專利名稱：預(yù)測生命體內(nèi)造影劑流動(dòng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)測造影劑在生命體內(nèi)、尤其是在患者體內(nèi)的流動(dòng)的方法，其中將包含具有公知注射流動(dòng)變化過程的造影劑的確定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中，利用斷層造影方法在包含多個(gè)測量時(shí)刻的有限時(shí)間段Z期間觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)地點(diǎn)的時(shí)間濃度變化過程，并從獲得的關(guān)于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中利用線性原因/效果依據(jù)預(yù)測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時(shí)間變化過程。
背景技術(shù)：
對(duì)于斷層造影方法，尤其是在計(jì)算機(jī)斷層造影或NMR斷層造影領(lǐng)域的斷層造影方法，由于在對(duì)特定身體區(qū)域顯示中出現(xiàn)的小對(duì)比度，因此為了顯示該特定身體區(qū)域優(yōu)選施加造影劑，由此獲得該身體區(qū)域的對(duì)比度較強(qiáng)的圖像。但造影劑大多具有缺點(diǎn)，即其從生物學(xué)觀點(diǎn)來看難以吸收，因此其劑量應(yīng)當(dāng)保持盡可能地小。但由于被檢查體的生物可變性，無法對(duì)一種特定造影劑在體內(nèi)的觀察點(diǎn)的濃度變化過程是如何隨著時(shí)間發(fā)展的得出足夠精確和適用于普遍情況的結(jié)論。因此對(duì)于被檢查體來說必須基于造影劑或測試藥丸的測試注射來觀察該測試注射的效果，尤其是注射之后濃度值在被檢查體內(nèi)的感興趣地點(diǎn)的時(shí)間變化過程。
在結(jié)合CT檢查的應(yīng)用中，在測試藥丸注射后的一段特定時(shí)間內(nèi)，并且在采用盡可能少的輻射劑量的條件下，間接通過出現(xiàn)的HU值的變化來測量濃度。由于只對(duì)造影劑的成像作用感興趣，并且在造影劑的成像效果和濃度之間形成線性關(guān)系，因此關(guān)于造影劑的絕對(duì)濃度的結(jié)論還不知道而且也是次要的。這種測試檢查的圖像的分辨率也是很低的。
公知基于對(duì)這種測試藥丸注入的效果和線性原因/效果關(guān)系假定的認(rèn)識(shí)預(yù)先計(jì)算正式的或已進(jìn)行的造影劑注入的效果，并由此確定為了在斷層造影檢查中達(dá)到足夠的圖像對(duì)比度而必須的造影劑劑量。但在公知的方法中，可計(jì)算性局限于一段與事先對(duì)一次測試藥丸輸入進(jìn)行的測量相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)雖然可以內(nèi)插出值來，但超過該測試時(shí)間段、并且在兩個(gè)時(shí)間方向上的外推是非常受限的。如果由于什么原因必須在時(shí)間上限制測試測量，則迄今為止還有相應(yīng)于在很大程度上作為可靠假定的預(yù)測時(shí)間段的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，找到一種改進(jìn)的預(yù)測方法，可以對(duì)檢查特定身體區(qū)域所必需的造影劑劑量更好地進(jìn)行預(yù)測，尤其是還對(duì)超過測試測量時(shí)間段的造影劑劑量進(jìn)行預(yù)測。
發(fā)明人已經(jīng)具有如下認(rèn)識(shí)為了對(duì)應(yīng)于上述技術(shù)問題找到一種更好的、時(shí)間上更少限制的方法，即從測試藥丸注射之后的增強(qiáng)值的有限時(shí)間變化過程中預(yù)測在另一次不同的注射之后在相同地點(diǎn)的增強(qiáng)值的時(shí)間變化，必須至少附加地找到一個(gè)模型，其更好地反映和預(yù)測體內(nèi)的狀況，并且能再現(xiàn)已經(jīng)存在的變化過程。增強(qiáng)值在此應(yīng)理解為造影劑在圖像顯示中的濃度改變的效果。在CT檢查中增強(qiáng)值例如是所確定的HU值。因此本發(fā)明理解，只要提及的是體內(nèi)造影劑的濃度值，就不是絕對(duì)濃度值，而首先只是對(duì)在檢查地點(diǎn)的圖像顯示的作用效果。
基于該考慮發(fā)明人建議，代之以采用線性模型而采用簡單的生理模型，并由此獲得預(yù)測值，但其中針對(duì)可以用線性模型預(yù)測的時(shí)間段至少只將這些值或附加地將這些值用于預(yù)測。
為此采用生理系統(tǒng)的以下特定差分方程∂∂tb(x,t)+v∂∂xb(x,t)-D∂2∂x2b(x,t)=Fδ(1)(x)Θ(t-t0)Θ(tF-t)]]>其中方程式左端是一維的導(dǎo)熱方程，其通過右端的一個(gè)源項(xiàng)來補(bǔ)充。
該右側(cè)的源項(xiàng)描述測試藥丸，其中F表示流速，t0和tF表示觀察的開始和結(jié)束時(shí)間。一維的Delta函數(shù)δ(1)(x)在此描述在開始位置0的注射穿刺點(diǎn)。左側(cè)基本上由兩個(gè)過程確定造影劑以漂移速度v運(yùn)動(dòng)，同時(shí)剛開始為矩形的測試藥丸以擴(kuò)散常量D擴(kuò)散。在此通過擴(kuò)散常量D來基本上描述穿越時(shí)間差，并模擬血流速度的波動(dòng)。
該差分方程的解通過確定該差分算子的Green函數(shù)來給定
(∂∂t+v∂∂x-D∂2∂x2)G(x-x′,t-t′)=δ(1)(x-x′)δ(1)(t-t′)]]>由此接著可以用下式直接給出差分方程的解b(x,t)=∫-∞∞Fδ(1)(x′)Θ(t′-t0)Θ(tF-t′)G(x-x′,t-t′)dt′dx′.]]>一維導(dǎo)熱方程的Green函數(shù)具有下列形式G(x-x′,t-t′)=Θ(t-t′)14D(t-t′)πexp(-(x-x′-v(t-t′))24D(t-t′))]]>由此給出了差分方程的解，如下所示b(x,t)=∫-∞∞Fδ(1)(x′)Θ(t′-t0)Θ(tF-t′)G(x,t;x′,t′)dt′dx′]]>=F∫-∞∞dt′Θ(t′-t0)Θ(tF-t′)Θ(t-t′)14D(t-t′)πexp(-(x-v(t-t′))24D(t-t′))]]>=FΘ(t-t0)(Θ(tF-t)∫t0tdt′+Θ(t-tF)∫t0tFdt′)14D(t-t′)πexp(-(x-v(t-t′))24D(t-t′))]]>=F2vΘ(t-t0)(Θ(tF-t)(1-exp(xvD)+exp(xvD)Erf(x+v(t-t0)4D(t-t0))-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0)))]]>+Θ(t-tF)(exp(xvD)Erf(x+v(t-t0)4D(t-t0))-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0))]]>-exp(xvD)Erf(x+v(t-tF)4D(t-tF))+Erf(x-v(t-tF)4D(t-tF))))]]>誤差函數(shù)Erf通過下式給出Erf(x)=2π∫∞xexp(-t2)dt.]]>由于誤差函數(shù)只對(duì)其自變數(shù)的零點(diǎn)附近的值才具有不等于±1的值，因此可如下近似對(duì)x＞0和v＞0時(shí)的解b(x,t)=F2vΘ(t-t0)(Θ(tF-t)(1-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0)))]]>+Θ(t-tF)(Erf(x-v(t-tF)4D(t-tF)))-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0)))]]>因此如果通過下式描述測試藥丸曲線
b(x,t)=c0+CΘ(t-t0T)(Θ(tFT-t)(1-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>+Θ(t-tFT)(Erf(AB-(t-tFT)(t-tFT)))-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>則通過下式給出所尋找的造影劑曲線。
b(x,t)=c0+CFRFTΘ(t-t0R)(Θ(tFR-t)(1-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>+Θ(t-tFR)(Erf(AB-(t-tFR)(t-tFR)))-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R))).]]>因此，通過對(duì)測試藥丸曲線的擬和確定差分方程的自由參數(shù)，從而能隨后用這些參數(shù)進(jìn)行預(yù)測。
或者，在本發(fā)明的范圍中還可以用只多產(chǎn)生一個(gè)自由參數(shù)并且無法從生理上發(fā)動(dòng)的Gamma變量分布來匹配該生理函數(shù)，但由此也可以非完全地描述測試藥丸曲線，因?yàn)闊o法采集到慣性運(yùn)動(dòng)和再循環(huán)。
正如已經(jīng)提到的，還可以采用簡單的線性法則來進(jìn)行預(yù)測。為此可以采用以下法則該法則的重要假定是原因(＝造影劑注入)和作用效果(在CT檢查的情況下是HU值的提高)之間的線性性。該假定可以通過以下數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)c~(t)=∫-∞∞dt′k(t-t′)b(t′)]]>其中b在以下表示藥丸曲線，c表示造影劑曲線。k在此是特定于患者的并描述身體對(duì)注入造影劑的反應(yīng)。
如果考察該方程的傅立葉變換，則得出C~(ξ)=K(ξ)B(ξ)]]>其中函數(shù)f(t)的傅立葉變換在此通過下式給出F(ξ)=∫-∞∞dtf(t)exp(iξt).]]>第7個(gè)關(guān)系式既適用于測試藥丸也適用于待預(yù)測的藥丸。這樣利用測試藥丸來確定特定于患者的函數(shù)的傅立葉變換K(ξ)K(ξ)=C~T(ξ)BT(ξ)]]>從而能隨后用下面的公式確定濃度變化的傅立葉變換
C~R(ξ)=BR(ξ)BT(ξ)C~T(ξ).]]>然后通過反向傅立葉變換f(t)=12π∫-∞∞dξF(ξ)exp(-iξt)]]>給出所查找的函數(shù) 該過程一般用于通過傅立葉變換確定造影劑的變化過程。但由于測試藥丸的傅立葉變換已知，因此可以針對(duì)一次藥丸注射的任意另一個(gè)矩形來預(yù)測造影劑變化過程，還可以對(duì)完全任意的造影劑注射來預(yù)測造影劑變化過程。在此“矩形”應(yīng)理解為在注射期間造影劑在特定時(shí)間段內(nèi)的恒定流量，其被圖形地和理想地表示為矩形。對(duì)于任意另一個(gè)矩形，也就是可能具有其它流速、其它注射時(shí)間和其它數(shù)量的函數(shù)的另一次造影劑注射，也遵守上述詳細(xì)的公式推導(dǎo)，由此為任意的注射曲線描述了最終結(jié)果。
兩個(gè)藥丸(1)和(5)的傅立葉變換通過下式給出BI(ξ)=FI1iξ(exp(iξtFI)-exp(iξt0I))]]>從而所尋找的增強(qiáng)曲線的傅立葉變換是C~R(ξ)=FRFTexp(iξtFR)-exp(iξt0R)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)C~T(ξ).]]>所尋找的增強(qiáng)曲線則通過下式給出c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξt)exp(iξtFR)-exp(iξt0R)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)C~T(ξ).]]>該表達(dá)式可以在不知道傅立葉變換 情況下積分，其中展開所出現(xiàn)的相位因子exp(iξtFR)-exp(iξt0R)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)=exp(iξt0R)1-exp(iξΔR)exp(iξt0T)1-exp(iξΔT)]]>=exp(iξt0R)exp(iξt0T)(1-exp(iξΔR))Σn=0∞(exp(iξΔT))n]]>=exp(iξt0R)exp(iξt0T)(1-exp(iξΔR))Σn=0∞(exp(inξΔT))]]>其中采用了簡化式ΔI＝tFI-t0I。由此給出
c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξ(t-t0R+toT))(1-exp(iξΔR))Σn=0∞exp(inξΔT)C~T(ξ)]]>=12πFRFTΣn=0∞∫-∞∞dξ(1-exp(iξΔR))exp(-iξ(t-t0R+t0T+nΔT)))C~T(ξ)]]>=FRFTΣn=0∞(c~T(t-t0R+t0T-nΔT)-c~T(t-tFR+t0T-nΔT))]]>所出現(xiàn)的無窮和表示對(duì)于具體的計(jì)算是沒有問題的，因?yàn)樗霈F(xiàn)的測試藥丸的響應(yīng)函數(shù) 分別在特定時(shí)刻之前和之后被假定為消失，也就是說，只要還沒有藥丸流動(dòng)或者在注射之后過了一段較長時(shí)間還沒有藥丸流動(dòng)，則可以不觀察增強(qiáng)。因此在實(shí)際情況下只需累加有限數(shù)目的和項(xiàng)。
此外當(dāng)待預(yù)測的造影劑變化過程的持續(xù)時(shí)間不是測試藥丸持續(xù)時(shí)間的整數(shù)倍時(shí)，該公式還表示對(duì)簡單累加的概括，對(duì)于整數(shù)倍來說該公式減小為一個(gè)簡單和，其中測試藥丸曲線隨時(shí)間的推移而累加。
對(duì)于一般的造影劑變化過程bR(t)來說，類似地給出c~R(t)=12πiFT∫-∞∞dξξexp(-iξt)BR(ξ)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)C~T(ξ).]]>通過展開分母并利用以下認(rèn)知FT(b′R)(ξ)＝-iξBR(ξ)得到c~R(t)=12π1FTΣn=0∞∫-∞∞dξexp(-iξ(t+t0T-nΔT))FT(b′R)(ξ)C~T(ξ)]]>=1FTΣn=0∞∫-∞∞dt′c~T(t+t0T-nΔT-t′)b′R(t′)]]>從而對(duì)于任意造影劑變化過程也只需要數(shù)據(jù)而不需要其傅立葉變換?；蛘撸诓捎酶盗⑷~變換的情況下也采用公知的預(yù)測變量來得到針對(duì)附加線性預(yù)測的次佳結(jié)果。
根據(jù)上述展示的基本思想，發(fā)明人建議對(duì)于本身公知的用于預(yù)測生命體內(nèi)、尤其是患者體內(nèi)造影劑流動(dòng)的方法，其中將包含具有公知注射流動(dòng)變化過程的造影劑的確定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中，利用斷層造影方法在包含多個(gè)測量時(shí)刻的有限時(shí)間段期間觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)地點(diǎn)的時(shí)間濃度變化過程，并從獲得的關(guān)于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中預(yù)測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時(shí)間變化過程，這樣進(jìn)行改進(jìn)，其中為了預(yù)測造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)事先測量過的地點(diǎn)x的時(shí)間濃度變化過程bR(x，t)而采用一個(gè)生理模型，基于具有已知流動(dòng)的測試藥丸注射用以下公式近似所測量的造影劑在至少一個(gè)地點(diǎn)x的濃度變化過程，并確定函數(shù)常量A，B，C，c0b(x,t)=c0+CΘ(t-t0T)(Θ(tFT-t)(1-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>+Θ(t-tFT)(Erf(AB-(t-tFT)(t-tFT)))-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>接著用這樣確定的函數(shù)常量由以下公式確定另一次藥丸注射的期待濃度變化過程b(x,t)=c0+CFRFTΘ(t-t0R)(Θ(tFR-t)(1-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>+Θ(t-tFR)(Erf(AB-(t-tFR)(t-tFR)))-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>其中采用以下標(biāo)記A第一函數(shù)常量，基本上間接與測試藥丸曲線的寬度成正比，B第二函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的峰值成正比，b(x，t)藥丸在時(shí)刻t在地點(diǎn)x的濃度變化，C第三函數(shù)常量，與測試藥丸曲線下包含的面積成正比，c0在注射造影劑藥丸之前的增強(qiáng)值，Erf()誤差函數(shù)，F(xiàn)R正式藥丸的造影劑的流速，F(xiàn)T測試藥丸的造影劑的流速，tFR正式藥丸的結(jié)束時(shí)刻，tFT測試藥丸的結(jié)束時(shí)刻，t0R正式藥丸的起始時(shí)刻，t0T測試藥丸的起始時(shí)刻，x為被觀察地點(diǎn)，Θ為用于描述藥丸注射的開始和結(jié)束的海維賽德階梯函數(shù)。
作為生理計(jì)算模型，優(yōu)選采用以下差分方程
∂∂tb(x,t)+v∂∂xb(x,t)-D∂2∂x2b(x,t)=Fδ(1)(x)Θ(t-t0)Θ(tF-t)]]>其中采用以下標(biāo)記b(x，t)藥丸在時(shí)刻t在地點(diǎn)x的濃度變化，F(xiàn)造影劑的流動(dòng)，δ(1)Delta函數(shù)，Θ(t-t0)用于描述藥丸注射的開始的海維賽德階梯函數(shù)，Θ(tF-t)用于描述藥丸注射的結(jié)束的海維賽德階梯函數(shù)。
此外為了預(yù)測存在來自測試藥丸注射的測量值的時(shí)刻，還利用線性原因/效果依據(jù)計(jì)算另一次造影劑給入的造影劑濃度的時(shí)間變化過程，其中對(duì)于不存在的測量值還采用根據(jù)生理模型的預(yù)測。
對(duì)于用于預(yù)測造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)事先測量了的地點(diǎn)的時(shí)間濃度變化 的線性模型，尤其有利的是采用以下計(jì)算公式c~R(t)=1FTΣn=-∞∞∫-∞∞dt′c~R(t+t0T-nΔT-t′)b′R(t′)]]>其中， 對(duì)應(yīng)于從時(shí)刻t推移到時(shí)刻t+t0T-nΔT-t′的濃度，F(xiàn)T測試藥丸的造影劑的流速，b′R(t′)所給予的造影劑藥丸的變化過程的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，t預(yù)測時(shí)刻，t’對(duì)應(yīng)于積分變量。
在此要指出，所給定的從-∞到+∞的界限當(dāng)然是理論上的，實(shí)際中替換成測量前后相應(yīng)距離較遠(yuǎn)的時(shí)刻。
如果作為測試藥丸和要計(jì)算的正式藥丸來采用在注射時(shí)間期間具有恒定流動(dòng)的造影劑注射，則可以根據(jù)該線性模型用以下公式計(jì)算濃度變化過程 的預(yù)測c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξ(t-t0R+toT))(1-exp(iξΔR))Σn=0∞exp(inξΔT)C~T(ξ)]]>=12πFRFTΣn=0∞∫-∞∞dξ(1-exp(iξΔR))exp(-iξ(t-t0R+t0T+nΔT)))C~T(ξ)]]>=FRFTΣn=0∞(c~T(t-t0R+t0T-nΔT)-c~T(t-tFR+t0T-nΔT))]]>
其中采用以下標(biāo)記FT測試藥丸的造影劑的流速，F(xiàn)R正式藥丸的造影劑的流速，ξ積分變量，t0R正式藥丸的起始時(shí)刻，t0T測試藥丸的起始時(shí)刻。
如果計(jì)算根據(jù)線性模型和生理模型進(jìn)行預(yù)測的時(shí)刻，則可以采用兩個(gè)預(yù)測值的簡單平均值或兩個(gè)預(yù)測值的加權(quán)平均值。


下面借助附圖中結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明，其中采用以下附圖標(biāo)記1計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)；2X射線管；3檢測器；4系統(tǒng)軸；5外殼；6可移動(dòng)患者臥榻；7患者；8自動(dòng)注射器的控制導(dǎo)線；9計(jì)算單元；10數(shù)據(jù)和控制導(dǎo)線；11受控的注射單元；12靜脈入口；13對(duì)造影劑濃度的預(yù)定目標(biāo)輸入；14-17增強(qiáng)曲線；18預(yù)測曲線；18+圖18的預(yù)測范圍的統(tǒng)計(jì)上限；18-曲線18的預(yù)測范圍的統(tǒng)計(jì)下限；19，20觀察測試藥丸注入的時(shí)限；A第一函數(shù)常量，基本上間接與測試藥丸曲線的寬度成正比；B第二函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的峰值成正比；b(x，t)藥丸在時(shí)刻t在地點(diǎn)x的濃度變化；C第三函數(shù)常量，與測試藥丸曲線下包含的面積成正比；c0在注射造影劑藥丸之前的增強(qiáng)值；Erf()誤差函數(shù)；FR正式藥丸的造影劑流速；FT測試藥丸的造影劑流速；tFRFR的預(yù)測時(shí)刻；tFTFT的測試時(shí)刻；t0RFR預(yù)測的起始時(shí)刻；t0TFT的起始時(shí)刻；t1-pN程序和程序模塊；x被觀察地點(diǎn)。
具體示出圖1示出CT系統(tǒng)的示意圖；圖2示出測試藥丸注射的流程；圖3示出注射測試藥丸之后的濃度變化過程；圖4示出正式的造影劑注射的期望的、預(yù)測的濃度變化過程；圖5示出圖4的正式造影劑注射的流程；圖6示出測試藥丸注射之后的增強(qiáng)數(shù)據(jù)的理論變化過程；圖7示出正式的造影劑注射之后增強(qiáng)數(shù)據(jù)的預(yù)測變化過程；
圖8示出具有附加顯示的造影劑注射之后測量值的圖7。
具體實(shí)施例方式
圖1示出優(yōu)選采用本發(fā)明方法的計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)1，其以不同的形式采用。在所示例子中該計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)1具有X射線管2和與其相對(duì)設(shè)置的檢測器3，它們可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在一個(gè)支架上。在X射線管2和檢測器3旋轉(zhuǎn)期間，患者7在患者臥榻6上沿著系統(tǒng)軸4移動(dòng)地經(jīng)過X射線管2和檢測器3，從而相對(duì)于患者進(jìn)行螺旋形掃描。X射線管2和檢測器3與支架一起位于外殼5中，外殼5通過數(shù)據(jù)和控制導(dǎo)線10與計(jì)算單元9連接。為了注射造影劑由計(jì)算單元9通過控制導(dǎo)線8控制注射器11，該注射器11通過靜脈入口12以期望的流速并在期望的時(shí)刻向患者注入造影劑。
如果注射所謂的測試藥丸，則注射器上的造影劑流速就如圖2所示。圖2示出時(shí)間軸t上的流速FT。測試藥丸的注射在時(shí)刻t0T開始，并具有以陰影示出的矩形變化過程。
由于這種測試藥丸注射和測試藥丸注射期間進(jìn)行的測試掃描，可以確定在測試藥丸注射之后發(fā)生的體內(nèi)造影劑分布。
圖3示出增強(qiáng)曲線，也就是造影劑在患者的被觀察位置(如心臟的心房)的圖像響應(yīng)。在縱坐標(biāo)上繪出濃度值cT(x)，其與從圖像顯示中測量的增強(qiáng)值相關(guān)。所顯示的造影劑在被檢查地點(diǎn)隨時(shí)間變化的濃度曲線展示出典型的陡峭上升和大致對(duì)應(yīng)于測試藥丸注射的持續(xù)時(shí)間的短暫的平穩(wěn)，以及接下來的陡峭下降和后面緩慢停下的低平穩(wěn)。
這種造影劑注入的目的是，在利用計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備進(jìn)行斷層造影檢查期間獲得被觀察區(qū)域內(nèi)的足夠造影劑濃度，以保證例如對(duì)心臟動(dòng)脈的很好的顯示。因此需要造影劑具有允許相應(yīng)顯示的特定濃度。但同時(shí)濃度不應(yīng)當(dāng)過高，因?yàn)閼?yīng)當(dāng)將造影劑的負(fù)生物作用保持得盡可能地小。
圖4用陰影矩形示出在預(yù)定時(shí)間間隔期間造影劑濃度的這種期望范圍13，該時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于檢查時(shí)間間隔。由于測試藥丸數(shù)據(jù)已知，現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)進(jìn)行正式的造影劑注射，其最后會(huì)導(dǎo)致造影劑濃度在掃描期間的足夠的、但不是太大的變化。
圖5示例性示出流速FR的這種變化過程，這可以通過本發(fā)明的方法找出。
圖6示出一系列測量點(diǎn)，表示為關(guān)于時(shí)間t的HU值，如對(duì)于測試藥丸(對(duì)應(yīng)于圖2)來說在心房區(qū)域內(nèi)找出的。時(shí)間t0在此對(duì)應(yīng)于測試藥丸注射的開始t0T。除了基于測試藥丸注射確定的HU值之外還顯示出點(diǎn)式的三條曲線，其中第一陡峭曲線14對(duì)應(yīng)于造影劑從注射位置到測量位置的直接傳送。下一條較小的曲線15示出慣性的較慢的造影劑，最后曲線16示出由于造影劑在血液循環(huán)中的再循環(huán)而造成的影響。曲線14至16的累加對(duì)應(yīng)于體內(nèi)所有三種效果的和，并對(duì)應(yīng)于在觀察點(diǎn)x的實(shí)際發(fā)現(xiàn)的濃度變化過程17。
如果基于圖6中顯示的測試藥丸的測量值和先前示出的計(jì)算方法預(yù)先計(jì)算預(yù)測的濃度值，或者說在此是按照HU單位的增強(qiáng)值，則給出如圖7所示的曲線18。在曲線18上面的曲線18+和下面的曲線18-分別限定了期待的統(tǒng)計(jì)置信區(qū)間。在優(yōu)選的將線性依據(jù)與生理依據(jù)組合的計(jì)算方法中，可以超過測試藥丸的測量時(shí)間邊界(該邊界在此通過垂直的虛線19和20來表示)來預(yù)測期待的濃度值，從而在圖7中通過生理模型近似越過時(shí)間邊界20的預(yù)測值。
圖8中示出以空正方形表示的實(shí)際確定的值和理論預(yù)測曲線18之間的比較。
可以理解，本發(fā)明的上述特征不僅能以給定的組合，還能在不偏離本發(fā)明范圍的情況下以其它組合或單獨(dú)使用。此外還要指出，本發(fā)明的方法不僅可用于計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)，還能用于NMR斷層造影系統(tǒng)或與C型X射線系統(tǒng)一起使用。
總之，通過本發(fā)明的方法改善了對(duì)造影劑注射之后增強(qiáng)值的預(yù)測，并由此在推斷時(shí)表現(xiàn)出一種改善了的可能性，即如何基于給定的或期望的患者體內(nèi)預(yù)定地點(diǎn)的造影劑濃度來預(yù)先計(jì)算對(duì)應(yīng)的造影劑濃度，尤其是還有其時(shí)間變化過程。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測在生命體內(nèi)、尤其是在患者體內(nèi)的造影劑流動(dòng)的方法，其中1.1.將包含具有公知注射流動(dòng)變化過程的造影劑的特定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中，1.2.利用斷層造影方法在包含多個(gè)測量時(shí)刻的有限時(shí)間段Z期間觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)地點(diǎn)的時(shí)間濃度變化過程，1.3.從獲得的關(guān)于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中預(yù)測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時(shí)間變化過程，其特征在于，1.4.為了預(yù)測造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)事先測量過的地點(diǎn)x的時(shí)間濃度變化過程bR(x，t)而采用一個(gè)生理模型，1.5.基于具有在至少一個(gè)地點(diǎn)x的已知流動(dòng)的測試藥丸注射用以下公式近似所測量的造影劑濃度變化過程，并確定函數(shù)常量A，B，C，c0b(x,t)=c0+CΘ(t-t0T)(Θ(tFT-t)(1-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>+Θ(t-tFT)(Erf(AB-(t-tFT)(t-tFT)))-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>1.6.接著用這樣確定的函數(shù)常量由以下公式確定另一次藥丸注射的期待濃度變化過程b(x,t)=c0+CFRFTΘ(t-t0R)(Θ(tFR-t)(1-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>+Θ(t-tFR)(Erf(AB-(t-tFR)(t-tFR)))-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>其中采用以下標(biāo)記A為第一函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的寬度間接成正比，B為第二函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的峰值成正比，b(x，t)為藥丸在時(shí)刻t在地點(diǎn)x的濃度變化，C為第三函數(shù)常量，與測試藥丸曲線下包含的面積成正比，c0為在注射造影劑藥丸之前的增強(qiáng)值，Erf()為誤差函數(shù)，F(xiàn)R為正式藥丸的造影劑的流速，F(xiàn)T為測試藥丸的造影劑的流速，tFR為正式藥丸的結(jié)束時(shí)刻，tFT為測試藥丸的結(jié)束時(shí)刻，t0R為正式藥丸的起始時(shí)刻，t0T為測試藥丸的起始時(shí)刻，x觀察地點(diǎn)，Θ用于描述藥丸注射的開始和結(jié)束的海維賽德階梯函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為生理計(jì)算模型采用以下差分方程∂∂tb(x,t)+v∂∂xb(x,t)-D∂2∂x2b(x,t)=Fδ(1)(x)Θ(t-t0)Θ(tF-t)]]>其中采用以下標(biāo)記b(x，t)為藥丸在時(shí)刻t在地點(diǎn)x的濃度變化，F(xiàn)為造影劑的流動(dòng)，δ(1)為Delta函數(shù)，Θ(t-t0)為用于描述藥丸注射的開始的海維賽德階梯函數(shù)，Θ(tF-t)為用于描述藥丸注射的結(jié)束的海維賽德階梯函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了預(yù)測存在來自測試藥丸注射的測量值的時(shí)刻，利用線性原因/效果依據(jù)計(jì)算另一次造影劑給入的造影劑濃度的時(shí)間變化過程，對(duì)于不存在的測量值采用根據(jù)生理模型的預(yù)測。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對(duì)于用于預(yù)測造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)事先測量了的地點(diǎn)的時(shí)間濃度變化 的線性模型，采用以下計(jì)算公式c~R(t)=1FTΣn=-∞∞∫-∞∞dt′c~R(t+t0T-nΔT-t′)b′R(t′)]]>其中， 為對(duì)應(yīng)于從時(shí)刻t推移到時(shí)刻t+t0T-nΔT-t′的濃度，F(xiàn)T為測試藥丸的造影劑流速，b′R(t′)為所注入的造影劑藥丸的變化過程的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，t為預(yù)測時(shí)刻，t’對(duì)應(yīng)于積分變量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，作為測試藥丸和要計(jì)算的正式藥丸來采用在注射時(shí)間期間具有恒定流動(dòng)的造影劑注射，并根據(jù)所述線性模型計(jì)算濃度變化過程 的預(yù)測。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，利用以下公式計(jì)算濃度變化過程 的預(yù)測c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξ(t-t0R+toT))(1-exp(iξΔR))Σn=0∞exp(inξΔT)C~T(ξ)]]>=12πFRFTΣn=0∞∫-∞∞dξ(1-exp(iξΔR))exp(-iξ(t-t0R+t0T+nΔT))C~T(ξ)]]>=FRFTΣn=0∞(c~T(t-t0R+t0T-nΔT)-c~T(t-tFR+t0T-nΔT))]]>其中采用以下標(biāo)記FT為測試藥丸的造影劑流速，F(xiàn)R為正式藥丸的造影劑流速，ξ為積分變量，t0R為正式藥丸的起始時(shí)刻，t0T為測試藥丸的起始時(shí)刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于根據(jù)線性模型和生理模型進(jìn)行預(yù)測的時(shí)刻，采用兩個(gè)預(yù)測值的平均值。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于根據(jù)線性模型和生理模型進(jìn)行預(yù)測的時(shí)刻，采用兩個(gè)預(yù)測值的加權(quán)平均值。
全文摘要
本發(fā)明涉及預(yù)測生命體內(nèi)造影劑流動(dòng)的方法。將包含具有公知注射流動(dòng)變化過程造影劑的特定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中，利用斷層造影方法在包含多個(gè)測量時(shí)刻的有限時(shí)間段內(nèi)觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)地點(diǎn)的時(shí)間濃度變化，并從獲得的關(guān)于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中預(yù)測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時(shí)間變化過程，為了預(yù)測造影劑在體內(nèi)至少一個(gè)事先測量過的地點(diǎn)x的時(shí)間濃度變化過程b
文檔編號(hào)A61B5/00GK1820709SQ20061000703
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月14日
發(fā)明者厄恩斯特·克洛茨, 安娜貝拉·勞舍爾 申請人:西門子公司