CN106880900B

CN106880900B - 用于自动确定造影剂注射方案的方法

Info

Publication number: CN106880900B
Application number: CN201611012661.1A
Authority: CN
Inventors: U·哈伯兰德; J·G·科尔波拉尔
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: DE102015222853A1; US20170147782A1; CN106880900A

Abstract

一种用于自动确定造影剂注射方案的方法。通常来说，本发明涉及用于自动确定针对被检查病人的造影剂注射方案的方法，包括以下步骤：a)提供多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数以及至少一个给定病人参考参数与至少一个给定造影剂注射方案参数的多个指派，(b)将至少一个病人参数与多个病人参考参数进行比较，病人参数基于病人信息，(c)基于步骤(b)，从多个病人参考参数中选择至少一个病人参考参数，(d)从多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数。

Description

用于自动确定造影剂注射方案的方法

技术领域

本发明涉及用于自动确定造影剂注射方案的方法。此外，本发明涉及用于产生关系数据库的方法，该关系数据库用于自动确定造影剂注射方案。此外，本发明涉及用于自动确定造影剂注射方案的关系数据库。本发明还涉及用于自动确定造影剂注射方案的造影剂注射方案设备。此外，本发明涉及医疗成像设施。最后，本发明涉及具有用于自动确定造影剂注射方案的计算机程序的计算机程序产品以及具有用于自动确定造影剂注射方案的计算机程序的计算机可读介质。

背景技术

利用现代成像方法的帮助，频繁地生成可用于呈现被检查的成像对象以及用于传统应用的两维或三维图像数据。

成像方法通常基于X射线的记录，生成所谓的投影测量数据。例如，投影测量数据可以通过计算机断层扫描系统(CT系统)的帮助来获取。通过CT系统，彼此相对地配置在机架上的X射线源和X射线检测器的组合通常在定位被检查对象(不失一般性，下文称为病人)的测量空间周围旋转。旋转中心(也称为“等中心”)与所谓的系统轴z一致。在一个或多个旋转中，用来自X射线源的X射线照射病人，利用相对的X射线检测器记录投影测量数据和/或X射线测量数据。

用于CT成像的X射线检测器通常具有多个检测单元，它们大多数以常规的像素阵列的形式来配置。每个检测单元都生成用于撞击检测单元的X射线的检测信号，其在特定时间关于X射线的强度和光谱分布进行分析，以得到关于被检查对象的结论并生成投影测量数据。

其他成像技术基于磁共振断层成像。当生成磁共振图像时，被检查对象被暴露于相对较高的恒定磁场，例如1.5特斯拉、3特斯拉或者在较新的大磁场系统中甚至为7特斯拉。然后，使用适当的天线设备发射高频激励信号，并且这导致给定磁场中的特定共振激励原子的核自旋被相对于恒定磁场的磁场线呈特定翻转角的高频场所倾斜。然后，使用适当的天线设备(其也可与发射天线设备相同)拾取在核自旋的松弛期间发射的高频信号(所谓的磁共振信号)。由此获取的原始数据最后被用于重构期望的图像数据。对于空间编码，在高频信号的发射和读出或接收期间，分别定义的磁场梯度被叠加在恒定的磁场上。

前述成像方法可用于不仅仅视觉地再现解剖结构。此外，通过所述成像方法还可以越来越多地致力于功能成像，利用其可以确定功能和/或动态测量变量(诸如，譬如血管中的血液流速的测量)。

在病人的功能连接以及身体结构的视觉化的情况下，所谓的造影剂(contrastagent)用于医疗成像。然而，在可以开始造影增强(contrast-enhanced)医疗成像之前，必须确保在造影剂注射到病人身体之后，造影剂实际存在于病人身体用于检查的区域中。

这通过造影剂注射和图像记录的协同控制来实现。这种协同控制所需的参数可以保存在造影剂注射方案中并用于控制。造影剂注射方案是造影剂被给予病人所依据的清楚指定的时间段，并且例如包括造影剂量、开始时间、流速和造影剂给予的结束时间。此外，造影剂注射方案还可以包括用于控制成像记录所需的参数，诸如成像记录的时间、扫描区域、扫描持续时间以及扫描方案的附加参数。造影剂注射参数基于经验值来建立，并且有时根据特定病人(例如，体重)并根据检查种类来调整。

存在通过执行所谓的团注(bolus)跟踪扫描(简称BT扫描)来使得造影剂的分布在身体中可见的选项—这在实际成像之前执行。这种BT扫描可以是依赖于时间的、低分辨率CT扫描，利用其记录用于检查的区域部分的时间密度曲线。对于BT扫描。这种部分通常包括在正交于z方向(成像系统的系统轴的方向)形成的以及查看的薄片。具体地，在BT扫描中，衰减值被记录为时间以及被检查区域部分中通常被发现动脉的空间的函数。如果注射的造影剂现在流过观察的动脉，则衰减值显著增加。如果超过衰减值的预定阈值(例如，150亨氏单位(HU))，则这可以解释为证明造影剂以充分的浓度存在于被检查区域中，并且开始实际的图像分析。使用BT扫描检查的部分的位置和大小通常还可以手动改变。

在DE 10 2012 209 410.5的之前专利申请中，描述了一种用于基于测试团注数据确定个体的病人特定的造影剂脉冲响应函数(以下还简称为“脉冲响应函数”或“病人函数”)的方法，利用该方法可以通过造影剂支持成像测量稍后进行造影剂路线的预测。该病人函数描述了测量测试团注时病人的心血管特性。原则上，用于任何注射方案的造影剂路线由此可以在假设各个病人函数在稍后时间仍然有效的情况下来预测。

然而，这些方法要求用户具有经验或者执行测试团注扫描并且不特别精确。通常，开始成像记录的时间被安排得太迟，由此延长了造影剂在病人中的总体时间。然而，原则上，目的是在保持造影剂在身体中尽可能短的持续时间，因为造影剂会对人体产生不利影响。如果成像记录开始太早，则这会导致图像质量的劣化。在最差情况下，甚至必须重复图像记录和造影剂给予，对病人产生附加的压力。

因此，本发明的目的在于开发一种与造影剂成像相关的确定造影剂注射方案的更精确且有效的方法。

发明内容

概括来说，本发明涉及一种用于自动地确定针对被检查病人的造影剂注射方案的方法，包括以下步骤：

a)提供多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数以及病人参考参数到造影剂注射方案参数之间的多个指派，

b)将至少一个病人参数与多个病人参考参数进行比较，病人参数基于病人信息，

c)基于步骤(b)，从多个病人参考参数中选择至少一个病人参考参数，

d)从多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数。

本发明涉及一种用于自动确定地针对被检查病人的造影剂注射方案的方法，包括以下步骤：

a)提供关系数据库，其具有多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数以及至少一个给定病人参考参数与至少一个给定造影剂注射方案参数之间的多个指派，

病人参数是可以基于病人信息针对病人确定的参数。

根据本发明的一个方面，病人参数基于从包括以下项的组中选择的病人信息：

i，临床信息，

ii，图像信息，尤其是图像质量信息，

iii，病人身份信息，

iv，检查档案信息，以及

v，(i)-(v)的组合。

病人信息可以包括临床信息。术语临床信息包括与病人的健康状态相关的所有数据和信息，包括年龄、性别、体重、身高、更年期/荷尔蒙状态、发病机理(etiopathological)数据、医疗历史数据、使用体外诊断方法(例如，血检或尿检)收集的数据、来自成像方法(例如，X射线程序、CT、MR、SPECT、PET、超声程序)的数据、电生理学数据、遗传数据、基因表现分析、活组织检查、来自临床表现的所有信息(包括手术发生和/或介入性的表现)。

具体地，病人临床信息例如包括年龄、性别、体重、身高、体质指数、血压、心率、通过心血管疾病的标记物得到的实验结果(例如，CRP、BNP、proBNP、NTproBNP等)、关于病人医疗的信息等。

病人参数可以包括图像信息，或者从图像信息中得到的信息，例如器官大小、血管直径、血管路线等。图像信息例如可以使用成像方法获取或者从先前的成像检查中得到。图像信息可以是静态或动态图像信息。图像信息例如可以通过CT扫描、MR扫描、CT血管造影检查或超声扫描得到。图像信息可以包括图像质量信息。

病人参数可以包括病人身份信息，例如病人姓名、出生日期、保险号码、身份号码等。

病人参数可以包括检查档案信息，即，来自先前检查中的信息，其特别地来自先前的成像检查以及特别地来自相同图像形式(针对其确定造影剂注射方案)的先前的成像检查。

病人参考参数是例如存储在关系数据库中的参数，并且可以指派给可通过病人确定的病人参数。在这方面中，病人参考参数可以与病人参数也相关的所有参数相关。此外，病人参考参数可以与病人参数的类别相关，例如年龄类别、体重类别、疾病类别和/或病人表现类别等。

从多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数基于选择的病人参考参数来进行。

关系数据库包括多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数、以及至少一个给定病人参考参数到至少一个给定造影剂注射方案参数的多个指派。病人参考参数和造影剂注射方案参数可以指派为1:1，但是还可以指派多次并且以复杂的方式指派。因此，造影剂注射方案参数可以被指派给多个病人参考参数。类似地，病人参考参数可以指派给多个造影剂注射方案参数。

指派可以相对于彼此进行加权，因此，给定的第一指派能够相对于给定的第二指派具有更大的权重。在这种情况下，例如，相对于给定第二指派，给定的第一指派对于确定所指派的造影剂注射方案参数而言将是决定性的。

根据本发明的一个方面，提供了确定多个病人参数并且基于其确定一个或多个病人参考参数。

根据本发明的方法可以通过造影剂注射方案设备来执行，其例如被设计为用于控制成像设备11和/或造影剂注射器的控制设备。

此外，本发明涉及用于产生用于自动确定造影剂注射方案的关系数据库的方法，其中，数据库具有多个病人参考参数和多个造影剂注射方案参数，其中，该方法包括以下步骤：

I，提供多个病人参考参数和多个造影剂注射方案参数，

II，将病人参考参数与造影剂注射方案参数相链接。

根据本发明的一个方面，提供了使用机器学习算法来进行步骤(II)。为此，可以使用对应的机器学习算法(例如，深度学习算法)来分析多个病人参考参数和多个造影剂注射方案参数的条目。这可以使用对应的计算机程序来进行。这能够在具有每个数据条目的数据库中自动生成新的指派。

此外，本发明涉及用于自动地确定造影剂注射方案的关系数据库，其具有多个病人参考参数和多个造影剂注射方案参数，其中，该数据库具有来自病人参考参数和来自造影剂注射方案参数的指派。

此外，本发明涉及一种造影剂注射方案设备，用于自动确定针对被检查病人的造影剂注射方案，包括：

a)关系数据库，具有多个病人参考信息、多个造影剂注射方案参数以及至少一个给定病人参考参数和至少一个给定造影剂注射方案参数之间的多个指派，

b)输入接口，用于基于病人信息项输入病人参数，

c)比较单元，用于将病人参数与多个病人参考参数进行比较，

d)选择单元，用于基于步骤(b)，从多个病人参考参数中选择病人参考参数，以及

e)确定单元，用于从多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数。

任选地，造影剂注射方案设备还具有输出接口，用于输出确定的造影剂注射方案参数。

此外，本发明涉及一种成像设备，尤其是计算机断层成像系统，具有根据本发明的造影剂注射方案设备。成像设备还可以具有造影剂注射设备，例如造影剂注射器。造影剂注射设备(例如，造影剂注射器)可以例如根据造影剂注射方案在限定时间处在限定时间段内以限定的流速和/或限定的流速路线配送限定量的造影剂。

此外，本发明涉及一种计算机程序产品，具有用于自动确定造影剂注射方案的计算机程序，计算机程序可以直接加载到成像设备(优选为计算机断层成像系统或磁共振断层成像系统)的控制设备的具有程序段的存储设备中，从而当在计算机断层成像系统的控制设备中执行计算机程序时，以用于根据本发明的方法的所有步骤。

此外，本发明涉及一种计算机可读介质，其上存储可由处理器单元输入和执行的程序段，从而当通过处理器单元执行程序段时，执行用于确定造影剂注射方案的方法的所有步骤。

使用现有数据，可以通过本发明优化即将到来的检查。如果可能利用造影剂增强的先前检查(例如，CT扫描)的图像质量特别好，则造影剂注射方案参数可以调整到先前检查的那些参数，以能够再次计算出特别好的图像。用于引入先前参数的原因可以是图像的可比性，例如为了在相同的注射条件下评估病灶大小。

如果检查同一病人，这可以是基于病人的，或者如果病人类似于数据可用的病人组，则还可基于群体或病人组。具有相似临床情况、心率和可能群组的组合的类似体重的人是示例。

可以从先前检查中存档的相关信息例如包括年龄、习惯、体重、身高、扫描参数、所有图像数据、心率、造影剂方案、测试团注数据和从中计算的病人响应函数(例如参见DE 102012 209 410.5)、或者团注跟踪数据和相关CT检查的数据。所得到的图像信息(例如，血管直径或身体区域/器官之间的距离)还可以从现有的图像信息中提取，利用该信息可以更加精确地预测/建模身体中的造影剂给予的路线。

为了与现有数据比较或者为了指派给群体，可以使用可从造影剂增强扫描中得到的所有参数，例如来自RIS(放射信息系统)的信息、来自定位片(topogram)的图像信息、年龄、习惯、体重、身高、扫描参数、心率等。

例如，可使用病人或病人组的响应函数来计算使用预设的造影剂注射方案参数的特定增强(＝特定结构中的造影剂的增强)而无需在扫描之前进行测试团注，或者调整扫描和造影剂注射方案参数以实现期望的增强。

类似地，现有病人响应函数可快速地预测延迟(＝时间间隔)直到团注跟踪扫描期间的峰值增强(＝最大增强)。所有所需为等待目标区域中的造影剂的到来，而不是等待达到特定的阈值。如果基于所得到的图像对预测进行比较，则本发明还可使用学习算法优化预测。

附图说明

以下，参照示例性和所示附图以示例性方式进一步说明本发明，其中：

图1是根据本发明的方法的概略图，

图2是根据本发明的医疗成像设备的概略图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法的概略图，其中，(a)提供多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数以及至少一个给定病人参考参数与至少一个给定造影剂注射方案参数之间的多个指派。例如，这可以在对应的关系数据库中提供。根据第一示例性实施例中，针对72岁、体重84kg和心绞痛的临床表现的病人来确定造影剂注射方案。

在又一步骤中，(b)将病人参数与多个病人参考参数进行比较。对于被检查病人的造影剂注射方案的自动确定，可以基于病人信息确定病人的一个或多个病人参数。为此，根据第一示例性实施例，可以确定临床信息中的一项或多项，例如年龄、体重或临床表现(即，特定临床情况的表现)。根据第一示例性实施例，该步骤包括：将被检查病人分类为多个病人类别中的病人类别。例如，病人可以指派给体重类别、年龄类别或病人表现类别(换句话说，具有特定临床情况的表现的病人类别)。因此，具有84kg体重的病人可以指派给“<60kg”、“60-70kg”、“70-80kg”、“80-90kg”或“>90kg”的多个示例性体重类别中“80-90kg”的体重类别。在这种情况下，指派的体重类别表示病人参考参数。代替各个病人参考参数，可以确定病人参考参数的组合，其中，从对应多个病人参考参数的组合中选择每个个体的病人参考参数，例如“80-90kg”的体重类别、“超过70岁”的年龄类别以及“心绞痛”的病人表现类别。

在又一步骤中，从基于步骤(b)得到的多个病人参考参数中选择(c)病人参考参数。根据第一示例性实施例，由此现在选择病人参考参数的组合，因此为“80-90kg”的体重类别、“超过70岁”的年龄类别以及“心绞痛”的病人表现类别。

在又一步骤中，基于选择的病人参考参数，从多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数(d)。通过至少一个给定病人参考参数向至少一个给定造影剂注射方案参数的给定指派，至少一个或多个造影剂注射方案参数可以针对所选的病人参考参数来确定或者针对多个病人参考参数的组合来确定。根据第一示例性实施例，以这种方式，对于具有84kg的体重以及心绞痛的临床表现的72岁年老病人的造影剂注射方案参数的最佳组合可以被确定。造影剂注射方案包括以这种方式确定的造影剂注射方案参数。

在又一步骤(e)中，向成像设备和/或造影剂注射器输出或转送一个或多个确定的造影剂注射方案参数来用于成像的协同控制，并且随后可选地进行造影剂注射。

根据又一示例性实施例，可以基于检查档案信息(换句话说，关于先前检查的信息)来确定病人参数。可以对同一病人或对应病人类别(也被指派给被检查病人)的病人来执行先前的检查。

根据又一示例性实施例，特别地，可以将病人身份信息确定为病人信息，该病人信息使得能够清楚地确立病人的身份。病人的身份可以作为病人参考参数存储在例如关系数据库中。因此，通过向造影剂注射方案参数指派病人参考参数，可以参考来自涉及相同病人的先前检查中的造影剂注射方案参数。

根据又一示例性实施例，特别地，可以确定基于图像信息(特别地为图像质量信息)的病人信息。该图像信息病人参数可以指派给对应的图像信息病人参考参数。因此，例如，通过向造影剂注射方案参数指派病人参考参数，可以参考来自具有尤其良好的图像质量的先前检查中的造影剂注射方案参数。

图2示出了成像设备1。成像设备1例如可以是计算机断层成像设备。成像设备1包括造影剂注射方案设备3、4、5、7、9、9’。

造影剂注射方案设备包括关系数据库7，其具有多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数以及病人参考参数到造影剂注射方案参数的多个指派。

造影剂注射方案设备还包括输入接口4、5，用于基于病人信息输入病人参数。

在图2的示例性实施例中，造影剂注射方案设备包括中央单元3，其具有用于将病人参数与多个病人参考参数进行比较的比较单元、用于基于步骤(b)从多个病人参考参数中选择病人参考参数的选择单元、以及用于从多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数的确定单元。

造影剂注射方案设备还包括输入接口9、9’，以输出确定的造影剂注射方案参数。

造影剂注射方案参数例如可以经由输出接口输出至成像设备11和/或造影剂注射器13来用于成像和造影剂注射的协同控制。成像设备例如可以包括计算机断层成像系统和/或设备，或者磁共振断层成像系统和/或设备。

可以通过造影剂注射方案设备来执行根据本发明的方法，该设备例如被设计为控制设备3来用于成像设备11和/或造影剂注射器13的控制。

Claims

1.一种用于自动确定针对被检查病人的造影剂注射方案的方法，包括以下步骤：

(a)提供关系数据库，所述关系数据库具有多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数、以及至少一个给定病人参考参数与至少一个给定造影剂注射方案参数之间的多个加权指派，

(b)将至少一个病人参数与所述多个病人参考参数进行比较，所述至少一个病人参数基于病人信息，

(c)基于步骤(b)，从所述多个病人参考参数中选择至少一个病人参考参数，

(d)从所述多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述病人参数基于从包括以下项的组中选择的病人信息：

i，临床信息，

ii，图像信息，尤其是图像质量信息，

iii，病人身份信息，

iv，检查档案信息，以及

v，(i)-(iv)的组合。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括：从多个病人中将所述被检查病人分类到病人类别的步骤。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，还具有步骤(e)，包括：向成像设备和/或造影剂注射器转送所述至少一个造影剂注射方案参数。

5.一种用于产生用于自动确定造影剂注射方案的关系数据库的方法，其中，所述数据库具有多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数、以及至少一个病人参考参数到至少一个造影剂注射方案参数的多个加权指派，其中所述病人参考参数是存储在所述关系数据库中的参数，并且能够被指派给能通过病人确定的病人参数，其中所述方法包括以下步骤：

I，提供多个病人参考参数和多个造影剂注射方案参数，

II，对至少一个病人参考参数到至少一个造影剂注射方案参数进行加权指派。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用机器学习算法来进行步骤(II)。

7.一种用于自动地确定造影剂注射方案的关系数据库，具有多个病人参考参数和多个造影剂注射方案参数，其中，所述数据库包括对至少一个病人参考参数到至少一个造影剂注射方案参数的多个加权指派；其中所述病人参考参数是存储在所述关系数据库中的参数，并且能够被指派给能通过病人确定的病人参数。

8.一种造影剂注射方案设备，用于针对被检查病人自动确定造影剂注射方案，包括：

a)关系数据库，具有多个病人参考参数、多个造影剂注射方案参数、以及至少一个给定病人参考参数到至少一个给定造影剂注射方案参数的多个加权指派，其中所述病人参考参数是存储在所述关系数据库中的参数，并且能够被指派给能通过病人确定的病人参数；

b)输入接口，用于基于病人信息输入病人参数，

c)比较单元，用于将所述病人参数与所述多个病人参考参数进行比较，

d)选择单元，用于基于步骤(b)从所述多个病人参考参数中选择病人参考参数，以及

e)确定单元，用于从所述多个造影剂注射方案参数中确定至少一个造影剂注射方案参数。

9.根据权利要求8所述的造影剂注射方案设备，还具有输出接口，所述输出接口用于输出所确定的造影剂注射方案参数。

10.一种成像设备，具有根据权利要求8所述的造影剂注射方案设备。

11.根据权利要求10所述的成像设备，还具有造影剂注射设备。

12.根据权利要求10或11所述的成像设备，其中所述成像设备是计算机断层成像系统或磁共振断层成像系统。

13.一种计算机可读介质，其上存储能够由处理器单元输入和执行的程序段，从而当通过所述处理器单元执行所述程序段时，执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法的所有步骤。