JP7313595B2

JP7313595B2 - Ｍｒｉ後処理システムと方法

Info

Publication number: JP7313595B2
Application number: JP2021570344A
Authority: JP
Inventors: シェルドリック，カイル; アシシュディワン
Original assignee: Merunova Pty Ltd
Current assignee: Merunova Pty Ltd
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2040-06-02
Also published as: CN114096991A; EP3963545A4; WO2020245726A1; US20220076413A1; EP3963545A1; US11443427B2; JP2022535740A

Description

（関連出願情報）
本願は、２０１９年６月３日付けで出願された「ＭＲＩＰｏｓｔ－ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓ（ＭＲＩ後処理システムと方法）」と題する米国仮特許出願第６２／８５６．２０１号からの優先権を主張し、その内容を参照により本明細書で援用する。

（背景技術）
本発明は、磁気共鳴イメージング（ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｍａｇｉｎｇ（ＭＲＩ））データを使用する医療診断、具体的には、ＭＲＩデータで組織変性を診断するシステムと方法に関する。

腰痛は、世界中の男女共に障害生存年数（ｌｉｖｅｄｗｉｔｈｄｉｓａｂｉｌｉｔｙ（ＹＬＤ））の主な原因であり、２０１６年では総ＹＬＤの約５，７６０万年を占めている。アメリカ合衆国では、腰痛による損失は年間１、０００億米ドル以上であると推定されている。幾つかの評価により、慢性的に体を動かせない腰痛の患者数は、２０年で３倍に達した。

腰痛の主な原因は、椎間板（ＩｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌＤｉｓｃ（ＩＶＤ））の変性によるものである。ＩＶＤは、髄核（ｎｕｃｌｅｕｓｐｕｌｐｏｓｕｓ（ＮＰ））と呼ばれるゼラチン状の中心部、線維輪（ａｎｎｕｌｕｓｆｉｂｒｏｓｕｓ（ＡＦ））と呼ばれる外側線維軟骨輪、及び軟骨終板（ｃａｒｔｉｌａｇｉｎｏｕｓｅｎｄｐｌａｔｅｓ（ＥＰｓ））と呼ばれる頂部と底部のキャップという、３つの要素から１つの機能単位で構成される。ＩＶＤの変性は、水分の喪失、細胞群の変質、タンパク質濃度の低下、及び生体力学的特性の変化を特徴とする複雑な病理学的プロセスである。

ＭＲＩ画像による椎間板変性症や関節損傷等の組織変性症の診断は、困難になることがある。臨床診療で使用される定性的方式は、痛みとの相関性が低いことがあり、定量的手法は、臨床用途で広く浸透していない。

一態様によると、方法は、少なくとも1つのハードウェアプロセッサを含むコンピュータシステムを使用し、被験体の少なくとも１つの関心領域の少なくとも１つの磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像の複数の画素の１画素又は画素のサブセットの信号減衰分散を決定する工程であって、この信号減衰分散は、前記画素又は画素のサブセットを特徴付けるＭＲＩ信号の減衰率の時間分散を表す、信号減衰分散を決定する工程と、前記少なくとも１つのＭＲＩ画像を特徴付ける決定された信号減衰分散に従って、前記少なくとも１つの関心領域のＭＲＩ信号減衰分散マップを生成する工程と、前記ＭＲＩ信号減衰分散マップに従って、前記被験体の組織変性指標を生成する工程と、を含む。

別の態様によると、非一時的コンピュータ可読媒体は、命令を符号化し、この命令は、コンピュータにより実行されると、このコンピュータに対して、被験体の少なくとも１つの関心領域の少なくとも１つの磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像の複数の画素の１画素又は画素のサブセットの信号減衰分散を決定する工程であって、この信号減衰分散は、前記画素又は画素のサブセットを特徴付けるＭＲＩ信号の減衰率の時間分散を表す、前記信号減衰分散を決定する工程と、前記少なくとも１つのＭＲＩ画像を特徴付ける決定された信号減衰分散に従って、前記少なくとも１つの関心領域のＭＲＩ信号減衰分散マップを生成する工程と、前記ＭＲＩ信号減衰分散マップに従って、前記被験体の組織変性指標を生成する工程とを、実行させる。

別の態様によると、コンピュータシステムは、少なくとも１つのプロセッサを含み、このプロセッサは、被験体の少なくとも１つの関心領域の少なくとも１つの磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像の複数の画素の１画素又は画素のサブセットの信号減衰分散を決定する工程であって、この信号減衰分散は、前記画素又は画素のサブセットを特徴付けるＭＲＩ信号の減衰率の時間分散を表す、前記信号減衰分散を決定する工程と、前記少なくとも１つのＭＲＩ画像を特徴付ける決定された信号減衰分散に従って、前記少なくとも１つの関心領域のＭＲＩ信号減衰分散マップを生成する工程と、前記ＭＲＩ信号減衰分散マップに従って、前記被験体の組織変性インジケータを生成する工程とを実行するよう、プログラムされる。

本発明の前述の態様と利点は、以下の詳細な説明を読み、以下の図面を参照することにより、更に良く理解されるであろう。

本発明の幾つかの実施形態に係る例示的な医療画像分析システムを示す図である。

本発明の幾つかの実施形態に係る医療画像データ処理システムの例示的なハードウェア構成を示す図である。

本発明の幾つかの実施形態に従って実施される一連の工程を示す図である。

本発明の幾つかの実施形態に係る、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像、対応する減衰分散マップ、及び関連する診断指標の例示的な同時表示を実証する図である。

本発明の幾つかの実施形態に係る、健康な椎間板（ＩＶＤ）、及び変性したＩＶＤの画像を例示する図である。

本発明の幾つかの実施形態に係る、同じウサギ腰椎領域のＴ２強調画像、Ｔ２強調画像の反転画像、及び減衰分散マップ（画像）をそれぞれ示す３つの例示的なパネルを例示する図である。

本発明の幾つかの実施形態に係る、様々なＩＶＤ等級について、３つのＭＲＩ後処理技術を使用して決定されたセグメント化済みＲＯＩの例示的平均スコアを、代表的な減衰分散マップと合わせて示す図である。

本発明の幾つかの実施形態に係る、試験感度と特異度との間の例示的な相互作用／トレードオフを実証する例示的な受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線を示す図である。

本発明の幾つかの実施形態に係る、変性した椎間板の染色された髄核（ＮＰ）、及び強調表示された領域の詳細を示す図である。

以下の説明では、引用された構造間の接続はすべて、中間構造を通じた直接操作接続又は間接操作接続で良いことを理解する。１組の要素には、要素が１つ以上含まれる。要素の引用はすべて、少なくとも１つの要素を指すものと理解する。複数の要素は、要素を少なくとも２つ含む。別途必要がない限り、記載の方法手順を、必ずしも特定の例示した順序で実施する必要はない。第２要素から導出された第１要素（例えば、データ）は、第２要素と同じ第１要素、並びに第２要素、適宜、他のデータを処理することで生成された第１要素を包含する。画像（画像要素）は、２次元、及び／又は３次元画像の一部で良く、３次元配列の一部を形成する画素は、ボクセルと称されることもある。パラメータに従って判定又は決定を行うことは、パラメータに従って、適宜、他のデータに従って、判定又は決定を行うことを包含する。別途指定されない限り、何かしらの数量/データの指標は、この数量/データ自体又は数量/データ自体とは異なる指標であり得る。本発明の幾つかの実施形態で述べるコンピュータプログラムは、他のコンピュータプログラムのスタンドアロンソフトウェアエンティティ又はサブエンティティ（例えば、サブルーチン、コードオブジェクト）で良い。コンピュータ可読媒体は、磁気、光学、及び半導体記憶媒体（例えば、ハードドライブ、光学ディスク、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ）等の非一時的媒体、並びに伝導ケーブルや光ファイバーリンク等の通信リンクを網羅する。幾つかの実施形態によると、本発明は、とりわけ、本明細書に記載の方法を実行するようにプログラムされたハードウェア（例えば、１つ以上のプロセッサ）、並びに、本明細書に記載の方法を実行する命令を符号化するコンピュータ可読媒体を提供する。

図１は、本発明の幾つかの実施形態に係る例示的な医療画像分析システム１０を示す図である。複数のクライアントシステム１２ａ～ｄは、通信ネットワーク１４を介してサーバシステム１８と相互作用することができる。通信ネットワーク１４は、広域網（少なくとも１つのルータ／ＯＳＩレイヤ４デバイスを含むネットワーク）、及び／又はローカルエリアネットワーク（スイッチ／ＯＳＩレイヤ２デバイスを含むネットワーク）の少なくとも一部を含み得る。サーバシステム１８は、ＴＣＰ／ＩＰ、ＨＴＴＰ／ＨＴＴＰＳ（ハイパーテキスト転送プロトコル／セキュア）、及び／又はウェブサービス間でデータを交換するのに適した他のプロトコルを含む、１つ以上のネットワークプロトコルを使用してクライアントシステム１２ａ～ｄに接続可能である。サーバシステム１８は、１つ以上の相互接続されたサーバを含められ、データベース１６に接続されている。サーバシステム１８は、様々な場所でホストされ、場合によっては、様々な事業体が所有するサーバを含み得る。例えば、サーバシステム１８は、医療画像処理サービスプロバイダが運営するサーバ、並びにサードパーティのサービスプロバイダ（例えば、ＡｍａｚｏｎＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ又ははＡＷＳ）が運営するサーバを含み得る。幾つかの実施形態では、様々なサーバを使用して、以下で述べる機能の様々な部分を実装できる。例えば、認証とアカウント管理機能を、あるサーバ群が提供できる一方、より計算主体の画像処理機能を、サーバシステム１８の別の異なるサーバ群が提供可能である。

例示的なクライアントシステム１２ａ～ｄは、パーソナルコンピュータシステム、モバイルコンピューティングプラットフォーム（ラップトップコンピュータ、タブレット、携帯電話）、エンターテインメントデバイス（テレビ、ゲームコンソール）、拡張現実（ＡＲ）デバイス、ヘッドセット、及び関連入力デバイス等の仮想現実（ＶＲ）デバイス、並びに／又は、プロセッサ、メモリ及び通信インターフェイスを備える他の電子デバイスを、含む。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナ２２は、関心対象の被験体の少なくとも一部のＭＲＩ画像のシーケンスを生成するための磁石と関連回路、及びプロセッサを含む。被験体は、非ヒト哺乳動物被験体、並びに／又は医療現場のヒト患者若しくは他のヒト被験体であり得る。

幾つかの実施形態において、減衰分散の計算、表示及びその後の使用工程は、クライアントシステム１２とサーバシステム１８を使用する後処理によって実行される。幾つかの実施形態において、以下で述べる減衰分散の決定と使用工程の少なくとも一部は、スキャナ２２で実行可能である。

図２は、例示的なコンピュータシステム２０の例示的なハードウェア構成を示し、このシステムは、クライアントシステム１２ａ～ｄ、及び／又はサーバシステム１８の少なくとも一部に相当し得る。一般性を失うことなく、図示のクライアントシステムは、コンピュータシステムである。他のクライアントシステム（例えば、携帯電話、スマートウォッチ）のハードウェア構成は、図２で示されているものとは多少異なることがある。コンピュータシステム２０は、ハードウェアプロセッサ２４とメモリユニット２６を備える、一組の物理デバイスを含む。プロセッサ２４は、１組の信号及び／若しくはデータで計算並びに／又は論理演算を実行するように構成された物理デバイス（例えば、マイクロプロセッサ、半導体基板上で形成されたマルチコア集積回路等）を備える。幾つかの実施形態において、このような演算は、一連のプロセッサ命令（例えば、機械語や他の種類の符号化）の形でプロセッサ２４に送られる。メモリユニット２６は、プロセッサ２４によってアクセス若しくは生成された命令、並びに／又はデータを格納する揮発性コンピュータ可読媒体（例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ）を含み得る。

入力デバイス２８は、ユーザがデータ及び／若しくは命令をコンピュータシステム２０に導入可能とする、それぞれのハードウェアインターフェイス並びに／又はアダプタを含む、とりわけ、コンピュータキーボード、マウス及びマイクロフォンを含み得る。出力デバイス３２は、コンピュータシステム２０がユーザにデータを通信可能とする、とりわけ、モニタ等のディスプレイデバイス及びスピーカ並びにグラフィックカード等のハードウェアインターフェイス／アダプタを含み得る。幾つかの実施形態において、入力デバイス２８と出力デバイス３２は、タッチスクリーンデバイスの場合のように、共通のハードウェア要素を共有可能である。ストレージデバイス３４は、ソフトウェア命令及び／若しくはデータの不揮発性記憶、読み取り、並びに書き込みを可能にする、コンピュータ可読媒体を含む。例示的なストレージデバイス３４は、磁気ディスク、光学ディスク、及びフラッシュメモリデバイス、並びに、ＣＤ及び／若しくはＤＶＤディスク、ドライブ等のリムーバブルメディアを含む。一組のネットワークアダプタ（通信インターフェイスコントローラ）３６により、コンピュータシステム２０は、コンピュータネットワーク、及び／又は他のデバイス／コンピュータシステムに接続できる。コントローラハブ３８は、複数のシステム、周辺機器及び／若しくはチップセットバス、並びに／又はプロセッサ２４とデバイス２６、２８、３２、３４、及び３６との間の通信を可能にする他の回路すべてに相当する。例えば、コントローラハブ３８は、とりわけ、メモリコントローラ、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ、及び割り込みコントローラを含み得る。別の例では、コントローラハブ３８は、プロセッサ２４をメモリ２６に接続するノースブリッジ並びに／又はプロセッサ２４をデバイス２８、３２、３４及び３６に接続するサウスブリッジを備えられる。

幾つかの実施形態において、サーバシステム１８は、認証データ（例えば、ユーザ名／パスワード）、及びアカウント管理情報（例えば、アカウントＩＤ、連絡先データ、支払いデータ、ヒト、及び／又は動物の患者データ、並びに他の関連アカウント情報）を、１つ以上のクライアントシステム１２から受信するように構成された認証とアカウント管理構成要素を含む。更に、サーバシステム１８は、認証とアカウント管理構成要素に結合し、クライアントシステム１２、及び／又はスキャナ２２から患者画像（例えば、ＭＲＩ画像）を受信し、本明細書に記載のように画像を処理し、更に、処理後のデータ（例えば、処理後の画像、メタデータ、原画像、及び／又は処理後の画像から得られた統計情報、仮診断等の診断データ、並びに、他のレポート結果）をクライアントシステム１２に送信するように構成された、画像管理と処理構成要素も含む。幾つかの実施形態において、アカウント種別には、クライアントシステム１２を使用してデータを送信、且つ／又は受信するように構成できる、患者（エンドユーザ）アカウント、並びに、医療サービスプロバイダ（例えば放射線療法士又は他の医療実施者）アカウントが含まれ得る。

図３は、本発明の幾つかの実施形態に従って実施される一連の工程３００を示す図である。工程３０２で、被検体の１つ以上の関心領域を含む、一連のＭＲＩ画像を、ＭＲＩスキャナ又はストレージから受信する。例示的な関心領域には、被検体の脊椎の少なくとも一部、及び／又は膝、肘、肩、あるいは股関節等の関節が含まれる。ＭＲＩ画像は、限定されないが、Ｔ１（スピン－格子）信号、Ｔ２（スピン－スピン）信号、及びＴｌ－ｒｈｏやＴ２^＊信号等のＴ１／Ｔ２信号の変形形態を含む、当技術分野において既知である多くのＭＲＩ信号を含み得る。

工程３０４において、１つ以上の関心領域（ＲＯＩ）を、ＭＲＩ画像において特定／描写する。ＲＯＩの描写は、画像認識コードで自動的に、且つ／又は、人間のオペレータがグラフィカルユーザインターフェイスを使用して画像の一部（ひいては、関連画素）を所与のＲＯＩＳに属するものとしてラベル付けするによって、実行可能である。例示的なＲＯＩは、髄核（ＮＰ）、線維輪（ＡＦ）、及び軟骨終板（ＥＰ）等の椎間板（ＩＶＤ）の領域を含み得る。他のＲＯＩには、様々な組織種別（骨、軟骨、靭帯等）で画定される部分等、関節の種々の部分が含まれ得る。

工程３０６において、ＲＯＩ内の画素又は画素群を特徴付ける関心ＭＲＩ信号を特定する。各ＭＲＩ信号には、信号のタイムスパン全体にわたって１つ以上の減衰率を定義する強度値の級数が含まれ得る。以下の考察では、画素ごとの分析法に焦点が当てられているが、記載の分析法は、画素群（例えば、１ｘ２、２ｘ２又は２ｘ２ｘ２画素）で形成される画像部分領域のレベルでも実施できる。代表的な信号は、例えば、総和又は平均化によって、画像部分領域ごとに生成可能であり、更に、記載の減衰分散の計算は、代表的な信号ごとに実施できる。このようなアプローチは、解像度低下を代償として、計算が簡単であるが、信号対雑音比が高くなる場合がある。解像度低下は、被検体の比較的広い領域を撮像する場合は特に、状況によっては、許容できる場合もあり得る。

工程３０８において、以下で詳細に説明するように、ＲＯＩ（複数）の減衰分散マップをＭＲＩ信号から生成する。減衰分散マップには、ＲＯＩ（複数）の各画素／部分領域について算出された１つ以上の減衰分散が含まれる。

工程３１０において、減衰分散マップを使用して、被検体の１つ以上の組織変性指標を生成する。この組織変性指標は、１つ以上のＲＯＩ内の代表的な減衰分散値を示す。組織変性指標の生成は、１つ以上のＲＯＩ（複数）にわたり決定された減衰分散を合計すること、減衰分散を平均化すること、あるいは、代表的な減衰分散値／指標を決定すること、且つ／又は、この値を所与のスケール（例えば、０～１又は０～１００）へと正規化することを、含み得る。幾つかの実施形態において、組織変性指標は、数値スコア、例えば、０～１のスコアで良く、この場合、スコアが高い程、組織の変性がより進行していることを示す。幾つかの実施形態において、組織変性指標は、椎間板変性症の指標である。幾つかの実施形態において、組織変性指標は、とりわけ、脊髄損傷、及び／又は膝、股関節、あるいは他の関節の変形性関節症を特徴付けられる。

減衰分散マップによる組織変性指標の生成は、様々な方法で実行でき、とりわけ、未処理の減衰分散ではなく、調整済みの分散に従って実行できる。幾つかの実施形態において、以下で述べるように生成されたＲＯＩに関する未処理の減衰分散は、同じ患者の基準生物学的構造若しくは物質（例えば、脳脊髄液）での減衰分散の割合又は、患者で観察された最大減衰分散の割合又は、固定パーセンタイルでの値の割合（例えば、０．６は、当該患者の９０パーセンタイルにある画素の６０％の分散を表す）を表す調整済み減衰分散へと変換できる。幾つかの実施形態において、未処理の減衰分散は、母集団データを参照することで、順序付けされた（ランク）スコアへと変換できる（例えば、一部の等級/ランクの変性は、対応する範囲内の平均減衰分散に基づく）。幾つかの実施形態において、ＲＯＩの生の減衰分散は、母集団データを参照することで、パーセンタイルに変換できる（例えば、９８は、母集団の９８％よりも変性している椎間板を表す）。

幾つかの実施形態において、画素/部分領域の減衰分散値は、以下のように決められる。画素のＭＲＩ信号について検討する、この信号は、ｎ個の信号強度値からなる級数により定義され、それぞれがエコー時間インデックスｉに対応する、つまり、ＳＩ_ｉ、ｉ＝１、２～ｎである。信号保持率（ＳＲ）は、連続する単一強度値の比率として第（ｉ＋１）エコー時間について決定される、ｉ＝１、２～ｎ－１である。
信号減衰変化（SDC）は、連続する信号保持率の差分の絶対値として、第（ｉ＋２）エコー時間について決定される、ｉ＝１、２～ｎ－2である。
n個の強度値取得を含む信号の減衰分散値は、信号の減衰の合計が信号のタイムスパンにわたって変化する際に決定される。
この式は、信号保持率の観点から、
として書き換えられ、
更に、信号強度値の観点から、
として書き換えられる。

幾つかの実施形態において、正規化工程を使用して、信号強度でデータを正規化する。具体的には、ある画素について決定された減衰分散を、この画素の初期信号強度で除算して、強度が異なる信号の様々な信号対雑音比に対処することができる。予測ノイズの一部は固定されている、つまり、信号強度に左右されない。したがって、低い信号強度に対応するデータは、このようなノイズにより、人為的に高い減衰分散を示す場合がある。幾つかの実施形態において、Ｔ２と減衰分散は、信号強度を正規化しない場合には、十分な相関（例えば、例えば、ｒが約．１１）を示し、信号強度を正規化した後には、実質的に低い相関（例えば、ｒが．００１未満）を示すことが観察された。信号強度の正規化により生成された減衰分散マップは、Ｔ２等の他の変数よりも、減衰分散をより忠実に表すことが期待される。

前記のように、減衰分散を連続するデータ点の振幅比の差分として表すと、比較的計算効率が良くなる。幾つかの実施形態において、減衰分散は、所与の画素の信号振幅として加速度、つまり変化の変化を全般的に示す他の２次導関数指標により表すことができる。幾つかの実施形態において、比較の実行で使用される例示的な差分（減算）及び／若しくは比率（除算）演算は、他の比較演算で置き換えられるか又は補足可能である。適切な比較演算には、減算、除算、差分、比率、あるいは他の指標が閾値を超えているかどうかの判断、及び／又はその他の比較演算が含まれ得る。例えば、前記のＳＲやＳＤＣ等の指標は、種々の計算値を当てはめる個別のレベルに置き換えられる。

幾つかの実施形態において、所与の画素の信号時系列にわたり、減衰率比の平均を生成したら、次に、各比を、直前の比ではなく、この平均と比較することによって、一連の比較指標（例えば、差分）を生成する。先行データではなく、減衰率の平均との比較を伴うこうした方式は、分散が少なく、基となるデータのノイズが原因で減衰率が誤って変動しても、この変動の影響を受けにくくなる場合がある。とは言え、このような方式は、式（１～５）を参照して前述した連続比率比較方式よりも、性能が低いことが分かった。

幾つかの実施形態において、著しく計算量が多い方式は、各時系列を全曲線よりも短いｎタプル（部分列）に分解すること、各部分列にわたりカーブフィッティングを実施すること、更に、各部分列の減衰率を直前（及び／又は、次の）の減衰率と比較することを伴う。このような部分列は、ミリ秒（ｍｓ）スケール以下にわたり拡張するよう、制約される場合がある。例えば、Ｔ２系列をトリプレット（三つ組）に分割し、カーブフィッティングにより、トリプレットごとの減衰率を生成し、更に、連続する比率の各対を互いに比較して（例えば、減算、除算、差分又は比率が閾値を超えているかどうかの判断、あるいは、他の比較演算によって）、一連の比較指標を生成することができる。このような方式は、式（１－５）を参照して上に示した例示的な方式よりも１０００倍遅い場合がある。トリプレットより大きいｎタプルのデータ分析は、一層時間がかかる可能性がある。

幾つかの実施形態において、８５％を超える画素値は、１であると見なされる場合がある。この様な１への当てはめを使用すると、従来の定量的Ｔ２分析との公正な比較が容易になる。定量的なＴ２分析では、指数関数的な減衰を算出し、厄介な（しかも、典型的ではない）異常値に敏感に反応する可能性がある。とりわけ、曲線が比較的平坦である場合（長い減衰）、ノイズは測定された減衰率に大きな影響を及ぼすことがある。例えば、信号が２／３まで損失する時間を測定する分析法の場合、ノイズによって、測定データが数桁変化する場合がある。従って、１への当てはめは、従来のＴ２分析が比較の中で公平に機能しているかどうかを確認するための公平性チェックとして使用できる。

幾つかの実施形態において、未処理のＴ２データは、所与の時点（例えば、１００ミリ秒）に対応する無次元データ（例えば、Ｔ２値）を称する。未処理のＴ２データは、総じて、特定のＭＲＩ装置、及び／又は医療行為の詳細に左右されることがあるので、医療行為全体にわたる比較では、概ね有用となり得ない。未処理のＴ２データは、同じ画像の種々の部分を比較するのに役立つ場合がある（例えば、ある椎間板と別の椎間板との比較）。

幾つかの実施形態では、Ｔ２以外の信号を使用しても、前記の減衰分散マップを生成できる。例えば、Ｔ２^＊データは対応するＴ２データと相関関係があり、特定の比率まで短縮する。幾つかの実施形態では、Ｔｌ－ｒｈｏ系列を使用して、本明細書で述べる減衰分散マップを生成できる。

図４は、医療実施者、及び／又は患者向けに作成されたレポートを示す例示的ディスプレイ４００を示している。ディスプレイ４００は、以下で述べる幾つかの構成要素を含み、これら構成要素を、１つのウィンドウに同時表示したり、マルチスクリーンシーケンスの異なる画面に表示可能である。ディスプレイ４００は、ＭＲＩ画像４０２と、ＭＲＩ画像４０２と同じ被験体領域を表示する対応する減衰分散マップ４０４と、注釈、統計データ並びに／又は画像４０２、４０４及び／若しくは他の患者データを特徴付ける他の診断データ、並びに臨床医及び／若しくは患者に有用であり得る他のデータを示す診断指標ディスプレイ４０６、４０８と、を含む。診断指標ディスプレイ４０６、４０８は、画像及び／又はその一部（例えば、表示されている各椎間板）について算出されたスコア、信号系列又は統計データを表すグラフ、並びに、基礎となるＭＲＩデータを処理することで生成されたデータに関する他のグラフィック表記を含み得る。

以下の実施例と考察は、本発明の例示的な実施形態を例示するものであり、本発明を限定することを意図するものではない。

実施例

椎間板変性を、ウサギにおける上述の減衰分散マップを使用して評価し、組織学的等級付けと相関させた。過去の研究の一環として、２５羽のニュージーランドホワイトウサギに輪状穿刺して、隣接しない５０の腰椎椎間板に椎間板変性を誘発させた。１６週目に、ウサギをマルチエコーＴ２ＭＲＩスキャンし、安楽死させた。椎間板を染色し、組織学的に調査した。非線形最小二乗法を使用して、定量的Ｔ２緩和マップを作成した。以前の減衰率に基づいて予測された強度からの各エコー信号の強度の偏差を集計することによって、減衰分散マップを作成した。

減衰分散マップから、健康な椎間板では、減衰率が均一で（低い減衰分散）、明確、且つ境界のはっきりした髄核が示され、変性が進むにつれて、徐々に変化する減衰（減衰分散が大きくなる）が分かった。減衰分散マップでは、従来のＴ２緩和時間測定マップ（５（＋０．９）～１７８８．９（＋１１６）秒）と比較して、作成に必要な時間が大幅に短縮された（１．０＋０．０秒）。組織学スコアは、減衰分散スコア（ｒ＝０．８２、ｐ＜０．０１）と強く相関したが、Ｔ２信号強度（ｒ＝０．３２、ｐ＜０．０１）及び定量的Ｔ２緩和時間測定（ｒ＝０．３９、ｐ＜０．０１）と相関は、弱かった。減衰分散は、Ｔ２信号強度又は定量的Ｔ２マッピングと比較した場合、椎間板の変性検出に対する感度と特異度に優れていた。

この研究結果から、マルチエコーＴ２ＭＲＩシーケンスを使用すれば、ウサギの椎間板穿刺モデルにおける定量的Ｔ２緩和時間測定よりも、減衰分散の方が、より正確、且つ、より短い画像処理時間で椎間板変性を定量的に評価できることが示された。この技術は、人間を含む、他の哺乳類の被検体のＭＲＩスキャンにおける椎間板変性の定量的評価で使用可能である。

成長分化因子（ＧＤＦ）－５、ＧＤＦ－６、多血小板血漿療法、間葉系幹細胞療法、トシリズマブ療法、及びテロメラーゼ遺伝子治療を含む、多くの新しい生物学的治療法が、ＩＶＤ変性において活発に調査されている。ＩＶＤの変性と再生を共に評価するためのゴールドスタンダードは、組織学であるが、この組織学では、動物やサンプルを犠牲にしなければならない。ＩＶＤの総合的な健康状態を推定する際の許容できる精度で十分に検証済みの非破壊技術の開発は、日常の臨床診療におけるＩＶＤの縦断的変化を評価するため、並びに、ＩＶＤの再生を目指す様々な生物学的療法の有効性を評価するためにも有用である。前記の減衰分散マッピングから、ＩＶＤの健全性を非破壊的、且つ客観的に評価するための選択肢が得られる。

このような評価の結果が、根底にある病気のプロセスとよく相関し、日常の臨床診療で実施する上で計算効率に優れ、実用的であることが、理想的である。

現状、ＩＶＤ変性の程度は、臨床ＭＲＩスキャンで視覚化された場合、定性的等級、とりわけ、Ｐｆｉｒｍａｎｎ等（「ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＬｕｍｂａｒＩｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌＤｉｓｃＤｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（腰椎椎間板変性症の磁気共鳴分類）」、Ｓｐｉｎｅ、Ｐｈｉｌａ．Ｐａ．１９７６．２６（２００１年））、及びＴｈｏｍｐｓｏｎ等（「Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｓｓｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｗｉｔｈｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｍａｇｅｓｏｆｈｕｍａｎｌｕｍｂａｒｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃｓ（肉眼形態及び化学組成とヒト腰椎椎間板の磁気共鳴画像との相関）」、Ｔｒａｎｓ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．１３（１９８８年））で述べられるものを使用して、広く記述される。

最近では、Ｔ２＊やＴｌ－ｒｈｏを使用した研究をはじめとする多くの公開文献において、椎間板変性症の研究での定量的ＭＲＩについて述べられている。Ｅｌｌｉｎｇｓｏｎ等「ＤｉｓｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｓｓｅｓｓｅｄｂｙｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＴ２＊（Ｔ２ｓｔａｒ）ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｕｍｂａｒｍｅｃｈａｎｉｃｓ（定量的(*2)Ｔ２＊で評価された椎間板変性と機能的な腰椎力学との相関）」、Ｓｐｉｎｅ（Ｐｈｉｌａ．Ｐａ．１９７６）．３８（２０１３年）Ｅ１５３３－Ｅ１５４０、及びＰａｕｌ等「ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＭＲＩｉｎｅａｒｌｙｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：Ｔ１ｒｈｏｃｏｒｒｅｌａｔｅｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎＴ２ａｎｄＡＤＣｗｉｔｈｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｈｉｓｔｏｌｏｇｙａｎｄｍａｔｒｉｘｃｏｎｔｅｎｔ（初期の椎間板変性症における定量的ＭＲＩ：Ｔ２とＡＤＣよりも優れたＴ１ｒｈｏの生体力学、組織学、及びマトリックス含有量との相関性）」．ＰＬｏＳＯｎｅ，１３（２０１８年）を参照されたい。

Ｅｌｌｉｎｇｓｏｎ等は、Ｒｏｕｇｈｌｅｙ「Ｂｉｏｌｏｇｙｏｆｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃａｇｉｎｇａｎｄｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ｉｎｖｏｌｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｍａｔｒｉｘ（椎間板の老化と変性の生物学：細胞外マトリックスの関与）」（Ｐｈｉｌａ．Ｐａ．１９７６）．２９（２００４年）２６９１～２６９９で述べられるように、椎間板内の硫酸化グリコサミノグリカン（Ｓ－ＧＡＧ）含有量に関するＴ２＊定量的緩和時間測定の予測値Ｓ－ＧＡＧ含有量が、ＩＶＤ変性と相関することを実証しており、更に、浸透圧を維持する際のＩＶＤの正常な機能において、生理学的役割を果たしている可能性があることも示した。

Ｐａｕｌ等は、ヤギ死体モデルにおいて、Ｔ１－ｒｈｏとＩＶＤ変性との間に強い相関関係があることを実証した。ＩＶＤを３週間培養し、変性を誘発させるために様々な濃度のコンドロイチナーゼに曝露した。Ｔｌ－ｒｈｏは、分子濃度の推定が温度とｐＨの変化の影響を受けやすいという点で難しい技法であり、このことが、臨床導入において重大な課題となる。Ｏｗｕｓｕ、「ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＴｉｒｈｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏｍｅｔａｂｏｌｉｔｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓ（代謝物と温度変化に対するＴｉｒｈｏの感度の特性評価）」、アイオワ大学、２０１５年．ｈｔｔｐｓ：／／ｉｒ．ｕｉｏｗａ．ｅｄｕ／ｅｔｄ／１８８９７、及びＣｈｅｎ、「ＥｒｒｏｒｓｉｎｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＴｉｒｈｏｉｍａｇｉｎｇａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（定量的Ｔｉｒｈｏイメージングの誤差とその補正法）」Ｑｕａｎｔ．ＩｍａｇｉｎｇＭｅｄ．Ｓｕｒｇ．５（２０１５年）５８３～５９１を参照されたい。

ＭＲＩデータによる定量的イメージング技術の臨床使用では、画像の取得だけでなく、画像の後処理でもかなりの時間を要する。求められる時間と複雑さは、採用時の金銭的な障壁となる。大学放射線医学会の放射線研究アライアンス定量的画像タスクフォースによるレビューから、「放射線科医の間では、定量的イメージングに対する抵抗があったこと」、更に、「生産性の重要性の高まりと共に、定量的イメージングの実施に費やされた時間は、経済的に無駄であると見なされる可能性があること」が、明らかとされた。Ｒｏｓｅｎｋｒａｎｔｚ等「Ｃｌｉｎｉｃａｌｕｔｉｌｉｔｙｏｆｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｉｍａｇｉｎｇ（定量的イメージングの臨床的有用性）」、Ａｃａｄ．Ｒａｄｉｏｌ．２２（２０１５年）３３～４９を参照されたい。

椎間板変性症の分野の他の著者も、椎間板変性症の動物と前臨床モデルを評価するための非破壊イメージング技術の改善の必要性を認めている。Ｂｕｃｋｌｅｙ等「Ｃｒｉｔｉｃａｌａｓｐｅｃｔｓａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃｒｅｐａｉｒａｎｄｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ－Ｈａｒｎｅｓｓｉｎｇａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（椎間板の修復と再生の重要な見地と課題－組織工学における進展の活用）」、ＪＯＲＳＰＩＮＥ，１（２０１８年）ｅ１０２９、及びＴｈｏｒｐｅ等「Ｌｅａｐｉｎｇｔｈｅｈｕｒｄｌｅｓｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃｆｒｏｍｐｒｅｃｌｉｎｉｃａｌｔｏｃｌｉｎｉｃａｌ（前臨床から臨床への椎間板の再生治療の開発におけるハードルを乗り越える）」、ＪＯＲＳＰＩＮＥ，１（２０１８年）ｅ１０２７を参照されたい。

我々は、マルチエコーＭＲＩシーケンスでの信号減衰率の変動が、とりわけ、ＩＶＤの状況において、健康組織と変性組織とを区別するのに有用となり得る組織状態に関する情報を符号化するという仮説を立てた。我々は、マルチエコーＴ２ＭＲＩシーケンスの各エコーの測定済み信号減衰と予測信号減衰との違いを評価し、その結果をウサギＩＶＤモデルの組織学的に等級付けしたＩＶＤ変性と相関させることを目指した。

Ｍｉｙａｚａｋｉ等「２０１８年基礎科学におけるＩＳＳＬＳ賞：Ｇｒｏｗｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ－６ａｔｔｅｎｕａｔｅｄｐｒｏｉｎｆｌａｍｍａｔｏｒｙｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｒａｂｂｉｔａｎｕｌａｒ－ｐｕｎｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌａｎｄｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｉｓｃｉｎｄｕｃｅｄｐａｉｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒａｔｘｅｎｏｇｒａｆｔｒａｄｉｃｕｌｏｐａｔｈｙｍｏｄｅｌ，（成長分化因子－６による、ウサギ輪状穿刺モデルにおける炎症誘発性分子変化、及びラット異種移植神経根症モデルにおける変性椎間板誘発性疼痛の発生の軽減。）」Ｅｕｒ．ＳｐｉｎｅＪ．Ｏｆｆ．Ｐｕｂｌ．Ｅｕｒ．ＳｐｉｎｅＳｏｃ．Ｅｕｒ．ＳｐｉｎａｌＤｅｆｏｒｍ．Ｓｏｃ．Ｅｕｒ．Ｓｅｃｔ．Ｃｅｒｖ．ＳｐｉｎｅＲｅｓ．Ｓｏｃ．２７（２０１８年）７３９～７５１で記載の初期調査の一環として、２５羽の雌ニュージーランドホワイトウサギにおける７５個の腰椎ＩＶＤの正中矢状Ｔ２強調ＭＲＩデータを収集した。変性を、５０のＩＶＤについては、１８ゲージの針穿刺で誘発し、残り２５のＩＶＤを未穿刺の比較対照として使用した。変性させたＩＶＤに、１０ｕｌのＰＢＳ又は１、１０、あるいは１００ｕｇのＧＤＦ－６を注入した。

針穿刺の１６週間後（注射の１２週間後）、ウサギを安楽死させてから、７－ＴｅｓｌａＢｉｏＳｐｅｃ７０／３０（ＢＲＵＫＥＲ、ビレリカ、マサチューセッツ州、米国）を使用して、矢状マルチエコーマルチスピンＴ２ＭＲＩを実施した。未固定サンプルを、温度制御された摂氏４度の環境に保持し、ホルマリンで固定せず、安楽死から５時間以内にＭＲＩスキャンした。データを、ＤＩＣＯＭ（医用におけるデジタル画像と通信）ファイル形式で収集した。その後、Ｍｉｙａｚａｋｉ等が述べるように（前記）、ウサギのＩＶＤを固定し、Ｈ＋Ｅ染色用に準備し、病理学者が椎間板変性の程度を記録した。

後処理はすべて、Ｍａｔｌａｂ（ｖ．Ｒ２０１７ｂ、ＭａｔｈｗｏｒｋｓＩｎｃ、ネイティック、米国）で実施した。ＭＲＩデータを次の３段階で分析した。最初に、第１エコー時間（１３ｍｓ）における未処理のＴ２強調信号強度データを調査し、その後、画素単位のカーブフィッティングと非線形最小二乗法を使用して、定量的Ｔ２マップを作成し、最後に、式（１－５）を参照して、前記のとおり、減衰分散マップを作成した。

画素単位で減衰分散を初期信号強度で除算することにより、信号対雑音比（第１エコーにおける信号強度に反比例するものと見なした）の補正を実施した。

８５パーセンタイル値を１として取り、画素値をすべて０～１で再配分することによって、３つのマップ（未処理のＴ２、定量的Ｔ２、減衰分散）をすべて標準化した。８５パーセンタイルを超える画素値は、値が１と見なした。計算はすべて、３２ＧＢのアクセス可能ＲＡＭ、及び４．２ＧＨｚの８つのＩｎｔｅｌＣｏｒｅｉ７－７７００Ｋプロセッサコアにより、Ｍａｔｌａｂで実行した。Ｍａｔｌａｂの組み込み分析ツールを使用して、手法ごとの各マップを生成するのにかかったプロセッサ時間を記録した。

図５で全体を５００で示すように、７５のＩＶＤのそれぞれにつき関心領域（ＲＯＩ）を、ＮＰとＡＦ全体を含め、ＥＰを除外して選択した。左側パネル５０２は、ウサギ腰椎の健康な椎間板を示し、右側パネル５０４は、変性椎間板を示している。代表的なＲＯＩ５０６、５０８を、各椎間板の平均定量的Ｔ２時間、Ｔ２強調信号強度、及び減衰分散の計算で使用した。検証目的として、２人の観測者が少なくとも１週間空けて、ＲＯＩを２回作成した。

ＩＢＭＳＰＳＳソフトウェア（ｖ．２０、ＩＢＭ、アーモンク、米国）で統計分析を実施し、有意水準は５％（ａ＝０．０１）であった。主な目的は、各技術がＩＶＤ変性の組織学的等級付けとどの程度相関しているかを調査することである。ＩＶＤ変性スコアの分布は、順序付きカテゴリカルと非正規分布の双方であったため、ノンパラメトリックスピアマンのｒｈｏ検定を使用した。

３技法のそれぞれについて、感度９０％（特異度計算用）と特異度９０％（感度計算用）の事前定義された閾値を使用して、ＩＶＤ変性の存在に対する感度と特異度を算出し、受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線を作成した。

図６は、同じウサギ腰椎領域のＴ２強調画像、Ｔ２強調画像の反転画像、及び減衰分散マップ（画像）をそれぞれ示す３つの例示的なパネル６０２、６０４、６０６を例示する図である。黒矢印６０８で示す頭側ＩＶＤは、起こり得る最良の組織学的スコア（スコア４）を示し、矢印６１０で示す尾側ＩＶＤは、起こり得る最悪の組織学的スコア（スコア１２）を示した。健康な椎間板に見られる境界がはっきりとした暗いＮＰは、下位の椎間板にはほとんど見られない。様々な単位での異なる信号を表す画像間の公正な比較を容易にするために、すべてのウィンドウを、０パーセンタイル値と７０パーセンタイル値との間でプログラム設定した。スケールバー６１２は、２ｍｍの距離に相当する。

図６で見られるように、減衰分散マッピングは、中間の灰色の椎体については、明確に画定された暗いＥＰ領域を示し、健康なＩＶＤの明るい白色のＡＦについては、境界がはっきりとした暗いＮＰ領域を示す画像を生成した。ＩＶＤ変性の進行に伴い、中央の暗いＮＰはＡＦとますます均一になった。

図７は、様々なＩＶＤ等級について、３つのＭＲＩ後処理技術で決定されたセグメント化済みＲＯＩの例示的平均スコアを、代表的な減衰分散マップと合わせて示す図である。
図示のように、３つのＭＲＩ後処理技法はすべて、ＩＶＤ変性の組織学的スコアと相関していた（ｐ＜０．０１）。

表１は、各ＭＲＩ後処理技法と椎間板（ＩＶＤ）変性の基礎組織学的スコアとの相関の強さをまとめたものである。各後処理技法で生成された各椎間板領域の平均値は、Ｍａｓｕｄａ他（前記）で述べられているように取り込まれたＩＶＤ変性の重症度と相関していた。Ｔ２信号強度は、ＩＶＤ変性の組織学的等級との相関が弱かった（ｒ＝０．３２、Ｐ＜０．０１）。定量的Ｔ２緩和時間測定値は、ＩＶＤ変性の組織学的等級との相関が弱かった（ｒ＝０．３９、Ｐ＜０．０１）。減衰分散は、ＩＶＤ変性の組織学的等級との相関が強かった（０．８２）（Ｐ＜０．０１）。３技法はすべて、組織学スコアと正の有意な相関関係があったが、相関の強さは、減衰分散手法で最大であった。

表２Ａは、３技法について、感度の最小値が９０％の場合で決定された最良の特異度を示し、表２Ｂでは、特異度の最小値が９０％の場合で決定された最良の感度を示す。表２Ａ～Ｂのデータを、変性のない２５個のＩＶＤ（つまり、組織学的ＩＶＤ変性スコアが４）、及び変性のある５０個のＩＶＤ（つまり、組織学的ＩＶＤ変性スコアが＞５）から決定した。注意すべき点として、５０の陽性（変性のある）椎間板と２５の陰性（変性のない）椎間板の比率により、カットオフの特異度は９０％では無い。次の増分結果は、９２％であった。

３技法ごとに想定されるカットオフポイントすべてについて、受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線、及び表を作成した。想定されるすべてのカットオフの感度と特異性の結果はすべて、図８のＲＯＣ曲線として示されている。図示の受信者動作特性曲線は、変性のない２５個、及び磁気共鳴スキャンの１６週間前に針穿刺で誘発された変性のある５０個からなる計７５個のウサギ腰椎椎間板（ＩＶＤ）に関する、３技法（１３ｍｓでのＴ２信号強度、定量的Ｔ２緩和測定、及び減衰分散）のそれぞれについて想定されるカットオフポイントすべてについて、感度対特異性をプロットしている。図示のように、減衰分散は、他の２つの手法と比較すると、ＩＶＤ変性の存在を予測するのに優れている。

表３は、前記の減衰分散技術を含む、ウサギ腰椎画像のＭＲＩイメージングデータから定量的マップを生成するために、様々なＭＲＩ分析手法で観測された複数の計算時間（平均±標準偏差）を示している。定量的Ｔ２マップは、Ｍａｔｌａｂカーブフィッティングツールボックスの非線形最小二乗法、ＭＲＭａｐによるレーベンバーグ・マーカート法、及びＳｅｇｍｅｎｔ（市販ベンダに依存しない後処理ツール）による最尤推定法を使用して、算出した。計算は、３２ＧＢのアクセス可能ＲＡＭ、及び４．２ＧＨｚの８つのＩｎｔｅｌＣｏｒｅｉ７－７７００Ｋプロセッサコアにより実行した。

減衰分散マップの算出時間は、カーブフィッティングによる従来の定量的Ｔ２マップの算出時間の０．１％未満であった。定量的Ｔ２マップの平均算出時間は１７８８．９（＋／－１１５．９８）秒であり、減衰分散マップの平均算出時間は１．０２秒（＋／－０．０３）であった。

前記の例示的な調査では、ウサギ腰椎ＩＶＤ変性モデルの組織学的等級付けで定量化された変性変化との優れた相関関係を示したマルチエコーＭＲＩスキャン用の新たな後処理ツールを評価した。減衰分散では、１３ミリ秒での定量的Ｔ２緩和測定又はＴ２信号強度よりも確実に変性のないＩＶＤから、変性を分離することができた。

非線形最小二乗法による定量的Ｔ２マップの算出は、信号減衰率が一定の基礎となる１つの指数関数的減衰曲線を想定している。Ｃｈｅｎｇ等「ＰｒａｃｔｉｃａｌｍｅｄｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＭＲｒｅｌａｘｏｍｅｔｒｙ（定量的ＭＲ緩和測定の実用的な医療応用）」Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｉｍａｇｉｎｇ．３６（２０１２年）８０５～８２４を参照されたい。一定減衰の仮定は、各画素に物質が１つしか含まれていないことを意味しており、化学的に純粋なサンプルでＭＲＩを実行する場合にのみ有効であるが、生体物質に適用すると無効になる場合がある。更に、Ｔ１緩和はオフに切り替えることができず、Ｔ２緩和時間の計算で信号の減衰に寄与する。

生体被検体の合理的な収集時間によって、ＭＲＩの空間分解能が制約される。前記例のＭＲＩスキャンは、１８０マイクロメートルの画素（ボクセル）幅の７Ｔスキャナで取得されたものである。これは、臨床診療で一般に利用できるよりもはるかに小さい空間分解能であるが、組織学的には広い領域である。

図９は、左パネル９０２における変性椎間板のサフラニンＯで染色した髄核を示している。
右パネル９０６の顕微鏡写真では、左パネルの領域９０４を詳細に示す。顕微鏡写真９０６の内容はすべて、磁気共鳴画像（１８０×１８０μｍ）の１画素内に入るはずである。

様々な細胞種別、タンパク質、脂質、水、及び他の分子からなる混合物を含み得る、生物学的材料の１画素（ボクセルなど）の基礎となる減衰曲線は、異なる重みの複数の離散的で変化する減衰曲線の重ね合わせである可能性が高い（図８で示す）。したがって、所与の画素において経時に亘り観察される信号強度の減衰が純粋な減衰曲線から変化する程度から、所与の画素内の生体磁気の不均一性に関する情報が代理マーカとして得られる。

従来法による定量的Ｔ２マップの計算は、画素ごとのカーブフィッティング操作を必要とするので、計算量が多くなる。Ｃｈｅｎｇ等、ｓｕｐｒａを参照されたい。幾つかの実施形態において、比較による減衰分散マップの計算は、単純な加算、減算、及び除算によって実施可能であり、かくして、計算量を桁違いに減らすことができる。減衰分散マップの計算は、ＭＲＩ画像取得の際の特別な準備や変更を必要とせず、従来型デバイスで生成されたマルチエコーＴ２強調シーケンスへと遡及的に適用できる。

腰痛は、成人の８０％が生涯抱える症状であるが、Ｐｆｉｒｒｍａｎｎ等で述べられるように、ＩＶＤ変性に関する標準的な評価尺度によりＭＲＩ上で原因を特定できることには限界がある。腰痛を抱える２８４人の参加者の研究では、著者等は、Ｐｆｉｒｒｍａｎｎ等級で定量化されたＩＶＤ変性と、ＲｏｌａｎｄＭｏｒｒｉｓＤｉｓａｂｉｌｉｔｙＩｎｄｅｘ、ＯｓｗｅｓｔｒｙＤｉｓａｂｉｌｉｔｙＩｎｄｅｘ、及び簡易形式（ＳＦ）－１２アンケート等の標準化された検査機器での痛みや障害との間には、相関関係はないと報告している。Ｃｏｒｎｉｏｌａ等「Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｐａｉｎ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ，ａｎｄｈｅａｌｔｈｒｅｌａｔｅｄｑｕａｌｉｔｙｏｆｌｉｆｅｗｉｔｈｒａｄｉｏｌｏｇｉｃａｌｇｒａｄｉｎｇｓｃａｌｅｓｏｆｌｕｍｂａｒｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｄｉｓｃｄｉｓｅａｓｅ（痛み、機能障害、及び健康関連の生活の質と腰椎椎間板変性症の放射線学的評価尺度との相関関係）」ＡｃｔａＮｅｕｒｏｃｈｉｒ．（Ｗｉｅｎ）．１５８（２０１６年）４９９～５０５を参照されたい。

人間とウサギとの間の潜在的に固有の生物学的差異の他、この動物モデルは、現行のウサギモデルにおけるＩＶＤ変性の症例の殆どが重症であるという点で、ヒトＩＶＤ変性とは異なる可能性がある。椎間板の殆どは完全に無傷であるか、極めて重度に変性しており（変性スコア１２のうち１１又は１２）、軽度や中等度のＩＶＤ変性の症例は比較的少数であった。

前記技法は、Ｔ２＊強調マルチエコーイメージング又は他の種類のＭＲＩ画像に適用、及び検証することができる。減衰分散は、他の組織でも試験可能である。経時に亘る減衰分散の変化を評価するために、患者に対して経時に亘り何度も測定することができる。

前記結果は、減衰分散がこれまでになく計算効率に優れた手法であることを示しており、つまり、定量的なＴ２強調画像よりも、組織学的に定められたＩＶＤ変性の重症度と強い相関関係がある。本調査で観察された組織学的変化との認められた相関関係を見てみれば、ＩＶＤの健全性の客観的、且つ正確な評価を可能にする上で、臨床診療におけるこの技術の導入を推し進めるはずである。

当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく多くの方法で、前記実施形態を変更できることは明らかであろう。例えば、本明細書で記載の後処理は、ＣやＣ＋＋等の１つ以上のプログラミング言語で実装できる。例示的に述べたクライアントサーバーシステムの種々の構成要素は、様々なプログラミング言語、及び／又は技術環境で実装可能である。幾つかの実施形態において、本明細書で記載の方法を使用して、ウサギ、ヒト、並びに他の種を含む哺乳動物、及び／又は他の動物被検体の画像と関連データを生成することができる。
したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲、並びにそれらの法的同等物によって決定されるものとする。

Claims

少なくとも1つのプロセッサを含むコンピュータシステムを使用し、
被験体の少なくとも１つの関心領域の少なくとも１つのＭＲＩ画像の複数の画素の１画素又は画素のサブセットの信号減衰分散を決定する工程であって、
前記信号減衰分散は、前記１画素又は画素のサブセットを特徴付けるＭＲＩ信号の減衰率の時間分散を表し、
前記ＭＲＩ信号は、強度値の級数を含む、前記信号減衰分散を決定する工程と、
前記少なくとも１つのＭＲＩ画像を特徴付ける決定された信号減衰分散に従って、前記少なくとも１つの関心領域のＭＲＩ信号減衰分散マップを生成する工程と、
前記ＭＲＩ信号減衰分散マップに従って、被験体の組織変性指標を生成する工程と
、を含む、方法。
前記ＭＲＩ信号はＴ２強調信号である、請求項１に記載の方法。
前記信号減衰分散を決定する工程は、一連の信号保持率を決定する工程を含み、各信号保持率は、前記ＭＲＩ信号内の連続する信号強度間の比率を表す、請求項１に記載の方法。
前記信号減衰分散を決定する工程は、連続する信号保持率間の一連の差分を決定する工程を含む、請求項３に記載の方法。
前記信号減衰分散を決定する工程は、前記ＭＲＩ信号のタイムスパンにわたる連続する信号保持率間の差分の総和を決定する工程を含む、請求項３に記載の方法。
前記信号減衰分散を決定する工程は、前記ＭＲＩ信号の初期信号強度に従って、未処理の信号減衰分散を正規化する工程を含む、請求項３～５のいずれか１項に記載の方法。
前記コンピュータシステムを使用して、前記少なくとも１つのＭＲＩ画像内の複数の関心領域を特定する工程を更に含み、
前記組織変性指標は、前記複数の関心領域のＭＲＩ信号減衰分散マップに従って生成される、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つの関心領域は、被験体の脊椎の少なくとも一部を含み、前記組織変性指標は、前記被験体の椎間板の変性を特徴付ける、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つの関心領域は、髄核及び線維輪領域を含み、前記被験体の軟骨終板領域を除外する、請求項８に記載の方法。
前記少なくとも１つの関心領域は、前記被験体の関節の少なくとも一部を含み、前記組織変性指標は、前記関節の変性を特徴付ける、請求項１に記載の方法。
前記被験体は、ヒト被験体である、請求項１に記載の方法。
命令を符号化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、コンピュータシステムにより実行されると、前記コンピュータシステムに対して、
被験体の少なくとも１つの関心領域の少なくとも１つのＭＲＩ画像の複数の画素の１画素又は画素のサブセットの信号減衰分散を決定する工程であって、
前記信号減衰分散は、前記１画素又は画素のサブセットを特徴付けるＭＲＩ信号の減衰率の時間分散を表し、
前記ＭＲＩ信号は、強度値の級数を含む、前記信号減衰分散を決定する工程と、
前記少なくとも１つのＭＲＩ画像を特徴付ける決定された信号減衰分散に従って、前記少なくとも１つの関心領域のＭＲＩ信号減衰分散マップを生成する工程と、
前記ＭＲＩ信号減衰分散マップに従って、前記被験体の組織変性指標を生成する工程と、
を実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体。