CN103083087B - 控制单元以及具有控制单元的医学检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于设备装置（2）的控制单元（6），其包括图像产生模态（4）和可控制的造影剂注射装置（8），其中所述注射装置（8）的注射率可以在数据采集期间依据特定于患者的循环持续时间（T）而变化。

Description

控制单元以及具有控制单元的医学检查装置

技术领域

本发明涉及一种控制单元以及一种医学检查装装置。

背景技术

在借助图像产生模态（例如计算机断层造影设备或核自旋断层造影设备）检查患者时，通常采用造影剂，通过其辅助操纵借助图像产生模态所产生的图像信号。为此，例如将相应的造影剂注射到静脉，典型地注射到手臂静脉，由此将造影剂与患者血液混合。该混合物在此首先被局部限制，从而在患者的血液循环中一种造影剂浓度包类似于冲击波地前进，其中其随着血液循环的路线增加而逐渐消散。这种造影剂浓度包在医学领域中也被称为“推注（Bolus）”。

通常，将造影剂以相对高的并且保持相同的流速进行注射，由此在相应的血管中造影剂浓度具有类似于窄钟形曲线的空间分布，从而在待检查的器官中至少对于短的时间段造影剂在图像信号产生中产生期望的强烈影响。在此这种情况的缺陷在于，在待检查的区域中通过造影剂有利地影响图像产生的时间窗非常窄并且由于造影剂浓度包在经过血液循环的情况下消散在第二次经过检查器官（即所谓的“二通（second pass）”或“第一推注回波（erstenBolusecho）”）时不再能达到最大浓度和/或造影剂浓度的空间分布的斜率来合适地影响图像信号产生。由于相应的造影剂不能以任意量给予，则相应地期望在“推注”第一次通过待检查的区域时预定地产生图像数据。但这一点不能总是实现。

附加地，如下使得获得期望的信息变得困难，即通常的造影剂有一部分穿透血管壁并且随后淀积到周围组织中。即使所淀积的造影剂最后在一定滞留时间之后在组织中分解，但由于滞留时间也会难以区分组织和血管，就像类似于在过度曝光的照片中那样。这一点在检查中，例如在血管造影或灌注检查中产生特别不利的影响，其中“推注”移动通过待检查的区域，例如器官，并且由此受到造影剂影响的图像信号的时间发展是检查的目标。为了避免上述问题，在一些情况下采用所谓的“血池剂，blood pool agents”。在此是不能穿透血管壁的特殊造影剂。但是，在该特殊造影剂中有时对于患者具有较差的兼容性并且此外特殊造影剂基本上大部分比常规造影剂要更贵。此外，还没有解决造影剂浓度包分解的问题。

由DE 102005041626A1公知了一种在使用造影剂注射的情况下用于建立断层造影图像的方法，其中首先向患者注射定义的测试推注，而在至少一个扫描平面中确定在至少一个预定的身体区域中的造影剂的时间上的浓度变化，以便从所测量的关于测试推注注射变化的造影剂浓度变化中来确定预测模型的功能参数。该预测模型然后作为随后检查的基础。

在US 2002/0165445A1中还描述了一种用于控制图像产生过程的方法，其中基于图像产生单元所产生的数据来控制造影剂的注射。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种控制单元以及一种医学检查装置，借助于其辅助可以更合适地应用造影剂。

下面描述的控制单元被设置用于设备装置，其包括图像产生模态和可控制的造影剂注射装置，其中，控制单元被构造为注射装置的注射率在数据采集期间依据特定于患者的循环持续时间可以被改变。在此，设备装置优选是医学检查装置，并且图像产生模态例如是计算机断层造影设备或核自旋断层造影设备。在这种情况下，数据采集基本上相应于借助图像产生模态、也就是例如核自旋断层造影设备进行的患者检查，并且特定于患者的循环持续时间尤其被理解为所观察的血液体积被泵送遍历一次患者血液循环所需的持续时间。借助控制单元然后在患者检查的范围内优选自动地操纵“推注形状”，也就是空间上的造影剂浓度分布或者根据观察方式是患者血液中的时间上的造影剂浓度分布，从而借助图像产生模态特别有利地影响图像产生。

在此，例如两级地注射造影剂是具有优势的，其中原理上两个级中的每一个相应于注射部分剂量的造影剂并且其中两级之间时间间隔通过特定于患者的持续时间给出。在实现第一级注射之后，由此产生的“推注”在患者体内随着血液循环移动，直至其最后再次到达进行注射的位置，紧接着自动开始第二注射级。相应地，通过第二注射级使第一注射级的“推注”变形并且在此几乎被重新放大或再造。通过这种方式部分地补偿在经过患者血液循环的路径上“推注”的分解，紧接着待检查的区域在检查范围内经受两次图像产生过程，其中在这两种情况下造影剂以期望的方式影响图像产生。由此在检查范围内基本上可以采集更多数据用于医师的随后诊断。因此，控制单元被构造为自动地控制造影剂给予。

在此描述的并且借助控制单元实现的方法是特别具有优势的，通过再造“推注”来产生预定的“推注”幅度和/或预先给定关于造影剂浓度分布的预定的斜率而必须注射的造影剂比其在重新产生第二“推注”的情况中要注射的造影剂显著更少量。相应地，由于置于其下的造影剂量的降低而减小了患者身体的负担。同时确保了，即使两个图像产生过程中的一个在该检查范围内不利地进行，在检查中采集的数据也作为适用于随后诊断的基础。

此外，控制单元的一种实施是合适的，其中预先给定用于各自的数据采集的特定于患者的循环持续时间。相应于控制单元的特别简单的构成，例如在数据存储器中存储了值表，根据该值表控制单元基于特定于患者的信息，诸如其体重、其年龄及其性别，选择用于循环持续时间的值并且在相应的数据采集范围内使用。在此特别优选的是，在该非常简单的情况下不必测量技术地确定特定于患者的循环持续时间，由此用于设备装置、也就是医学检查装置的技术上的开销保持在很小。

作为使用用于循环持续时间的存储的值的替换，为了确定用于各自的数据采集的特定于患者的循环持续时间而采用测量装置。在此，循环持续时间不是强制直接由利用测量装置确定的测量数据来确定，而是在一些情况下采用取决于情况的特定于患者的数据来确定，基于其可以由在存储器中存储的值数据组来实现用于循环持续时间的值的精确选择。例如，为了确定循环持续时间而测量技术地采集脉冲和/或患者血压，从而由此确定血流以及最后确定血液循环周期。

按照控制单元的一种特殊构造，图像产生模态以及分析单元用作测量装置，其中特别地直接采集周期持续时间并且相应地直接采集血液循环的循环持续时间。在此，例如借助图像产生模态在患者身体的特定区域中连续地或以相对短的时间间隔产生截面图像，从而在该区域中例如关于较长的时间段监视血管。在监视区域中“推注”第一次出现（也称为“一通，first pass”）与第二次出现（也称为“二通，second pass”）之间的时间间隔然后被作为循环持续时间来采集。

在此特别地，循环持续时间的确定不在实际检查的范围内进行，而是直接在实际检查之前进行，其中在确定循环持续时间的情况下注射相对于检查剂量明显较少的测试剂量的造影剂，但注射率的时间变化与在随后的实际检查中一样。测试剂量的相应“推注”在此不适用于待检查器官的检查，但足以记录在监视区域中循环持续时间的确定。

作为对此的替换，在实际检查范围内进行循环持续时间的确定，其中在这种情况下确定从开始注射造影剂的时间点到在监视区域中、例如在靠近心脏的血管或待检查的区域中出现“推注”经历了多少时间，并且其中循环持续时间通过将这样确定的时间间隔与预定的因数相乘来确定。在注射位置与患者体内监视位置之间的路径线段由此在该途径中用作一种测试线段，对其监视允许循环持续时间的计算。

此外，控制单元的一种变形是具有优势的，其中注射率的时间变化按照脉冲序列的形式构成，其中在该脉冲序列的脉冲之间的时间间隔基本上相应于特定于患者的循环持续时间。利用脉冲式构造的注射率来注射造影剂被证明是特别具有优势的，从而由此产生的“推注”形状、也就是在观察的血液体积中造影剂浓度的空间分布特别适合于借助图像产生模态的图像产生。

在优选的扩展中，将脉冲设置为基本上矩形的形状。与之相应地，为注射率设置值零或者恒定的值C。由此产生具有与钟形曲线相似形状的“推注”，其几乎作为高斯包在患者的血管系统中前进并且在此逐渐地消散。“推注”的该特殊构造尤其对于检查来说已经证明是特别具有优势的，其中在待检查的区域中受到造影剂影响的图像数据的时间变化是具有意义的。作为示例在此提到向器官供血的检查，其中期望区分动脉和静脉。在此优选地，通过合适地选择用于注射率的值来预先给定“推注”的斜率或者说斜率变化。借助合适的测量和分析方法，诸如“Time to peak，至峰值的时间”或“坡度”，然后在检查的范围内确定在横穿血管系统时“推注”的斜率变化怎样改变。

此外，控制单元的一种实施是具有优势的，其中不同地构造脉冲序列的脉冲。由此，相应于脉冲序列在每个循环持续时间之后向待检查的区域不同地注入造影剂，从而在唯一的检查范围内例如可以在待检查的区域中图像技术地采集不同的结构，对于其显示来说需要组织中不同的造影剂浓度。示例性地，脉冲序列具有至少两个矩形脉冲，其中随着每个脉冲给予的造影剂的部分剂量少于前一脉冲的部分剂量的50％，优选少于20%。从脉冲至脉冲的部分剂量的改变在此可以通过脉冲高度的变化和/或通过脉冲持续时间的变化来实现。时间上的脉冲间隔优选地仅仅相应于各个循环持续时间并且从脉冲至脉冲保持不变。替换地设置脉冲序列，其中分别具有相应于循环持续时间的时间间隔的多个矩形脉冲具有相同的脉冲宽度但具有从脉冲至脉冲提高的脉冲高度。在此，尤其通过每次部分注射造影剂来使“推注”的斜率变化变形，使得其在每次部分注射之后直接具有预定的基本形状以及特别是至少在片段中具有预定的上升。通过这种方式对于检查的每个图像产生过程（在该过程中确定斜率变化的改变或上升的改变作为特征值）预先给定几乎相同的起始值，由此对于在每个图像产生过程中获得的信息具有良好的可比性。

此外，控制单元的一种变形是合适的，其中设置用于各自的数据采集的造影剂总剂量。在此特别地，只要达到预定的造影剂总剂量，就不取决于设置的注射率的时间变化来中断造影剂的注射。也就是，例如如果脉冲序列具有五个相同构造的脉冲并且在第三脉冲之后已经达到造影剂总剂量，则中断注射过程并且不再实施剩余脉冲。由于造影剂的注射给患者身体带来相应负担，保持造影剂总剂量具有高优先级并且造影剂注射率的时间变化相应地与该造影剂总剂量相匹配。通过预先给定该造影剂总剂量并且同样通过控制单元来监视，对于设备装置以及相应地对于医学检查装置给出特别高的操作安全性并且可靠地避免了无意的超剂量。

相应于一种优选的扩展，依据特定于患者的循环持续时间对于各自的数据采集预先给定造影剂总剂量。迄今为止通常依据特定于患者的数据诸如身高和体重来确定用于检查的造影剂总剂量。通过考虑由循环持续时间进一步确定的患者状态，依据患者状态确定对于患者和各自的数据采集有利的造影剂总剂量并且因此显著地更有效。

相应于检查装置的特别合适的构造，图像产生模态的中央控制单元被设置为控制单元。图像产生模态的中央控制单元在这种情况下接管否则要由独立的控制单元完成的附加的任务。因为图像产生模态通常本来就具有中央控制单元，通过这种方式在此提供的安全方案几乎可以通过加装在相对小的开销的情况下在已经采用的医疗检查装置中实现。于是在最有利的情况下，仅在检查装置的各个设备之间的数据交换的范围内进行改变以及仅在各个组件的控制软件中进行改变。

为了有利于特别良好的兼容性，此外在检查装置的一种变形中设置，为了在控制单元、图像产生模态和可控制的注射装置之间通信采用标准化的连接（例如“CAN总线”或“蓝牙”）和标准协议。

附图说明

下面结合示意性的附图对本发明作进一步说明。附图中：

图1以方框图示出了医学装置，

图2以图形图示出了注射率的时间变化以及造影剂浓度的时间变化，

图3以图形图示出了注射率的替换的时间变化以及造影剂浓度的替换的时间变化。

彼此相应的部件在所有附图中具有相同的附图标记。

具体实施方式

在下面描述的并且在附图1中示意性示出的医学检查装置2的情况下，为了借助成像方法检查患者采用具有中央控制单元6的核自旋断层造影设备4。根据所选择的检查方法在此设置，为了支持成像方法向患者注射造影剂。为此，医学检查装置2包括注射装置8，其优选被构造为注射泵，也称为剂量泵。

在该实施例中采用的注射装置8是可控制的注射装置8，其信号技术地与核自旋断层造影设备4的控制单元6相连并且其通过控制单元6来控制。通过这种方式将造影剂的注射以及特别是造影剂的注射率的时间变化与各自的检查以及特别是与各自的所选择的图像产生方法相匹配，从而由此正面地影响待产生的图像数据的质量。

在相应的检查开始之前将患者定位到核自旋断层造影设备4的检查台上。此外，如果如在这里这样设置造影剂的注射，那么作为注射装置8的部件的注射针插入患者的体内，典型地插入患者的静脉。

然后操作者，也就是例如医学技术助理（MTA），通过未详细示出的控制台例如通过输入参数组来选择用于控制单元6的控制程序，通过该控制程序规定，之后在检查期间怎样一方面自动地控制核自旋断层造影设备4而另一方面自动地控制注射装置8。

对于示例性观察的检查设置具有造影剂两级注射的两级检查，其中在两个阶段中的每一个中设置脉冲式地注射造影剂部分剂量并且设置与之时间上错开地开始的图像产生阶段。在此，两个阶段时间上彼此调谐，其中时间上的调谐基于借助核自旋断层造影设备4对患者体内区域的监视来进行。为此，借助分析单元10来分析在监视范围内产生的图像数据，以便通过这种方式确定特定于患者的循环持续时间，该循环持续时间的值在控制注射装置8时被中央控制单元6考虑。相应地，中央控制单元6经由信号技术地连接来访问分析单元10的分析数据。

在该实施例中，待检查的器官是患者的心脏，其中在此提供的并且借助中央控制单元6实现的方法一般适合于血液能够良好地流过其的所有器官或身体区域。造影剂的注射在手臂静脉中进行并且在大动脉区域中患者身体的横截面被设置为待监视的区域。如果现在造影剂被注射到手臂静脉，则该造影剂与血液混合，由此首先局部限制地形成由造影剂和血液组成的混合物，该混合物由于患者的心跳在大动脉方向上继续运动并且在那里由于通过核自旋断层造影设备4的监视借助分析单元10基于受到造影剂的影响的图像数据来定位。测量技术地采集在定位和注射开始之间的持续时间并且与所存储的因数（在此为3）相乘。由此产生的值相应地接近观察的血量或“推注”由于总的血液循环而经过的持续时间，并且相应地随后作为特定于患者的循环时间在控制核自旋断层造影设备4和注射装置8时被控制单元6所考虑。

在图2中示意性示出了如何控制注射装置8和核自旋断层造影设备4的方式。在此，两个图的上图12描绘了注射率的示意性的时间发展I（t），而下图14描绘了造影剂浓度的时间变化K（t），并且由此在一定程度上反映了造影剂的效果。例如如果采用在血管或组织中缩短T1弛豫时间的造影剂，也就是例如钆螯合物，则在造影剂到达监视区域时改变恰好也来自于该区域的核自旋共振信号。相对于没有造影剂的状态然后根据该变化可以推断出在监视区域在血液中造影剂的浓度。在监视区域在血液中造影剂的浓度的时间发展在图2的下图14中示意性地示出。

由上图12可以看出，首先通过注射造影剂开始，其中关于第一脉冲16的持续时间注射率是恒定的。在一定时间t₁之后在第一脉冲16时注射的造影剂到达监视区域并且在那里修改核自旋断层造影设备4的测量信号。由于在脉冲的总的持续时间期间以相同的注射率脉冲式地注射造影剂，借助监视记录的造影剂浓度首先陡地上升，在t₂时达到其最大值并且然后相对陡地再次下降。然后局部限制的造影剂血液混合物遍历一次患者的血液循环并且然后再次到达监视区域中。相应地，在t₃时出现造影剂浓度的另一个局部最大值，其也被称为“推注回波”。该局部最大值由于“推注”的消散在图像中典型地比在t₂时的局部最大值要小一些。此外，“推注回波”的特征在于极宽的曲线变化以及较平的上升。

在此，在两个最大值之间的时间间隔（即t₃-t₂）相应于特定于患者的循环时间T以及由此的“推注”遍历一次血液循环所需的时间。如前面已经提到的那样，在该情况下检查被两级地实施并且造影剂的注射以两个注射脉冲的形式进行。第二脉冲18在第一脉冲16开始之后的恰好循环持续时间T时开始。由此实现，通过血液循环运动的并且由此返回到注射针位置的造影剂血液混合物在到达注射针的位置时通过注射另一个造影剂部分剂量（也就是通过第二脉冲18）进一步积聚造影剂，从而虽然在图2中“推注回波”的曲线变化变宽，但具有与“推注”曲线类似大小的最大值。“推注”由此几乎被再造，从而其适用于第二检查的图像产生。

在此，检查图像产生用于产生图像数据，该图像数据随后在分析的范围内由医师用来建立诊断并且是该检查的相应目标。检查图像产生在患者心脏领域的该实施例中设置，并且在心脏的特定区域（例如右心室）积聚造影剂时应当开始该检查图像产生。在此，测量应当与造影剂浓度的上升同时开始。在这里描述的具有造影剂两级注射的检查中两次给出相应有利的情况，其中在两次情况之间恰好存在循环持续时间T。因此为检查图像产生也设置两个阶段，在这两个阶段中分别产生一个检查图像或一系列检查图像。每个产生图像的检查通过控制单元6开始，该控制单元6在此访问分析单元10的分析数据。在此，在t2时的造影剂浓度的最大值的记录引起触发器功能的触发，通过该触发在预定的延迟时间之后开始检查图像产生。

作为对患者检查的两级实施方式的替换，还设置多级检查，下面详细描述其中的三级变形。在该变形中对于造影剂的注射率的时间变化I（t）设置一系列三个脉冲，如其在图3上图20中所示的那样。如上述示例那样，在该脉冲序列的两个相继脉冲之间的时间间隔通过循环持续时间T给出。但是，与上述示例不同，该脉冲序列的脉冲具有不同的脉冲高度，其中在此示例性地脉冲高度从脉冲至脉冲加倍。以每个脉冲向患者体内注射造影剂部分剂量，该造影剂部分剂量一方面通过脉冲高度给出而另一方面通过脉冲持续时间给出。所有造影剂部分剂量的和得出造影剂总剂量，其值在检查的准备阶段中规定并且存储在控制单元6访问的存储器中。只要控制单元6确定达到了造影剂总剂量，该控制单元6就停止注射装置8，而不管所规划的注射（在此为脉冲序列）是否完全实施。

在图3下图22中再次示出了在监视区域中造影剂浓度的时间变化K（t）。由于在脉冲序列中提高的脉冲高度，在每个循环持续时间T之后的局部最大值也提高。但在此基本上，在每次注射造影剂部分剂量之后的造影剂浓度的变化K（t）具有近似相同的斜率变化。

本发明不限于上面描述的实施例。相反，也可以由专业人员从中推导出本发明的其它变形，而不脱离本发明的内容。特别地，所有与实施例结合描述的各个特征也以不同的方式彼此组合，而不脱离本发明的内容。

Claims (11)

1.一种用于设备装置(2)的控制单元(6)，该设备装置(2)包括图像产生模态(4)和可控制的造影剂注射装置(8)，其中，所述注射装置(8)的注射率在数据采集期间依据特定于患者的循环持续时间(T)而变化，该特定于患者的循环持续时间(T)表明了血液体积遍历一次患者血液循环所需的持续时间，

其中，为了对于各自的数据采集确定所述特定于患者的循环持续时间(T)提供测量装置(4，10)，

其中，采用所述图像产生模态(4)以及分析单元(10)作为测量装置。

2.根据权利要求1所述的控制单元(6)，其中，对于各自的数据采集预先给定所述特定于患者的循环持续时间(T)。

3.根据权利要求1或2所述的控制单元(6)，其中，注射率的时间变化按照脉冲序列(12)的形式构成，并且其中，在所述脉冲序列(12)的脉冲(16，18)之间的时间间隔基本上相应于所述特定于患者的循环持续时间(T)。

4.根据权利要求3所述的控制单元(6)，其中，将所述脉冲(16，18)设置为基本上矩形的形状。

5.根据权利要求3所述的控制单元(6)，其中，不同地构造脉冲序列(20)的脉冲。

6.根据权利要求5所述的控制单元(6)，其中，通过各自的脉冲定义的造影剂部分剂量按照所述脉冲序列(20)从脉冲至脉冲地升高。

7.根据权利要求1或2所述的控制单元(6)，其中，设置了用于各自的数据采集的造影剂总剂量。

8.根据权利要求1或2所述的控制单元(6)，其中，依据所述特定于患者的循环持续时间(T)对于各自的数据采集预先给定造影剂总剂量。

9.根据权利要求1或2所述的控制单元(6)，其中，为了与所述设备装置(2)通信采用标准协议。

10.根据权利要求1或2所述的控制单元(6)，其中，所述控制单元通过所述图像产生模态(4)的中央控制单元(6)给出。

11.一种医学检查装置(2)，具有根据上述权利要求中任一项所述的控制单元(6)。