間符号化シーケンス４０４のそれぞれについて軌道５００がｋ空間内で若干回転されることを除いて、ｋ空間の同じアンダーサンプリング軌道５００を使用する。これを行う利点は、それによって別々にサンプリングされたデータ同士の間のノイズのコヒーレンスが壊されることである。これは、より少ない量の取得データを用いた空間分布全体の再構成を可能にする。この例では、各ケースにおける磁化準備４０２は異なる。第１の例では、この１つの磁化が一度使用される。これをｉとラベル付けする。ｉ＋１のラベルが付いた次の磁化４０２では、他の磁化が実行される、又はこの縦磁化準備のパラメータが変えられる。一例として、図５に示される縦磁化準備の所与のサブセットは、同じ種類のものであり、例えば、駆動平衡準備に基づいたＴ２準備である。ｉのラベルが付いた磁化準備４０２では、シーケンスは、２０ｍｓのＴＥｐｒｅｐを有し、ｉ＋１のラベルが付いた準備４０２では、ＴＥｐｒｅｐは４０ｍｓまで増加され、ｉ＋２のラベルが付いた準備では、ＴＥｐｒｅｐは、８０ｍｓまで増加され、その一方でｉ＋３の準備では、例えば、ＴＥｐｒｅｐ１２０ｍｓが使用された。

図５は、異なる各準備の後の、フルの、しかし異なる（回転の）インターリーブを使用している。ＺＴＥスポークブロックの長さは固定されている、又は下の図６に描かれているように、データのサブグループがそこにおいて対応する準備の後にサンプリングされるインターリーブに沿っていることに留意され、ＺＴＥスポークブロックの長さは変えられることに留意されたい。

図６は、使用可能なさらなるサンプリングスキームを示している。フルｋ空間軌道３０４が左に図示されている。この例では、インターリーブに沿って、データのサブグループがサンプリングされ、対応する準備が行われる。ＺＴＥスポークブロックの長さは可変とすることができる。各ＺＴＥブロック４０４の下には、ｋ空間軌道片６０２が図示されている。この例では、ｋ空間は、ｋ空間軌道３０４をいくつかのｋ空間軌道片６０２に分けることによってアンダーサンプリングされる。

それらのＺＴＥプロファイルの取得は、別個のインターリーブ（図５参照）としてグループ化される固定数のショット（固定継続時間）を用いて行われ、そこにおいて、各インターリーブは、３Ｄｋ空間の異なる部分をサンプリングする。このように、各インターリーブ取得後、新しい準備が行われる。

他のオプションは、インターリーブに沿ったサンプリングである。やはりこのアプローチでも、固定数のＺＴＥプロファイルが準備の後にサンプリングされる。このアプローチで再構成しやすくするには、ＭＲＦ符号化シーケンスが、所与のコントラストでのインターリーブのさらなる部分のサンプリングを促進するために繰り返されなければならない。その結果、いくつかのインターリーブは、ＭＰｉ ＭＲＦ準備パルスの同じシーケンスにより完全に測定される。固定数のＺＴＥプロファイルのサンプリングの制限を外せば、下の図７に示されるスキームが適用可能になる。ここでは、特定の目的用のＭＲＦ再構成について、あらゆることが変更可能であり要求される。

図７は、パルスシーケンス７００のさらなる一例を示している。この例では、異なるタイプの磁化準備４０２に続いて、異なるＺＴＥ空間符号化シーケンス４０４がある。図７は、どのようにして様々な異なる磁化準備４０２を磁気共鳴フィンガープリンティングパルスシーケンスを形成するように組み合わせることができるかを示している。異なるＭｚ磁化準備ステップに続いて、固定数のｎ個のＺＴＥ読出し（白ブロック）がある。数字は、前遅延（ｐｒｅ－ｄｅｌａｙ）（上側）、後遅延（ｐｏｓｔ－ｄｅｌａｙ）（下側）又は括弧内に書かれている場合は後遅延を用いないエコー時間を示している。代わりに、非常に短い前遅延及び後遅延を使用しＺＴＥ読出しサンプリングを行うようにより効率的にすることが可能である。この基本的なＭＲＦシーケンスは、指定されたサブサンプリングされるインターリーブのすべてのセグメントがサンプリングされるまで、繰り返されることになる。

図７に示されるように、磁化準備は、ＺＴＥ取得にインターリーブされる。多くのＭｚ磁化準備スキームには、ＺＴＥトレインで使用されたものとは異なる専用の傾斜パルスを要する。したがって、Ｍｚ磁化準備及びそれらの対応する傾斜パルスは、傾斜切り替えにより誘導される音響ノイズを最小限にするように最適化される（それを行うやり方は、傾斜強度及びスルーレートを減少させる、又は適切な滑らかな正弦波形を用いることである）。

低いチップ角のＺＴＥトレインの１つの潜在的な利点は、後に疑似エコーの一因となることがある、生成される高次スピンコヒーレンスの程度が低いことである。ＲＦ妨害（ｓｐｏｉｌｉｎｇ）は、さらに、存在すれば、潜在的な悪影響を最低限に抑える助けとなり得る。

いくつかのインターリーブにセグメント化される３Ｄ放射状ｋ空間軌道が、理想的には、空間領域をサブサンプリングするのに適していることの言及は興味深い。したがって、図２（ｂ、ｃ）に示されるシーケンスとの十分な結び付けからなるＭＲＦトレイン全体において、空間符号化の多様性及び効果を上げるように個々のＭＰｉだけでなく３Ｄ放射状インターリーブも変えられる。それによって、やはりまた空間的にアンダーサンプリングされる３Ｄデータから空間的に分解されるＭＲＦ情報の再構成が可能になる。これは、許容可能な限度内でのこの３Ｄスキャンの総走査時間を保つのに欠かせない。

いくつかの例は、以下の通りであり、
－ 脳のサイレントボリュームＭＲＦスキャンは、次のような特徴を用いて実施されるべきであり、
－ 脳におけるＴ１、Ｔ２、Ｍ０のボリュームマッピング、
－ より迅速なサンプリングのための空間領域におけるアンダーサンプリングの使用（アンダーサンプリングされていないＺＴＥスキャンの２０インターリーブのうちの２つだけがサンプリングされ、その選ばれた２つのインターリーブはｋ空間（０°及び１８０°のような）内の最大距離を有する）
－ 図２（ｂ）の符号化スキームに従ってＭＲＦシーケンスを使用、インターリーブの数／開始角度は経時的に直線的に増加される（φ＝３６０°／２０＊ｉ）。１８０°反対のインターリーブは、ＭＲＦシーケンスの第２の実行で取得される。
－ ＭＲＦ再構成後に全方向における再フォーマットを可能にする等方性分解能で、
－ 対応するマップをフィッティングし表示するディクショナリ、
－ 合成ＭＲＩの概念を用いた所望のＭＲシーケンスに従った特定の目的のコントラストでの遡及的な画像の生成、
－ 走査は、リアルタイム再構成アプローチを用いて任意の選ばれたディクショナリ成分に対して適切な適合がなされるまで、継続され得る。これは、走査の継続期間の最適化を可能にする。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示及び説明されたが、このような例示及び説明は、例示的又は典型的であって、限定と考えられるべきではない。本発明は、開示の実施形態に限定されない。

開示の実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する当業者によって理解され、実施される。特許請求の範囲において、「含む」との語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」の不定冠詞も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載されるいくつかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用す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共に又はその一部として供給される光学ストレージ媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に格納／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介するといった他の形式で分配されてもよい。特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

１００ 磁気共鳴撮像システム
１０４ 磁石
１０６ 磁石のボア
１０８ 撮像ゾーン
１１０ 傾斜磁場コイル
１１２ 傾斜磁場コイル電源
１１４ 無線周波数コイル
１１６ トランシーバ
１１８ 対象者
１２０ 対象者支持体
１２２ アクチュエータ
１２６ コンピュータシステム
１２８ ハードウェアインターフェース
１３０ プロセッサ
１３２ ユーザインターフェース
１３４ コンピュータストレージ
１３６ コンピュータメモリ
１４０ パルスシーケンスコマンド
１４２ 磁気共鳴データ
１４４ 磁気共鳴フィンガープリントディクショナリ
１４６ 所定物質のセットの空間分布
１４８ マッピング
１５０ 磁気共鳴合成画像
１５２ コンピュータ断層合成画像
１６０ 機械実行可能命令
１６２ 磁気共鳴フィンガープリンティングモデル
１６４ 画像処理ルーチン
２００ パルスシーケンスコマンドを用いて磁気共鳴撮像システムを制御することによって、磁気共鳴データを取得する
２０２ 磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガー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、所定物質のセットの各々の空間分布を計算する
３００ ｋ空間における球体
３０２ スポーク
３０４ ｋ空間軌道
４００ ビルディングブロック
４０２ 磁化準備
４０４ ＺＴＥ空間符号化シーケンス
５００ ｋ空間のアンダーサンプリング軌道
５０２ パルスシーケンス
６００ パルスシーケンス
６０２ ｋ空間軌道片
７００ パルスシーケンス

Claims (13)

1. 撮像ゾーン内の対象者からの磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムであって、前記磁気共鳴撮像システムは、
   機械実行可能命令とパルスシーケンスコマンドとを格納するメモリであって、前記パルスシーケンスコマンドは、前記磁気共鳴撮像システムに、磁気共鳴フィンガープリンティング技術又はＭＲパラメータマッピングシーケンスに従って前記磁気共鳴データを取得させ、前記パルスシーケンスコマンドは、さらに、ゼロエコー時間を用いて磁気共鳴撮像プロトコルの空間符号化を実行するように前記磁気共鳴撮像システムを制御する、メモリと、
   前記磁気共鳴撮像システムを制御するプロセッサと、
   を含み、
   前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、
   前記パルスシーケンスコマンドを用いて前記磁気共鳴撮像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取得させ、
   前記磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガー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、所定物質のセットの各々の空間分布を計算させ、前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、前記所定物質のセットの前記パルスシーケンスコマンドの実行に応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含み、前記パルスシーケンスコマンドは、異なる縦磁化準備の複数の群を含み、磁気共鳴フィンガープリンティングは、前記縦磁化準備の複数の群内の個々の縦磁化準備を変えることによって符号化され、前記縦磁化準備の複数の群の各々に続いて、ゼロエコー時間読出しブロックがあり、各ゼロエコー時間読出しブロックは、前記磁気共鳴データの一部分を取得する、
   磁気共鳴撮像システム。
2. 前記縦磁化準備の複数の群の各々は、反転回復準備、駆動平衡準備に基づくＴ２準備、不平衡Ｔ２準備、拡散増感及び重み付けを用いたＴ２準備、ＭＳＤＥ、フロー増感及び重み付けを用いたＴ２準備、スピン反転準備、部分的飽和回復、磁化移動コントラスト準備、ケミカルシフト選択的前飽和、励起エコー準備、準備の中断及びその組み合わせ、のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の磁気共鳴撮像システム。
3. 前記磁気共鳴データの一部分は、完全なｋ空間サンプルのサブサンプルである、請求項１又は２に記載の磁気共鳴撮像システム。
4. 各ゼロエコー時間読出しブロックは、隣接するゼロエコー時間読出しブロックとは異なるサブサンプルパターンを有する、請求項３に記載の磁気共鳴撮像システム。
5. 前記縦磁化準備の複数の群は、１つ又は複数のサブセットに分割され、前記１つ又は複数のサブセットは、各サブセットが他のサブセットと異なる唯一無二のフリップ角を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
6. 前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、前記１つ又は複数のサブセットの各々についての所定物質のセットの各々の前記空間分布を計算させる、請求項５に記載の磁気共鳴撮像システム。
7. 前記１つ又は複数のサブセットは、サブサンプリングパターンを経時的に変えてインターリーブされる、請求項５又は６に記載の磁気共鳴撮像システム。
8. 前記縦磁化準備のうちの少なくとも１つは、サイレント磁気傾斜遷移を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
9. 前記所定物質のセットは、骨組織、結合組織、軟骨、海綿状骨、皮質骨、及び腱のうちのいずれかを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
10. 前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、少なくとも前記骨組織の前記空間分布を用いてコンピュータ断層合成画像を計算させる、及び／又は、前記所定物質のセットの各々の前記空間分布を用いて三次元磁気共鳴合成画像を計算させる、請求項９に記載の磁気共鳴撮像システム。
11. 前記機械実行可能命令の実行は、さらに、前記プロセッサに、前記パルスシーケンスコマンドに対する前記所定物質の各物質の応答をモデル化することによって、前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを計算させる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
12. 撮像ゾーン内の対象者からの磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像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命令を含むコンピュータプログラムであって、
    前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、
    パルスシーケンスコマンドを用いて前記磁気共鳴撮像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取得させ、前記パルスシーケンスコマンドは、前記磁気共鳴撮像システムに、磁気共鳴フィンガープリンティング技術又はＭＲパラメータマッピングシーケンスに従って前記磁気共鳴データを取得させ、前記パルスシーケンスコマンドは、さらに、ゼロエコー時間を用いて磁気共鳴撮像プロトコルの空間符号化を実行するように前記磁気共鳴撮像システムを制御し、
    前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、
    前記磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガー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、所定物質のセットの各々の空間分布を計算させ、前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、前記所定物質のセットの前記パルスシーケンスコマンドの実行に応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含み、前記パルスシーケンスコマンドは、異なる縦磁化準備の複数の群を含み、磁気共鳴フィンガープリンティングは、前記縦磁化準備の複数の群内の個々の縦磁化準備を変えることによって符号化され、前記縦磁化準備の複数の群の各々に続いて、ゼロエコー時間読出しブロックがあり、各ゼロエコー時間読出しブロックは、前記磁気共鳴データの一部分を取得する、
    コンピュータプログラム。
13. 撮像ゾーン内の対象者からの磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムを作動させる方法であって、
    前記方法は、
    パルスシーケンスコマンドを用いて前記磁気共鳴撮像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取得するステップであって、前記パルスシーケンスコマンドは、前記磁気共鳴撮像システムに、磁気共鳴フィンガープリンティング技術又はＭＲパラメータマッピングシーケンスに従って前記磁気共鳴データを取得させ、前記パルスシーケンスコマンドは、さらに、ゼロエコー時間を用いて磁気共鳴撮像プロトコルの空間符号化を実行するように前記磁気共鳴撮像システムを制御する、前記磁気共鳴データを取得するステップと、
    前記磁気共鳴データを磁気共鳴フィンガー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、所定物質のセットの各々の空間分布を計算するステップであって、前記磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、前記所定物質のセットの前記パルスシーケンスコマンドの実行に応答して計算された磁気共鳴信号のリストを含み、前記パルスシーケンスコマンドは、異なる縦磁化準備の複数の群を含み、磁気共鳴フィンガープリンティングは、前記縦磁化準備の複数の群内の個々の縦磁化準備を変えることによって符号化され、前記縦磁化準備の複数の群の各々に続いて、ゼロエコー時間読出しブロックがあり、各ゼロエコー時間読出しブロックは、前記磁気共鳴データの一部分を取得する、所定物質のセットの各々の空間分布を計算するステップと
    を有する、方法。

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