[发明专利]用于估计动态动脉/组织/静脉系统的感兴趣的量的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于基于医学图像来估计血液动力学参数的系统和方法。本发明与已知过程的不同之处尤其在于其精度和取决于实施例的执行速度，所述执行速度对于使得能够在紧急情形中进行治疗诊断是必需的。

发明内容

本发明特别地基于灌注加权磁共振成像（PW-MRI）或计算的层析X射线摄影法（Tomodensitométrie，CT）。这些技术使得获得关于诸如脑或心脏之类的器官的血液动力学的精确信息成为可能。该信息对于在诸如中风之类的病理的紧急医疗中试图做出诊断和治疗决定的医师而言是尤其关键的。

为了实现这样的技术，使用诸如作为示例由图1和2图示的医学成像系统，其使用通过核磁共振或通过计算的层析X射线摄影法的成像装置1。该后者递送身体的一个部位（特别是脑）的数字图像12的多个序列。出于该目的，所述装置在所讨论的身体部位上应用高频电磁波的组合并且测量由某些原子重新发射的信号。因而所述装置使得确定在所成像的体积的每个点（或体元（voxel））处的化学成分并且因此确定生物组织的性质成为可能。

借助于专用处理单元4来分析图像的序列。该处理单元最终借助于经适配的人机接口5将以灌注加权图像为基础的对血液动力学参数的估计递送给医师6。因而医师能够实现诊断并且决定他认为适合的治疗行为。

通过核磁共振或者通过计算的层析X射线摄影法的灌注加权图像通过静脉注入造影剂（例如用于磁共振成像的钆盐）并且通过记录其在图像的每个体元中随时间的团剂（bol）来获得。为了简洁起见，我们将省略用于标识体元的下标x,y,z。例如，取代于将针对坐标x,y,z的体元的信号标注为S_x,y,z(t)，我们将简单地将其标注为S(t)。理解的是，以下所描述的操作和计算一般地针对每个感兴趣的体元而执行，以便最终获得表示要估计的血液动力学参数的图像或图（carte）。

标准模型使得将随时间t测量的信号S(t)的强度联系到所述造影剂的浓度C(t)成为可能。

例如，在灌注的计算层析X射线摄影法中，针对每个体元的信号被假设为与浓度直接成比例：                                                。在通过核磁共振的灌注加权成像中，假设例如存在指数关系。在这两种情况中，S₀表示在造影剂的到达之前信号的平均强度。在核磁共振成像的情况中，k为取决于顺磁磁化率与组织中造影剂浓度之间的关系的常数并且TE为回波时间。由于针对每个体元的常数k的值是未知的，因此其针对感兴趣的所有体元都被设置成任意值。因而获得相对估计而非绝对估计。尽管如此，该相对信息保持相关，因为兴趣主要在于这些值在空间中、特别是在健康的和病理组织之间的相对变化。

在所有的下文中，我们将假设实验强度信号S(t)为在先前被转换成浓度曲线C(t)。例如，在灌注加权磁共振成像的情况中，我们有，通过例如取造影剂到达之前的S(t)的平均值来估计S₀。

在每个时刻处的每个体元中含有的组织体积中的造影剂的质量守恒被写作。C_a(t)为造影剂在供给该组织体积（volume de tissue）的动脉中的浓度（动脉输入函数，AIF）。BF为该组织体积中的血流量并且C_v(t)为造影剂在引流该组织体积的静脉中的浓度（静脉输出函数，VOF）。

假设动态动脉/组织/静脉系统是线性的并且是时不变的，可能的是写作，其中h(t)为系统脉冲响应（不然就是造影剂在该组织中的输送时间的概率密度函数）并且指明卷积。则前述微分方程在初始条件的情况下的形式解于是写作，其中R(t)为在该组织体积中的输送时间的互补累积密度/分布函数（残余函数），其由来定义，其中H为赫维赛德（Heaviside）单位阶跃广义函数。以脉冲响应和互补累积密度/分布函数为基础，定义新的血液动力学参数，在组织中的平均输送时间（MTT）：

 （如果）

同样地，在该组织体积中的血容量（BV）可以由关系来定义。