CN101330872A - 一种在血管造影术中用于确定脉动程度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种系统、设备和方法，用于测量和移除脉动性对患者脉管系统的感兴趣区域中造影剂流的影响。一旦已知心动周期期间血液速度的变化(脉动性)，从所采集的图像序列上移除了该影响，用于结果控制，从而将“准稳定”、规则流采集传送至随后的可视化和分析处理。还提供了造影剂注射器，其同时测量和使用ECG以在心动周期期间的固定点处注射已知造影剂，或者从而已知量的造影剂将在已知时间到达患者脉管结构中感兴趣区域，因而控制血流序列的采集中一个主要不期望的变量。

Description

一种在血管造影术中用于确定脉动程度的方法
本发明涉及一种用于采集可再现又可比较的关于血流的信息的系统、设备和方法。
因为心脏收缩对血液施压，从而将血液泵送至全身。施加在血液上的瞬时压强量取决于心脏的收缩状态，即心动周期的相位。在心脏收缩期间，压强高，而在心脏舒张期间，压强可能接近零。时变压强波从心脏开始传播通过血管系统，这导致血管系统中的变化速度v(t)＝v平均p(t)。人脉管系统中的瞬时血液传播速度很大程度取决于心脏的收缩状态，即心动周期的相位。该现象称为血流的脉动性p(t)。脉动程度，在此定义为一心动周期期间流速的变化强度，是重要的功能参数，其为内科医生提供了关于脉管系统实际状态的基本信息，其包括但不局限于：
·动脉硬化程度/血管壁顺应性：高脉动程度示出了血管壁不再具有弹性，并且指示钙化；以及
·动脉瘤的致病因素：高脉动程度导致强烈变化的压强波，这影响了变弱的血管壁。
此外，脉动性p(t)影响了描述了血流和灌注的其它方面的功能参数，并且使其不明显。如果这些其它功能参数与脉动性的相关性是可描述的，可以补偿该脉动性的影响。结果，这种功能参数的测量变得更可靠和更可再现，例如，允许更好地比较治疗前后的参数。一个例子是瞬时容积血流Q(t)＝Q平均p(t)。
不管其临床关联性，尚未建立用于根据常规采集的血管造影图像序列估计脉动程度的方法。即对于内科医生/介入学家(interventionalist)而言基本上没有可接受的、将所采集的数据用于主要根据造影剂注射而产生的造影剂密度变化可靠地和可再现地估计脉动性和/或脉动程度的方法。在提供这种技术或模型的过程中，描述了脉动性对血液和造影剂的混合的影响以及该混合物在脉动性影响下在脉管系统中的输送的模型必须适于所采集的观察值，其示出了造影剂行进通过脉管系统，从而使得模型参数表征该脉动性。作为一种可能性，在造影剂注射之处或附近提取的造影剂浓度的时间-强度曲线可以作为输入至该分析中的一个特征。
血流可视化和测量对于评估动脉疾病(例如，狭窄或动脉瘤)严重性是必需的。一种重要的应用是血流评估，其基于使脉管系统的造影诊断采集中的动脉内造影剂团可视化。给出的实例用于介入性x射线的情况，但是并不意于将所述方法和设备的应用限制于该临床应用。在微创过程中，介入放射学家将导管插入感兴趣的血管中，并且注入造影剂以使得血流在图像序列中可见。随后，内科医生通过目视检查造影剂在所记录的图像序列中的散布来评估血流。由于血流的脉动特性，剂团(bolus)的瞬时传播速度很大程度取决于心动周期的相位。在心脏收缩期间，造影剂将快速地向前推进，而在心脏舒张期间剂团甚至可能停止移动。减小心搏的影响使得易于评估相关生理信息。结果，对于内科医生而言，血流评估变得更容易和更可靠。此外，减小与注射点和时间的相关性，使得血流评估更可再现，并且允许更好地比较治疗前后血管造影图以进行结果控制。
对临床数据的试验示出了用于量化造影剂(CA)动力学的现有技术图像分析方法不总是给出可再现的结果。然而，在不具有这种可再现性的情况下，即使将介入前后的比较作为结果控制也是无效的。作为非可再现性的主要原因，检测到CA动力学与心脏脉动性的相关性。尤其对于具有日益渐增的动脉硬化程度的年长患者，血管壁顺应性降低，并且因而，对应于大动脉中变化的驱动压，动脉中的血流在心动周期期间显示出了强变化。
给定该状况和造影剂注射的任意起点，当CA团前端已经通过脉管子结构中感兴趣的诊断相关区域时，对血流动力学的视频密度评估取决于心动周期中的相位。在大动脉中，估计顺应性降低的血管中的振荡流速v(t)1202。
需要一种技术，其向内科医生/介入学家提供了一种技术，其能够测量脉动性，而无需改变工作流程或设置；使用脉动性的该测量，以正确地从图像中减去剂团传播与心搏瞬时相位的相关性；并且所述技术提供了一种装置用于对CA注射进行定时，从而减少患者心搏的影响。此外，需要一种技术，其可以用于比较介入步骤前后的采集结果，并且分离心动周期期间总血流量及其脉动性的影响。
本发明提供一种用于采集可再现又可比较的关于血流的信息的系统、设备和方法。在对这种血流进行采集中，对于内科医生/介入学家而言，脉动程度在其它临床信息中是重要的功能参数，其：
·指示脉管系统的实际状态，例如动脉硬化程度或血管壁顺应性；
·提供动脉瘤的一个致病因素；以及
·影响例如容积血流的其它功能参数并且使其不明显。
因此，必须确定考虑了脉动性的功能参数并且使得这些功能参数更可靠和更可再现，例如，允许更好地比较治疗前后的参数。
本发明的第一实施例向内科医生提供了一种能够根据血管造影术测量脉动性而不改变工作流程和设置的系统、设备和方法。本发明提供了一种根据血管造影术对脉动性进行的、易于应用于临床序列并且可以完全自动执行的测量。此外，对脉动性的估计是可靠的和可再现的血流评估的先决条件。
在第一优选实施例中，主要从由造影剂注射产生的造影剂密度变化来估计脉动性和/或脉动程度。描述在脉动性影响下血液和造影剂的混合以及造影剂在脉管系统中的输送的模型与时间-强度曲线相适合。该模型包括表征脉动性的所有相关参数，并且尤其并入了脉动性对血液和造影剂混合的影响以及脉动性对由于患者中流动的血液而引起的速度变化的造影剂输送的影响。
在备选第一实施例中，考虑了附加信息，其包括从同时记录的ECG信号中提取的每个心动周期的持续时间。
第二实施例的基本想法是，根据时间轴变换重放所采集的x射线序列，使得该剂团传播的可视化和随后的处理较少依赖于心搏的瞬时相位。从所采集的图像序列中移除脉动性的影响以进行结果控制，从而使得将“准稳定的”、规则流动的采集传递给随后的可视化和分析处理。可以自动确定(例如，通过图像处理，优选使用上述第一实施例或使用ECG信息)或者由终端用户选择特征参数。为了重放的最优图像质量和患者的最小剂量暴露，应当将具有剂量变化的时变帧频或高帧频用于采集血管造影图。在这样的过程中，可以使用关于重放的相同时间轴校准。
在所提出的方法的延伸中，通过比较调整的治疗前后的血管造影图而进行改进的结果控制。为此，需要对两个重放序列进行时间调整以补偿脉动性，从而使得剂团同时从给定参考位置(例如，注射点)开始。随后，如果需要对在介入步骤之后的血流的差别进行可视化，那么在比较中或者在相减之后向内科医生重放这些序列。
在血流的评估中，内科医生必须考虑到所显示的剂团传播受到指示疾病程度的生理参数(例如由于狭窄而阻塞的血流，即，横截面的局部减小)和心搏相位的影响。这两者以及由于血流的脉动属性而引起的不同时标的叠加，使得评估流动序列和诊断变得复杂。因此，第二实施例通过减少剂团传播与心动周期的瞬时相位的相关性而向内科医生提供了对流动序列的改进显示。由于随后剂团传播也更少地依赖于注射点和时间，过程变得更可再现，并且通过比较治疗前后的血管造影图而允许进行更好的结果控制。
由于对功能信息的需求的增长，第二实施例及其备选方案的功能性是第一实施例的应用范围的重要延伸。新时间轴变换易于添加至计划好的灌注和流软件包，并且增加了用于诊断和结果控制的血管造影图的值。所提出的方法的一种最重要的应用是在介入前后使血流的差别可视化。应当注意到，如果简单地从一个序列中减去另一个所提出的序列，那么该比较是重要的，在该情况下，因为由于患者心搏作用而使快和慢流动时间间隔与不同频率混合的事实，使得该序列整体地不明显。
在第三实施例中，CA注射控制基于ECG分析。当内科医生/介入学家启动造影剂注射时，注射器未立即开始，而是在实时观察到的ECG中的预定义心脏相位下一次出现时自动开始。
可以使用该第三实施例实现：
·结果控制，其基于介入前后的CA动力学比较，这在提供可再现CA注射时是可能的。
·不同的注射器图案可以适于当前心率，而当所观察到的剂团前端到达脉管子系统中感兴趣区域时，评估算法可以要求心动周期的相位。
·自动控制短造影剂爆发(burst)，从而可以评估心动周期的预选相位的流动动力学。
图1：在注射点对注射图案(黑色)和时间强度曲线(脉动初始注射，灰色)的比较；
图2：用于进行脉动性测量的设置；
图3：在注射部位下游的观察点计算时间强度曲线I1(t)；
图4：用于测得的时间强度曲线和优选分析方法的相应模型拟合的实例；
图5：用于增强显示x射线流动序列的修改工作流程(TAT＝时间轴变换)；
图6a-b示出了使用第二实施例所提供的减法而对介入前后图像进行的比较；
图7示出了用于根据本发明从所采集的图像序列中提取脉动性的设备；
图8示出了根据第三实施例的设备800；以及
图9示出了分析系统实施例。
本领域普通技术人员应当理解，为了说明而并非限制目的提供下列描述。技术人员应当理解，存在序多在本发明精神和随附权利要求范围中的变化。当前描述中可以省略已知功能和结构的非必需细节以使得不会使本发明变得模糊。尤其在实现方式的细节是这样，即使这种实现方式细节包括在注射泵的附图中，这也是优选机构。然而，这种泵不是唯一的控制机构，而是在此仅用作说明目的。
为了使得血流在图像序列中可见，内科医生/介入学家将造影剂注射入感兴趣血管中，随后使用具有足够时间分辨率的采集模态对其进行成像。这种模态包括但不局限于x射线血管造影术、超声、计算机断层摄影和磁共振成像。在这种采集中，造影剂在图像序列中的显现受到不同脉动性机制的影响：
A.注射点处原始注射图案的变换：在注射点，将造影剂和血液混合。根据这些成分的比例，血管显现在x射线图像上，具有特定强度I0(t)。然而，成分比例改变服从于瞬时容积血流
Q馈入(t)＝Q平均p(t)         (1)
因此，如果该量较高，血液分数较高，并且因而x射线上血管的衰减较低。当瞬时容积血流较低时，血液分数也较低，而血管衰减较高(图1)。
B.以变化的速度输送造影剂：由于瞬时速度取决于心动周期的当前相位和与血管中线的距离，以变化的速度输送造影剂。结果，不仅在由于例如扩散的作用也由于脉动性而从其注射点至观察点的路径上修改造影剂的显现。
一种用于本发明优选第一实施例的方法包括下列步骤：
1.注射造影剂：经由导管注射至感兴趣血管树。该注射点在x射线图像上可能不可见，而注射点和适当选择的观察点之间的距离L可以是附加模型参数(图2)。
2.记录ECG：并非必需的。然而，通过从ECG信号中提取每个心动周期的持续时间，减少了脉动性模型的参数数量。
3.在观察点处提取时间强度曲线I1(t)，这确定该点处的造影剂浓度随时间的变化：通过对血管中观察点周围的特定区域中的强度求平均，以便减少噪声影响。
4.设置合适的用于在脉动性p(t)的影响下输送造影剂的模型：合适的模型必须包括脉动性的不同影响，例如
·脉动初始注射以及
·脉动造影剂迁移(CAT)
经由所得到的模型，可以预测观察点处的时间强度曲线。下文描述一种典型脉动性模型：
a)脉动注射I0(t)，其是注射点处的时间强度曲线(图2)，取决于造影剂(CA)和流体(血液和CA)总量的比例。
Figure A20068004700500131
由于脉动性，在注射点处根据等式1的血液总量Q馈入(t)是时间相关的，而如果注射图案并非方波脉冲，CA的总量QCA(t)仅是时变的。对于人体中所有可观察的脉管子系统，与心动周期中相位φECG相关的脉动性p(φECG)的模板是容易获得的。为了每次观察，这些模板必须沿p和φ方向缩放和移动以反应总血流的改变、脉动程度以及从ECG信号到所观察到的曲线的时间偏移量。根据观察自身或另外采集的ECG，对于每次观察，将心动周期中的相位确定为φECG(t)，以构建目标p(t)。例如cCA的参数还描述了造影剂对图像值的影响(如果系统未预先校准)，QCA(如果注射泵未给出容积造影剂流)和Q平均是不直接与脉动性相关的最优化过程中的附加参数。当造影剂通过长、细、弹性的导管注射时，那么注射部位处的造影剂随着造影剂注射器，具有由T1控制元件表示的衰减和延迟。在此，当导管已知时，该效应的强度可以预先确定。
b)在脉动注射I0(t)之1后，CA经受脉动造影剂迁移。通过在血管腔(图3，顶部)上对强度值I(r，to)积分，获得任意观察时间to处的观察点处的强度I1(to)。强度Ir，to)基本上由造影材料(具有相关的强度I0(t))确定，所述造影材料在注射时间ti被注射，并且在观察时间to已经覆盖了注射点和观察点之间的距离L。因而，通过对等式
Figure A20068004700500132
求解获得各个注射时间ti。在此，κ(r)表示血液和造影剂在血管横截面上的变化的速度。然而，造影剂的输送不仅受到脉动性还受到扩散的影响。造影剂的扩散由高斯分布曲线G(γ，Δt)所模拟，其中γ指示扩散强度，而Δt是扩散的持续时间(图3，部分301)。因此，需要附加模型参数来对脉动造影剂迁移效应建模。这些参数是γ、L、v平均和κ(r)。优选地，脉动程度∏定义为使得∏＝0指示无脉动修改的稳定流，而∏＝1指示心脏舒张期中流动的完全停止。随后，大于1的脉动程度将指示逆流，并且由小于0的一些值p(t)来表征。
5.最优化模型参数：脉动性模型预测观察点处的时间强度曲线。在最优化过程中，将预测值和观察值进行比较，并且调整模型参数从而使得最小化所测量的时间强度曲线和模型预测值之间的误差，参见图4。
6.显示结果：以合适的方式向内科医生/介入学家显示结果。或者，可以将结果传递给需要补偿脉动性的算法。
备选第一实施例减少了由于脉动性而影响造影剂输送的机制的数量。结果，相关的模型参数变得多余，并且由脉动性模型进行的预测变得更精确：尤其，注射点和观察点相同。因而，仅需要由该模型表示血液和造影剂的混合。如果通过对造影剂探针成像而预先校准了系统，并且如果注射泵提供了容积造影剂流，那么完全不需要进行模型改变。在该后者备选实施例中，除了脉动容积血流Q馈入(t)之外，已知观察值I0(t)和所有模型参数(cCA和QCA(t))。因而，直接计算Q馈入(t)是可能的(使用上述方法的等式(2)或步骤4进行计算)。
容积流、脉动程度、血管横截面上的变化的速度和扩散参数适于通过计算机程序自动确定，并且将它们提供给用户。
对脉动性的估计提供了其自身的重要信息。此外，其支持可靠和可再现的血流评估。
现在参考图7，示出设备703，用于从采集的图像序列712中提取脉动性，该设备包括配置以接收ECG信号708和图像序列702，并且用于控制由数个模块从其中提取脉动性的处理器703。这些模块包括用于提供预测序列的CA预测器模块704；从覆盖人体中所有可观察脉管子系统的预定义模板的数据库707中重新获取合适的模板并且对其进行变换，并且适当地缩放和移动该模板的模板缩放/移动模块709，以及脉动性提取模块705，其将采集的序列与预测序列相比较，并且导出使其间误差最小化的模型。患者脉动性的模型是输出710，其基于采集的序列和ECG，并且因而仅对于所执行的过程有效。
第二优选实施例根据心搏相关的时间轴变换重放采集的图像序列。这样，减少了脉动性对于所显示的流动序列的影响。其特征参数由图像处理方法根据该序列估计或者由终端用户选择。所需的关于心动周期的信息例如从ECG信号中提取。
在备选第二实施例中，治疗前后的血管造影图，通过比较从其中导出的两个调整的重放序列提供改进的结果控制。为此，两个重放序列被时间地调整，从而使得剂团同时从给定参考位置(例如，注射点)开始，而使用时间轴变换移除脉动性的影响。随后，向内科医生重放该序列用于由此进行比较。
在又一备选第二实施例中，为了调整的重放序列的最优图像质量，将时变帧频或高帧频中的至少之一与变化的管电流组合(允许在采集之后产生所需图像帧)用于采集血管造影图。这样，如血流序列的重放中使用的相同或相似时间轴校准，应当用于帧频或管电流的变化。该采集协议的优点是：
·在x射线过程中直接获得重放帧，或者分别在心动周期的基本相位期间采集至少足够数量的帧/高剂量血管造影图。
·通过避免多余的采集或者通过使剂量最小化，减小患者的剂量暴露。此外，使得x射线管的准备(warm up)更容易。
图5中示出了根据第二实施例的方法，其中，由标注了相关处理步骤的虚线指示对调整的治疗前后的血管造影图的重放。该方法包括如下步骤：
1.指定时间轴变换502.5：血流由心动周期期间流速的变化表征，其示为曲线p(φECG)，经由通过例如ECG对患者心脏活动的观察，将所述曲线变换为曲线p(t)。该曲线必须适当地缩放，必须添加平均速度，并且必须应用相移或各个延迟，从而使得修改的模板曲线p(t)表示给定观察中的血流。该修改是模板曲线的线性变换，从而使得一般来说，获得以脉动程度∏流动的容积流Q。优选地，脉动程度∏定义为，∏＝0指示无脉动修改的稳定流，而∏＝1指示心脏舒张期中流动的完全停止。大于1的脉动程度将指示逆流，并且由小于0的一些值p(t)表征。
2.采集图像序列502.6：为了在时间轴变换之后获得用于重放的恒定帧频，需要对真实世界的时间进行非等距采样。为了更精确，对真实世界轴的采样是紧密的，但是在心脏收缩期间等距而在心脏舒张期间更宽。由于时间变换影响了采集的时间实例，时间轴变换也可能操控采集。为此，存在两种不同的可能性：
a.帧频是可变的。因此，仅在预定时间实例或接近其时采集图像。
b.在采集之后通过面元组合(binning)/积分而产生所需图像帧的高帧频。此外，由于其结束于所采集的帧的修改面元，帧频内插变得更容易。
3.确定心脏收缩期和心脏舒张期的开始502.4：对于每个心动周期必须分别执行时间轴变换。为此，必须首先确定心动周期的相位φECG(t)。获得所需φECG(t)的一种可能性在于使用ECG信号。优选地，通过使得该ECG中随后R峰之间的间隔相等而指定相位。当应用该方法时，至观察中产生的流速的ECG信号的相移或延迟是一个能够手动调整或者自动确定的参数，从而使得预测的时间-强度曲线最佳匹配所提取的曲线。
4.根据时间轴变换和重放对帧进行内插502.7：现在根据 ∫ 0 t ′ p ( τ ) dτ = t 而定义时间轴变换t→t’。由于提出的时间轴变换，采集的时间实例不再等距，因为基本上没有精确地在这些所需时间实例处得到这些帧(甚至可能不在修改的采集协议的情况下)，需要计算中间帧。为此，可以利用帧频内插。然而，如果使用与变化的管电流组合的高帧频，那么帧频内插结束于采集的帧的修改的面元。在帧频内插之后，关于新时标t’显示图像。
5.改进参数502.8：在关于时标t’检查重放期间，观察者可能注意到由于非最优估计的脉动程度和模板p(φECG)的相移引起的非理想性。结果，可以由重放系统提供通过用户交互修改这些参数的可能性。
6.控制结果501：如果，另外可获得治疗后血管造影图，也可以利用上述方法用于改进的结果控制。为此，需要下列步骤：
i.确定重放时间实例501.5：为了比较两个序列中的剂团传播，剂团必须同时从由导管在脉管系统中的位置所定义的参考位置开始(例如，动脉瘤的起始)。由于注射点和时间以及两个序列的平均血流速不同，该命令基本上不施加于采集的/调整的序列。因此，在可以执行时间变换之前，必须首先得到确定对于治疗后序列进行重放所需的时间实例。
ii.通过重放和比较调整的时间序列501.8变换时间轴501.3-为此，优选根据上述对步骤1-5的处理而处理两个序列，但是具有各自的时间轴变换t→t1’和t→t2’。作为最终自由度，在步骤501.5，调整序列之间的时间偏移量，从而使得对于优选选自病理馈送的一个控制点的所观察的时间强度曲线具有最大重叠。
作为第二实施例的应用例子及其备选方式，许多脉管介入的目标是有利地改变血流，例如增加通过狭窄截面的血流或者减少动脉瘤中的血流。因而，需要对诊断采集和介入后采集的比较以判断介入的影响。对该差别的可视化可以给出“造影剂现在更快地到达该段”或“总是减少该段中的衰减量”类型的有价值信息，这可以从将介入前后的数据相减而获得。
为了使得能够进行该减法，脉动性的影响和造影剂注射的瞬间(moment)必须得以补偿。为了该补偿，首先需要感兴趣的相关截面的流动分析，通过使用第一实施例而提供。
在下列例子中，假设已经提取了平均流动容积Q1和Q2以及它们由于心搏和分别在p1(t)和p2(t)的造影剂注射而随着时间的变化。而且，在流入相关脉管子结构处的TIC必须可获得。为了可比较的动力学血管造影图，创建不规则再采样t→t1’和t→t2’，从而使得：
∫ 0 t i ′ p i ( τ ) dτ = t
该时间再采样将两次采集转换成准稳定采集，其仅改变血流总量。确定两个序列之间的时间偏移量，其导致在流入相关脉管子结构处读取的TIC的最大相关。当在相同的注射时间上施加相同量的造影剂时，进一步增强两个诊断血管造影图的比较。优选地，注射以心动周期期间的相同相位开始。在该时间配准和整理(regularization)之后，可以在介入后序列上以灰阶覆盖和彩色覆盖使差别可视化。
现在参考图6a-1至6a-4，使用支架插入的介入来模拟神经血管动脉中的动脉瘤，从而在介入后模拟中减少了动脉瘤的流动分数。图6a1-4中示出了介入后采集的帧。在上述时间配准和调整之后，减法图像允许与介入前的采集比较，并且揭示了在介入之前造影剂更早到达动脉瘤。这在图6b-1至6b-4中编码为亮色覆盖，并且使介入步骤的作用可视化，即通过动脉瘤的血流较慢。
第三实施例提供了造影剂注射器，用于允许进行可再现和可比较的流动采集。该提供的造影剂注射器测量ECG，并且总是在心动周期期间的固定点处注射造影剂，随后至少注射部位的TIC相似，其移除了流动序列采集中一个主要的不期望变量。
第三实施例中，对CA注射的控制基于ECG分析。当内科医生/介入学家启动造影剂注射时，注射器不立即开始，而是在现场观察的ECG中预先定义的心脏相位的另一显现处自动开始。
可以使用第三实施例实现：
·结果控制，如果提供了可再现CA注射，其基于介入前后的CA动力学比较。
·不同的注射器图案可以适于当前心率，而当所观察到的剂团前端到达脉管子系统中感兴趣区域时，评估算法可以要求心动周期的相位。
·短造影剂爆发(burst)，从而可以评估心动周期的预选相位的流动动力学。
图8中示出了实现第三实施例的设备800的例子，并且提供了一种方式，避免视频密度分析与注射时间的相关性。在优选的第三实施例中，造影剂注射时间的控制由CA注射控制模块802执行，并且基于ECG采集708。在采集的ECG信号708上检测QRS复合波或相似的特征，并且因而已知心动周期中的心率和相位，后者通过使用相位确定模块803而确定。通过该信息，脉管系统中心脏收缩期和心脏舒张期驱动压的变化也是预先已知的。当由内科医生/介入学家激活时，CA控制机构804(优选为注射泵)不立刻开始，而是由控制模块802控制开始在心动周期的预选相位的下一次到来时发生，该相位如由相位确定模块803从同时采集的ECG信号708中确定的。该第三实施例需要注射点713的再现位置，其优选由对导管自身成像以及对导管行进长度的观察中至少之一提供。
分析系统实施例900包括用于定量或比较分析CA动力学的集成工作站901，并且包括选择本发明的第一至第三实施例以及它们的备选方案的集成结构。例如，图9中所示的工作站包括ECG采集系统712，用于对CA注射器提供开始和停止命令的CA注射控制系统800，和专用图像分析子系统910，其调整当前采集712，反之亦然。该工作站901还配置以更新来自实时ECG采集712的心动周期中的当前相位的估计。控制包括在CA注射控制系统800中，其与工作站901接口连接，从而使得工作站可以开始或停止造影剂注射泵，其根据对于特定分析任务所预先确定的要求而与估计的当前心脏相位同步。
分析实施例的应用包括：
·具有与心搏相比增加的频率的造影剂注射中的图案QCA(t)的引入，可以将改进的信号质量的特征提供给分析算法。这种注射图案的参数可以基于ECG和相关信息(例如，心率)而控制，以允许对分析算法以及它们分别的注射图案进行改进调整。
·在定义的相位处进行短注射器爆发可以控制CA剂团在心动周期的预选相位处到达感兴趣区域。对这种小爆发注射的系统的调整可以给出关于整个心动周期期间感兴趣区域处的血流动力学的量化信息。在专用协议中，该短爆发之后可以跟随有更长的CA注射，从而对于人类观察者而言，脉管系统和CA动力学仍然可见。
虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，本领域技术人员将理解，在此所述的系统、设备和方法是示意性的，并且可以进行各种改变和修改，等效方案可以替换其元件，而不脱离本发明的真正范围。另外，可以进行许多修改以将本发明的教导适用于特殊情况，而不脱离其中心范围。因而，预期的是，本发明不局限于在此公开作为预期用于实施本发明的最佳模式的特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围中的所有实施例以及实现技术，而不仅仅是在此使用作为实例的各种实现结构。

Claims (29)

1、一种用于根据图像序列确定脉动程度的方法，包括如下步骤：
使用成像系统采集(602.6)已知造影剂浓度的时间强度图像序列(702)，所述已知造影剂浓度的时间强度图像序列是由血液和所述已知造影剂的混合物通过患者的脉管系统输送得到的；
提供造影剂预测模型(707)，其基于所述已知造影剂和观察到的时间相关性血流的所述混合的函数；以及
使用所提供的造影剂预测模型从所采集的图像序列(702)中提取脉动程度。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像系统选自包括下列的组：介入性x射线、超声和使用利用计算机断层摄影或磁共振成像的血管造影术的重复采集。
3、根据权利要求2所述的方法，其中：
所述采集步骤还包括如下步骤：
a.随着时间改变(711)在所述造影剂的注射部位处的所述造影剂浓度，
b.对所述注射部位(713)处的所述已知造影剂成像(701)，以获得所观察到的所述造影剂浓度的序列，以及
c.使用所述造影剂预测模型获得在所述注射部位(713)处的所述已知造影剂浓度的预测序列(704)；以及
所述提取步骤还包括使所观察到的序列与所述预测序列相匹配(706)的步骤。
4、根据权利要求3所述的方法，其中，所述成像步骤(701)还包括在感兴趣区域(710)处的所述注射部位下游对所述已知造影剂成像，以获得所观察到的所述已知造影剂的序列(702)的步骤；
其中，所述造影剂预测模型所基于的函数另外还考虑了在所述注射部位下游造影剂和血液的所述混合物由于对流、由在血管横截面上的速度变化引起的分散、扩散以及由脉动性自身引起的可变输送速度中的每个而进行的输送。
5、根据权利要求4所述的方法，其中
所述采集步骤还包括同时从所述患者获得心电图(ECG)(712)信号(708)的步骤；以及
还包括如下步骤：
a.根据所述ECG(708)识别所述患者心动周期的相位φECG，以及
b.使用流速作为所识别的相位φECG的函数的脉动性p(φECG)的模板，确定所述心动周期期间的时间相关血流。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，所述匹配步骤(706)还包括通过执行如下步骤获得最优匹配的步骤：
对所述模板进行缩放(709)；
将所述缩放的模板添加到稳定流的偏移量中以获得修改的稳定流；以及
在所述心动周期期间移动(709)所述修改的稳定流。
7、根据权利要求5所述的方法，其中，所述模板是简化模板，其包括心脏收缩期中的高平均流速和心脏舒张期中的低平均流速。
8、根据权利要求7所述的方法，其中，所述匹配步骤还包括通过执行如下步骤获得最优匹配的步骤：
对所述模板进行缩放(709)；
将所述缩放的模板添加到稳定流的偏移量中以获得修改的稳定流；以及
在所述心动周期期间移动(709)所述修改的稳定流。
9、一种用于使其中造影剂通过患者脉管系统中感兴趣区域(710)行进的血流的所采集图像序列(702)可视化(904)并对其进行分析(910)的方法，包括如下步骤：
获得(703)关于所述血流(710)的脉动属性的信息；
使用所获得的信息修改所述图像序列以从其中移除脉动流(902)的影响；以及
将所采集的图像序列和所述修改的图像序列提供给血流可视化和分析系统(904)。
10、根据权利要求9所述的方法，其中，通过选自包括手动交互和权利要求6所述的方法的组中的一种技术获得关于所述血流(710)的脉动属性的信息。
11、根据权利要求9所述的方法，其中，通过选自包括手动交互和权利要求8所述的方法的组中的一种技术获得关于所述血流(710)的脉动属性的信息。
12、根据权利要求11所述的方法，其中，所采集的序列包括(702)具有在介入步骤之前采集的序列和在介入步骤之后采集的序列的两个序列。
13、根据权利要求12所述的方法，其中，所述可视化(904)和分析步骤包括使所述两个序列之间的差别(911)可视化的步骤。
14、根据权利要求13所述的方法，其中，使差别可视化(904)的步骤还包括将彩色覆盖(911)用于所述两个序列之一的步骤。
15、根据权利要求14所述的方法，还包括确定所述两个序列之间的时间偏移量(903)，从而使得在时间上在预选点处的造影剂浓度在所述两个序列之间具有最大相似性的步骤。
16、一种用于控制向患者脉管系统中的感兴趣区域(710)中注射造影剂的方法(803)，包括如下步骤：
确定(802)所述患者的心动周期中的相位；以及
基于所确定的相位，在注射点(713)处向所述脉管系统的感兴趣区域(701)中注射所述造影剂。
17、根据权利要求16所述的方法，其中，所述确定步骤还包括如下步骤：
与所述注射步骤并行地从所述患者获得心电图信号(708)；以及
根据所述ECG信号(708)确定所述患者心动周期的相位。
18、根据权利要求17所述的方法，其中：
所述感兴趣区域(710)在所述注射点下游；以及
所述确定步骤还包括当所注射的造影剂到达所述感兴趣区域(710)时确定所述心动周期中的相位的步骤。
19、根据权利要求18所述的方法，还包括如下步骤：
随着所述心动周期系统地改变注射时间；以及
在系统地改变的注射时间处进行短造影剂注射。
20、根据权利要求19所述的方法，其中，所述系统地改变的步骤是高频率的，从而使得实现了造影剂注射的高频率图案。
21、根据权利要求20所述的方法，其中，所述图案与所述患者心搏同步。
22、一种用于控制向患者的脉管系统中注射造影剂的设备(800)，包括：
造影剂注射控制模块(803)，其控制用于注射造影剂的装置；以及
处理器(801)，其接收心电图(ECG)信号(708)，并且使用基于所述ECG信号(708)预先确定的方法，指导所述造影剂注射控制模块(803)以使用于注射造影剂的所述装置打开和关闭。
23、根据权利要求22所述的设备(800)，其中，所述预先确定的方法是权利要求21所述的方法。
24、根据权利要求23所述的设备，其中，用于造影剂注射的所述装置是注射泵(804)。
25、根据权利要求22所述的设备(800)，其中：
该设备还包括相位确定模块(802)，其确定所述ECG信号(708)的所述心动周期的相位；以及
所述预先确定的函数是所确定的所述心动周期的相位的函数。
26、根据权利要求25所述的设备(800)，其中，用于造影剂注射的所述装置是注射泵(804)。
27、一种用于从患者脉管系统中的造影剂输送的图像序列(702)中提取脉动程度的设备(700)，包括：
脉动性模板数据库(707)，其包括对于可观察的脉管系统预先确定的模板，该模板为心脏相位的函数；以及
处理器(703)，其接收心电图(ECG)信号(708)和图像序列，并且使用所述数据库(707)执行权利要求8所述的方法，以从所述图像序列中提取脉动程度。
28、一种用于使其中造影剂通过患者脉管系统中感兴趣区域行进的血流的原始图像序列(702)可视化并对其进行分析的系统(900)，包括：
心电图(ECG)采集系统(712)，其采集所述患者心动周期的ECG信号(708)的输出；
造影剂注射控制系统(800)，其连接至所述ECG系统并且根据权利要求26配置；
脉动性提取系统(703)，其连接至所述ECG系统并且根据权利要求27配置；以及
可视化和分析子系统(900)，其连接至所述ECG系统并且包括：
图像脉动性移除模块(902)，其从所述原始图像序列中移除脉动性作用以产生第二图像序列，
时间偏移量确定模块(903)，其使得所述第二图像序列与所述原始图像序列偏移，
可视化模块(904)，其在图像分析系统(910)的显示器上同时使所述原始图像序列(702)和所述偏移图像序列可视化，以及
图像分析子系统(910)，其在随后采集至少一个进一步的图像序列用于由所述子系统(900)进行可视化和分析之前，由所述造影剂注射控制系统(800)控制所述造影剂注射。
29、一种用于使其中造影剂通过患者脉管系统中感兴趣区域行进的血流的原始图像序列(702)可视化并对其进行分析的系统(900)，包括：
心电图(ECG)采集系统，其采集所述患者心动周期的ECG信号(708)的输出；
造影剂注射控制系统(800)，其连接至所述ECG系统并且根据权利要求26配置；
脉动性提取系统(703)，其连接至所述ECG系统并且根据权利要求27配置；以及
可视化和分析子系统(900)，其连接至所述ECG系统并且配置以执行权利要求9所述的方法。
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