特許 7211614 乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-16

(45)【発行日】2023-01-24

(54)【発明の名称】乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20230117BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 370

A61B5/055 ZDM

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021540600

(86)(22)【出願日】2020-05-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-15

(86)【国際出願番号】 CN2020089882

(87)【国際公開番号】W WO2020238620

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-07-13

(31)【優先権主張番号】201910448340.3

(32)【優先日】2019-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】505072650

【氏名又は名称】浙江大学

【氏名又は名称原語表記】ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100128347

【弁理士】

【氏名又は名称】西内 盛二

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 丹

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼ ▲イー▼

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼ ▲ティン▼▲ティン▼

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼ 洪▲錫▼

【審査官】永田 浩司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０３４５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１８１２８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第５５６０３６０（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第６５６４０８０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第７３６９８８７（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法であって、
０－１２月齢のうち異なる月齢について、それぞれ一つ以上の乳児の脳のＴ１マッピングとＰＤマッピングとをサンプルとして採取し、各乳児の脳に対する、大脳白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値と、大脳灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値とを取得する、ステップＳ１と、
各サンプルにおける乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係特徴に基づいて、乳児の月齢を三つの月齢グループに分ける、ステップＳ２と、
異なる月齢グループにおける乳児の脳の大脳白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値と大脳灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値に基づいて、Ｂｌｏｃｈシミュレーションにより、３Ｄ Ｔ１強調ＭＰＲＡＧＥシーケンスによって生成された乳児の脳の白質領域と灰白質領域の理論信号の強さをそれぞれ算出しており、白質と灰白質とのコントラストに基づいて、各月齢グループの理論上の最適なＴＩ最適化計画をそれぞれ特定する、ステップＳ３と、
前記理論上の最適なＴＩ最適化計画により、対象物とする乳児の脳に対して３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する、ステップＳ４と、を含む、ことを特徴とする乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法。

【請求項2】

前記ステップＳ１における平均Ｔ１値と平均ＰＤ値の算出方法は、
０－１２月齢のうち異なる月齢について、それぞれ一つ以上の乳児の脳のＴ１マッピングとＰＤマッピングとを採取する、ステップＳ１０１と、
脳皮質灰白質と脳皮質下白質との関心領域をスケッチする、ステップＳ１０２と、
各乳児の脳について、脳皮質下白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の白質の平均Ｔ１値として、脳皮質下白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の白質の平均ＰＤ値として、脳皮質灰白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の灰白質の平均Ｔ１値として、脳皮質灰白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の灰白質の平均ＰＤ値として、それぞれ算出する、ステップＳ１０３と、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法。

【請求項3】

前記ステップＳ２における乳児の月齢グループ化方法は、異なる月齢帯の乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係特徴に基づいて、乳児を三つの月齢グループに分けることであり、
ここで、三つのグループの前記関係特徴は、それぞれ次のとおりであり、
第一グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が乳児の脳の灰白質のＴ１値よりも高く、
第二グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が乳児の脳の灰白質のＴ１値と近く、
第三グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が乳児の脳の灰白質のＴ１値よりも低い、ことを特徴とする請求項１に記載の乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法。

【請求項4】

前記三つの月齢グループは、それぞれ、０－３月齢、３－７月齢、及び、７－１２月齢である、ことを特徴とする請求項１に記載の乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法。

【請求項5】

前記ステップＳ３における理論上の最適なＴＩ最適化計画の特定方法は、
各月齢グループにおける乳児の脳に対する、大脳白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値と、大脳灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値について、Ｂｌｏｃｈにより、３Ｄ Ｔ１強調ＭＰＲＡＧＥシーケンスをシミュレートし、シミュレートする際に、ＭＰＲＡＧＥシーケンスにおける反転パルスのフリップ角α、励起パルス数Ｎ、励起パルスのフリップ角θ、エコー間隔τ、遅延時間ＴＤを一定にし、反転時間ＴＩを変化させ、ボクセル内の一番目の読み出しパルスの信号強さｓ_１を算出し、前記信号強さｓ１の計算式は次のとおりであり、

【数1】

ここで、

【数2】

式中に、Ｍ_０が初期磁気化ベクトルであり、Ｎがレイヤー選択エンコーディング方向に沿う一回励起の回数であり、

であり、Ｔ１が算出対象とする月齢グループにおけるすべてのサンプルの大脳白質或いは大脳灰白質の平均Ｔ１値であり、ＴＲ＝ＴＩ＋Ｎ・τ＋ＴＤである、ステップＳ３０１と、
ステップＳ２で設定された異なる月齢グループについて、異なるＴＩにおける画像コントラストをそれぞれ算出し、
ここで、絶対コントラスト＝｜Ｓ_ＷＭ｜－｜Ｓ_ＧＭ｜となり、相対コントラスト＝（｜Ｓ_ＷＭ｜－｜Ｓ_ＧＭ｜）／（｜Ｓ_ＷＭ｜＋｜Ｓ_ＧＭ｜）となり、
式中に、Ｓ_ＷＭがステップＳ３０１の式により算出された白質のボクセルの平均信号強さであり、Ｓ_ＧＭがステップＳ３０１の式により算出された灰白質のボクセルの平均信号強さである、ステップＳ３０２と、
異なるＴＩにおける異なる月齢グループの画像コントラストに基づいて、各月齢グループの理論上の最適なＴＩ最適化計画をそれぞれ特定し、そのうち、
第一グループ及び第三グループの月齢グループについて、θ及びＴＲが変化しない場合の異なるＴＩにおける画像コントラストを対比して、各グループについて相対コントラストが最適に表現されると共に絶対コントラストが比較的高いと表現される時に対応するＴＩをそれぞれ特定し、
第二グループの月齢グループについて、ＴＩ反転点の両側において、絶対コントラストが最も高くかつ白質と灰白質とのコントラストが逆と表現される二つのグループの異なるＴＩ画像を採取し、二つのグループの画像を減算する方法により、画像コントラストを向上させる、ステップＳ３０３と、を含む、ことを特徴とする請求項４に記載の乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法。

【請求項6】

前記ステップＳ４で採用された理論上の最適なＴＩ最適化計画は、
３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像のパラメータをθ＝１０°、ＴＲ＝２０００ｍｓとし、
０－３月齢を第一グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩを７００－８００ｍｓとし、
３－７月齢を第二グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時に、ＴＩをそれぞれ４００－５００ｍｓ及び６００－７００ｍｓとし、二つのグループのＴＩで得られた画像を減算することでコントラストが最適化された画像を取得し、
７－１２月齢を第三グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時に、ＴＩを６００－７００ｍｓとする、ことを特徴とする請求項１に記載の乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、脳の核磁気共鳴画像の最適化の分野に関し、特に、乳児の脳のＴ１強調画像の最適化に関する。

【背景技術】

【0002】

乳児の脳の核磁気共鳴画像法（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ、ＭＲＩ）は、乳児の脳について、その構成、機能、及び、早期発育過程中の疾病を検査するための安全かつ汎用的な方法の一つである。しかしながら、乳児の脳の画像コントラストが悪く、しかも、生後第一年内大脳が急速に発達するため、画像コントラストもそれに伴って、迅速に変化している。これらは、乳児の脳の画像に対して解剖学的境界と自動画像分析を実行することが困難である理由を構成している。出生時に白質（ｗｈｉｔｅ ｍａｔｔｅｒ、ＷＭ）ミエリンの未成熟な発達により、Ｔ１緩和時間が延長され、新生児（≦１ヶ月）の大脳のＴ１強調（Ｔ１－ｗｅｉｇｈｔｅｄ、Ｔ１ｗ）画像における白質と灰白質（ｇｒａｙ ｍａｔｔｅｒ、ＧＭ）とのコントラストが成人の大脳での表現の反対である。一方、やや年上の乳児は、そのコントラストが成人のコントラストよりも近い。このような逆転が発生する前に、ある時期において、ＷＭとＧＭとの信号が近く表現されており、一般的に、この時期が３－６ヶ月に発生する。

【0003】

現在、幾つかの研究は、新生児の脳のＴ１ｗ画像を最適化することが既に実現されている。しかしながら、実際には、新生児の大脳のＷＭ／ＧＭコントラストが非常に低く、理論的に、３Ｔ ＭＲＩスキャナーを用いてＴ１ｗ画像を生成すると、新生児のＷＭ／ＧＭのコントラストが最高で成人の１／３しか達しておらず、他の時期（１－１２月齢）において、ＷＭ／ＧＭコントラストが、生後１ヶ月よりも悪く複雑であり、１－１２月齢の乳児の脳に対して、最適化するように画像を生成する研究が、現在に、ほとんど存在していない。

【0004】

ちなみに、６ヶ月程度の乳児の脳のＷＭとＧＭ信号がほぼ等しいため、当該時期の乳児の脳の画像を分割することが依然として大きな課題である。幾つかの研究は、スキャン時間の延長、マルチモーダルデータの統合、ディープラーニングネットワークなどの方法により、分割の結果を、ある程度改善することができる。ただし、先進的な画像処理アルゴリズムの開発に加えて、採取過程において、画像コントラストを向上させることにより、その後の分析にも大きなメリットがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、全乳児期（０－１２月）に渡ってＴ１ｗ画像を最適化するという空白を埋めるように、乳児の脳のＴ１ｗ核磁気共鳴画像を最適化する方法を提供する。この方法は、まず、０－１２ヶ月の乳児の脳のＴ１マップピングとプロトン密度（ｐｒｏｔｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ、ＰＤ）マップピングを採取して、乳児の脳のＷＭとＧＭの平均Ｔ１、ＰＤ値をそれぞれ取得し、乳児の脳のＷＭ Ｔ１値とＧＭ Ｔ１値との関係特徴に従って、乳児を、異なる月齢グループに分ける。次に、Ｂｌｏｃｈシミュレーションにより、異なる反転時間（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｉｍｅ、ＴＩ）におけるＷＭとＧＭとの信号を算出する。次に、各月齢グループの理論上の最適なＴＩ最適化計画を特定する。最後、当該理論上の最適なＴＩ最適化計画を、対象物とする乳児の脳に対して３Ｄ Ｔ１ｗ核磁気共鳴画像を生成することに用いる。本発明によれば、全乳児期に渡って大脳Ｔ１強調画像の最適化という空白を埋めながら、乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係特徴に従って、乳児を三つの月齢グループに分け、異なる月齢グループの最適なＴＩ最適化計画をそれぞれ見出すことにより、乳児の脳のＴ１強調画像コントラストが著しく向上する。このような方法の実現は、乳児の脳の解剖学的境界と疾患の検出に役立ち、しかも、その方法が簡便であり、日常の臨床検査に応用されやすい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、前記の目的を実現するために、以下の技術手段により実現される。
乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法であって、
０－１２月齢のうち異なる月齢について、それぞれ一つ以上の乳児の脳のＴ１マップピングとＰＤマップピングとをサンプルとして採取し、各乳児の脳の大脳白質と灰白質領域との平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値を取得する、ステップＳ１と、
各サンプルにおける乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係特徴に基づいて、乳児の月齢を三つの月齢グループに分ける、ステップＳ２と、
異なる月齢グループにおける乳児の脳の大脳白質と灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値に基づいて、Ｂｌｏｃｈシミュレーションにより、３Ｄ Ｔ１強調ＭＰＲＡＧＥシーケンスによって生成された乳児の脳の白質と灰白質領域の理論信号の強さをそれぞれ算出しており、白質と灰白質とのコントラストに基づいて、各月齢グループの理論上の最適なＴＩ最適化計画をそれぞれ特定する、ステップＳ３と、
前記理論上の最適なＴＩ最適化計画により、対象物とする乳児の脳に対して３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する、ステップＳ４と、を含む、ことを特徴とする乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法。

【0007】

各ステップは、当該技術手段に基づいて、さらに以下の好ましい実施形態を提供することができる。なお、各好ましい形態に係る技術的特徴については、矛盾しない限り、互いに組み合わせてもよい。もちろん、これらの好ましい形態は、限定されておらず、同じ技術的効果を実現できる他の形態によって実現されても構わない。

【0008】

好ましくは、前記ステップＳ１における平均Ｔ１値と平均ＰＤ値との算出方法は、
０－１２月齢のうち異なる月齢について、それぞれ一つ以上の乳児の脳のＴ１マッピングとＰＤマッピングとを採取する、ステップＳ１０１と、
脳皮質灰白質と脳皮質下白質との関心領域をスケッチする、ステップＳ１０２と、
各乳児の脳について、脳皮質下白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の白質の平均Ｔ１値として、脳皮質下白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の白質の平均ＰＤ値として、脳皮質灰白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の灰白質の平均Ｔ１値として、脳皮質灰白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の灰白質の平均ＰＤ値として、それぞれ算出する、ステップＳ１０３と、を含む。

【0009】

好ましくは、前記ステップＳ２における乳児の月齢グループ化方法は、異なる月齢帯の乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係特徴に基づいて、乳児を三つの月齢グループに分けることであり、
ここで、三つのグループの前記関係特徴は、それぞれ次のとおりであり、
第一グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が乳児の脳の灰白質のＴ１値よりも高く、
第二グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が乳児の脳の灰白質のＴ１値と近く、
第三グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が乳児の脳の灰白質のＴ１値よりも低い。

【0010】

好ましくは、前記三つの月齢グループは、それぞれ、０－３月齢（即ち、生後０～９０日）、３－７月齢（即ち、生後９１～２１０日）、及び、７－１２月齢（即ち、生後２１１～３６０日）である。

【0011】

好ましくは、前記ステップＳ３における理論上の最適なＴＩ最適化計画の特定方法は、
各月齢グループにおける乳児の脳の大脳白質と灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値について、Ｂｌｏｃｈにより、３Ｄ Ｔ１強調ＭＰＲＡＧＥシーケンスをシミュレートし、シミュレートする際に、ＭＰＲＡＧＥシーケンスにおける反転パルスα、励起パルス数Ｎ、励起パルスのフリップ角θ、エコー間隔τ、遅延時間ＴＤを一定にし、反転時間ＴＩを変化させ、ボクセル内の一番目の読み出しパルスの信号強さｓ_１を算出し、前記信号強さｓ１の計算式は次のとおりであり、

【数1】

ここで、

【数2】

式中に、Ｍ_０が初期磁気化ベクトルであり、Ｎがレイヤー選択エンコーディング方向に沿う一回励起の回数であり、

であり、Ｔ１が算出対象とする月齢グループにおけるすべてのサンプルの大脳白質或いは大脳灰白質の平均Ｔ１値であり、ＴＲ＝ＴＩ＋Ｎ・τ＋ＴＤである、ステップＳ３０１と、
ステップＳ２で設定された異なる月齢グループについて、異なるＴＩにおける画像コントラストをそれぞれ算出し、
ここで、絶対コントラスト＝｜Ｓ_ＷＭ｜－｜Ｓ_ＧＭ｜となり、相対コントラスト＝（｜Ｓ_ＷＭ｜－｜Ｓ_ＧＭ｜）／（｜Ｓ_ＷＭ｜＋｜Ｓ_ＧＭ｜）となり、
式中に、Ｓ_ＷＭがステップＳ３０１の式により算出された白質のボクセルの平均信号強さであり、Ｓ_ＧＭがステップＳ３０１の式により算出された灰白質のボクセルの平均信号強さである、ステップＳ３０２と、
異なるＴＩにおける異なる月齢グループの画像コントラストに基づいて、各月齢グループの理論上の最適なＴＩ最適化計画をそれぞれ特定し、そのうち、
第一グループ及び第三グループの月齢グループについて、θ及びＴＲが変化しない場合の異なるＴＩにおける画像コントラストを対比して、各グループについて相対コントラストが最適に表現されると共に絶対コントラストが比較的高いと表現される時に対応するＴＩをそれぞれ特定し、
第二グループの月齢グループについて、ＴＩ反転点の両側において、絶対コントラストが最も高くかつ白質と灰白質とのコントラストが逆と表現される二つのグループの異なるＴＩ画像を採取し、二つのグループの画像を減算する方法により、画像コントラストを向上させる、ステップＳ３０３と、を含む。

【0012】

好ましくは、前記ステップＳ４で採用された理論上の最適なＴＩ最適化計画は、以下のとおりであり、
３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像のパラメータをθ＝１０°、ＴＲ＝２０００ｍｓとし、
０－３月齢を第一グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩを７００－８００ｍｓとし、
３－７月齢を第二グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時に、ＴＩをそれぞれ４００－５００ｍｓ及び６００－７００ｍｓとし、二つのグループのＴＩで得られた画像を減算することでコントラストが最適化された画像を取得し、
７－１２月齢を第三グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時に、ＴＩを６００－７００ｍｓとする。

【0013】

本発明の別の目的は、実際の使用において、乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像を最適化する方法を提供することである。上記の方法の具体的なステップは以下のとおりである。
１）乳児の現在の月齢に基づいて、対応する理論上の最適なＴＩ最適化計画を選択する。具体的には、月齢が０－３月齢（即ち、生後０～９０日）である場合に、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩを７００－８００ｍｓに設置する。月齢が３－７月齢（即ち、生後９１～２１０日）である場合に、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩをそれぞれ、４００－５００ｍｓ及び６００－７００ｍｓに設置し、二つのグループのＴＩで得られた画像を減算することで、コントラストが最適化された画像を取得する。月齢が７－１２月齢（即ち、生後２１１～３６０日）である場合に、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩを６００－７００ｍｓに設置する。
２）３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時に他のパラメータについてθ＝１０°、ＴＲ＝２０００ｍｓのように設置する。次に、特定されたパラメータに従って、対象物とする乳児の脳に対して３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する。そして、共鳴画像への最適化が完了する。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、従来技術に比べると、以下の特徴を有している。本発明は、初めで、全乳児期の脳のＴ１ｗ画像を最適化することを実現する。まず、本発明は、乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係特徴に従って、乳児期を、三つの月齢グループに分けて、ＴＩを変更することにより、異なる年齢段階の乳児の脳に対する画像の最適化を実現することに焦点を合わせている。該方法は、実現しやすく、採取時間が短く、等方性分解能が高いという利点があり、臨床ルーチンスキャンに適している。

【0015】

次に、本発明は、コントラストが最も悪い３－６月齢の乳児の脳に対して、ＴＩ反転点の両側でコントラストが逆となる二つのグループの画像を採取し、二つのグループの画像を減算することで、画像コントラストを向上する目的を達成するデュアルＴＩｓスキャン方法が提案されている。

【0016】

次に、本発明は、他の方法に用いられるＡＣ又はＡＣ派生物ではなく、ＲＣを画像コントラストの主な評価基準として利用する。ＡＣの大きさが画像自体の信号強さに依存し、ＲＣが画像コントラストをより真実に反映できることが定義からわかるためである。

【0017】

最後に、本発明は、非線形エンコードではなく、鏡面対称のｋ空間軌跡を使用する。これは、線形位相エンコードにより生じたＴ１ｗコントラストが位相エンコードのステップ数及び局所フーリエ係数に依存するので、汎用性が悪いためである。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】乳児の脳のＴ１ｗ核磁気共鳴画像を最適化する方法のフローチャートである。

【図2】Ｂｌｏｃｈシミュレーションにより三つの月齢グループの乳児の脳のＷＭとＧＭとのＴ１緩和時間及びＷＭ／ＧＭコントラストをそれぞれ算出することを示す図である。

【図3】新生児の脳の３Ｄ Ｔ１ｗ画像を最適化する結果を示す図である。

【図4】３－７月齢の乳児の脳の３Ｄ Ｔ１ｗ画像を最適化する結果を示す図である。

【図5】７－１２月齢の乳児の脳の３Ｄ Ｔ１ｗ画像を最適化する結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下には、当業者が本発明の趣旨をよく理解できるように、本発明の提供する方法に基づいて、実施例を参照しながら、その具体的な技術効果を説明する。

【0020】

本発明の好ましい実施形態においては、図１に示されるように、乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像を最適化する方法は、そのステップが以下の通りである。

【0021】

ステップＳ１では、３Ｔ ＭＲＩスキャナーにより、０－１２月齢のうち異なる月齢について、それぞれ複数の乳児の脳のＴ１マッピングとＰＤマッピングとをサンプルとして採取する。これらのサンプルは、Ｔ１ｗのコントラストを変化させることが知られている場合や、ＭＲＩ画像に異常が発見された受験者を排除する必要がある。サンプルは、誤差を減らすように、０－１２月齢のうち異なる月齢帯において、できるだけ均一に分布すべきである。そして、各乳児の脳の大脳白質（ＷＭ）と灰白質（ＧＭ）領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値を算出する。この算出方法は、具体的に、以下の通りである。

【0022】

まず、サンプル画像については、脳皮質灰白質と脳皮質下白質との関心領域（ＲＯＩｓ）をスケッチする。次に、各乳児の脳のサンプルについては、脳皮質下白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の白質の平均Ｔ１値として、脳皮質下白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の白質の平均ＰＤ値として、脳皮質灰白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の灰白質の平均Ｔ１値として、脳皮質灰白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の灰白質の平均ＰＤ値として、それぞれ算出する。

【0023】

ステップＳ２では、各サンプルにおける乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係特徴に従って、乳児の月齢を三つの月齢グループに分ける。出生後一年には大脳が急速に発達し、画像コントラストもそれに伴って迅速に変化している。乳児脳部の発育に伴い、異なる月齢帯の乳児の脳の白質と灰白質とのＴ１値の関係が異なる特徴を形成し、これらの大脳白質と灰白質とのＴ１値の異なる関係特徴により、最終的な画像効果に影響を与えてしまうことから、それらを区別することが必要となる。本発明では、異なる関係特徴に従って、乳児を三つの月齢グループに分けることができ。そのうち、三つのグループの関係特徴は、それぞれ、以下の通りである。
第一グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が明らかに乳児の脳の灰白質のＴ１値よりも高い。
第二グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が乳児の脳の灰白質のＴ１値と近い。
第三グループでは、当該月齢帯の乳児の脳の白質のＴ１値が明らかに乳児の脳の灰白質のＴ１値よりも低い。

【0024】

以下の実施例によれば、本発明に係る三つの月齢グループについて、その一つの好ましい分け方は、以下の通りである。
生後０～９０日の乳児を第一グループ、つまり０－３月齢に分ける。
生後９１～２１０日の乳児を第二グループ、つまり３－７月齢に分ける。
生後２１１～３６０日の乳児を第三グループ、つまり７－１２月齢に分ける。

【0025】

前記の三つの月齢グループの乳児の脳は、異なる特徴を持っているため、三つのグループの月齢グループごとに、対応する最適なＴＩ最適化を行う必要があり、各月齢グループの乳児の脳のＴ１強調画像コントラストを著しく向上させる。

【0026】

月齢グループを分割した後に、各月齢グループに含まれているサンプルの大脳白質と灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値から算術平均を行って、当該月齢グループの乳児の脳の大脳白質と灰白質領域の平均Ｔ１及びＰＤ値とする必要がある。

【0027】

いずれの月齢グループについては、当該月齢グループの乳児の脳の大脳白質の平均Ｔ１値が当該月齢グループのすべてのサンプルの乳児の脳の白質の平均Ｔ１値の算術平均値であり、当該月齢グループの乳児の脳の大脳白質の平均ＰＤ値が当該月齢グループのすべてのサンプルの乳児の脳の白質の平均ＰＤ値の算術平均値であり、当該月齢グループの乳児の脳の大脳灰白質の平均Ｔ１値が当該月齢グループのすべてのサンプルの乳児の脳の灰白質の平均Ｔ１値の算術平均値であり、当該月齢グループの乳児の脳の大脳灰白質の平均ＰＤ値が該月齢グループのすべてのサンプルの乳児の脳の灰白質の平均ＰＤ値の算術平均値である。

【0028】

ステップＳ３では、異なる月齢グループの乳児の脳の大脳白質と灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値に基づいて、Ｂｌｏｃｈシミュレーションにより、３Ｄ Ｔ１強調ＭＰＲＡＧＥシーケンスによって生成された乳児の脳の白質と灰白質領域の理論信号の強さをそれぞれ算出し、白質と灰白質とのコントラストに基づいて、各月齢グループの理論上の最適なＴＩ最適化計画をそれぞれ特定する。ここで、理論上の最適なＴＩ最適化計画の具体的な特定方法は、以下の通りである。

【0029】

ステップＳ３０１では、各月齢グループの平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値について、Ｂｌｏｃｈにより、３Ｄ Ｔ１強調ＭＰＲＡＧＥシーケンスをシミュレートし、シミュレートする際に、ＭＰＲＡＧＥシーケンスにおける反転パルスα、励起パルス数Ｎ、励起パルスのフリップ角θ、エコー間隔τ、遅延時間ＴＤを一定にし、反転時間ＴＩを変化させて、異なるＴＩにおける信号強さを算出する。また、画像コントラストは、一番目の読み出し信号により確定される。

【0030】

ｉ番目の読み出しパルスの横方向信号は、以下の通りである。

【数3】

ここで、パラメータは、Ｍｅｑ以下の通りである。

【数4】

式中に、Ｍ_０が初期磁気化ベクトル（Ｍ_０が前記算出されたＷＭとＧＭの平均ＰＤ値に関連する。）であり、Ｎがレイヤー選択エンコーディング方向に沿う一回励起の回数であり、λ、φ、δ、ρ、μがいずれも中間パラメータであり、

であり、総繰り返し時間ＴＲ＝ＴＩ＋Ｎ・τ＋ＴＤである。Ｔ１は、算出対象とする月齢グループの乳児の脳の大脳白質或いは大脳灰白質の平均Ｔ１値（前記ステップＳ２に記載された方法により特定される。）である。

【0031】

空間エンコーディングは鏡像対称の採取方法を採用し、画像コントラストが一番目の読み出し信号により確定されることから、方程式（１）を方程式（３）に簡単化して、以下の式のように、ボクセル内の一番目の読み出しパルスの信号強さｓ_１を算出することができる。

【数5】

【0032】

なお、前記の算出方程式（３）については、異なる信号値を算出する時に、Ｔ１の値も異なる。

【0033】

詳しくすると、いずれの月齢グループについては、当該月齢グループの白質のボクセルの平均信号Ｓ_ＷＭを算出する時に、Ｔ１の値が当該月齢グループの乳児の脳の大脳白質の平均Ｔ１値であり、Ｓ_ＷＭは、この時に、方程式（３）により算出された信号強さｓ_１となり、当該月齢グループの灰白質のボクセルの平均信号Ｓ_ＧＭを算出する時に、Ｔ１の値が当該月齢グループの乳児の脳の大脳灰白質の平均Ｔ１値であり、Ｓ_ＧＭは、この時に、方程式（３）により算出された信号強さｓ_１となる。

【0034】

ステップＳ３０２では、ステップＳ２で設定された異なる月齢グループについて、異なるＴＩにおける画像コントラストを、それぞれ算出する。画像コントラストは、絶対コントラスト及び相対コントラストに分けられる。
絶対コントラスト（ａｂｓｏｌｕｔｅ ｃｏｎｔｒａｃｔ、ＡＣ）＝｜Ｓ_ＷＭ｜－｜Ｓ_ＧＭ｜
相対コントラスト（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒａｃｔ、ＲＣ）＝（｜Ｓ_ＷＭ｜－｜Ｓ_ＧＭ｜）／（｜Ｓ_ＷＭ｜＋｜Ｓ_ＧＭ｜）

【0035】

ステップＳ３０３では、異なるＴＩにおける異なる月齢グループの画像コントラストに基づいて、白質／灰白質コントラストを基準として、各月齢グループの理論上の最適なＴＩ最適化計画をそれぞれ特定する。ＡＣに比べると、ＲＣが画像自体の信号強さに影響される度合いが比較小さいということに鑑み、本発明では、ＲＣを、主な評価基準として用いる。また、ＡＣがＳＮ比（信号対ノイズ比）に関係するので、本発明では、ＡＣを支援評価基準として用いる。
具体的な特定方法は、三つのグループの月齢グループに対していずれも異なる。

【0036】

第一グループ及び第三グループの月齢グループについて、θ及びＴＲが変化しない場合の異なるＴＩにおける画像コントラストを対比して、各グループについて相対コントラストが最適に表現されると共に絶対コントラストが比較的高いと表現される時のＴＩをそれぞれ特定する。ここで、絶対コントラストが比較的高いと表現されることは、絶対コントラストが最適でないとしても構わないが、低すぎることができず、一定の閾値よりも大きくなければならないということを意味している（この閾値は、実際のニーズに応じて設定してもよい。）。

【0037】

第二グループの月齢グループについては、大脳白質と灰白質との信号が近いから、ＴＩ反転点の両側で相対コントラストが最も高く、且つ白質／灰白質（ＷＭ／ＧＭ）コントラストが逆と表現される二つのグループの異なるＴＩ画像を採取し、二つのグループ画像を減算する方法により、画像コントラストを向上させる。

【0038】

本発明では、下記の実施例によれば、三つの月齢グループについて最終に特定された理論上の最適なＴＩ最適化計画の一つの好ましい形態は、以下の通りである。
３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像のパラメータをθ＝１０°、ＴＲ＝２０００ｍｓとする。
０－３月齢（生後０～９０日）を第一グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を生成する時にＴＩを７００－８００ｍｓに設置する。
３－７月齢（生後９１～２１０日）を第二グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を生成する時にＴＩをそれぞれ４００－５００ｍｓ及び６００－７００ｍｓに設置し、二つのグループのＴＩで得られた画像を減算することで（ＴＩ＝６００－７００ｍｓである場合に得られた画像からＴＩ＝４００－５００ｍｓである場合に得られた画像を引いたもの、つまり、ＴＩ_{６００－７００ｍｓ}－ＴＩ_{４００－５００ｍｓ}）、コントラストが最適化された画像を取得する。
７－１２月齢（生後２１１～３６０日）を第三グループに分け、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を生成する時にＴＩを６００－７００ｍｓに設置する。

【0039】

ステップＳ４では、前記特定された理論上の最適なＴＩ最適化計画を用いて、対象物とする乳児の脳について３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する。

【0040】

以下に、当業者が本発明の趣旨をよく理解できるように、上記の方法に基づいて、実施例を参照しながら、その技術的効果を説明する。
実施例

【0041】

上記の乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像の最適化のための方法をテストする。まず、フィリップス（登録商標）３Ｔ ＭＲＩスキャナー（Ａｃｈｉｅｖａ；Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ、 Ｂｅｓｔ、 Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）により、５７人の正常に発育した乳児の脳の「ＭＩＸ」シーケンスの画像を採取し、比値及び最小二乘法を用いてスピンエコー（ｓｐｉｎ－ｅｃｈｏ、ＳＥ）と反転回復（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ、ＩＲ）信号方程式を解き、Ｔ１とＰＤ ｍａｐｓをそれぞれ取得し、側脳室ＰＤ値を基準として大脳ＰＤ値を正規化する。

【0042】

Ｔ１ ｍａｐｓには、脳皮質灰白質（ＧＭ）と脳皮質下白質（ＷＭ）を含む関心領域（ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ、ＲＯＩ）を手動でスケッチし、各乳児の脳について、脳皮質下白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の白質の平均Ｔ１値として、脳皮質下白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の白質の平均ＰＤ値として、脳皮質灰白質の平均Ｔ１値を乳児の脳の灰白質の平均Ｔ１値として、脳皮質灰白質の平均ＰＤ値を乳児の脳の灰白質の平均ＰＤ値として、それぞれ算出する。

【0043】

Ｔ１計測の結果（図２Ａ）により、三ヶ月まで、皮質下のＷＭのＴ１値が皮質のＧＭよりも高い。３－７ヶ月で、ＷＭとＧＭとのＴ１値が近接する。六ヶ月後に、ＷＭのＴ１値がＧＭよりも小さい。このような規律を基に、乳児を、０－３月齢グループ（即ち、生後０～９０日）、３－７月齢グループ（即ち、生後９１～２１０日）、及び、７－１２月齢グループ（即ち、生後２１１～３６０日）に分けることができる。各月齢グループにおけるすべてのサンプルの大脳白質と灰白質領域の平均Ｔ１値及び平均ＰＤ値により算術平均を行い、当該月齢グループの乳児の脳の大脳白質／灰白質領域の平均Ｔ１とＰＤ値を算出し、Ｂｌｏｃｈシミュレーションにより、各月齢グループの乳児の脳の大脳ＷＭとＧＭの理論信号の強さを算出し、結果が以下の通りである。

【0044】

１）０－３月齢グループの乳児の脳は、ＴＩ＝６０２ｍｓ程度にＲＣコントラストの反転が現れ（図２Ｂ）、反転点両側に明らかな正負コントラストが現れると表現する。また、コントラストの反転点のところに、ＡＣがゼロに近く、これは、反転点がＴ１のゼロ点（ＷＭ＝６１０ｍｓ、ＧＭ＝５９６ｍｓ）に近いから、信号全体がゼロに近いためである。従って、最適なＴＩの選択は、高いＲＣのみならず、ＡＣ（信号対ノイズ比を反映する）も考慮すべきである。例えば、ＴＩ＝８００ｍｓ（図２Ｂの縦破線）時に、ＲＣ≒－０．１であり、ＡＣが最大ＡＣの半分程度である。

【0045】

２）３－７月齢グループの乳児の脳のＷＭとＧＭのＴ１緩和時間が非常に類似しているため（１３４２±１０４ｍｓと１３５４±５５ｍｓ）、当該グループのＲＣとＡＣがいずれも他のグループよりも小さい（図２Ｃ、ｙ軸の比例が図２Ｂ及び図２Ｄと異なることに留意されたい）。この段階では、コントラストの反転点の両側でデュアルＴＩｓ画像を採取することを選択する。例えば、ＴＩ＝５００ｍｓと７００ｍｓである場合に、コントラストが逆となり、ＲＣとＡＣが比較的高い二つの画像を取得することができる。この二つの画像を減算することにより、ＷＭとＧＭとの間の相違を向上させることができる。

【0046】

３）７－１２月齢グループの乳児の脳のＲＣ、ＡＣ曲線が０－３月齢グループとは逆となり（図２Ｄ）、しかも、コントラスト反転点が低ＴＩ方向に移行する。同様に、最適なＴＩの選択は、ＲＣとＡＣとを同時に考慮すべきである。例えば、ＴＩ＝７００ｍｓ時に、ＲＣ≒０．１であり、ＡＣが最大ＡＣの約三分の二である。

【0047】

また、一つのグループの０－１２月齢の乳児の脳の３Ｄ ＭＰＲＡＧＥ画像を採取し、その視野が１８０ｍｍｘ１８０ｍｍｘ１２０ｍｍ、アキシャルスキャン、マトリックスが１８０ｘ１８０ｘ１２０、ＴＲ／ＴＥ＝２０００／３．７ｍｓ、τ＝８ｍｓ、空間エンコーディングは鏡像対称の採取方法を採用し、反転回復パルス、α＝１８０°、θ＝１０°、Ｎ＝１２０（レイヤー選択エンコーディング方向に沿う一回励起の回数）、二倍のＳＥＮＳＥ（加速度と位相エンコードの方向とが一致する）、スキャン時間が３．０７分とされる。Ｂｌｏｃｈシミュレーションによる結果（図２）に基づいて、それぞれ、以下のテストを行った。
１）ＴＩ＝５００、８００と１０００ｍｓのように設定して、６人の足月新生児の脳をそれぞれスキャンする。
２）ＴＩ＝５００と７００ｍｓのように設定し、それぞれ、７人の３－７月齢の乳児の脳をスキャンする。
３）ＴＩ＝７００、８００と１０００ｍｓのように設定し、それぞれ、５人の７－１２月齢の乳児の脳をスキャンする。

【0048】

図３Ａに示されるように、新生児の脳では、Ｔ１ｗ画像コントラストは、ＴＩ＝５００ｍｓからＴＩ＝１０００ｍｓの範囲で変化し、例えば、ＴＩ_{５００ｍｓ}が正の低コントラスト（Ｓ_ＷＭ＞Ｓ_ＧＭ）と表現され、ＴＩ_{７００ｍｓ}が低いＳＮ比と表現され、ＴＩ_{８００ｍｓ}及びＴＩ_{１０００ｍｓ}が負の中間コントラスト（Ｓ_ＷＭ＞Ｓ_ＧＭ）と表現され、これは、シミュレーションの結果と一致している。ＴＩ_{８００ｍｓ}及びＴＩ_{１０００ｍｓ}についてマルチアトラスに基づく画像分割を行い、肉眼でもＴＩ_{８００ｍｓ}画像の分割の正確度合いがＴＩ_{１０００ｍｓ}よりも高いと見出し、皮質下ＷＭと皮質ＧＭとの間の分割が特に明確に表現される（図３Ｂにおける矢印及び枠）。ＴＩ_{８００ｍｓ}画像のＧＭとＷＭの分割結果を基に、ＴＩ_{５００ｍｓ}、ＴＩ_{８００ｍｓ}とＴＩ_{１０００ｍｓ}画像のＲＣとＡＣが統計学的相違を表している。Ｐｏｓｔ－ｈｏｃ ｔ検定では、ＴＩ_{８００ｍｓ}のＲＣがＴＩ_{１０００ｍｓ}画像のＲＣよりも高く（ｐ＜０．００１、ｎ＝６）、ＡＣが統計学的相違がない（図３Ｃ）ことを証明した。

【0049】

３－７月齢の乳児グループには、ＴＩ_{５００ｍｓ}画像とＴＩ_{７００ｍｓ}画像とのコントラストが逆になり、画像（ＴＩ_{７００ｍｓ}－ＴＩ_{５００ｍｓ}）を減算することにより、画像コントラストを向上させることができる。これも、シミュレーションの結果と一致している。図４に示されるように、前脳のＲＣが低く、しかも、５．７－５．８ヶ月の期間に信号が変化した一方、後脳のＲＣは低いが正のコントラストと表現され、しかも、５．７ヶ月後にコントラストが向上した。単一のＴＩ画像に比べると、画像の減算（ＴＩ_{７００ｍｓ}－ＴＩ_{５００ｍｓ}）の方法により、ＷＭ／ＧＭコントラストを向上させることができる。

【0050】

７－１２月齢の乳児については、Ｔ１ｗ画像のコントラストが成人のコントラストに近く、その他の二つのグループよりも明らかに高い。当該グループについては、それぞれ、ＴＩが７００、８００及び１０００ｍｓである場合に試験を行った。同様に、前・後皮質ＧＭと皮質下ＷＭのＲＯＩをスケッチすることにより、画像コントラストを算出する。図５に示されるように、ＴＩ_{８００ｍｓ}及びＴＩ_{１０００ｍｓ}と比較して、ＴＩ_{７００ｍｓ}画像のＲＣが高い。これは、シミュレーションの結果と一致しており、しかも、前後の脳領域のコントラストがいずれも年齢の増大に伴って増大している。

【0051】

以上より、本実施例に係る構成の結果に基づいて、乳児の脳のＴ１強調核磁気共鳴画像を最適化する方法を提供することができる。その手段は、以下の通りである。

【0052】

乳児の現在の月齢に基づいて、以下のように、対応する理論上の最適なＴＩ最適化計画を選択する。
月齢が０－３月齢（即ち、生後０～９０日）である場合に、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩを７００－８００ｍｓに設置する。月齢が３－７月齢（即ち、生後９１～２１０日）である場合に、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩをそれぞれ４００－５００ｍｓ及び６００－７００ｍｓに設置する。二つのグループのＴＩにおける画像を減算して（ＴＩ_{６００－７００ｍｓ}－ＴＩ_{４００－５００ｍｓ}）、コントラストが最適化された画像を取得する。月齢が７－１２月齢（即ち、生後２１１～３６０日）である場合に、３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時にＴＩを６００－７００ｍｓに設置する。３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成する時に、他のパラメータを、θ＝１０°、ＴＲ＝２０００ｍｓのように設置する。特定されたパラメータに基づいて、対象物とする乳児の脳に対して３Ｄ Ｔ１強調核磁気共鳴画像を作成するする。そして、共鳴画像への最適化が完了する。

【0053】

なお、前記の実施例は、本発明の好ましい技術手段に過ぎなく、本発明を限定することを意図するものではない。当業者であれば、本発明の趣旨や範囲を逸脱しない限り、様々な変更や変形を行うことができる。従って、均等置換や均等変換などの形態により得られた技術手段は、いずれも、本発明の保護範囲に含まれている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】