專利名稱：用于磁共振成像中造影增強(qiáng)動(dòng)態(tài)掃描中的動(dòng)態(tài)規(guī)劃工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及醫(yī)療成像領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于磁共振成像 中造影增強(qiáng)動(dòng)態(tài)掃描中的動(dòng)態(tài)規(guī)劃工具。
背景技術(shù)：
針對(duì)乳腺癌的磁共振成像(MRI)檢查包括動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)掃描，其中所采集圖像的 每個(gè)體素隨時(shí)間變化的強(qiáng)度指示基礎(chǔ)病理情況。在圖像采集掃描期間，執(zhí)行動(dòng)態(tài)預(yù)造影掃描，接下來向靜脈內(nèi)注射造影劑。有幾種 造影劑可用，例如口服的水，用于對(duì)胃和小腸成像，盡管可以使用具有特定磁性的物質(zhì)。最 常見的，可以將順磁造影劑，通常是釓化合物作為造影劑。被釓增強(qiáng)的組織和流體在Tl加 權(quán)的圖像上顯得極其明亮。這為檢測脈管組織，例如檢測腫瘤提供了高靈敏度，并允許評(píng)估 腦灌注，例如關(guān)于中風(fēng)的腦灌注。在被施予時(shí)，造影劑通過血流找尋其通路，直到其第一次到達(dá)感興趣組織，例如乳 房組織為止。然后其花費(fèi)一定時(shí)間，例如6-10分鐘，來增強(qiáng)乳房組織。通過用MRI采集一 段時(shí)間內(nèi)的后續(xù)圖像來觀察增強(qiáng)結(jié)果。典型地，從增強(qiáng)之前開始，持續(xù)8-10分鐘，采集時(shí)間 系列的圖像堆?；驁D像體積。在一些情況下，可以觀察到最大強(qiáng)度，例如大約在開始采集 第一圖像數(shù)據(jù)之后2分鐘發(fā)生的峰值，根據(jù)Kuhl CK, Mielcareck P、Klaschik S、Leutner C、Wardelmann E、Gieseke J、Schild HH 的"Dynamic Breast MR Imaging :Are Signal Intensity Time Course Data Useful for Differential Diagnosis of Enhancing Lesions ？ ” (Radiology, 1999 ；211 101-110，該文下文稱為 Kuhl 1999)，該最大值與惡性腫 瘤相關(guān)聯(lián)?？梢栽诜逯登昂蟮膸追昼娪^察到乳房組織的增強(qiáng)。在一些情況下可能觀察不到峰值。組織繼續(xù)在整個(gè)圖像采集期間增強(qiáng)，或增強(qiáng)變 為大致恒定，建立平穩(wěn)狀態(tài)。通常由定時(shí)方案調(diào)節(jié)MRI掃描，定時(shí)方案包括關(guān)于應(yīng)當(dāng)在MRI系統(tǒng)中如何在時(shí)間 上，即在一定時(shí)間內(nèi)收集圖像數(shù)據(jù)的信息。在簡化中，在MRI中，在利用RF脈沖激勵(lì)對(duì)象的 質(zhì)子之后，在一定時(shí)間期間內(nèi)測量從對(duì)象返回的若干RF脈沖或所謂RF特征(profile)，接 下來使用傅里葉變換生成圖像。不同特征對(duì)最終圖像有不同貢獻(xiàn)，例如特征空間(或k空 間)的中心部分包含圖像中的低空間頻率。為了實(shí)現(xiàn)期望的圖像結(jié)果，k空間中的數(shù)據(jù)信 息是重要的。從實(shí)施的角度來講，k空間是時(shí)間圖像空間，在該時(shí)間圖像空間中存儲(chǔ)有數(shù)據(jù) 采集期間來自數(shù)字化MRI信號(hào)的數(shù)據(jù)。在k空間充滿時(shí)，這時(shí)意味著掃描結(jié)束，可以在數(shù)學(xué) 上處理所采集的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生最終圖像。如果發(fā)生的話，最大增強(qiáng)的峰值出現(xiàn)于特定時(shí)刻。根據(jù)選擇的k空間排序，峰值可 以與采集k空間的中心的時(shí)間重合或不重合。K空間的這個(gè)中心包含針對(duì)圖像的信噪比和 造影信息，因此它對(duì)所采集圖像有很大貢獻(xiàn)。因此，峰值可以在圖像中可見或不可見，然而 自然希望是可見的峰值?？梢杂美缢幬锎x動(dòng)力學(xué)建模替代關(guān)于最大增強(qiáng)峰值發(fā)生于劑團(tuán)注射大約2分鐘之后的理論，藥物代謝動(dòng)力學(xué)建模任選地可能獲得對(duì)增強(qiáng)組織的更多了解。可以將根 據(jù)一些實(shí)施例的本發(fā)明擴(kuò)展到也包括這種藥物代謝動(dòng)力學(xué)建模，以針對(duì)模型優(yōu)化采集。造影劑團(tuán)的到達(dá)時(shí)間可以由注射協(xié)議決定，注射協(xié)議包括關(guān)于注射速度和造影劑 量的信息以及因患者而異(尤其對(duì)于心臟有問題的患者)的血流信息。在整個(gè)說明書中，術(shù)語“動(dòng)態(tài)掃描”是指MRI時(shí)間系列的圖像堆?；驁D像體積。作 為這種時(shí)間系列的一部分，一個(gè)圖像堆?；蛞粋€(gè)圖像體積被稱為“動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集”。在每動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集持續(xù)一定時(shí)間，例如80s的動(dòng)態(tài)MRI掃描中，即，在每80秒采 集一個(gè)體積的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)如何對(duì)k空間采樣，可以在時(shí)間上對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的 采集?？梢园凑崭鞣N不同次序采集k空間中的數(shù)據(jù)，在圖Ia到Ic中有所展示。圖Ia示 出了線性空間編碼次序，其中沿著從k空間一側(cè)到另一側(cè)工作的直線采集數(shù)據(jù)。圖Ib示出 了中心空間編碼次序，其中沿著從k空間中心向外工作的直線采集數(shù)據(jù)。圖Ic示出了徑向 相位編碼次序，其中沿著從k空間中心中的點(diǎn)起始的直線采集數(shù)據(jù)。根據(jù)定時(shí)方案的選擇， 應(yīng)當(dāng)對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行不同分析。當(dāng)前，整個(gè)掃描序列，包括定時(shí)方案，都是手工計(jì)算的，其中定時(shí)方案包括動(dòng)態(tài)掃 描的開始、劑團(tuán)注射、后期動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集的開始。對(duì)劑團(tuán)花多長時(shí)間到達(dá)乳房以及組織花 多久才能增強(qiáng)進(jìn)行估計(jì)，通常為兩分鐘。基于這個(gè)時(shí)間估計(jì)，可以在開始團(tuán)注之后兩分鐘采 集第二動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集。利用計(jì)算的定時(shí)方案人工編程控制注射器和圖像掃描器。人工計(jì) 算是一項(xiàng)麻煩的過程。此外，當(dāng)前計(jì)算定時(shí)方案的手工方式的另一個(gè)問題與諸如CAD軟件的分析軟件對(duì) 所用掃描協(xié)議作出假設(shè)有關(guān)。通常這些假設(shè)是隱含的，很多用戶意識(shí)不到。掃描協(xié)議和所涉 及的隱藏參數(shù)可能影響到對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)圖像分析而獲得的MRI圖像數(shù)據(jù)集。因此，當(dāng)前的注射器定時(shí)方案基于某種手工計(jì)算的掃描協(xié)議。如果選擇不同的協(xié) 議，假設(shè)的掃描協(xié)議可能不正確，可能會(huì)導(dǎo)致將曲線類型錯(cuò)誤地分類成例如平穩(wěn)狀態(tài)而不 是峰值，并相應(yīng)導(dǎo)致誤診。因此，改進(jìn)的規(guī)劃裝置、圖形用戶界面和用法會(huì)是有利的，它們實(shí)現(xiàn)了更大靈活 性、更高的成本效率和減小的時(shí)間消耗。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明優(yōu)選尋求緩和、減輕或者消除一個(gè)或多個(gè)上文指出的現(xiàn)有技術(shù)中的 缺陷和弊端或其組合，其通過提供根據(jù)所附專利權(quán)利要求所述的規(guī)劃裝置、圖形用戶界面 和規(guī)劃裝置的用圖至少解決了上述問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于規(guī)劃動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)磁共振成像掃描的定 時(shí)的裝置。該裝置被配置成接收用戶定義的參數(shù)。此外，該裝置被配置成至少基于所述用 戶定義的參數(shù)為所述動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)磁共振成像掃描計(jì)算定時(shí)方案。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于規(guī)劃動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)磁共振成像掃描的定 時(shí)的圖形用戶界面。該圖形用戶界面被配置成接收用戶定義的參數(shù)。此外，該圖形用戶界 面被配置成基于所述用戶定義的參數(shù)計(jì)算定時(shí)方案。此外，該圖形用戶界面被配置成在例 如顯示器上向用戶呈現(xiàn)所述定時(shí)方案。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了將該裝置用于計(jì)算為定位腫瘤而對(duì)乳房組織進(jìn)行 的動(dòng)態(tài)磁共振成像計(jì)算定時(shí)方案的用途。根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種規(guī)劃裝置，該規(guī)劃裝置被配置成計(jì)算動(dòng)態(tài)MRI掃描 的定時(shí)方案，被集成在MRI掃描器或乳房分析或CAD套裝軟件中?？梢允止せ蚪柚鶨xamCard 將規(guī)劃的掃描傳送到掃描器。也可以將規(guī)劃用作分析或CAD套裝軟件的輸入。根據(jù)一些實(shí)施例的規(guī)劃裝置容易使用，將輔助用戶以無差錯(cuò)的方式產(chǎn)生適當(dāng)掃描 和注射協(xié)議。此外，接下來可以將根據(jù)一些實(shí)施例的規(guī)劃裝置計(jì)算的定時(shí)方案轉(zhuǎn)發(fā)到分析或 CAD套裝軟件。在與諸如掃描器的外部裝置通信時(shí)，可以將規(guī)劃裝置配置成控制針對(duì)患者個(gè)體調(diào) 整的掃描和注射協(xié)議，例如在已知心臟問題的情況下。通過這種方式，例如由掃描器可以遠(yuǎn) 程控制幾個(gè)注射裝置。


通過下文參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述，本發(fā)明的這些和其他方面、特征和 優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，并得到闡釋，在附圖中圖Ia到Ic示出了在k空間中采集數(shù)據(jù)的三種方式。圖Ia示出了采集k空間數(shù) 據(jù)的線性空間編碼次序，圖Ib示出了采集k空間數(shù)據(jù)的中心空間編碼次序，以及圖Ic示出 了采集k空間數(shù)據(jù)的徑向相位編碼次序；圖2是根據(jù)實(shí)施例的圖形用戶界面的圖示；圖3是示出了各種MRI掃描的模擬的圖示；圖4是根據(jù)實(shí)施例的圖形用戶界面的圖示；以及圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的裝置的圖示。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 執(zhí)行本發(fā)明。不過，本發(fā)明可以體現(xiàn)為很多不同形式，不應(yīng)被視為受限于這里闡述的實(shí)施 例。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開透徹和完整，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本 發(fā)明的范圍。實(shí)施例不限制本發(fā)明，而是本發(fā)明僅受所附專利權(quán)利要求書的限制。此外，附 圖中所示特定實(shí)施例的詳細(xì)描述中使用的術(shù)語并非意在限制本發(fā)明。下述說明的重點(diǎn)落在在本發(fā)明的實(shí)施例上，所述實(shí)施例適用于動(dòng)態(tài)MRI掃描，尤 其適用于為乳房組織的動(dòng)態(tài)MRI掃描計(jì)算定時(shí)方案的規(guī)劃工具。然而，要認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不 限于這種應(yīng)用，而是可應(yīng)用于可能包括腫瘤的其他組織類型或器官，例如前列腺等。根據(jù)一些實(shí)施例的本發(fā)明對(duì)于乳房的動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)MRI很重要，可以將其推廣到 任何MR動(dòng)態(tài)掃描。根據(jù)實(shí)施例，提供了一種規(guī)劃裝置，該規(guī)劃裝置包括結(jié)合乳房MRI分析或CAD系統(tǒng) 使用的計(jì)算機(jī)軟件。規(guī)劃裝置被配置成計(jì)算圖像掃描和造影劑注射的整個(gè)序列的定時(shí)方 案。規(guī)劃裝置可以包括基于定時(shí)方案示出事件作為時(shí)間的函數(shù)的序列的圖形用戶界面。圖 2示出了規(guī)劃裝置的圖形用戶界面表達(dá)的范例。圖形用戶界面可以包括示出要采集的患者器官或組織的若干動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集16的窗口。在每次動(dòng)態(tài)掃描中，可以采集一個(gè)或多個(gè)動(dòng) 態(tài)圖像數(shù)據(jù)集。規(guī)劃裝置允許用戶輸入若干參數(shù)。用戶定義的參數(shù)可能影響注射協(xié)議的參 數(shù)，例如注射速度、造影劑濃度11、造影劑的總量和注射延遲12，其中所述注射延遲即為在 執(zhí)行注射之前，開始采集若干動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集的第一動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集之后的時(shí)間。用戶定 義的參數(shù)還可能影響掃描協(xié)議的參數(shù)，例如動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集采集持續(xù)時(shí)間13、諸如在注射 和在動(dòng)態(tài)掃描中若干動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集采集16之間的時(shí)間(下文中稱為采集延遲14)的任 何延遲、相位編碼次序15等。相位編碼次序是在k空間中對(duì)信號(hào)采樣的次序。最常見的方 案是沿著一個(gè)方向的線采集信號(hào)。各種采集數(shù)據(jù)的方式都是可能的，例如，從左至右工作或 從中心向外工作，或使線均勻分布。規(guī)劃裝置還可以配置成基于至少一個(gè)輸入的用戶定義的參數(shù)至少計(jì)算注射協(xié)議 或掃描協(xié)議的參數(shù)。例如，如果希望基于給定的相位編碼次序15和關(guān)于心臟功能的某些假 設(shè)導(dǎo)出定時(shí)，而且用戶知道患者的心臟每秒鐘泵出的血液少于平均患者，可以將這個(gè)用戶 定義的參數(shù)輸入規(guī)劃裝置中并可以由規(guī)劃裝置計(jì)算與上文的術(shù)語“參數(shù)”相關(guān)的采集延遲。規(guī)劃裝置還可以配置成在顯示器中，例如在圖2中的規(guī)劃裝置的圖形用戶界面中 呈現(xiàn)計(jì)算的參數(shù)。定時(shí)方案的計(jì)算對(duì)于任何后續(xù)分析或CAD而言，乳房的動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)MRI掃描的定時(shí)方案都是關(guān) 鍵的。它也是計(jì)算起來很復(fù)雜的。對(duì)定時(shí)方案有影響的參數(shù)例如是造影劑的劑團(tuán)大小或量、 相對(duì)于造影劑動(dòng)力學(xué)(例如流動(dòng)或靶向動(dòng)力學(xué))的定時(shí)、造影劑通過靜脈和動(dòng)脈系統(tǒng)行進(jìn) 到靶區(qū)域所需的延遲、造影前后動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集采集的開始以及MRI掃描協(xié)議的相位編碼 次序。在實(shí)施例中，至少一個(gè)計(jì)算出的參數(shù)涉及掃描程序的定時(shí)方案。在提供定時(shí)方案的實(shí)際實(shí)施中，至少三個(gè)參數(shù)是必需的采集一個(gè)動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù) 集的時(shí)間、k空間排序和心臟流?？梢詮娜舾蓲呙杵鲄?shù)計(jì)算采集一個(gè)動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集的 時(shí)間，所述參數(shù)包括例如視場、分辨率、切片數(shù)量、切片厚度以及MR脈沖序列特有的各種參 數(shù)。根據(jù)一些實(shí)施例的規(guī)劃工具被配置成接收與采集一個(gè)動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集的時(shí)間相關(guān)的 參數(shù)，而不是重新進(jìn)行要由掃描器執(zhí)行的計(jì)算。在另一實(shí)施例中，規(guī)劃裝置被配置成經(jīng)由 DICOM報(bào)頭從先前的類似掃描檢索參數(shù)。K空間排序，例如中心空間編碼次序，涉及對(duì)所得動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集影響最強(qiáng)的動(dòng)態(tài) 掃描部分。從注射到造影劑到達(dá)乳房時(shí)刻的時(shí)間例如可以通過假設(shè)像30s的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，或利 用患者質(zhì)量和心臟功能對(duì)該過程建模來估計(jì)。類似地，可以假設(shè)第二次采集中峰值的發(fā)生 在120s之后。例如，如果用戶在第一動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集中不希望有任何造影，那么確定之前可以 不施予任何造影劑的時(shí)間點(diǎn)。在圖2或圖4中將這種情況示為第一動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集的中部 之前的30s。此外，如果用戶希望第二動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集與2分鐘峰值一致，那么這種要求表明 何時(shí)開始注射劑團(tuán)。在圖2或圖4中將這種情況示為第一動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集采集的中部之前 的 120s。沖突，將規(guī)劃裝置配置成向用戶呈現(xiàn)問題，例如通過在諸如 圖2所示的顯示器中呈現(xiàn)與問題有關(guān)的信息。這種沖突還可以暗示在開始造影劑團(tuán)注射和 采集第二動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集之間需要延遲，例如由裝置提出。這相對(duì)于當(dāng)前手工執(zhí)行的方法 提供了優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前的方法中用戶必須要手工檢查任何可能的沖突。表1示出了不同參數(shù)如何影響動(dòng)態(tài)MRI掃描的定時(shí)方案。表 權(quán)利要求
一種用于規(guī)劃動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)磁共振成像掃描的定時(shí)的裝置(40)，所述裝置被配置成 接收(41)用戶定義的參數(shù)；以及 至少基于所述用戶定義的參數(shù)為所述動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)磁共振成像掃描計(jì)算(42)定時(shí)方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，通過基于所述用戶定義的參數(shù)計(jì)算(43)其他參 數(shù)來進(jìn)行所述定時(shí)方案的所述計(jì)算，并且其中，所述其他參數(shù)是所述定時(shí)方案所需要的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述用戶定義的參數(shù)包括關(guān)于以下項(xiàng)目的信息 -注射協(xié)議，其包括注射速度、造影劑濃度(11)、造影劑的總量或注射延遲；-掃描協(xié)議，其包括采集動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)集的持續(xù)時(shí)間、采集延遲或在時(shí)間上k空間的采 樣模式；或-患者的特性，其包括患者體重或血流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述所計(jì)算的其他參數(shù)涉及注射協(xié)議或掃描協(xié)議。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置包括在MRI分析套裝軟件、CAD系統(tǒng)或MRI掃 描器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，在后續(xù)圖像分析中利用所述定時(shí)方案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還被配置成產(chǎn)生ExamCard。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還被配置成控制注射器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述定時(shí)方案的計(jì)算可以使用來自先前執(zhí)行的 動(dòng)態(tài)掃描或先前計(jì)算的定時(shí)方案的參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還被配置成在顯示器上使所述定時(shí)方案可視化 (43)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還被配置成基于所述定時(shí)方案模擬動(dòng)態(tài)掃描。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述定時(shí)方案包括所述動(dòng)態(tài)掃描中包括的動(dòng)態(tài) 圖像數(shù)據(jù)集的采集持續(xù)時(shí)間、k空間排序或心臟流。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其還被配置成從外部裝置檢索用于所述定時(shí)方案的參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述用戶定義的參數(shù)包括關(guān)于用戶喜好的信肩、ο
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其被配置成顯示在所計(jì)算的定時(shí)方案中彼此沖突的 用戶定義的參數(shù)。
16.一種用于規(guī)劃動(dòng)態(tài)造影增強(qiáng)磁共振成像掃描的定時(shí)的圖形用戶界面(30)，所述圖 形用戶界面被配置成-接收用戶定義的參數(shù)，_基于所述用戶定義的參數(shù)計(jì)算定時(shí)方案，以及 -向用戶呈現(xiàn)所述定時(shí)方案。
17.將根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置用于為定位腫瘤對(duì)乳房組織進(jìn)行的動(dòng)態(tài)磁共振成像 掃描計(jì)算定時(shí)方案的用途。
全文摘要
對(duì)于任何后續(xù)分析或CAD而言，乳房的動(dòng)態(tài)造影度增強(qiáng)MRI掃描的定時(shí)方案都是關(guān)鍵的。本發(fā)明提出了一種規(guī)劃裝置，該規(guī)劃裝置被配置成計(jì)算動(dòng)態(tài)MRI檢查的定時(shí)方案，該規(guī)劃裝置被配置成集成在MRI掃描器或乳房分析或CAD軟件套裝中?？梢允止せ蚪柚鷻z查卡(ExamCard)將規(guī)劃的掃描傳送到掃描器。也可以將規(guī)劃用作分析或CAD軟件套裝的輸入。
文檔編號(hào)A61B5/055GK101977549SQ200980109386
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者J·布爾曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司