JP7090636B2

JP7090636B2 - サブボクセル解像度磁気共鳴フィンガープリンティングイメージング

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Publication number: JP7090636B2
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Description

本発明は、磁気共鳴イメージングに関し、特に、磁気共鳴フィンガープリンティングに関する。

磁気共鳴フィンガープリンティング（ＭＲＦ）は、時間的に分散された幾つかのＲＦパルスが印加され、その結果、異なる材料又は組織からの信号が測定磁気共鳴（ＭＲ）信号への固有の寄与を有する技法である。１組の又は固定数の物質からの事前計算された信号寄与の限定的なディクショナリが、測定ＭＲ信号と比較され、単一ボクセル内における組成が決定される。例えば、ボクセルが、水、脂肪、及び筋組織しか含まないことが分かっている場合、これらの３つの材料からの寄与しか考慮する必要がなく、ボクセルの組成を正確に決定するのに少数のＲＦパルスしか必要とされない。

磁気共鳴フィンガープリンティング技法は、学術誌論文のＭａ等、「ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＦｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ」、Ｎａｔｕｒｅ、４９５巻、１８７～１９３頁、ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎａｔｕｒｅ１１９７１において紹介された。磁気フィンガープリンティング技法は、米国特許出願公開第２０１３／０２７１１３２Ａ１号及び第２０１３／０２６５０４７Ａ１号にも説明されている。

米国特許出願公開第２０１７／０１１２５５Ａ１号は、生体サンプルの不変磁気共鳴（ＭＲ）シグネチャを決定するシステムを開示している。操作中に、システムは、複数のスキャンにおけるボクセルに関連したＭＲ信号とシミュレートされたＭＲ信号との間の差に基づいて、生体サンプルのボクセルの磁気共鳴（ＭＲ）モデルを決定する。ＭＲ信号は、複数のＭＲスキャン中に、スキャン命令に基づいてシステムのＭＲスキャナによって測定又は捕捉され、生体サンプルのシミュレートされたＭＲ信号が、ＭＲモデルとスキャン命令とを使用して生成される。その上、システムは、収束基準が達成されるまで、差に基づいてＭＲスキャンのスキャン命令（磁場強度及び／又はパルスシーケンスを含む）を反復して変更する。次いで、システムは、生体サンプルの識別子と、ＭＲモデルに関連する生体サンプルの磁場強度不変ＭＲシグネチャとをメモリに格納する。

学術誌論文のＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇ、１０巻、１号、５３～６５頁、１９９１年３月、ｄｏｉ：１０．１１０９／４２．７５６１１におけるＰａｕｌｙ等、「ＰａｒａｍｅｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅＳｈｉｎｎａｒ－ＬｅＲｏｕｘｓｅｌｅｃｔｉｖｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｐｕｌｓｅｄｅｓｉｇｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ［ＮＭＲｉｍａｇｉｎｇ］」は、スライス全体にわたるフリップ角及び位相分布を計算するＳｈｉｎｎａｒ－ＬｅＲｏｕｘ方法のレビューを開示している。この論文は、指定されたスライスプロファイルを生成するパルスを設計する方法について説明している。

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、コンピュータプログラムプロダクト、及び方法を提供する。実施形態が従属請求項において与えられる。

磁気共鳴フィンガープリンティングには、対象者内の組織タイプ、材料の物質の濃度及び／又は空間分布を迅速に正確に決定する能力がある。本明細書で説明される例及び実施形態には、磁気共鳴フィンガープリンティングによって生成された磁気共鳴画像の解像度をサブボクセルレベルまで向上させることができるという利点がある。これは、２次元スライス内のフリップ角及び／又は位相分布がスライス選択方向で均一でないことに注意することによって達成される。それゆえに、ボクセルは、サブボクセルに分割される。特定のボクセルの磁気共鳴フィンガープリンティング（ＭＲＦ）信号は、サブボクセルの各々に対するＭＲＦ信号の組合せであると仮定される。これにより、サブボクセルレベルでの磁気共鳴フィンガープリンティングが可能になる。

サブボクセル解像度で磁気共鳴画像を生成する場合、スライス方向に沿った各スライス内のフリップ角及び／又は位相分布を測定する必要はない。この情報は、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリに既に含まれているか又は符号化されている。従来の磁気共鳴フィンガープリンティングを実行する場合、パルスシーケンスが指定され、磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、一般に、ブロッホ方程式を使用して計算される。ディクショナリのフィンガープリントを実験的に測定することが可能である。しかしながら、実際に、ブロッホ方程式を使用する方法は、十分に機能し、良好な結果をもたらす。実施形態は、ボクセルを２つ以上のサブボクセルに分割し、次いで、これらの２つ以上のサブボクセルの各々に対して計算されたエントリを有するフィンガープリンティングディクショナリを使用することによって、スライス選択方向の解像度を拡張する。

実施形態は、ボクセル内で均一の励起パルスプロファイルを仮定していない２つ以上のサブボクセルの各々に対して別個のディクショナリエントリを使用する。２つ以上のサブボクセルの各々について、励起パルスプロファイルは、２つ以上のサブボクセルの各々を表す別個の部分に分割される。励起パルスプロファイルは、ボクセル内のフリップ角分布及び位相分布である。２つ以上のサブボクセルの各々内の励起パルスプロファイルは、計算が直截的である。これは、例えば、Ｓｈｉｎｎａｒ－ＬｅＲｏｕｘ方法を使用して行うことができる。Ｓｈｉｎｎａｒ－ＬｅＲｏｕｘ方法は、パルスシーケンスの命令で指定されたパルスシーケンスに適用される。実際、ＲＦ波形は、スライス選択方向のフリップ角分布及び／又は位相分布の非対称性を増加させるように選ぶ。

ボクセルの測定された磁気共鳴フィンガープリント（本明細書では各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値と呼ばれる）は、２つ以上のサブボクセルの各々からの信号の組合せである。次いで、サブボクセルの組成は、最適化問題を解くことによって得られる。最適化は、ボクセル全体の測定された磁気共鳴フィンガープリントと一致するように２つ以上のサブボクセルのすべてからの可能な磁気共鳴フィンガープリントを組み合わせる手段を提供する。その結果として、最適化問題の解は２つ以上のサブボクセルの各々に対する組成をもたらす。

１つの態様では、本発明は磁気共鳴イメージングシステムを提供する。磁気共鳴イメージングシステムは、マシン実行可能命令及びＭＲＦパルスシーケンスコマンドを格納するためのメモリを備える。本明細書で使用されるＭＲＦは、磁気共鳴フィンガープリンティングの略語である。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴イメージングシステムに、磁気共鳴フィンガープリンティングプロトコルに従ってＭＲＦ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、２次元スライスのＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。２次元スライスは、スライス選択方向を有する。スライス選択方向は、２次元スライスに垂直である。パルスシーケンスコマンドは、パルスシーケンス反復のトレインを引き起こすように構成された命令を含む。パルスシーケンス反復のトレインは、ＭＲＦ磁気共鳴データが反復してサンプリングされるサンプリング事象を含む。

磁気共鳴イメージングシステムは、磁気共鳴イメージングシステムを制御するためのプロセッサを更に備える。マシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御させることによってＭＲＦ磁気共鳴データを取得させる。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成させる。一連の磁気共鳴パラメータ値の各々は、各パルスシーケンス反復のサンプリング事象に対応する。磁気共鳴パラメータ値は、磁気共鳴イメージングシステムを使用して一般に測定及び画像化される任意の値とすることができる。磁気共鳴イメージングフィンガープリンティングでは、ＭＲＦ磁気共鳴データは、フーリエ空間で取得されたデータから画像を直接再構成するのには使用されない。代わりに、取得された磁気共鳴データは、磁気共鳴パラメータの各々についての一連の中間画像を構成するために使用される。例えば、プロトン密度強調画像は、体積当たり又はボクセル内のプロトンの数を表す振幅を有する。ただし、再構成画像はまた、複素部分を有する。ＭＲフィンガープリントの構成では、振幅及び／又は位相を使用してフィンガープリントが構成される。

これらの画像は、一般に、アンダーサンプリングされるので、画像品質が非常に低いため画像自体は使用できない。しかしながら、各ボクセルのこれらの画像の値を見ると、一連のデータ、又はベクトルを、その特定のボクセルに対して構成することができる。各ボクセルのこの一連のデータは、本明細書では、「信号」、「信号ベクトル」、又は「ＭＲＦ信号」とも呼ばれる。

少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を使用して、一連の磁気共鳴パラメ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、各ボクセルの組成が決定される。磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、特定の物質又は組織に対してシミュレートされたか又は実験的に測定された値を有する。ディクショナリは、ボクセルの各々に対して少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値と比較され、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されて、１組の所定の物質のうちのどれがそのボクセル内にあるかが推測される。

マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値とを使用して２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成を計算させる。サブボクセルは、ボクセルをスライス選択方向に分割することによって構成される。この実施形態は、磁気共鳴フィンガープリンティングを使用して、サブボクセルに分割されたボクセルの内容を識別できるので有利である。これにより、従来の磁気共鳴フィンガープリンティング画像の解像度を向上させる手段が提供される。

本明細書で使用される所定の物質は、水又は脂肪などの材料を包含する。物質は、組織の一種であると見なすこともでき、又は病気にかかっているか若しくは病理を有する組織の一種と見なすこともできる。

別の実施形態では、パルスシーケンス反復のトレインの各々は、所定の分布の無線周波数パルスから選ばれた無線周波数パルスを含む。所定の分布の無線周波数パルスは、磁気スピンをフリップ角の分布まで回転させるように構成される。２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、フリップ角の所定の分布に依存する。この実施形態は、磁気共鳴フィンガープリンティング中にフリップ角を変化させることにより、ボクセルの様々なサブボクセル内の材料間を区別する手段が提供されるので有利である。

別の実施形態では、フリップ角の分布は、３０°の範囲で変化する。

別の実施形態では、フリップ角の分布は、７０°の範囲内で変化する。

別の実施形態では、フリップ角の分布は、１１０°の範囲で変化する。

別の実施形態では、フリップ角の分布は、１５０°の範囲で変化する。

別の実施形態では、フリップ角の分布は、１８０°の範囲内で変化する。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、サブボクセル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。サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、定常状態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する標準的な方法のうちの任意の１つを使用して計算される。例えば、ディクショナリは、ブロッホ方程式を解くことによって、又は拡張位相グラフ計算を実行することによって計算される。

別の実施形態では、２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成が、線形最適化を使用して２つ以上のサブボクセルの各々からの寄与を決定することによって計算される。この実施形態は、２つ以上のサブボクセルの各々からの寄与を計算する直截的な手段を提供するので有利である。

別の実施形態では、２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成は、少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値と事前計算された信号のディクショナリとの最大内積を見いだすことによって計算される。サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、事前計算された信号のディクショナリを含む。事前計算された信号は、ＭＲＦ磁気共鳴データを取得し、次いで、少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成するために使用された同じパルスシーケンスに対して計算又は測定される様々な物質の値である。

事前計算された信号は、様々な物質選択、重み付け、及び／又は相対位相係数をもつサブボクセル信号の線形結合を表す。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、グローバル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを使用して２次元スライスの各ボクセル内のグローバルセットの所定の物質の各々についての組成を描写するグローバル組成画像を計算させる。この実施形態では、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、従来の磁気共鳴フィンガープリンティングイメージング又はマップが計算される。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、グローバル組成画像及び所定の基準を使用して２次元スライス内の関心ボクセルを識別させる。２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成の計算は、関心ボクセルに限定される。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、関心ボクセルの２つ以上のサブボクセルを使用してグローバル組成画像を改良させる。これは、計算されたサブボクセルからの情報を使用してグローバル組成画像内の幾つかのボクセルを置き換えることと考えられる。これは、解像度を向上させるために、又は、更に、様々な構造の病理組織の識別を支援するために使用されるという利点を有する。

別の実施形態では、所定の基準は、以下のもの、すなわち、境界領域、異常組織、及びそれらの組合せのうちの任意の１つを識別するように構成される。

別の実施形態では、関心領域は脳を描写する。異常組織は、組織病変タイプである。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、グローバルマッピングを使用して２つ以上のサブボクセルの各々に対してサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを選ばせる。例えば、マシン実行可能命令によって実行されたアルゴリズムは、近隣又は隣接のボクセルを見て、これを使用して、どの磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを選択すべきかを決定する。例えば、ボクセルが２つの異なる組織タイプ間の境界として識別された場合互いに隣接するこれらの２つのタイプの組織に対応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を選択することは最も理にかなっている。

別の実施形態では、２次元スライスは、関心領域を描写する。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、関心領域のＢ０マップを受け取らせる。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、Ｂ０マップを使用して少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を補正させる。これは、例えば、サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリにＢ０値を含めることによって、又はＭＲＦ信号を作るために使用された中間画像を補正することによって行われる。例えば、Ｂ０値を使用して、特定の磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを選択する。

別の実施形態では、メモリは、Ｂ０マッピングパルスシーケンスコマンドを更に含む。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、Ｂ０マッピングパルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御させることによりＢ０マッピング磁気共鳴データを取得させ、次いで、Ｂ０マップを再構成させることによってＢ０マップを受け取らせる。分析におけるＢ０マッピングパルスシーケンスコマンドは、Ｂ０マップを測定し、次いで、計算することができる任意の磁気共鳴イメージング技法に従って構成される。これは、例えば、エコー時間に差がある２つの異なるスキャンの間の位相差を測定することによって行われる。

別の実施形態では、マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、関心領域のＢ１マップを受け取らせる。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、Ｂ１マップを使用して少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を補正させる。これは、例えば、Ｂ１値に依存するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを提供することによって、又はＢ１マップを使用してＭＲＦ信号を構成するのに使用される中間画像を補正することによって実行される。

別の実施形態では、メモリは、Ｂ１値をマッピングするために使用されるＢ１マッピングパルスシーケンスコマンドを更に含む。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、Ｂ１マッピングパルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御させることによりＢ１マッピング磁気共鳴データを取得させ、次いで、Ｂ１マップを再構成させることによってＢ１マップを受け取らせる。Ｂ１マッピングは、Ｂ１又は励起場をマッピングすることができる任意の磁気共鳴イメージング技法に従って実行される。例えば、デュアルＴＲ方法、飽和二重角度方法（ＳＤＡＭ）、又は位相検知方法が、Ｂ１マップを測定するために使用される。

別の実施形態では、サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、異なるＢ１値に対して別個のエントリを含む。例えば、Ｂ１マップを使用して、特定のＢ１又は励起場値に対応するエントリが選択される。

別の実施形態では、Ｂ１マップは、Ｂ１マップ符号化磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを使用して決定される。これは、Ｂ１値を符号化する従来の磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリであると考えられる。例えば、Ｂ１マップ符号化磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリは、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して、最初に、ボクセルごとにＢ１マップを決定する。次いで、このＢ１マップは、異なるＢ１値に対する別個のエントリを含むサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリへの入力として使用される。

別の実施形態では、２つ以上のサブボクセルは２つのサブボクセルである。

別の実施形態では、２つ以上のサブボクセルは３つのサブボクセルである。

別の実施形態では、２つ以上のサブボクセルは４つのサブボクセルである。

別の実施形態では、少なくとも１つの磁気共鳴パラメータ値は、以下のもの、すなわち、位相、振幅、及びそれらの組合せのうちの任意の１つである。

別の態様では、本発明は、磁気共鳴イメージングシステムを制御するプロセッサによる実行のためのマシン実行可能命令を含むコンピュータプログラムを提供する。マシン実行可能命令の実行は、プロセッサに、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御させることによってＭＲＦ磁気共鳴データを取得させる。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴イメージングシステムに、磁気共鳴フィンガープリンティングプロトコルに従ってＭＲＦ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、２次元スライスのＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。２次元スライスは、スライス選択方向を有する。パルスシーケンスコマンドは、パルスシーケンス反復のトレインを含む。パルスシーケンス反復のトレインは、ＭＲＦ磁気共鳴データが反復してサンプリングされるサンプリング事象を含む。マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成させる。一連の磁気共鳴パラメータ値の各々は、各パルスシーケンス反復のサンプリング事象に対応する。

マシン実行可能命令の実行は、更に、プロセッサに、２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成を、２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値とを使用して計算させる。

別の態様では、本発明は、磁気共鳴イメージングシステムを操作する方法を提供する。この方法は、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御することによってＭＲＦ磁気共鳴データを取得するステップを有する。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴イメージングシステムに、磁気共鳴フィンガープリンティングプロトコルに従ってＭＲＦ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、２次元スライスのＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成される。２次元スライスは、スライス選択方向を有する。パルスシーケンスコマンドは、パルスシーケンス反復のトレインを含む。パルスシーケンス反復のトレインは、ＭＲＦ磁気共鳴データが反復してサンプリングされるサンプリング事象を含む。この方法は、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成するステップを更に有する。一連の磁気共鳴パラメータ値の各々は、各パルスシーケンス反復のサンプリング事象に対応する。この方法は、２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成を、２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値とを使用して計算するステップを更に有する。

本発明の上述の実施形態のうちの１つ又は複数は、組み合わせられた実施形態が相互排他的でない限り、組み合わせられることを理解されたい。

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プロダクトとして具体化され得る。従って、本発明の態様は、全面的にハードウェア実施形態、全面的にソフトウェア実施形態（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）又は本明細書においてすべて一般的に「回路」、「モジュール」若しくは「システム」と称され得るソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとり得る。更に、本発明の態様は、コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードを有する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たコンピュータプログラムプロダクトの形態をとり得る。

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せが利用されてもよい。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もよい。本明細書で使用される「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実行可能な命令を保存することができ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称される場合もある。コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、有形コンピュータ可読媒体と称される場合もある。一部の実施形態では、コンピュータ可読ストレージ媒体はまた、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されることが可能なデータを保存可能であってもよい。コンピュータ可読ストレージ媒体の例は、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、半導体ハードディスク、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）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、磁気光学ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルを含むが、これらに限定されない。光ディスクの例は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＷ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＷ、又はＤＶＤ－Ｒディスクといったコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。コンピュータ可読ストレージ媒体という用語は、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータデバイスによってアクセスされることが可能な様々な種類の記録媒体も指す。例えば、データは、モデムによって、インターネットによって、又はローカルエリアネットワークによって読み出されてもよい。コンピュータ可読媒体上で具現化されたコンピュータ実行可能コードは、限定されることはないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等を含む任意の適切な媒体、又は上記の任意の適切な組合せを用いて送信されてもよい。

コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドにおいて又は搬送波の一部として内部で具体化されたコンピュータ実行可能コードを備えた伝搬データ信号を含んでもよい。このような伝搬信号は、限定されることはないが電磁気、光学的、又はそれらの任意の適切な組合せを含む様々な形態のいずれかをとり得る。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い及び命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれと関連して使用するためのプログラムを通信、伝搬、若しくは輸送できる任意のコンピュータ可読媒体でもよい。

「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、プロセッサに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更なる一例である。コンピュータストレージは、任意の揮発性又は不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体である。

本明細書で使用される「プロセッサ」は、プログラム、マシン実行可能命令、又はコンピュータ実行可能コードを実行可能な電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を含むコンピューティングデバイスへの言及は、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、また、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の中へ分配されたプロセッサの集合体も指す。コンピュータデバイスとの用語は、各々が１つ又は複数のプロセッサを有するコンピュータデバイスの集合体又はネットワークを指してもよいと理解されるべきである。コンピュータ実行可能コードは、同一のコンピュータデバイス内の、又は複数のコンピュータデバイス間に分配された複数のプロセッサによって実行される。

コンピュータ実行可能コードは、本発明の態様をプロセッサに行わせるマシン実行可能命令又はプログラムを含んでもよい。本発明の態様に関する動作を実施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）、又はＣ＋＋等のオブジェクト指向プログラミング言語及びＣプログラミング言語又は類似のプログラミング言語等の従来の手続き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合せで書かれてもよい及びマシン実行可能命令にコンパイルされてもよい。場合によっては、コンピュータ実行可能コードは、高水準言語の形態又は事前コンパイル形態でもよい及び臨機応変にマシン実行可能命令を生成するインタプリタと共に使用されてもよい。

コンピュータ実行可能コードは、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアローンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上で及び部分的にリモートコンピュータ上で、又は完全にリモートコンピュータ若しくはサーバ上で実行することができる。後者の場合、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを通してユーザのコンピュータに接続されてもよい、又はこの接続は外部コンピュータに対して（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネットを通して）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。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複数のブロックの一部は、適用できる場合、コンピュータ実行可能コードの形態のコンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。相互排他的でなければ、異なるフローチャート、図、及び／又はブロック図におけるブロックの組合せが組み合わせられてもよいことが更に理解される。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す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おいて指定された機能／行為を実施するための手段を生じさせるようにマシンを作るために、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサへと提供されてもよい。

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に保存された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おいて指定された機能／行為を実施する命令を含む製品を作るように、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ある特定の方法で機能するように命令することができるコンピュータ可読媒体に保存されてもよい。

コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行す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おいて指定された機能／行為を実施するためのプロセスを提供するように、一連の動作ステップがコンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で行われるようにすることにより、コンピュータ実施プロセスを生じさせるために、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他のデバイス上にロードされてもよい。

本明細書で使用される「ユーザインタフェース」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インタラクトすることを可能にするインタフェースである。「ユーザインタフェース」は、「ヒューマンインタフェースデバイス」と称される場合もある。ユーザインタフェースは、情報若しくはデータをオペレータに提供することができる及び／又は情報若しくはデータをオペレータから受信することができる。ユーザインタフェースは、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ことを可能にしてもよい及びコンピュータからユーザへ出力を提供してもよい。つまり、ユーザインタフェースはオペレータがコンピュータを制御する又は操作することを可能にしてもよい、及びインタ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結果を示すこと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フェース上のデータ又は情報の表示は、情報をオペレータに提供する一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、指示棒、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ウェブコム、ヘッドセット、ペダル、有線グローブ、リモコン、及び加速度計を介したデータの受信は、オペレータから情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェース要素の全例である。

本明細書で使用される「ハードウェアインタフェース」は、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／又は装置とインタラクトする及び／又はそれを制御することを可能にするインタフェースを包含する。ハードウェアインタフェースは、プロセッサが外部コンピューティングデバイス及び／又は装置へ制御信号又は命令を送ることを可能にしてもよい。ハードウェアインタフェースはまた、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してもよい。ハードウェアインタフェースの例は、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、ＩＥＥＥ４８８ポート、ブルートゥース（登録商標）接続、無線ＬＡＮ接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含むが、これらに限定されない。

本明細書で使用される「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構成された出力デバイス又はユーザインタフェースを包含する。ディスプレイは、視覚、音声、及び／又は触覚データを出力してもよい。ディスプレイの例は、コンピュータモニタ、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、ベクターディスプレイ、平面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、及びヘッドマウントディスプレイを含むが、これらに限定されない。

磁気共鳴（ＭＲ）データは、本明細書においては、磁気共鳴イメージングスキャン中に磁気共鳴装置のアンテナによっ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。予備磁気共鳴データは、医療イメージングデータの一例である。磁気共鳴（ＭＲ）画像は、本明細書においては、磁気共鳴イメージングデータ内に含まれる解剖学的データの再構成された２次元又は３次元視覚化として定義される。

以下に、本発明の好ましい実施形態が、単に例として、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一例を示す図である。図１の磁気共鳴イメージングシステムを操作する方法の一例を示す流れ図である。６０度ＲＦパルスでのスライス内のフリップ角及び位相分布のプロットを示す図である。従来の磁気共鳴フィンガープリンティングを使用した４つの物質の濃度のマッピングを示す図である。サブボクセル解像度を有する磁気共鳴フィンガープリンティングを使用した４つの物質の濃度のマッピングを示す図である。

図において似通った参照番号を付された要素は、等価な要素であるか、同じ機能を実行するかのいずれかである。先に考察された要素は、機能が等価である場合は、後の図においては必ずしも考察されない。

図１は、磁石１０４をもつ磁気共鳴イメージングシステム１００の一例を示す。磁石１０４は、ボア１０６が貫通する超伝導円筒磁石である。異なるタイプの磁石の使用も可能であり、例えば、分割円筒磁石及びいわゆる開放磁石の両方を使用することも可能である。分割円筒磁石は、磁石のアイソ面へのアクセスを可能にするようにクライオスタットが２つのセクションに分割されていることを除いて、標準円筒磁石と同様であり、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される。開放磁石は、２つの磁石セクションを有し、一方のセクションが他方のセクションの上方にあり、中間の空間は対象者を受け入れるのに十分な大きさであり、２つのセクションの配置はヘルムホルツコイルの配置と同様である。開放磁石は、対象者があまり閉じ込められないので評判がよい。円筒磁石のクライオスタットの内部には、超伝導コイルの集合がある。円筒磁石１０４のボア１０６内には、磁場が磁気共鳴イメージングを実行するのに十分強く均一であるイメージングゾーン１０８がある。関心領域１０９が、イメージングゾーン１０８内に示される。対象者１１８は、対象者１１８の少なくとも一部がイメージングゾーン１０８及び関心領域１０９内にあるように対象者支持体１２０によって支持されるものとして示される。

磁石のボア１０６内には、磁石１０４のイメージングゾーン１０８内で磁気スピンを空間的に符号化するために、予備磁気共鳴データの取得のために使用される磁場勾配コイル１１０のセットもある。磁場勾配コイル１１０は、磁場勾配コイル電源１１２に接続される。磁場勾配コイル１１０は代表的なものであることが意図される。一般的に、磁場勾配コイル１１０は、３つの直交空間方向で空間的に符号化するためのコイルの３つの別個のセットを含む。磁場勾配電源は、電流を磁場勾配コイルに供給する。磁場勾配コイル１１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプされるか又はパルス化される。

イメージングゾーン１０８に隣接するのは、イメージングゾーン１０８内の磁気スピンの配向を操作するため及び同じくイメージングゾーン１０８内のスピンから無線伝送を受信するための無線周波数コイル１１４である。無線周波数アンテナは、複数のコイル素子を含む。無線周波数アンテナは、チャネル又はアンテナとも呼ばれる。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と置き換えられる。無線周波数コイル１１４及び無線周波数トランシーバ１１６は代表的なものであることを理解されたい。無線周波数コイル１１４は、専用送信アンテナ及び専用受信アンテナをも表すように意図される。同様に、トランシーバ１１６は、別個の送信機及び受信機をも表す。無線周波数コイル１１４はまた、複数の受信／送信素子を有し、無線周波数トランシーバ１１６は、複数の受信／送信チャネルを有する。例えば、ＳＥＮＳＥなどのパラレルイメージング技法が実行される場合、無線周波数コイル１１４は、複数のコイル素子を有する。

トランシーバ１１６及び勾配コントローラ１１２は、コンピュータシステム１２６のハードウェアインタフェース１２８に接続されるものとして示される。コンピュータシステムは更に、ハードウェアシステム１２８と通信しているプロセッサ１３０と、メモリ１３４と、ユーザインタフェース１３２とを備える。メモリ１３４は、プロセッサ１３０にとってアクセス可能であるメモリの任意の組合せである。これは、フラッシュＲＡＭ、ハードドライブ、又は他のストレージデバイスなど、メインメモリ、キャッシュメモリ、更には不揮発性メモリなどのようなものを含む。幾つかの例では、メモリ１３４は、非一時的コンピュータ可読媒体であると見なされる。

メモリ１３４は、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ために、プロセッサ１３０がコマンドを送受信できるようにするマシン実行可能命令１４０を含むものとして示される。メモリ１３４は更に、ＭＲＦパルスシーケンスコマンド１４２を含むものとして示される。ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、磁気共鳴フィンガープリンティングプロトコルを使用して磁気共鳴データを取得又はサンプリングするために磁気共鳴イメージングシステム１００を制御するよう構成されたパルスシーケンスコマンドである。メモリ１３４は更に、ＭＲＦ磁気共鳴データ１４４を含むものとして示される。ＭＲＦ磁気共鳴データは、ＭＲＦパルスシーケンスコマンドにより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取得された磁気共鳴データである。メモリ１３４は更に、中間画像データ１４６を含むものとして示される。中間画像データ１４６は、例えば、ＭＲＦ磁気共鳴データの個々のサンプルから再構成された位相又は振幅画像のいずれかである。一連のこれらの中間画像データ１４６からのデータを使用して、単一のボクセルの測定磁気共鳴パラメータを含む１４８を含む一連のもの又はベクトルが構成される。１４８は、本質的に、ＭＲＦパルスシーケンスコマンド１４２を使用した特定のボクセルの磁気共鳴フィンガープリントである。

メモリ１３４は更に、サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリの集合１５０を含むものとして示される。磁気共鳴フィンガープリント１４８をサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１５０と比較して、スライス選択方向のサブボクセルレベルでのボクセルの内容が決定される。メモリ１３４は更に、一連の１４８と幾つかのサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリとを使用して計算されたサブボクセルの組成を表す値を含むものとして示される。これは、例えば、磁気共鳴フィンガープリンティング全体に適用され、磁気共鳴フィンガープリンティング画像の解像度は、スライス選択方向に関してより高い解像度で計算される。他の場合には、ＭＲＦ磁気共鳴データ１４４は、従来の磁気共鳴フィンガープリンティング画像を計算するために使用され、この画像から選択された幾つかのサブボクセルの値は、値１５２と置き換えられる。

図２は、図１の磁気共鳴イメージングシステム１００を動作させる方法を示すフローチャートを示す。最初にステップ２００において、磁気共鳴イメージングシステム１００が、ＭＲＦパルスシーケンスコマンド１４２により制御される。これにより、磁気共鳴イメージングシステム１００は、ＭＲＦ磁気共鳴データ１４４を取得する。次に、ステップ２０２において、プロセッサ１３０は、ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値１４８を構成するように制御される。一連の磁気共鳴パラメータ値の各々は、各パルスシーケンス反復のサンプリング事象に対応する。次いで、最後に、ステップ２０４において、２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成が、サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリ１５０と、測定磁気共鳴パラメータを含む一連の１４８とを使用して計算される。

磁気共鳴フィンガープリンティング（ＭＲＦ）は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の分野における新しい取得及び再構成技法である。事前定義のコントラストをもつ画像をもたらすシーケンスパラメータの所与のセットのデータを取得する代わりに、ＭＲＦは、異なるシーケンスパラメータの全範囲のデータを収集する。結果として生じるフィンガープリントは、同時推定をもたらす、固有の組織パラメータから事前計算された信号展開（ｓｉｇｎａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のディクショナリと照合される。

一般に使用されるすべてのマルチスライス２ＤＭＲイメージング方法のスライス選択方向の空間解像度は、スライス幅に制限される。超解像度方法が存在するが、追加のオーバーラッピングスライスの取得を必要とする。

提案される方法は、励起パルスプロファイルの形状を利用することによって、及びＭＲフィンガープリンティングを使用してスライス幅の空間的に別個の部分の構成要素を識別することによってこの制限を克服する。それは、スライスオーバーラップ又は追加の測定の必要なしにスライス内の空間解像度での画像の再構成を可能にする。この方法は、標準ＭＲＦ測定に遡及的に適用される。

例は、以下の機能のうちの１つ又は複数を有する。
１．修正されたＭＲＦディクショナリ計算方法：ディクショナリエントリが、励起パルスプロファイルの別個の部分に関して統合することによって計算される。
２．修正されたＭＲＦ再構成方法：ボクセルごとに、スライスプロファイルの異なる部分に属するフィンガープリントの寄与が、最適化問題を解くことによって決定される。

１つの例では、サブスライスフィンガープリントを作り出すための方法は、以下のステップのうちの１つ又は複数を有する。
１．ＲＦフリップ角及びＲＦ位相スライスプロファイルが、フィンガープリントトレインで使用される励起パルスごとに計算される。図１は、６０度パルスの一例を示す。
２．スライスプロファイルが、Ｎ個のサブスライスに分割される。図１では、Ｎ＝２のサブスライスのセットが、色つき領域で示される。
３．フィンガープリントディクショナリに含まれる各物質について、別個のフィンガープリントが、サブスライスごとに、そのサブスライス内のすべてのフリップ角及び位相組合せに対する信号応答を合計することによって計算される。図１の例では、これは、各色つき領域内の幾つかのポイントをサンプリングし、その領域に属するすべてのフィンガープリントの和としてサブスライスフィンガープリントを計算することによって達成される。

フリップ角及び位相スライスプロファイルの正確な形状は、ＲＦパルス強度に依存する。低いフリップ角では、プロファイルはほぼ矩形であるが、高いフリップ角では、プロファイルは歪められる。正確な形状が計算に含まれるので、フィンガープリントトレインに小さいフリップ角と大きいフリップ角の両方を含めて、異なる空間領域からの信号応答の識別可能性を向上させることは有利である。

図３は、サブボクセル解像度で磁気共鳴フィンガープリントを構成する１つの手段を示す。２つのチャートがある。両方のチャートのＸ軸は、スライス選択方向３００にある。図３は、６０°ＲＦパルスでのスライスの端から端までのフリップ角３０２及び位相角分布３０４を示す。フリップ角分布は対称であるが、しかしながら、位相分布は反対称である。これにより、Ｚ＜０のサブスライスからの信号応答は、Ｚ＞０のサブスライスからの信号応答と異なる。３０６とラベル付けされた区域は第１のサブボクセル３０６の領域に対応し、領域３０８は第２のサブボクセルの領域に対応する。２つのサブボクセル領域内において、位相が著しく異なることが分かる。これにより、各領域３０６及び３０８に対して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を構成することが可能になり、それにより、サブボクセル解像度が可能になる。通常、無線周波数パルスは、正方形又は対称形状を有するように選択される。無線周波数パルスは、例えば、３００対３０２をプロットしたチャートのような対称的な外観をもはや有していないように変更されてもよい。これにより、ボクセルを更に２つ以上の領域に分割することが可能になる。図３に示された特定の例では、位相は、サブボクセル解像度でボクセルを区別するために使用される。しかしながら、これは位相３０４に依存する。Ｂ０場のエラーは、例えば、不正確の原因となる。

Ｎ＝２のサブスライス（図３に示されているような）の場合には、同じ物質の２つのフィンガープリントは、振幅ではなく位相のみが異なる。３つ以上のサブスライスが使用される場合、サブスライスフィンガープリントの振幅分布も異なる。

以下、サブスライス再構成の方法が論じられる。この例では、測定信号は、異なる空間領域からのフィンガープリントの線形結合であると仮定される。

マッチング問題は、様々なやり方で解くことができる。１つのやり方は、マッチング問題を線形最適化問題の観点から書き、
ｘ_ｉ＞０を条件として、
||Ｄ^Ｔｘ－ｓ||_２を最小化するものであり、
ここで、Ｄは、すべてのサブスライスのすべてのフィンガープリントを含む複素数値ディクショナリであり、ｓは、測定された複素数値信号であり、ｘは、成分アバンダンシ（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｂｕｎｄａｎｃｙ）のベクトルである。個々の位相係数を考慮する必要がある（イメージングボリュームにＢ_０変動があるＳＳＦＰベースＭＲＦシーケンスの場合である）場合、最小化問題が適応されなければならない。既知のＢ_０マップを使用して、マッチングの前にフィンガープリント信号ｓの一定位相係数を除去することができる。異なる位相係数が異なるサブスライスで予想される場合、相対位相が、追加の最適化パラメータとして含まれてもよい。この場合、以下の方法が、一層よく適する。

この第２の方法は、各サブボクセルが１つの物質のみを含んでいる２つのサブスライスの場合について説明されるが、より多くのサブスライス及び成分まで容易に拡張される。この方法は、固定数の構成要素に制限することができるので、一般に、より安定した解を可能にする。

ボクセルごとに、固定数の密度比及び相対位相に対してサブボクセル構成要素のすべての可能な組合せがテストされ、最良の組合せが、内積を測定信号と比較することによって見いだされる。

ディクショナリで考慮される物質の数をｎとする。次いで、サブスライスごとにｎ個のフィンガープリントを得る。２つのサブスライスでは、それぞれのフィンガープリントを含む２つのサブディクショナリＤ^（１）及びＤ^（２）を作り出す。

物質ａ及びｂ、比ε、及び相対位相係数φの各組合せについて、予想される信号は、

として表され、測定信号ｓに対する最良の一致は、正規化信号ベクトルの内積を最大にするパラメータのセットを選ぶことによって見いだされる、

次いで、最適化されたフィンガープリントインデクスａ^ｏｐｔ及びｂ^ｏｐｔを使用して、スライス選択方向に２倍の解像度をもつマップを作り出す。２つのサブボクセルの構成要素の相対プロトン密度は、

及び

によって与えられる。

図４は、再構成された従来の磁気共鳴フィンガープリント画像を示す。これらの画像を構成するために、異なる物質を含む４つの既知のゲルサンプルが、平行スライスに分割された関心領域に対して傾けられた。画像４０２は物質１を画像化しており、画像４０４は物質２を画像化しており、画像４０６は物質３を画像化しており、画像４０８は物質３を画像化している。各画像は、６つの別個のスライス内のボクセルからのものである。スライス０は４１０によって示され、スライス１は４１２としてラベル付けされ、スライス２は４１４としてラベル付けされ、スライス３は４１６としてラベル付けされ、スライス４は４１８としてラベル付けされ、スライス５は４２０としてラベル付けされる。これらの４つの画像４０２、４０４、４０６、４０８において、同じデータが使用された。

図５は、同じ磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを使用して、しかし、サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを使用して再構成された４つの追加の画像を示す。各々２つのサブスライスフィンガープリントをもつ４つの物質に対する８つのフィンガープリントを含むＭＲＦディクショナリを使用して、マッチングが実行された。上述のアルゴリズムが、εの２１個の可能な値及びφの３０個の可能な値に関して使用された。

画像５０２は画像４０２に対応し、画像５０４は画像４０４に対応し、画像５０６は画像４０６に対応し、画像５０８は画像４０８に対応する。図４と図５を比較すると、物質の各々についての場所が両方の画像で同等に識別されたことが分かる。図５では、ゲルサンプルはより高い解像度で画像化されている。

図５では、幾つかの変化があり、スライスの一方の側のボクセルは他方の側のボクセルよりも一貫して明るいか又は強いことが分かる。これらは、Ｂ１＋又は場合によっては更にＢ０の影響による可能性がある。ボクセル全体にわたってこれらの場の傾斜がある場合、サブボクセル信号への結果として生じる影響は、物質の不均一な密度分布に似ているように見える。図５に示された例は、Ｂ１又はＢ０場の補正を考慮に入れていない。この画像に示されている影響は、例えば、より低い磁場強度を使用することによって最小化される。図５に示された例では、３Ｔの場強度が使用された。１．５Ｔ以下の場強度が使用された場合、この影響は最小化される。この影響はまた、計算に場傾斜の影響をより正確に考慮するか、完全に非対称なスライスプロファイルを使用するか、又はＢ０及びＢ１マップを測定しこれらの影響をサブボクセル信号計算で考慮することによって最小化される。

一例として、４つの既知のゲルサンプルのセットが、８ｍｍ幅の４つのスライスによるマルチスライス取得を使用して画像化された。使用されたＭＲフィンガープリンティングシーケンスは、スポイルドＳＳＦＰ実施態様を使用した標準ＭＲＦシーケンスである。薄い壁のガラス管に含まれたサンプルが、隣同士に置かれ、サンプル間の縁部で空間解像度を観察できるようにスライス選択方向に対して回転された。サブスライス分析から導き出された個々の物質のパーシャルボリューム存在量（密度）が、図５に示される。個々の管の縁部が十分に分解されている。

別の例では、標準ＭＲＦマッチングが最初に実行されて、標準解像度のパラメータマップが作り出される。これらのマップから、関心領域（例えば、脳の病変）及びその周辺の構成要素が決定される。次いで、空間解像度を向上させる説明された方法が、関心領域で局所的に実行される。空間最適化に使用されるディクショナリは、領域の既知の構成要素に限定され、それによって、速く安定した計算が可能になる。

別の例では、ＲＦパルスは、サブスライス信号の識別可能性を向上させるために、ＲＦ及び位相プロファイルが非対称になるように設計される。

本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び記載は、説明的又は例示的であって限定するものではないと見なされるべきである。すなわち本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。

開示された実施形態のその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、備える）」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を果たす。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に用いられ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若しくは他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適当な媒体に保存／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電気通信システムを介して等の他の形式で分配されてもよい。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

１００磁気共鳴イメージングシステム
１０４磁石
１０６磁石のボア
１０８イメージングゾーン
１０９関心領域
１１０磁場勾配コイル
１１２磁場勾配コイル電源
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
１２６コンピュータシステム
１２８ハードウェアインタフェース
１３０プロセッサ
１３２ユーザインタフェース
１３４コンピュータメモリ
１４０マシン実行可能命令
１４２ＭＲＦパルスシーケンスコマンド
１４４ＭＲＦ磁気共鳴データ
１４６中間画像データ
１４８単一のボクセルの測定磁気共鳴パラメータを含む一連のもの又はベクトル
１５０サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリの集合
１５２サブボクセルの組成を表す値
２００ＭＲＦパルスシーケンスコマンドにより磁気共鳴イメージングシステムを制御することによってＭＲＦ磁気共鳴データを取得する
２０２ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成する
２０４２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成を、２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値とを使用して計算する
３００スライス選択方向の距離
３０２フリップ角［度］
３０４位相［ラジアン］
３０６第１のサブボクセルの領域
３０８第２のサブボクセルの領域
４０２物質１の磁気共鳴フィンガープリンティング画像
４０４物質２の磁気共鳴フィンガープリンティング画像
４０６物質３の磁気共鳴フィンガープリンティング画像
４０８物質４の磁気共鳴フィンガープリンティング画像
４１０スライス０
４１２スライス１
４１４スライス２
４１６スライス３
４１８スライス４
４２０スライス５
５０２物質１のサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティング画像
５０４物質２の磁気共鳴フィンガープリンティング画像
５０６物質３の磁気共鳴フィンガープリンティング画像
５０８物質４の磁気共鳴フィンガープリンティング画像

Claims

マシン実行可能命令及び磁気共鳴フィンガープリンティング（ＭＲＦ）パルスシーケンスコマンドを格納するためのメモリであって、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドが、磁気共鳴イメージングシステムに、ＭＲＦプロトコルに従ってＭＲＦ磁気共鳴データを取得させ、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、２次元スライスの前記ＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成され、前記２次元スライスがスライス選択方向を有し、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドがパルスシーケンス反復のトレインを含み、前記パルスシーケンス反復のトレインは、前記ＭＲＦ磁気共鳴データが反復してサンプリングされるサンプリング事象を含む、メモリと、
前記磁気共鳴イメージングシステムを制御するためのプロセッサであって、前記マシン実行可能命令が実行されることにより、前記プロセッサによって、
前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドにより前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することによって前記ＭＲＦ磁気共鳴データを取得することと、
前記ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して前記２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成することであって、前記一連の磁気共鳴パラメータ値の各々が各パルスシーケンス反復の前記サンプリング事象に対応する、構成することと、
前記２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成を、前記２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと前記少なくとも１つの前記一連の磁気共鳴パラメータ値とを使用して計算することであって、前記サブボクセルが各ボクセルを前記スライス選択方向に分割し、サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリの各々が、前記２つ以上のサブボクセルの各々に対して励起パルスプロファイルの別個の部分に関して統合することによって計算された別個のフィンガープリントを含み、前記励起パルスプロファイルはフリップ角分布及び位相角分布であり、前記２つ以上のサブボクセル内の前記組成が、前記２つ以上のサブボクセルの各々からの寄与を、線形最適化を使用して決定することによって計算される、前記組成を計算することとが行われる、プロセッサと
を備える、磁気共鳴イメージングシステムにおいて、
前記励起パルスプロファイルが、対称フリップ角分布を有すると共に、反対称位相分布を有し、及び／又は、
前記パルスシーケンスコマンドが、非対称である無線周波数パルスを規定する、磁気共鳴イメージングシステム。
前記パルスシーケンス反復のトレインの各々が、所定の分布の無線周波数パルスから選ばれた無線周波数パルスを含み、前記所定の分布の無線周波数パルスが、磁気スピンをフリップ角の所定の分布まで回転させ、前記２つ以上のサブボクセルの各々に対する前記サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリが、前記フリップ角の前記所定の分布に依存する、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記フリップ角の前記所定の分布が、３０度の範囲内、７０度の範囲内、１１０度の範囲内、１５０度の範囲内、及び１８０度の範囲内のうちのいずれか１つによって変化する、請求項２に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記マシン実行可能命令が実行されることにより、前記プロセッサによって、ＭＲＦディクショナリを使用して前記２次元スライスの各ボクセル内のセットの所定の物質の各々についての組成を描写する組成画像を計算させることが行われる、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記マシン実行可能命令が実行されることにより、更に、前記プロセッサによって、
前記組成画像及び所定の基準を使用して前記２次元スライス内の関心ボクセルを識別することであり、前記２つ以上のサブボクセル内の前記１組の所定の物質の各々についての前記組成の前記計算が前記関心ボクセルに限定される、識別することと、
前記関心ボクセルの前記２つ以上のサブボクセルを使用して前記組成画像を改良することと
が行われる、請求項４に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記所定の基準が、境界領域、異常組織、及びそれらの組合せのうちの任意の１つを識別するように構成される、請求項５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記マシン実行可能命令が実行されることにより、更に、前記プロセッサによって、前記組成画像を使用して前記２つ以上のサブボクセルの各々に対して前記サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリを選ばせることが行われる、請求項５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記２次元スライスが関心領域を描写し、前記マシン実行可能命令が実行されることにより、更に、前記プロセッサによって、前記関心領域のＢ０マップを受け取らせることが行われ、前記マシン実行可能命令が実行されることにより、更に、前記プロセッサによって、前記Ｂ０マップを使用して前記少なくとも１つの前記一連の磁気共鳴パラメータ値を補正させることが行われる、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記メモリが、Ｂ０マッピングパルスシーケンスコマンドを更に含み、前記マシン実行可能命令が実行されることにより、更に、前記プロセッサによって、
前記Ｂ０マッピングパルスシーケンスコマンドにより前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することによってＢ０マッピング磁気共鳴データを取得することと、
前記Ｂ０マップを再構成することと
が行われることによって前記Ｂ０マップを受け取らせることが行われる、請求項８に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記マシン実行可能命令が実行されることにより、更に、前記プロセッサによって、前記関心領域のＢ１マップを受け取らせることが行われ、前記マシン実行可能命令が実行されることにより、更に、前記プロセッサによって、前記Ｂ１マップを使用して少なくとも１つの前記一連の磁気共鳴パラメータ値を補正させることが行われる、請求項８に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記少なくとも１つの磁気共鳴パラメータ値が、位相、振幅、及びそれらの組合せのうちの任意の１つである、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
磁気共鳴イメージングシステムを制御するプロセッサによる実行のためのマシン実行可能命令を含む非一時的コンピュータ可読プログラムであって、前記マシン実行可能命令が実行されることにより、前記プロセッサによって、
磁気共鳴フィンガープリンティング（ＭＲＦ）パルスシーケンスコマンドにより前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することによってＭＲＦデータを取得することであって、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドが、前記磁気共鳴イメージングシステムに、ＭＲＦプロトコルに従って前記ＭＲＦデータを取得させ、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、２次元スライスの前記ＭＲＦデータを取得するように構成され、前記２次元スライスがスライス選択方向を有し、前記パルスシーケンスコマンドがパルスシーケンス反復のトレインを含み、前記ＭＲＦデータが反復してサンプリングされるサンプリング事象を前記パルスシーケンス反復のトレインが含む、前記ＭＲＦデータを取得することと、
前記ＭＲＦデータを使用して前記２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成することであって、前記一連の磁気共鳴パラメータ値の各々が各パルスシーケンス反復の前記サンプリング事象に対応する、前記一連の磁気共鳴パラメータ値を構成することと、
前記２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成を、前記２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセルＭＲＦディクショナリと前記少なくとも１つの前記一連の磁気共鳴パラメータ値とを使用して計算することであって、前記サブボクセルは各ボクセルを前記スライス選択方向に分割し、前記サブボクセルＭＲＦディクショナリが、前記２つ以上のサブボクセルの各々に対して励起パルスプロファイルの別個の部分に関して統合することによって計算された別個のフィンガープリントを含み、前記２つ以上のサブボクセル内の前記組成が、前記２つ以上のサブボクセルの各々からの寄与を、線形最適化を使用して決定することによって計算される、前記組成を計算することと
が行われる、コンピュータプログラムにおいて、
前記励起パルスプロファイルが、対称フリップ角分布を有すると共に、反対称位相分布を有し、及び／又は、
前記パルスシーケンスコマンドが、非対称である無線周波数パルスを規定する、コンピュータプログラム。
磁気共鳴イメージングシステムの作動方法であって、前記方法が、
磁気共鳴フィンガープリンティング（ＭＲＦ）パルスシーケンスコマンドにより前記磁気共鳴イメージングシステムを制御することによってＭＲＦ磁気共鳴データを取得するステップであって、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドが、前記磁気共鳴イメージングシステムに、ＭＲＦプロトコルに従って前記ＭＲＦ磁気共鳴データを取得させ、前記ＭＲＦパルスシーケンスコマンドは、２次元スライスの前記ＭＲＦ磁気共鳴データを取得するように構成され、前記２次元スライスがスライス選択方向を有し、前記パルスシーケンスコマンドがパルスシーケンス反復のトレインを含み、前記ＭＲＦ磁気共鳴データが反復してサンプリングされるサンプリング事象を前記パルスシーケンス反復のトレインが含む、前記ＭＲＦ磁気共鳴データを取得するステップと、
前記ＭＲＦ磁気共鳴データを使用して前記２次元スライスの各ボクセルの少なくとも１つの一連の磁気共鳴パラメータ値を構成するステップであって、前記一連の磁気共鳴パラメータ値の各々が各パルスシーケンス反復の前記サンプリング事象に対応する、前記一連の磁気共鳴パラメータ値を構成するステップと、
前記２次元スライスの各ボクセルの２つ以上のサブボクセル内の１組の所定の物質の各々についての組成を、前記２つ以上のサブボクセルの各々に対するサブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリと前記少なくとも１つの前記一連の磁気共鳴パラメータ値とを使用して計算するステップであって、前記サブボクセルが各ボクセルを前記スライス選択方向に分割し、前記サブボクセル磁気共鳴フィンガープリンティングディクショナリが、前記２つ以上のサブボクセルの各々に対して励起パルスプロファイルの別個の部分に関して統合することによって計算された別個のフィンガープリントを含み、前記２つ以上のサブボクセル内の前記組成が、前記２つ以上のサブボクセルの各々からの寄与を、線形最適化を使用して決定することによって計算される、前記組成を計算するステップとを有する、方法において、
前記励起パルスプロファイルが、対称フリップ角分布を有すると共に、反対称位相分布を有し、及び／又は、
前記パルスシーケンスコマンドが、非対称である無線周波数パルスを規定する、方法。
前記２次元スライスの各々が、単一ボクセルの厚さである、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記２次元スライスの各々の各ボクセルが、前記スライス選択方向で前記２つ以上のサブボクセルに細分される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
各ボクセルが、前記反対称位相分布に基づいて前記スライス選択方向で２つ以上のサブボクセルに細分される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
複数のサブボクセル間で区別するために、前記反対称位相分布及び非対称無線周波数パルスのうちの少なくとも１つを使用して、前記２次元スライスの各々のボクセルが、前記スライス選択方向で複数のサブボクセルに分割される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
前記反対称位相分布、非対称無線周波数パルス、及びそれらの組合せのうちの任意の１つに基づいて、前記２次元スライスの各々の各ボクセルの前記２つ以上のサブボクセルを区別するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記サブボクセルのうちの１つからの寄与が、前記励起パルスプロファイルの第１の極性の位相分布の間の前記サンプリング事象の部分に対応し、前記サブボクセルのうちの次の１つからの寄与が、前記励起パルスプロファイルの第２の反対称位相分布の間の前記サンプリング事象の部分に対応する、請求項１３に記載の方法。