[发明专利]灌注成像

说明书

技术领域

以下大体涉及灌注成像并结合计算机断层摄影(CT)的具体应用描述，但是本发明也适用于其他成像模态，例如MRI、PET、SPECT、US、光学断层摄影和/或其他成像模态。

背景技术

灌注成像，以及相关的术语渗透率成像、动态造影成像或第一次扫描是成像和评估与患者身体内的血流相关的参数的己知技术。灌注成像能够用于探测体内生理结构以及组织功能与活性。灌注成像可用于研究具有脑部或心脏损伤的患者，例如：由中风或侵害引起的；在诸如肝、肺、胰腺和其他器官的器官中具有癌症的患者；以及诸如肺、肝和肾的器官中的常规器官功能。灌注成像有潜力成为用于定量评估多种癌症和肿瘤的重要工具。由于灌注成像主要测量血流特征，因而能够利用适当地施予的造影剂材料使用几种成像模态。例如，灌注成像能够通过如下方式完成：利用碘造影剂的CT；利用钆或铁含氧物造影剂的MRI；利用若干辐射性示踪剂的PET和SPECT以及利用微气泡造影剂的超声。在动物临床前成像中，利用荧光药剂的光学断层摄影同样适用。

灌注成像技术通常要求在若干不同时间点对感兴趣体积进行重复成像，例如在相继的扫描之间具有数秒差异的3-30个重复的扫描(例如，1至10秒每时间帧)。在常规灌注技术中，将一团造影剂施予入患者的血管系统，例如通过自动注射器，在涵盖所述一团造影剂传输通过所感兴趣的区域的组织的时间段内收集所感兴趣区域的图像。所述造影剂局部浓度随时间的变化(如能够从图像数据推测)被用于分析生理参数。在临床实践中，经常利用特定分析算法对所述灌注图像序列进行定性检查或定量评估。对于一个区域或每个体素，定量结果可以包括血流、血液体积、平均传输时间、到达时间、表面渗透面积(permeability surface product)、达峰时间、峰强度、最大梯度和其他参数的绝对测量结果。这样的血流和血管变元能够以本文中通用术语“灌注图”所指的结构来表示。

对在癌症诊断中使用灌注的具体兴趣主要与血管再生现象有关。在健康身体中，在损伤或损害后，血管再生发生用于治愈伤口和用于修复流至组织的血流。通常，正常血管系统按照为身体组织提供营养物的目的发展，并且正常血管进化为使得在血管生长和细胞需求间达成平衡。众所周知，癌症组织发展伴有在该组织周围的过量的血管再生。新生成的血管能够进一步造成肿瘤细胞的过度增殖。因此，异常血管再生的早期探测和处置期间的随诊对于降低与各种癌症相关的发病率和死亡率是关键的。灌注研究可能同样允许测量肿瘤区域的血管的渗透率，其被认为是重要的因素由于通常在癌症组织中的血管比正常的血管更倾向于渗透到细胞内的空间。

对于癌症诊断，MRI和CT在确定解剖结构特征方面非常有效。但是他们通常很少传达关于肿瘤组织或邻近组织的功能状态的信息(例如，血管再生的程度、组织活性，恶性度等)。尽管在一定程度上可以通过造影增强成像间接暗示肿瘤的恶性度，但是若干研究已经表明造影增强的程度决不是可靠的肿瘤分级的指标。PET和SPECT成像通常表明所成像组织的功能参数。但是，在很多情况下此信息是不充分的。例如，肿瘤学中使用的常规FDG-PET检查通常无法精确区分癌症的分期或其对医学处置的响应。

通过例如对血液体积(BV)或血流(BF)进行成像，肿瘤的灌注成像被用于展示与肿瘤生长相关的血管的生长(血管再生和新血管生成)。由于BV值与血管系统的分级相关；分级高(恶性)的肿瘤相比分级低(不那么恶性)的肿瘤倾向具有较高的BV值。新血管生成同样影响癌症细胞在全身的扩散，最终导致转移的形成。实体肿瘤的血管生成水平被认为是其转移潜力的极好的指标。通过测量血管系统水平，灌注成像因此有助于对肿瘤的表征。其可以同样有助于治疗程序(例如抗血管再生药物/辐射治疗/化学治疗)的选择和对其成功性的预测。

肿瘤灌注成像可能在几种癌症类型的诊断和在不同器官的诊断中有用。但是，对于获得可靠的临床应用仍然有重大障碍，例如结果的一致性、精确定量、分析的标准化、优化的临床方案、患者运动、图像伪影以及辐射和造影剂剂量的减少的问题。另外，当今的成像系统的技术性能不总是足够的。还有，对于常规的灌注分析手段，提供对可视化区域血流特征的彻底的分析，但是这些手段并不区分在相同区域的不同循环子系统并且不显示这些循环子系统间的独特关联。不幸的是，即使单独图像体素也可能包括表示多于一个循环子系统的血流图样的数据，这些循环子系统有时会相互干扰。另外，信号的噪声和/或其他实际不精确性可能非常显著，进一步使分析复杂化。

发明内容

本文中描述的各方面解决上述问题和其他问题。