本願は概括的には医療撮像に関する。 磁気共鳴撮像との関連で格別の用途を見出し、それに特に言及して記載されるが、本願が他の使用シナリオにおいても応用を見出し、上述した用途に必ずしも限定されないことは理解されるであろう。

種々の疾病および／または傷害が、熱的属性を示すものとして医学文献において報告されている。 そうした疾病および／または傷害は、癌、背中の傷害、胸の病、関節炎、炎症性痛、神経損傷、血管疾患、消化系障害、卒中スクリーニングなどを含む。 熱的属性は、疾患および／または傷害のある組織を正常な組織から区別する。 たとえば、腫瘍は通例、正常な組織よりも多くの血管循環をもつ。 より多くの血管循環をもつ組織は、加熱後に体が恒常性バランスを取り戻そうと作用するときに、正常な組織よりも素速く冷却する。 同様に、より多くの血管循環をもつ組織は、冷却後に体が恒常性バランスを取り戻そうと作用するときに、正常な組織よりも素速く温まる。

疾病または傷害のある組織の温度測定は、典型的には表面測定を通じてなされる。 一つの技法は、1980年代以来使われてきたデジタル赤外線熱画像化（DITI: Digital Infrared Thermal Imaging）である。 しかしながら、DITIは、身体全体ではなく、皮膚の近くでしか温度変化を検出できない。 磁気共鳴熱画像化は、侵襲的な手順なしに内部の身体温度を測定することのできる、現在知られている唯一の技法である。

本願は、上記の事項その他に対処する、新しい、改善された磁気共鳴（MR）熱画像化診断法を開示する。

ある側面によれば、磁気共鳴システムは、磁気共鳴スキャナと、一つまたは複数のプロセッサと、ディスプレイとを含む。 磁気共鳴スキャナはサーモグラフィー測定のために構成される。 前記一つまたは複数のプロセッサは、磁気共鳴スキャナから熱画像データを受領し、関心領域の各ボクセルが温度変化の指標を含む少なくとも一つの画像を再構成する。 前記一つまたは複数のプロセッサは、熱的に異常なボクセルを識別する。 ディスプレイは、前記少なくとも一つの再構成された熱画像を、識別された熱的に異常なボクセルとともに表示する。

もう一つの側面によれば、磁気共鳴サーモグラフィーの方法が、磁気共鳴スキャナから熱画像データを受領し、関心領域の各ボクセルが温度変化を指示する少なくとも一つの熱画像を再構成する。 前記少なくとも一つの熱画像において、熱的に異常なボクセルが識別される。

一つの利点は、被験体の内部の諸部分の熱画像化の非侵襲性にある。
もう一つの利点は、異常な熱的属性を測定するための磁気共鳴熱画像化の正確さにある。
もう一つの利点は、身体の目標領域を加熱または冷却するための安全な方法にある。
もう一つの利点は、より正確な診断のために熱の情報を使うことにある。
もう一つの利点は、放射線療法の有効性のモニタリングにある。
もう一つの利点は、放射線療法計画の開発、更新または洗練との組み合わせにある。

本願のさらなる利点は、以下の詳細な説明を読み、理解すれば、当業者には、理解されるであろう。

本発明は、さまざまなコンポーネントおよびコンポーネントの配列の形ならびにさまざまな段階および段階の配列の形を取りうる。 図面は単に好ましい実施形態を例解する目的のためであって、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

被験体の目標領域を加熱／冷却するためのさまざまな装置をもつ磁気共鳴スキャナ・システムのある実施形態を概略的に示す図である。

撮像体積および種々のボクセル温度（T）対時間（t）測定のある実施形態の例を概略的に示す図である。

熱的異常の診断識別のための方法のある実施形態を示すフローチャートである。

放射線療法計画と組み合わせて使うシステムのある実施形態のフローチャートである。

図１を参照するに、被験体の目標領域を加熱／冷却するためのさまざまな装置をもつ磁気共鳴スキャナ・システム１０のある実施形態が概略的に示されている。 磁気共鳴（MR）スキャナ１２は、被験体の関心領域の各ボクセルの温度を示す磁気共鳴画像を生成するよう構成されている。 MRスキャナ１２は、患者台１４とともに断面で示されている。 MRスキャナは0.1°Cほど小さい温度変化を検出する。 被験体への温度変化は、超音波、高周波（RF: radio frequency）パルス、摂取される液体、注入される溶液、湿布などといった多様な技法を使って誘起されることができる。 温度変化は、超音波放出器１６、RF放出器２０、熱／化学溶液の注射器２２、患者によって消費されるべき熱的／化学液体の容器２４、患者によって吸入されるガスに接続されたマスク２５、温湿布／冷湿布２６などによって引き起こされる。 温度変化は、能動的または受動的な運動および日々起こる自然な体温サイクルに起因するなど、自然のものであることもできる。

MRスキャナ１２からの熱撮像データはネットワーク３０を介して一つまたは複数のプロセッサ２８に送信される。 プロセッサは、一時的および非一時的なメモリを含むことができる。 ネットワーク３０は、有線または無線接続、直接接続を含むか、あるいはプライベート・ネットワークまたはインターネットのようなネットワーク接続による。 プロセッサは、一つのサーバー内に、あるいは複数のサーバーにまたがって含まれることができる。

データ記憶部３２は、多様な異なる接続オプションを用いて前記一つまたは複数のプロセッサに取り付けられる。 データ記憶部は、直接取り付けられた個々のボリューム、ネットワークアタッチトストレージなどであることができる。 データ記憶部３２は、受領された熱撮像データ３４、熱画像の記憶された集合体３６、診断データベース３８および放射線療法計画４０および治療方法４２のデータベースのための記憶を提供する。 熱画像の記憶された集合体（collective）は、定義された人口集団を表わす画像を含む。 定義された人口集団は、健康な個人についての正常な温度変化の変動をボクセルごとに表わす正常な画像の熱画像を含む、正常な人口集団であることができる。 正常な集合体は、共通の空間に位置合わせしたのち、ボクセルごとに前記熱画像と比較されることができ、各熱画像ボクセルが異なる確率が計算される。 あるいはまた、集合体は、脳の血管疾患をもつ人口など、疾病のある人口集団（単数または複数）を表わすことができる。 前記熱画像はその集合体と比較され、ボクセルが、脳の血管疾患をもつなどするその集合体において見出されるものと同様である確率が決定されることができる。

診断データベースは、ICD-10、ICD-0、SNOMEDなどといった診断を含む。 診断データベースは、形態情報および異常温度変化情報を含む。 診断データベースは、熱的な異常および可能な診断のクロスレファレンスを可能にする。 放射線療法計画のデータベースは、診断された状態を治療するための段階および代替を含む。 治療方法データベースは、診断された腫瘍などについての可能な放射線療法の線量および頻度といったパラメータを含む。 放射線療法計画のデータベースは、磁気共鳴スキャナのみの範囲を超えて広がり、高密度焦点式超音波（HIFU: HIghly Focused Ultrasound）、線形加速器（LINAC: LINear Accelerator）、X線などといった、磁気共鳴スキャナとの関連でまたは組み合わせで典型的に使用される他の装置に関するデータを含むことができる。

表示装置４４は、ネットワーク３０および前記一つまたは複数のプロセッサに接続される。 表示装置４４は、医療実施者がシステムと対話することを許容する。 表示装置は、コンピュータ、ラップトップ、タブレット、モバイル装置などであることができる。 表示装置は、画像、可能な診断、放射線療法計画、画像比較などを表示する。 たとえば、日々の温度サイクルにおける温度の変化を描く背中の熱画像が表示される。 各ボクセルにおける温度変化の大きさが、色ベースの強度として表示される。 強度は、集合体を使って規格化されることができ、背中の傷害が、標準的な人口集団から有意に逸脱するボクセルによって示されることができる。 あるいはまた、強度は肺動脈の温度を参照領域として使って規格化されることができる。 ここで、各ボクセルは、そのボクセルにおける温度と肺動脈の温度との間の差である。 ボクセルの強度は、差の平均、最小、最大または参照領域の温度および時間を追った変化を含む何らかの関数として表現されることができる。 他の内臓および領域も考えられている。 表示装置４４は、コマンドを入力し、医療実施者が撮像システムの使用を指揮することを許容することもする。

図２は、撮像体積および種々のボクセル温度測定のある実施形態の例を概略的に示している。 熱撮像データ３４は、三次元直方体体積として表わされている例示的なボクセルの体積として示されている。 ボクセルの体積はいかなる形または次元であることもできる。 各ボクセルは時間を追って繰り返し撮像され、時間を追った温度変化測定を、連続的な測定またはサンプリング技法を使った離散的な測定として生成する。 たとえば、温度測定は、目標領域の加熱または冷却の間にスキャナから利用になっていく磁気共鳴撮像データに基づいて連続的であることができる。 もう一つの例として、磁気共鳴スキャナからの温度変化は1分または10分間隔で測定される。 さらなる例として、温度変化は朝、昼および晩に測られて、日々の温度サイクルを比較する。 曲線当てはめ、離散統計（discrete statistics）など、それぞれにおける測定に関数を当てはめる解析が適用されることができる。 たとえば、サンプル点の数が増すと、曲線を当てはめるために回帰技法を適用することができる。 代替例は、データ点が得られるにつれて適応または修正される、正常組織温度変化に基づくモデル曲線を含む。 モデル曲線は、低下する温度について減少する放物線関数であることができ、曲がりの大きさがサンプル点に合わせて調整される。 曲線当てはめは、移動平均、線形回帰などを含む。 離散統計は、正規分布、ポワソン分布などといったさまざまな分布に基づく閾値、最小、最大、平均などを含む。 温度変化測定は、体が恒常性バランスを回復する際の温度変化を測定する前に身体温度を最初に変えるために熱源が適用されるか冷源が適用されるかに依存して、温度変化測定値は増大または減少することができる。 たとえば、組織を数度温めるために、最初、あまり焦点を絞られていないHIFUのような熱源が胸部組織に加えられる。 熱源が取り除かれ、体が胸部組織を冷却する。 胸部組織に存在する腫瘍はより大きな血管循環をもち、より急峻な冷却曲線を示す。 疾病のある組織に循環される増大した血液は、疾病のある組織をより迅速に冷ます。 例示的な測定では、温度変化４６は実線の曲線または連続的な測定として表現される。 実線の曲線は、先述したサンプリング技法および曲線当てはめ技法に基づくことができる。 あるボクセル温度測定のグラフは、正常な減少する温度を示し４８、別のボクセルは異常なまたはより急速に減少する温度５０を示す。 例示的なグラフでは、より急速に減少する温度曲線は、乳癌のような疾病のある組織を示す。

二つのボクセルについての例示的なグラフにおける点線は、健康な組織についての期待される温度変化５２である。 期待される温度変化５２は、集合体３６、患者の参照領域、患者のベースライン、患者の隣接領域などのような多様な源に基づくことができる。 体の種々の部分が種々のレートで温度を変化させる。 たとえば、胴体における組織および器官は、外肢よりも急速に冷めたり温まったりする。 集合体は、人口集団の間での正常の変動性を表わすが、個々の患者についての正常を表わすのではない。 肺動脈のような患者の参照領域は、その患者についての正常を表わすが、異なる組織の間の変動性や疾病のある組織の影響は説明しない。 患者についてのベースラインは、患者が、目標領域の加熱または冷却前に安静にしていたところであることができる。 あるいはまた、ベースラインは、関心領域とは異なる領域の温度変化曲線であることができる。 たとえば、冷湿布が脚にあてがわれ、取り除かれることができ、温度変化曲線が脚内のボクセルについて発展させられることができる。 脚のボクセルからの温度変化曲線を使ってモデル変化曲線が構築されることができ、胸部のような異なる関心領域について測定される温度変化曲線についてのベースラインとして適用されることができる。 ベースラインは、脳、心臓などのような解剖学的特徴、目標領域のボクセルの平均、比較として温度変化を実施し測定する前に人工的な熱源に応答する安静にしている身体などの関数であることができる。

測定される温度変化４６は、期待される温度変化５２と比較され、差が異常の確率として表現されることができる。 差は、今の例では、点線の曲線と実線の曲線との間の面積として測ることができる。 あるいはまた、異常な熱的ボクセルを示す閾値を求めて、各曲線の最大レート変化が測定され、比較されることができる。 期待される温度変化と測定される温度変化との間の差の尤度を決定するために、さまざまな技法が適用されることができる。 各ボクセルについて異常の存在の確率を含む確率マップが作成される。 もう一つの実施形態では、各ボクセルの熱曲線は、それぞれがある診断に関連付けられている一連の曲線、たとえば正常曲線、癌曲線、種々の段階または型の癌、関節炎、損傷、炎症などについての曲線と比較される。

図３では、熱的異常に基づく診断同定のための方法のある実施形態のフローチャートが示されている。 第一段階５４では、身体温度が正常またはベースラインから変化させられる。 変化は、MR撮像シーケンスの前またはシーケンス中に行なわれることができる。 図１を参照して示したさまざまな装置が目標領域の身体温度を上昇または低下させるために使用されることができる。 身体温度は、能動的または受動的な運動、自然な身体温度の日々のサイクルなどを使って上げられることができる。 目標領域の温度は典型的には、安全に、正常から2〜3°C増すまたは約5°C低下することができ、これはMRサーモグラフィーによって簡単に感知される。 たとえば、放射線療法において疾病のある組織を内部的に殺すために使われるHIFUは焦点をぼかされ、関心領域を数度加熱するために使用されることができる。 HIFU療法をモニタリングするために使われる磁気共鳴は、診断目的のために、HIFUによる関心領域の加熱をもモニタリングすることができる。 あるいはまた、たとえば消化管が関心領域を含む場合、患者は消化管を加熱または冷却するために熱湯または冷水を消費することができる。 液体は化学ベースであってもよく、その化学物質が吸収されるときに身体温度を一時的に上げる。 もう一つの例では、食塩水が注射されることができ、一時的に血液の温度を下げる。 もう一つの例では、冷たいガスが吸入されることができ、肺領域の温度を一時的に下げる。 ガスは、熱的な低下を引き起こすよう熱的に異なることができ、あるいは化学ベースであり呼気の際に毛細管を開かせ、熱を失わせることができる。 もう一つの例では、運動が、筋肉活動によって生成される熱を通じて関心領域の温度を上げることができる。 能動的な患者運動は、患者による運動であり、受動的な運動は、理学療法士または電気的刺激など他者によって引き起こされる動きである。 どのような形の運動が用いられるにせよ、筋肉の動きが熱を生成し、体は恒常性機能を通じて熱を低下させる。 熱の低下（reduction in heat）を測定することは、撮像中など体が安静にしているときに、より簡単に行なうことができ、筋組織の冷却は測定可能な温度変化を生じる。

MRスキャナは段階５６において、体が恒常性バランスを回復する際に、温度変化を測定する。 たとえば、温度を繰り返し測定して温度（T）対時間（t）のプロットを生成する。 温度は、約0.1°Cの熱分解能で測定できる。 温度変化の測定は図２を参照して述べた。 段階５８で、各ボクセル位置における異常の確率を同定する確率マップが作成される。 それらの位置は、解剖学的構造および／または関心領域へのマッピングを含む。 熱曲線は、比異常性（specific abnormality）の確率を決定するために、参照熱曲線と比較されることもできる。 たとえば、正常組織についての温度変化の最大レートが0.3°C/minであり、熱曲線の最大レートが0.8°C/minであれば、異常な熱組織が存在している高い確率がある。 確率マップの作成は図２を参照して述べた。

マッピングされた異常のある位置は、段階６０において、診断データベースを使って可能な診断と相関付けされる。 他の患者医療テスト、他の患者画像などといった他の源が使用されることができる。 たとえば、血液試験はある種の型の腫瘍の存在を示し、X線画像は関節炎を示す、などである。 可能な診断は、MR画像とともに、医療実施者に対して表示されることができる。 MR画像は、種々の強度として表わされる異常のある位置の確率マップを含むことができる。 たとえば、熱的な異常の高い確率（たとえば＞0.9）をもつボクセルは赤で示されることができ、より低い確率（たとえば＞0.5）は黄色で示されることができる、などとなる。

フローチャートに示された実施形態は、温度異常を識別するMRサーモグラフィーの非侵襲的方法を使う。 識別された温度異常は、可能な診断を同定するために、あるいは他の診断ツールおよび技法と相関付けされることのできる情報を提供するために使われる。

図４では、放射線療法計画と組み合わせて使われるシステムおよび方法の実施形態がフローチャートに示されている。 図３を参照して述べた実施形態は、異常を識別するために使用されることができる。 他の源が使用されることができ、本システムは、放射線療法に対する患者応答の進行をモニタリングするために使われることができる。 よって、段階６２または放射線療法計画の進行するサイクルにおける次の段階において、放射線療法計画が生成されることができる。 放射線療法計画は、腫瘍のような疾病の初期のサイズおよび位置を含む。 放射線療法計画は、LINAC、HIFU、X線など、段階６４で適用される放射線療法の態様および線量を決定する。 放射線療法が適用されたのち、本システムは、残っている目標組織、たとえば腫瘍における熱温度曲線または変化を測定する。 熱曲線における変化は、各ボクセルにおける腫瘍細胞を殺すことにおける相対的な成功を示すことができる。 本システムは、熱曲線から決定される腫瘍の破壊／生存に基づいて、計画を修正、更新または洗練する。

本稿に呈示される具体的な例示的実施形態との関連で、ある種の構造的および／または機能的特徴が所定の要素および／またはコンポーネントに組み込まれているものとして記述されていることが理解される。 しかしながら、これらの特徴は、適宜、他の要素および／またはコンポーネントに組み込まれてもよく、同じまたは同様の恩恵が得られることが考えられている。 例示的な実施形態の種々の側面が適宜、選択的に用いられて、所望される用途に好適な他の代替的な実施形態を達成してもよく、該他の代替的な実施形態はそれによりそこに組み込まれる諸側面のそれぞれの利点を実現することも理解される。

本稿に記載される具体的な要素またはコンポーネントがその機能をハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはその組み合わせを介して好適に実装されてもよいことも理解される。 さらに、一緒に組み込まれるものとして本稿に記載されるある種の要素が好適な状況の下ではスタンドアローンの諸要素であっても、あるいは他の仕方で分割されてもよいことも理解される。 同様に、ある特定の要素によって実行されるものとして記述される複数の特定の機能が、個々の機能を実行するために独立してはたらく複数の相異なる要素によって実行されてもよく、あるいはある種の個々の機能が分割されて、協働してはたらく複数の相異なる要素によって実行されてもよい。 あるいはまた、それ以外で本稿で互いに相異なるものとして記載および／または図示されているいくつかの要素またはコンポーネントが、適宜、物理的または機能的に組み合わされていてもよい。

手短かにいうと、本明細書は、好ましい実施形態を参照して記載されてきた。 明らかに、本明細書を読み、理解すれば、他の者にも修正や変更が思いつくであろう。 本発明は、付属の請求項またはその等価物の範囲内にはいる限り、そのようなあらゆる修正および変更を含むものとして解釈されることが意図されている。 すなわち、上記で開示したおよびその他の特徴および機能のさまざまなものが望ましくは他の多くの異なるシステムまたはアプリケーション中に組み合わされてもよいこと、またそれにおけるさまざまな現在予見されないまたは予期されない代替、修正、変形または改善がその後、当業者によってなされてもよく、それも付属の請求項によって包含されることが同様に意図されていることが理解されるであろう。