CN101977549A - 用于磁共振成像中造影增强动态扫描中的动态规划工具 - Google Patents

Abstract

对于任何后续分析或CAD而言，乳房的动态造影度增强MRI扫描的定时方案都是关键的。本发明提出了一种规划装置，该规划装置被配置成计算动态MRI检查的定时方案，该规划装置被配置成集成在MRI扫描器或乳房分析或CAD软件套装中。可以手工或借助检查卡(ExamCard)将规划的扫描传送到扫描器。也可以将规划用作分析或CAD软件套装的输入。

Description

用于磁共振成像中造影增强动态扫描中的动态规划工具

技术领域

本发明总体上涉及医疗成像领域。更具体而言，本发明涉及一种用于磁共振成像中造影增强动态扫描中的动态规划工具。

背景技术

针对乳腺癌的磁共振成像(MRI)检查包括动态造影增强扫描，其中所采集图像的每个体素随时间变化的强度指示基础病理情况。

在图像采集扫描期间，执行动态预造影扫描，接下来向静脉内注射造影剂。有几种造影剂可用，例如口服的水，用于对胃和小肠成像，尽管可以使用具有特定磁性的物质。最常见的，可以将顺磁造影剂，通常是钆化合物作为造影剂。被钆增强的组织和流体在T1加权的图像上显得极其明亮。这为检测脉管组织，例如检测肿瘤提供了高灵敏度，并允许评估脑灌注，例如关于中风的脑灌注。

在被施予时，造影剂通过血流找寻其通路，直到其第一次到达感兴趣组织，例如乳房组织为止。然后其花费一定时间，例如6-10分钟，来增强乳房组织。通过用MRI采集一段时间内的后续图像来观察增强结果。典型地，从增强之前开始，持续8-10分钟，采集时间系列的图像堆栈或图像体积。在一些情况下，可以观察到最大强度，例如大约在开始采集第一图像数据之后2分钟发生的峰值，根据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，该文下文称为Kuhl1999)，该最大值与恶性肿瘤相关联。可以在峰值前后的几分钟观察到乳房组织的增强。

在一些情况下可能观察不到峰值。组织继续在整个图像采集期间增强，或增强变为大致恒定，建立平稳状态。

通常由定时方案调节MRI扫描，定时方案包括关于应当在MRI系统中如何在时间上，即在一定时间内收集图像数据的信息。在简化中，在MRI中，在利用RF脉冲激励对象的质子之后，在一定时间期间内测量从对象返回的若干RF脉冲或所谓RF特征(profile)，接下来使用傅里叶变换生成图像。不同特征对最终图像有不同贡献，例如特征空间(或k空间)的中心部分包含图像中的低空间频率。为了实现期望的图像结果，k空间中的数据信息是重要的。从实施的角度来讲，k空间是时间图像空间，在该时间图像空间中存储有数据采集期间来自数字化MRI信号的数据。在k空间充满时，这时意味着扫描结束，可以在数学上处理所采集的数据以产生最终图像。

如果发生的话，最大增强的峰值出现于特定时刻。根据选择的k空间排序，峰值可以与采集k空间的中心的时间重合或不重合。K空间的这个中心包含针对图像的信噪比和造影信息，因此它对所采集图像有很大贡献。因此，峰值可以在图像中可见或不可见，然而自然希望是可见的峰值。

可以用例如药物代谢动力学建模替代关于最大增强峰值发生于剂团注射大约2分钟之后的理论，药物代谢动力学建模任选地可能获得对增强组织的更多了解。可以将根据一些实施例的本发明扩展到也包括这种药物代谢动力学建模，以针对模型优化采集。

造影剂团的到达时间可以由注射协议决定，注射协议包括关于注射速度和造影剂量的信息以及因患者而异(尤其对于心脏有问题的患者)的血流信息。

在整个说明书中，术语“动态扫描”是指MRI时间系列的图像堆栈或图像体积。作为这种时间系列的一部分，一个图像堆栈或一个图像体积被称为“动态图像数据集”。

在每动态图像数据集持续一定时间，例如80s的动态MRI扫描中，即，在每80秒采集一个体积的图像数据时，根据如何对k空间采样，可以在时间上对图像数据进行不同的采集。

可以按照各种不同次序采集k空间中的数据，在图1a到1c中有所展示。图1a示出了线性空间编码次序，其中沿着从k空间一侧到另一侧工作的直线采集数据。图1b示出了中心空间编码次序，其中沿着从k空间中心向外工作的直线采集数据。图1c示出了径向相位编码次序，其中沿着从k空间中心中的点起始的直线采集数据。根据定时方案的选择，应当对采集的图像数据进行不同分析。

当前，整个扫描序列，包括定时方案，都是手工计算的，其中定时方案包括动态扫描的开始、剂团注射、后期动态图像数据集的开始。对剂团花多长时间到达乳房以及组织花多久才能增强进行估计，通常为两分钟。基于这个时间估计，可以在开始团注之后两分钟采集第二动态图像数据集。利用计算的定时方案人工编程控制注射器和图像扫描器。人工计算是一项麻烦的过程。

此外，当前计算定时方案的手工方式的另一个问题与诸如CAD软件的分析软件对所用扫描协议作出假设有关。通常这些假设是隐含的，很多用户意识不到。扫描协议和所涉及的隐藏参数可能影响到对采集的图像数据进行后续图像分析而获得的MRI图像数据集。

因此，当前的注射器定时方案基于某种手工计算的扫描协议。如果选择不同的协议，假设的扫描协议可能不正确，可能会导致将曲线类型错误地分类成例如平稳状态而不是峰值，并相应导致误诊。

因此，改进的规划装置、图形用户界面和用法会是有利的，它们实现了更大灵活性、更高的成本效率和减小的时间消耗。

发明内容

因此，本发明优选寻求缓和、减轻或者消除一个或多个上文指出的现有技术中的缺陷和弊端或其组合，其通过提供根据所附专利权利要求所述的规划装置、图形用户界面和规划装置的用图至少解决了上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于规划动态造影增强磁共振成像扫描的定时的装置。该装置被配置成接收用户定义的参数。此外，该装置被配置成至少基于所述用户定义的参数为所述动态造影增强磁共振成像扫描计算定时方案。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于规划动态造影增强磁共振成像扫描的定时的图形用户界面。该图形用户界面被配置成接收用户定义的参数。此外，该图形用户界面被配置成基于所述用户定义的参数计算定时方案。此外，该图形用户界面被配置成在例如显示器上向用户呈现所述定时方案。

根据本发明的又一方面，提供了将该装置用于计算为定位肿瘤而对乳房组织进行的动态磁共振成像计算定时方案的用途。

根据一些实施例，提供了一种规划装置，该规划装置被配置成计算动态MRI扫描的定时方案，被集成在MRI扫描器或乳房分析或CAD套装软件中。可以手工或借助ExamCard将规划的扫描传送到扫描器。也可以将规划用作分析或CAD套装软件的输入。

根据一些实施例的规划装置容易使用，将辅助用户以无差错的方式产生适当扫描和注射协议。

此外，接下来可以将根据一些实施例的规划装置计算的定时方案转发到分析或CAD套装软件。

在与诸如扫描器的外部装置通信时，可以将规划装置配置成控制针对患者个体调整的扫描和注射协议，例如在已知心脏问题的情况下。通过这种方式，例如由扫描器可以远程控制几个注射装置。

附图说明

通过下文参考附图对本发明的实施例的描述，本发明的这些和其他方面、特征和优点将变得显而易见，并得到阐释，在附图中：

图1a到1c示出了在k空间中采集数据的三种方式。图1a示出了采集k空间数据的线性空间编码次序，图1b示出了采集k空间数据的中心空间编码次序，以及图1c示出了采集k空间数据的径向相位编码次序；

图2是根据实施例的图形用户界面的图示；

图3是示出了各种MRI扫描的模拟的图示；

图4是根据实施例的图形用户界面的图示；以及

图5是示出根据实施例的装置的图示。

具体实施方式

下面将参考附图更详细地说明本发明的几个实施例，从而使本领域技术人员能够执行本发明。不过，本发明可以体现为很多不同形式，不应被视为受限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。实施例不限制本发明，而是本发明仅受所附专利权利要求书的限制。此外，附图中所示特定实施例的详细描述中使用的术语并非意在限制本发明。

下述说明的重点落在在本发明的实施例上，所述实施例适用于动态MRI扫描，尤其适用于为乳房组织的动态MRI扫描计算定时方案的规划工具。然而，要认识到，本发明不限于这种应用，而是可应用于可能包括肿瘤的其他组织类型或器官，例如前列腺等。

根据一些实施例的本发明对于乳房的动态造影增强MRI很重要，可以将其推广到任何MR动态扫描。

根据实施例，提供了一种规划装置，该规划装置包括结合乳房MRI分析或CAD系统使用的计算机软件。规划装置被配置成计算图像扫描和造影剂注射的整个序列的定时方案。规划装置可以包括基于定时方案示出事件作为时间的函数的序列的图形用户界面。图2示出了规划装置的图形用户界面表达的范例。图形用户界面可以包括示出要采集的患者器官或组织的若干动态图像数据集16的窗口。在每次动态扫描中，可以采集一个或多个动态图像数据集。规划装置允许用户输入若干参数。用户定义的参数可能影响注射协议的参数，例如注射速度、造影剂浓度11、造影剂的总量和注射延迟12，其中所述注射延迟即为在执行注射之前，开始采集若干动态图像数据集的第一动态图像数据集之后的时间。用户定义的参数还可能影响扫描协议的参数，例如动态图像数据集采集持续时间13、诸如在注射和在动态扫描中若干动态图像数据集采集16之间的时间(下文中称为采集延迟14)的任何延迟、相位编码次序15等。相位编码次序是在k空间中对信号采样的次序。最常见的方案是沿着一个方向的线采集信号。各种采集数据的方式都是可能的，例如，从左至右工作或从中心向外工作，或使线均匀分布。

规划装置还可以配置成基于至少一个输入的用户定义的参数至少计算注射协议或扫描协议的参数。例如，如果希望基于给定的相位编码次序15和关于心脏功能的某些假设导出定时，而且用户知道患者的心脏每秒钟泵出的血液少于平均患者，可以将这个用户定义的参数输入规划装置中并可以由规划装置计算与上文的术语“参数”相关的采集延迟。

规划装置还可以配置成在显示器中，例如在图2中的规划装置的图形用户界面中呈现计算的参数。

定时方案的计算

对于任何后续分析或CAD而言，乳房的动态造影增强MRI扫描的定时方案都是关键的。它也是计算起来很复杂的。对定时方案有影响的参数例如是造影剂的剂团大小或量、相对于造影剂动力学(例如流动或靶向动力学)的定时、造影剂通过静脉和动脉系统行进到靶区域所需的延迟、造影前后动态图像数据集采集的开始以及MRI扫描协议的相位编码次序。

在实施例中，至少一个计算出的参数涉及扫描程序的定时方案。

在提供定时方案的实际实施中，至少三个参数是必需的：采集一个动态图像数据集的时间、k空间排序和心脏流。可以从若干扫描器参数计算采集一个动态图像数据集的时间，所述参数包括例如视场、分辨率、切片数量、切片厚度以及MR脉冲序列特有的各种参数。根据一些实施例的规划工具被配置成接收与采集一个动态图像数据集的时间相关的参数，而不是重新进行要由扫描器执行的计算。在另一实施例中，规划装置被配置成经由DICOM报头从先前的类似扫描检索参数。

K空间排序，例如中心空间编码次序，涉及对所得动态图像数据集影响最强的动态扫描部分。

从注射到造影剂到达乳房时刻的时间例如可以通过假设像30s的标准时间，或利用患者质量和心脏功能对该过程建模来估计。类似地，可以假设第二次采集中峰值的发生在120s之后。

例如，如果用户在第一动态图像数据集中不希望有任何造影，那么确定之前可以不施予任何造影剂的时间点。在图2或图4中将这种情况示为第一动态图像数据集的中部之前的30s。

此外，如果用户希望第二动态图像数据集与2分钟峰值一致，那么这种要求表明何时开始注射剂团。在图2或图4中将这种情况示为第一动态图像数据集采集的中部之前的120s。

如果两个定时之间有冲突，将规划装置配置成向用户呈现问题，例如通过在诸如图2所示的显示器中呈现与问题有关的信息。这种冲突还可以暗示在开始造影剂团注射和采集第二动态图像数据集之间需要延迟，例如由装置提出。这相对于当前手工执行的方法提供了优点，在当前的方法中用户必须要手工检查任何可能的冲突。

表1示出了不同参数如何影响动态MRI扫描的定时方案。

表1

计算的参数

在实施例中，可以配置规划装置以便能够在对采集的扫描图像数据进行后续图像分析时使用计算的参数。可以通过在存储器中存储计算的参数来实现以上目的，外部装置或计算机软件模块实现的系统可以从存储器检索计算的参数。通过这种方式，不仅计算并呈现用于规划检查的定时方案，而且可以将关于定时方案的信息用于后续图像分析。

出于实践的目的，在当前方案中，仅有扫描器拥有关于有特定参数的特定扫描已经有或应当有多长时间的信息。

在实施例中，在将规划装置连接到扫描器时，将其配置成从扫描器检索关于动态图像数据集采集时间的信息。

在另一实施例中，在规划装置未连接至扫描器而是连接到例如另一系统(例如PACS系统、专用医疗工作站等)时，可以不检索关于动态图像数据集采集时间的信息。在这种情况下，将规划装置配置成例如利用关于先前执行的动态扫描的信息估计动态图像数据集采集时间。

在实施例中，参数的计算还可以基于先前计算的参数，即在先前扫描中计算的参数，以及用户定义的参数。因此，可以从先前扫描或从公开可获取的或私有DICOM属性的信息导出用于扫描的定时方案。

检查卡(ExamCard)

在一实施例中，将规划装置配置成产生包含关于整个扫描的信息的检查卡(ExamCard)。检查卡(ExamCard)是对包含多次扫描的检查的完整描述，包括定时等。在将规划装置连接到或包括在扫描器中时，这一实施例尤其有利，因为在这种情况下可以不需要向另一装置传送检查卡(ExamCard)。然而，如果规划装置不是总连接到扫描器，可以利用任何存储装置，例如存储棒，将检查卡(ExamCard)传送到扫描器。

扫描模拟

在一实施例中，规划装置还被配置成模拟整个扫描，对心脏流和组织类型做出假设。向静脉内施予造影剂，造影剂必须要通过心脏和动脉以到达乳房组织。这段行程对剂团的效果作为时间函数，可以被建模为延迟和剂团的模糊。如果心脏流小于平均值，表示患者患有心脏病，延迟和模糊变得更长。如果乳房组织中的血管分布减少，模糊程度会增大。图3中示出了各种扫描的这种模拟的输出范例。这可以辅助评估规划装置计算的定时方案是否可以接受。

控制外部装置

此外，规划装置可以被进一步配置成基于用户定义的参数和/或计算的参数控制外部装置，例如注射器和/或MRI系统。扫描器和注射装置之间最简单的界面是扫描器屏幕上的面板，该面板连接到规划装置，用于提示用户何时注射剂团。下一步是将扫描器布置成发送触发信号以进行剂团注射。也可以使用更精细的界面，其中将扫描器布置成控制造影剂团注射过程的参数，例如作为时间的函数的剂团流量(容积/秒)，获得更多优点。

程序的优化

在一些实施例中，规划装置被配置成优化程序。在简单实施方式中，用户输入所有参数。因此，不需要优化。

在上述“非优化情况”的实际范例中，用户利用线性相位编码例如将动态图像数据集采集时间设置为90s。用户还输入造影剂团注射的定时，例如在扫描开始时。然后将规划装置配置成计算造影剂团的第一次注射、第二次注射等何时会出现在乳房组织中。此外，可以将规划装置配置成向用户显示关于何时采集的动态图像数据集在每次采集动态图像数据集的中部具有最强分布的结果。如果必要的话，这允许用户理解其采集并校正它。

然而，在另一个范例中，如果用户希望在剂团到达例如乳房组织之后N秒有峰值，并仅输入几个扫描参数，可以将规划装置配置成计算剩余所需扫描参数，例如造影剂团开始时间和造影剂团延迟，以获得最佳峰值。

或者，用户可以仅仅输入“我希望让第一动态图像数据集的采集中心与造影剂团通过乳房组织的第一行程一致”，规划装置然后就可以计算相对于扫描序列的注射时间。

图4示出了根据本发明的图形用户界面范例，该图形用户界面供结合规划装置使用。窗口31按时间示出了各种事件的概要。“高斯状”曲线32对应于线性相位编码，其中在动态图像数据集采集33的中部采集k空间的中心。类似地，在动态图像数据集采集34和35的中部采集k空间的中心。在本范例中，在注射造影剂结束之后1分钟10秒钟发生那种情况。窗口31中曲线图下方的文字显示本协议的主要参数，从而提供与临床相关的所有概要。这种信息可以进行打印刷，例如，包括在协议手册中和/或检查卡(ExamCard)帮助信息中。

图5示出了适于规划动态造影增强磁共振成像扫描的定时方案的装置40。装置40被配置成接收41用户定义的参数。也可以将装置配置成至少基于所述用户定义的参数为所述动态造影增强磁共振成像扫描计算42定时方案。

根据一实施例，通过基于所述用户定义的参数至少计算43其他参数来进行定时方案的计算，所述其他参数是计算所述定时方案所需要的。

根据本发明的上述实施例存在各种应用和使用，包括使用动态MRI扫描的所有领域。

在一实施例中，规划装置被包括在医疗工作站或医疗系统中，例如磁共振成像(MRI)系统中。

根据一些实施例的规划装置包括用于执行上述功能和特征的计算机软件。在一实施例中，计算机软件可以驻留在计算机可读介质上。

可以通过包括硬件、软件、固件或其任意组合的任何适当的形式实现本发明。但是，优选地，将本发明实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。可以通过任何适当的方式在物理、功能和逻辑上实现本发明的实施例的元件和部件。实际上，可以通过单个单元或多个单元实现所述功能性，或者将所述功能性作为其他功能单元的部分实现。照此，可以通过单个单元实现本发明，或者本发明可以在物理和功能上分布于不同的单元和处理器之间。

尽管上文已经参考所述实施例描述了本发明，但并不意在限于所述实施例。相反，本发明只受所附权利要求的限制。除了上述之外的实施例在所附权利要求的范围之内是同等可能的。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤的存在。此外，尽管文中给出了单独的列举，但是可以通过(例如)单个单元或处理器实现多个机构、元件或方法。此外，尽管各个独立的特征可能包含于不同的权利要求中，但是，这些特征可以得到有利的组合，包含在不同的权利要求中并不意味着特征组合是不可行和/或是不利的。此外，单数引用不排除复数。“一”、“一个”、“第一”、“第二”等不排除复数。在权利要求中提供的附图标记只是使权利要求清晰易懂的例子，无论如何不应将其推断为对权利要求的范围构成限制。

Claims (17)

1.一种用于规划动态造影增强磁共振成像扫描的定时的装置(40)，所述装置被配置成：

-接收(41)用户定义的参数；以及

-至少基于所述用户定义的参数为所述动态造影增强磁共振成像扫描计算(42)定时方案。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，通过基于所述用户定义的参数计算(43)其他参数来进行所述定时方案的所述计算，并且其中，所述其他参数是所述定时方案所需要的。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述用户定义的参数包括关于以下项目的信息：

-注射协议，其包括注射速度、造影剂浓度(11)、造影剂的总量或注射延迟；

-扫描协议，其包括采集动态图像数据集的持续时间、采集延迟或在时间上k空间的采样模式；或

-患者的特性，其包括患者体重或血流。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述所计算的其他参数涉及注射协议或扫描协议。

5.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括在MRI分析套装软件、CAD系统或MRI扫描器中。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，在后续图像分析中利用所述定时方案。

7.根据权利要求1所述的装置，其还被配置成产生ExamCard。

8.根据权利要求1所述的装置，其还被配置成控制注射器。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述定时方案的计算可以使用来自先前执行的动态扫描或先前计算的定时方案的参数。

10.根据权利要求1所述的装置，其还被配置成在显示器上使所述定时方案可视化(43)。

11.根据权利要求1所述的装置，其还被配置成基于所述定时方案模拟动态扫描。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述定时方案包括所述动态扫描中包括的动态图像数据集的采集持续时间、k空间排序或心脏流。

13.根据权利要求1所述的装置，其还被配置成从外部装置检索用于所述定时方案的参数。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述用户定义的参数包括关于用户喜好的信息。

15.根据权利要求14所述的装置，其被配置成显示在所计算的定时方案中彼此冲突的用户定义的参数。

16.一种用于规划动态造影增强磁共振成像扫描的定时的图形用户界面(30)，所述图形用户界面被配置成

-接收用户定义的参数，

-基于所述用户定义的参数计算定时方案，以及

-向用户呈现所述定时方案。

17.将根据权利要求1所述的装置用于为定位肿瘤对乳房组织进行的动态磁共振成像扫描计算定时方案的用途。

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