確定心肺功能評估和輸液過程的參數(shù)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】確定用于成像過程的至少一個參數(shù)的方法，所述成像過程包括包含對比增強(qiáng)劑的對比增強(qiáng)液的注射，所述方法包括：對于從注射對比增強(qiáng)液的對比劑團(tuán)產(chǎn)生的感興趣的第一區(qū)域，把使用成像系統(tǒng)測量的至少一個對比時間增強(qiáng)曲線確定的分立點(diǎn)數(shù)據(jù)代入模型。在數(shù)個實施例中，可以把足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)代入模型中以確定模型中的生理變量值，所述變量與心肺功能有關(guān)。例如，變量可以與心肺功能有關(guān)。還把來自使用成像系統(tǒng)測量的感興趣的第二區(qū)域的至少第二對比時間增強(qiáng)曲線的至少一個數(shù)據(jù)點(diǎn)代入模型。
【專利說明】確定心肺功能評估和輸液過程的參數(shù)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
[0001]本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮镻CT/US2008/067982，國際申請日為2008年6月24日，進(jìn)入中國國家階段的申請?zhí)枮?00880024880.9，名稱為“確定心肺功能評估和輸液過程的參數(shù)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
_2] 有關(guān)申請的交叉引用
[0003]本申請要求2007年7月17日提交的、美國臨時專利申請60/950，148的權(quán)益，該
申請引用在此作為參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及用于確定過程、心肺功能評估以及輸液的參數(shù)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，尤其涉及根據(jù)病人的心肺功能評估(例如，心輸出量)而對病人輸送藥液的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，特別是，在醫(yī)療注射過程期間對病人輸入對比劑的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0005]提供下面的信息來幫助讀者理解下面揭示的本發(fā)明以及一般使用本發(fā)明的環(huán)境。沒有使這里使用的術(shù)語限制于任何特定狹義解釋的意圖，除非在本文件中另行清楚地陳述。這里闡明的參考物可以促進(jìn)對于本發(fā)明或本發(fā)明的背景的理解。結(jié)合這里引用的所有參考物的揭示作為參考。
[0006]用于放射性檢查 的對比劑的給藥過程(例如，具有加電的注射器)一般始于臨床醫(yī)師用一定體積的對比劑藥物來注入空的一次性注射器。在其它過程中，使用一種預(yù)先注入了對比劑的注射器。臨床醫(yī)師然后確定要給予病人的體積流速和對比劑體積，以使診斷圖像成為可能。其體積和流速均由操作者確定的鹽溶液的注射過程經(jīng)常緊跟在將對比劑給予靜脈和動脈的給藥過程之后。許多當(dāng)前可得到的注射器允許操作者對體積流速和輸液體積的多個分立的階段(Phase)進(jìn)行編程。例如，可從賓夕法尼亞州的印地安諾拉的Medrad股份有限公司得到的SPECTRIS SOLARIS @和5丁?丄1^^丁1<注射器提供多達(dá)且包括6對分立的體積流速和體積(對病人輸液的體積，例如，對比劑和/或鹽水)或6個階段的入口。例如，在美國專利6，643，537以及美國專利申請公開2004 — 0064041中揭示了這些注射器和使用這些注射器的注射器控制協(xié)議，這里結(jié)合這些揭示作為參考。對于每一類過程和每一個經(jīng)歷注射/成像過程的病人，一般由操作者手動地輸入適于這些階段的區(qū)域中的值或參數(shù)。另一方面，先前手動輸入的體積和流速的值可以被存儲，并且在晚些時候從計算機(jī)存儲器調(diào)用。然而，為特定病人的特定過程確定這些參數(shù)的方式在繼續(xù)不斷地發(fā)展。
[0007]在這方面，已經(jīng)認(rèn)識到在成像和其它過程期間不同病人所要求的對比劑量的差異。例如，這里結(jié)合其揭示作為參考的美國專利5，840，026揭示了使用在注射之前或注射期間得到的病人特定數(shù)據(jù)來定制對病人進(jìn)行注射的設(shè)備和方法。雖然已經(jīng)認(rèn)識到醫(yī)療成像過程劑量要求的差異是基于病人的差異的，但是對于在醫(yī)療成像過程期間注射對比劑，傳統(tǒng)醫(yī)療成像過程繼續(xù)使用預(yù)先設(shè)置劑量或標(biāo)準(zhǔn)輸液協(xié)議?？紤]到近來可用的增加掃描速度的CT掃描儀包括MDCT (或MSCT)掃描儀，與在使用這種快速掃描儀的世界各地的雙階段或其它多階段注射相比，單階段注射是起主導(dǎo)作用的。雖然為輸液使用標(biāo)準(zhǔn)的、固定的或預(yù)定的協(xié)議(無論是單階段的、雙階段的或多階段的)簡化了過程，但是在相同的協(xié)議下向不同病人提供相同量的對比劑會在圖像對比度和質(zhì)量方面產(chǎn)生極其不同的結(jié)果。此外，在引入最新的MDCT掃描儀時，在臨床實踐和CT文學(xué)方面的公開的問題是與單層、螺旋掃描儀一起使用的標(biāo)準(zhǔn)對比度協(xié)議是否會對使用MDCT機(jī)器的過程給出很好的解釋。
[0008]數(shù)個研究已經(jīng)嘗試以CT血管對比(CTA)期間注射過程的定量分析來改進(jìn)和預(yù)測動脈增強(qiáng)。例如，Bae和同事開發(fā)了對比度性能的藥代動力學(xué)(PK)模型，并且借助于尋找引起最統(tǒng)一的動脈增強(qiáng)的驅(qū)動功能來求解所耦合的微分方程系統(tǒng)。K.T.Bae，J.P.Heiken 以及 J.A.Brink, “Aortic and hepatic contrast medium enhancement atCT.Part 1.Predicton with a computer model”( “在 CT 處的主動脈和肝對比劑增強(qiáng),第一部分，用計算機(jī)模型預(yù)測”)，Radiology, 207 卷，647 — 55 頁(1998) ;Κ.T.Bea，“Peakcontrast enhancement in CT and MR angiography:when does it occurs and why ?Pharmacokinetic study in a procine model”( “CT 中的峰值對比度增強(qiáng)以及 MR 血管對比:何時發(fā)生和為何發(fā)生？在豬模型中的藥代動力學(xué)研究”)，Radiology，227卷，809 —16 頁(2003) ;Κ.T.Bea 等人,“Multiphasic Injection for Uniform Prolonged VascularEnhancement at CT Angiography:Pharmacokinetic Analysis and Experimental Porcinemethod” ( “用于CT血管對比的統(tǒng)一延長血管增強(qiáng)的多階段注射方法:藥代動力學(xué)分析以及實驗性豬方法”)，Radiology, 216卷，872 — 880頁(2000);美國專利5，583，902、5，687，208,6, 055，985,6, 470，889、以及6，635，030，這里結(jié)合這些揭示作為參考。Bea等人闡述的對于簡化的房室模型的一組微分方程的反解表示指數(shù)下降的對比劑流速會導(dǎo)致CT成像過程中最優(yōu)的/恒定的增強(qiáng)。然而，通過PK模型的反解計算的注射分布是大多數(shù)無主要修改的CT高壓注射器不 容易實現(xiàn)的分布。
[0009]在另一個方法中，F(xiàn)leischman和同事以“黑盒子”來處理心血管生理學(xué)和對比動力學(xué)，并且通過用短的對比對比劑團(tuán)(近似于單位脈沖)強(qiáng)迫系統(tǒng)而確定其脈沖響應(yīng)。在該方法中，對脈沖響應(yīng)執(zhí)行傅里葉變換，并且操縱該傳遞函數(shù)估計值來確定比以前的實踐更優(yōu)化的注射軌跡估計值。D.Fleischmann 和 K.Hittmair, “Mathematical analysis ofarterial enhancement and optimization of bolus geometry for CT angiographyusing the discrete Fourier transform”( “動脈增強(qiáng)的數(shù)學(xué)分析以及使用離散傅里葉變換對CT血管對比的對比劑團(tuán)幾何形狀的優(yōu)化”)，J Comput Assist Tomogr, 23卷,474 —84頁(1999),這里結(jié)合這些揭示作為參考。
[0010]對比劑的單階段給藥過程(一般，在一個流速時100到150mL的對比劑)導(dǎo)致不統(tǒng)一的增強(qiáng)曲線。例如，見上述D.Fleischmann和K.Hittmair以及K.T.Bae的“Peakcontrast enhancement in CT and MR angiography:when does it occurs and why ?Pharmacokinetic study in a procine model，，( “CT 中的峰值對比度增強(qiáng)以及 MR 血管對比:何時發(fā)生和為何發(fā)生？在豬模型中的藥代動力學(xué)研究”)，Radiology，227卷，809 — 16頁(2003),這里結(jié)合其揭示作為參考。因此,Fleischmann和Hittmair提供了一個方案,該方案試圖使對比劑的給藥過程適用于為個別病人定制的雙階段注射，意圖使主動脈成像最優(yōu)化?？刂艭T對比劑顯示的基本難度在于高滲透性藥丸從中央血室很快地擴(kuò)散。另外，不包含對比劑的血混合和稀釋了對比劑。[0011]Fleischmann禁止在診斷掃描之前注射對比劑(4ml/s時16ml的對比劑)的小對比劑團(tuán)注射、測試對比劑團(tuán)注射。在感興趣的血管上進(jìn)行動態(tài)增強(qiáng)掃描。把所產(chǎn)生的處理掃描數(shù)據(jù)(測試掃描)解釋為病人/對比劑系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。Fleischmann通過使測試掃描的傅里葉變換除以測試注射的傅里葉變換而導(dǎo)出病人傳遞函數(shù)的傅里葉變換。假定系統(tǒng)是一個線性時間不變(LTI)系統(tǒng)，并且已知所要求的輸出時域信號(在預(yù)定義增強(qiáng)級上的平面診斷 掃描)。Fleischmann通過所要求的輸出的頻域表示除以病人傳遞函數(shù)的表示來導(dǎo)出輸入時間信號。因為Fleischmann等人的方法計算實際上不可實現(xiàn)的輸入信號作為注射系統(tǒng)限制(例如，流速限制)的結(jié)果，所以必須對計算出的連續(xù)時間信號進(jìn)行截斷和近似。
[0012]除了控制當(dāng)前注射器系統(tǒng)的問題外，許多如此的系統(tǒng)在操作注射器系統(tǒng)的方式中缺乏方便性和靈活性。在這方面，醫(yī)療注射過程的復(fù)雜性和所有關(guān)心健康業(yè)方面的消耗性步伐鼓勵了操作者的時間和技能。
[0013]在許多當(dāng)前的定量分析技術(shù)中，臨床醫(yī)師的實踐因此而減少了在正規(guī)使用中采用的機(jī)會。生理模型會需要許多先驗生理參數(shù)的估計(例如，心輸出量、器官和大血管血液量、滲透性因素)。因為某些數(shù)學(xué)限制，根據(jù)測試一對比劑團(tuán)增強(qiáng)的這些模式不一定適合于每個病人很好地采用。此外，使用短的對比劑團(tuán)確定脈沖響應(yīng)的方法可能是難以實際實施的，因為不存在在掃描儀和注射系統(tǒng)之間容易地傳遞時間一對比劑團(tuán)增強(qiáng)數(shù)據(jù)的滿意的手段。
[0014]例如，雖然已經(jīng)在輸液系統(tǒng)控制方面取得進(jìn)步以提供要求的時間增強(qiáng)曲線和提供病人安全性，但是還是要求開發(fā)向病人輸液的改進(jìn)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]在一個方面，本發(fā)明提供確定用于成像過程的至少一個參數(shù)的方法，所述成像過程包括包含對比增強(qiáng)劑的對比增強(qiáng)液的注射。該方法包括:在注射對比增強(qiáng)液的對比劑團(tuán)之后，把使用成像系統(tǒng)對感興趣的第一區(qū)域測量的至少一個對比時間增強(qiáng)曲線確定的分立點(diǎn)數(shù)據(jù)代入一模型。在數(shù)個實施例中，可以把足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)代入所述模型以確定所述模型中的生理變量值。例如，變量可以與心肺功能有關(guān)。
[0016]在許多實施例中，把來自使用成像系統(tǒng)測量的感興趣的第二區(qū)域的至少第二對比時間增強(qiáng)曲線的至少一個數(shù)據(jù)點(diǎn)代入所述模型。
[0017]例如，至少一個參數(shù)可以是對比增強(qiáng)液的注射的注射過程的至少一個階段的參數(shù)或成像系統(tǒng)的參數(shù)。
[0018]在數(shù)個實施例中，來自感興趣的第一區(qū)域的時間增強(qiáng)曲線的數(shù)據(jù)對應(yīng)于對比增強(qiáng)液第一次通過感興趣的第一區(qū)域，而來自感興趣的第二區(qū)域的時間增強(qiáng)曲線的數(shù)據(jù)對應(yīng)于對比增強(qiáng)液第一次通過感興趣的第二區(qū)域。
[0019]例如，感興趣的第一區(qū)域的時間增強(qiáng)曲線的經(jīng)分析的部分可以與感興趣的第二區(qū)域的時間增強(qiáng)曲線的經(jīng)分析的部分在時間上重疊。使用質(zhì)量平衡守恒(conservation ofmass balance),可以使在某個時刻的對比增強(qiáng)曲線之一上的至少一個對比增強(qiáng)劑濃度與在某個時刻或與某個時刻接近的時刻的另一個對比增強(qiáng)曲線上的對比增強(qiáng)劑濃度相關(guān)。在數(shù)個實施例中，假定感興趣的第一區(qū)域和感興趣的第二區(qū)域之間的對比增強(qiáng)液的損耗可忽略不計。在數(shù)個實施例中，假定感興趣的第一區(qū)域的血容量等于感興趣的第二區(qū)域的血容量。
[0020]模型可以是生理模型，其中心輸出量和血容量是變量?？梢杂嬎悴∪说淖⑸洳课缓蜏y量點(diǎn)之間的心輸出量和血容量。接著，可以使用生理模型或其它模型(例如，這可以是參數(shù)模型或非參數(shù)模型)來確定過程協(xié)議(例如，成像過程)的參數(shù)。例如，可以執(zhí)行優(yōu)化過程來確定一個或多個參數(shù)。
[0021]在數(shù)個實施例中，輸入到感興趣的增強(qiáng)的第一區(qū)域的峰值增強(qiáng)的時間T1和到感興趣的增強(qiáng)的第二區(qū)域的峰值增強(qiáng)的時間T2。還輸入在感興趣的增強(qiáng)的第一區(qū)域的峰值增強(qiáng)處的濃度C1 (T1)和在感興趣的增強(qiáng)的第二區(qū)域的峰值增強(qiáng)處的濃度C2(T2)。
[0022]例如，可以通過下面生理模型的解析解來描述從外圍注射部位注射到感興趣的每個區(qū)域的對比材料的分布:
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定將結(jié)合診斷成像過程對病人執(zhí)行的注射過程的至少一個參數(shù)的系統(tǒng)，所述注射過程包括注射對比增強(qiáng)液，所述對比增強(qiáng)液包括適用于增強(qiáng)使用成像系統(tǒng)獲得的圖像的對比度對比增強(qiáng)劑，所述系統(tǒng)包括: (a)用于控制所述系統(tǒng)的操作的處理器；以及 (b)可操作地與所述至少一個處理器相關(guān)聯(lián)的一個或多個算法，所述一個或多個算法包含描述所述病人內(nèi)從其注射點(diǎn)處到其至少兩個感興趣區(qū)域的每一個的液體傳播的模型，所述一個或多個算法用于實現(xiàn):(I)向所述模型輸入來自至少兩個時間增強(qiáng)曲線的每一個的一個分立數(shù)據(jù)點(diǎn)以確定與所述病人相關(guān)聯(lián)的生理參數(shù)的值，所述時間增強(qiáng)曲線的每一個與所述至少兩個感興趣區(qū)域中的一個相關(guān)聯(lián)且每個分立數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成所述時間增強(qiáng)曲線上對應(yīng)于該分立數(shù)據(jù)點(diǎn)的一對測量，所述時間增強(qiáng)曲線由當(dāng)向所述病人注入的所述對比增強(qiáng)液的測試團(tuán)流經(jīng)時通過掃描所述至少兩個感興趣區(qū)域而產(chǎn)生；以及(II)在所述模型中代入所述生理參數(shù)的值以確定針對所述注射過程的所述至少一個參數(shù)，使用所述至少一個參數(shù)來生成在所述診斷成像過程期間從所述至少兩個感興趣區(qū)域輸出的期望增強(qiáng)水平。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述生理參數(shù)與所述病人的心肺功能相關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述生理參數(shù)包括所述病人的心臟輸出和血容量，且其中針對將被執(zhí)行的所述注射過程的所述至少一個參數(shù)經(jīng)由所述模型至少使用以下來確定: (a)對于血容量Vb的兩個公式的一個:
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個參數(shù)是向所述病人注射對比增強(qiáng)液的所述注射過程的至少一個階段的參數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個參數(shù)包括所述診斷成像過程的參數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個感興趣區(qū)域的第一感興趣區(qū)域是左心且所述至少兩個感興趣區(qū)域的第二感興趣區(qū)域是右心。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)集成在注射器系統(tǒng)和成像系統(tǒng)中的至少一者中。
8.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，來自所述至少兩個感興趣區(qū)域的第一感興趣區(qū)域的時間增強(qiáng)曲線的所述分立數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)于所述對比增強(qiáng)液第一次通過所述第一感興趣區(qū)域，而來自所述至少兩個感興趣區(qū)域的第二感興趣區(qū)域的時間增強(qiáng)曲線的所述分立數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)于所述對比增強(qiáng)液第一次通過所述第二感興趣區(qū)域。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一感興趣區(qū)域的所述時間增強(qiáng)曲線與所述第二感興趣區(qū)域的所述時間增強(qiáng)曲線重疊。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過使用質(zhì)量平衡守恒，使在某個時刻在所述時間增強(qiáng)曲線之一上的所述對比增強(qiáng)劑的濃度與在所述某個時刻或與所述某個時刻接近的時刻在另一個時間增強(qiáng)曲線上的所述對比增強(qiáng)劑的濃度相關(guān)。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，假定所述第一感興趣區(qū)域和所述第二感興趣區(qū)域之間的所述對比增強(qiáng)液的損耗忽略不計。
12.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述生理參數(shù)包括所述病人的心臟輸出和血容量，且其中針對將被執(zhí)行的所述注射過程的所述至少一個參數(shù)經(jīng)由所述模型至少使用以下來確定:
【文檔編號】A61B5/08GK103976736SQ201410199138
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2007年7月17日
【發(fā)明者】J·F·卡拉伏特, C·肯珀 申請人:梅德拉股份有限公司