專利名稱：預測生命體內(nèi)造影劑流動的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種預測造影劑在生命體內(nèi)、尤其是在患者體內(nèi)的流動的方法，其中將包含具有公知注射流動變化過程的造影劑的確定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中，利用斷層造影方法在包含多個測量時刻的有限時間段Z期間觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個地點的時間濃度變化過程，并從獲得的關于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中利用線性原因/效果依據(jù)預測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時間變化過程。
背景技術：
對于斷層造影方法，尤其是在計算機斷層造影或NMR斷層造影領域的斷層造影方法，由于在對特定身體區(qū)域顯示中出現(xiàn)的小對比度，因此為了顯示該特定身體區(qū)域優(yōu)選施加造影劑，由此獲得該身體區(qū)域的對比度較強的圖像。但造影劑大多具有缺點，即其從生物學觀點來看難以吸收，因此其劑量應當保持盡可能地小。但由于被檢查體的生物可變性，無法對一種特定造影劑在體內(nèi)的觀察點的濃度變化過程是如何隨著時間發(fā)展的得出足夠精確和適用于普遍情況的結論。因此對于被檢查體來說必須基于造影劑或測試藥丸的測試注射來觀察該測試注射的效果，尤其是注射之后濃度值在被檢查體內(nèi)的感興趣地點的時間變化過程。
在結合CT檢查的應用中，在測試藥丸注射后的一段特定時間內(nèi)，并且在采用盡可能少的輻射劑量的條件下，間接通過出現(xiàn)的HU值的變化來測量濃度。由于只對造影劑的成像作用感興趣，并且在造影劑的成像效果和濃度之間形成線性關系，因此關于造影劑的絕對濃度的結論還不知道而且也是次要的。這種測試檢查的圖像的分辨率也是很低的。
公知基于對這種測試藥丸的效果的認識利用傅立葉變換預先計算正式的造影劑注入效果，并由此確定必須的造影劑劑量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，找到一種改進的預測方法，可以對檢查特定身體區(qū)域所必需的造影劑劑量作出更準確的預測。
發(fā)明人已經(jīng)具有如下認識為了對應于上述技術問題找到一種更好的方法，該方法從測試藥丸注射之后的增強值的時間變化過程中預測在另一次不同的注射之后在相同地點的增強值的時間變化。這應用于優(yōu)化的造影劑方案規(guī)劃。在此增強值應理解為造影劑在圖像顯示中的濃度改變的效果。在CT檢查中增強值例如是所確定的HU值。
測試藥丸的變化過程可以通過以下線性函數(shù)表示bT(t)＝FTΘ(t-t0T)Θ(tFT-t)(1)其中FT表示流速，t0T和tFT表示測試藥丸bT(t)的開始時間和結束時間。在此Θ(t)表示如下定義的海維希德函數(shù)或所謂的階梯函數(shù)Θ(t)=1t>00t<0···(2).]]>已消耗的造影劑的量作為FT(tFT-t0T)給出。增強值cT(t)基于測試藥丸的注入在預定位置的變化過程通過下式給出cT(t)=c0+c~T(t)···(3)]]>其中，在CT檢查的情況下c0表示沒有注入造影劑時的HU值， 是由造影劑引起的分量。由這些數(shù)據(jù)可以預則正式的、也就是用于檢查的藥丸注入在相同位置的增強值的變化過程cR(t)cR(t)=c0+c~R(t)···(4)]]>這在改變了的造影劑藥丸bR(t)以下式被應用或者說注射時成立bR(t)＝FRΘ(t-t0R)Θ(tFR-t) (5)公知通過簡單的和相應于延長的藥丸注射時間而錯開累加測得的測試藥丸曲線可以推導出正式的藥丸注入和由此產(chǎn)生的造影劑濃度。該方法的功效很可靠，但其缺點是將造影劑流動的持續(xù)時間限制為測試藥丸的持續(xù)時間的整數(shù)倍。
同樣還公知采用對所測量的測試藥丸曲線的傅立葉變換來推導出正式的藥丸注入效果。通過對測試藥丸曲線進行傅立葉變換的變通方式，可以避開持續(xù)時間是測試藥丸持續(xù)時間整數(shù)倍的限制。但由于測試藥丸曲線一般由少數(shù)強噪聲數(shù)據(jù)點組成，因此傅立葉變換的計算在數(shù)值上非常不穩(wěn)定，并由此不適用于臨床上日常記錄的數(shù)據(jù)。
此外這兩種方法還在測試藥丸數(shù)據(jù)不包括整個增強曲線、也就是掃描得太早或太晚時出現(xiàn)問題。由于對于穩(wěn)定的預測造影劑再循環(huán)也起著很重要的作用，因此對這兩種方法都必須對測試藥丸實際進行很長時間的測量。
根據(jù)本發(fā)明上述問題是通過另一種計算方法來解決的，該方法也是基于線性原因/效果關系。此外對于在測試運行期間沒有測量的檢查時間段采用一個生理模型進行預測。
采用簡單線性法則進行的預測該方法的重要假定是原因(＝造影劑注入)和作用效果(在CT檢查的情況下是HU值的提高)之間的線性性。該假定可以通過以下數(shù)學關系表達c~(t)=∫-∞∞dt′k(t-t′)b(t′)···(6)]]>其中b在以下表示藥丸曲線，c表示造影劑曲線。k在此是特定于患者的并描述身體對注入造影劑的反應。
如果考察該公式的傅立葉變換，則得出C~(ξ)=K(ξ)B(ξ)···(7)]]>其中函數(shù)f(t)的傅立葉變換在此通過下式給出F(ξ)=∫-∞∞dtf(t)exp(iξt).···(8)]]>關系式(7)既適用于測試藥丸也適用于待預測的藥丸。這樣利用測試藥丸來確定K(ξ)，其中ξ是傅立葉空間中隨時間變化的變量K(ξ)=C~T(ξ)BT(ξ)···(9)]]>從而能隨后用下面的公式確定濃度變化的傅立葉變換 C~R(ξ)=BR(ξ)BT(ξ)C~T(ξ).···(10)]]>然后通過反向傅立葉變換
f(t)=12π∫-∞∞dξF(ξ)exp(-iξt)···(11)]]>給出所尋找的函數(shù) 該過程一般用于通過傅立葉變換確定造影劑的變化過程。但由于測試藥丸的傅立葉變換已知，因此可以針對一次藥丸注射的任意另一個矩形來預測造影劑變化過程，還可以對完全任意的造影劑注射來預測造影劑變化過程。在此“矩形”應理解為在注射期間造影劑在特定時間段內(nèi)的恒定流量，其被圖形地和理想地表示為矩形。對于任意另一個矩形，也遵守上述詳細的公式推導，任意的注射曲線也遵守該最終結果。
兩個藥丸(1)和(5)的傅立葉變換通過下式給出BI(ξ)=FI1iξ(exp(iξtFI)-exp(iξt0I))···(12)]]>從而所尋找的增強曲線的傅立葉變換是C~R(ξ)=FRFTexp(iξtFR)-exp(iξt0R)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)C~T(ξ).···(13)]]>所尋找的增強曲線則通過下式給出c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξt)exp(iξtFR)-exp(iξt0R)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)C~T(ξ).···(14)]]>該表達式可以在不知道傅立葉變換 情況下積分，其中展開所出現(xiàn)的相位因子exp(iξtFR)-exp(iξt0R)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)=exp(iξt0R)1-exp(iξΔR)exp(iξt0T)1-exp(iξΔT)]]>=exp(iξt0R)exp(iξt0T)(1-exp(iξΔR))Σn=0∞(exp(iξΔT))n]]>=exp(iξt0R)exp(iξt0T)(1-exp(iξΔR))Σn=0∞(exp(inξΔT)···(15)]]>其中采用了簡化式ΔI＝tFI-t0I。由此給出c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξ(t-t0R+t0T))(1-exp(iξΔR))Σn=0∞exp(inξΔT)C~T(ξ)]]>=12πFRFTΣn=0∞∫-∞∞dξ(1-exp(iξΔR))exp(-iξ(t-t0R+t0T+nΔT)))C~T(ξ).···(16)]]>=FRFTΣn=0∞(c~T(t-t0R+t0T-nΔT)-c~T(t-tFR+t0T-nΔT))]]>
所出現(xiàn)的無窮和表示對于具體的計算是沒有問題的，因為所出現(xiàn)的測試藥丸的響應函數(shù) 分別在特定時刻之前和之后被假定為消失，也就是說，只要還沒有藥丸流動或者在注射之后過了一段較長時間還沒有藥丸流動，則可以不觀察增強。因此在實際情況下只需累加有限數(shù)目的和項。
此外當待預測的造影劑變化過程的持續(xù)時間不是測試藥丸持續(xù)時間的整數(shù)倍時，該公式還表示對簡單累加的概括，對于整數(shù)倍來說該公式減小為一個簡單和，其中測試藥丸曲線隨時間的推移而累加。
對于一般的造影劑變化過程bR(t)來說，類似地給出c~R(t)=12πiFT∫-∞∞dξξexp(-iξt)BR(ξ)exp(iξtFT)-exp(iξt0T)C~T(ξ).···(17)]]>通過展開分母并利用以下認知FT(b′R)(ξ)＝-iξBR(ξ) (18)得到c~R(t)=12π1FTΣn=0∞∫-∞∞dξexp(-iξ(t+t0T-nΔT))FT(b′R)(ξ)C~T(ξ)···(19)]]>=1FTΣn=0∞∫-∞∞dt′c~T(t+t0T-nΔT-t′)b′R(t′)···(20)]]>從而對于任意造影劑變化過程也只需要數(shù)據(jù)而不需要其傅立葉變換。
利用該方法基本上覆蓋了事先通過基于測試藥丸注入的測量值而被測量過的預測時間段。如果還要對超過測試測量的中斷時刻進行預測，則發(fā)明人建議，還采用簡單的生理模型并從中獲得預測值。
為此采用生理系統(tǒng)的以下特定差分方程∂∂tb(x,t)+v∂∂xb(x,t)-D∂2∂x2b(x,t)=Fδ(1)(x)Θ(t-t0)Θ(tF-t)···(21)]]>其中方程式左端是一維的導熱方程，其通過右端的一個源項得到補充。
該右側(cè)的源項描述測試藥丸，其中F表示流速，t0和tF表示觀察的開始和結束時間。一維的Delta函數(shù)δ(1)(x)在此描述在開始位置0的注射穿刺點。左側(cè)基本上由兩個過程確定造影劑以漂移速度v運動，同時剛開始為矩形的測試藥丸以擴散常量D擴散。在此通過擴散常量D來基本上描述穿越時間差，并模擬血流速度的波動。
該差分方程的解通過確定該差分算子的Green函數(shù)來給定(∂∂t+v∂∂x-D∂2∂x2)G(x-x′,t-t′)=δ(1)(x-x′)δ(1)(t-t′)···(22)]]>由此接著可以用下式直接給出差分方程的解b(x,t)=∫-∞∞Fδ(1)(x′)Θ(t′-t0)Θ(tF-t′)G(x-x′,t-t′)dt′dx′.···(23)]]>一維導熱方程的Green函數(shù)具有下列形式G(x-x′,t-t′)=Θ(t-t′)14D(t-t′)πexp(-(x-x′-v(t-t′))24D(t-t′))···(24)]]>由此給出了差分方程的解，如下所示b(x,t)=∫-∞∞Fδ(1)(x′)Θ(t′-t0)Θ(tF-t′)G(x,t;x′,t′)dt′dx′]]>=F∫-∞∞dt′Θ(t′-t0)Θ(tF-t′)Θ(t-t′)14D(t-t′)πexp(-(x-v(t-t′))24D(t-t′))]]>=FΘ(t-t0)(Θ(tF-t)∫t0tdt′+Θ(t-tF)∫t0tFdt′)14D(t-t′)πexp(-(x-v(t-t′))24D(t-t′))]]>=F2vΘ(t-t0)(Θ(tF-t)(1-exp(xvD)+exp(xvD)Erf(x+v(t-t0)4D(t-t0))-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0)))]]>+Θ(t-tF)(exp(xvD)Erf(x+v(t-t0)4D(t-t0))-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0))]]>-exp(xvD)Erf(x+v(t-tF)4D(t-tF))+Erf(x-v(t-tF)4D(t-tF))))···(25)]]>誤差函數(shù)Erf通過下式給出Erf(x)=2π∫-∞xexp(-t2)dt.···(26)]]>由于誤差函數(shù)只對其自變數(shù)的零點附近的值才具有不等于±1的值，因此可如下近似對x＞0和v＞0時的解b(x,t)=F2vΘ(t-t0)(Θ(tF-t)(1-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0)))]]>+Θ(t-tF)(Erf(x-v(t-tF)4D(t-tF)))-Erf(x-v(t-t0)4D(t-t0)))]]>因此如果通過下式描述測試藥丸曲線
b(x,t)=c0+CΘ(t-t0T)(Θ(tFT-t)(1-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>+Θ(t-tFT)(Erf(AB-(t-tFT)(t-tFT)))-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))···(27)]]>則通過下式給出所尋找的造影劑曲線b(x,t)=c0+CFRFTΘ(t-t0R)(Θ(tFR-t)(1-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>+Θ(t-tFR)(Erf(AB-(t-tFR)(t-tFR)))-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R))).···(28)]]>因此，通過對測試藥丸曲線的擬和確定差分方程的自由參數(shù)，從而能隨后用這些參數(shù)進行預測。
或者，在本發(fā)明的范圍中還可以用Gamma變量分布來匹配該生理函數(shù)，但由此也可以非完全地描述測試藥丸曲線。
根據(jù)上述展示的基本思想，發(fā)明人建議對于本身公知的用于預測生命體內(nèi)、尤其是患者體內(nèi)造影劑流動的方法，其中將包含具有公知注射流動變化過程的造影劑的特定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中；利用斷層造影方法在包含多個測量時刻的有限時間段z期間觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個地點的時間濃度變化過程；并從獲得的關于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中借助線性原因/效果依據(jù)預測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時間變化過程，這樣進行改進，其中為了預測造影劑在體內(nèi)至少一個事先測量過的地點x的時間上的濃度變化過程 而采用以下計算公式c~R(t)=1FTΣn=-∞∞∫-∞∞dt′c~R(t+t0T-nΔT-t′)b′R(t′)]]>其中， 為對應于從時刻t推移到時刻t+t0T-nΔT-t′的濃度，F(xiàn)T為測試藥丸的造影劑的流速，b′R(t′)為所注入的造影劑藥丸的變化過程的時間導數(shù)，t為預測時刻t’對應于積分變量。
在此要指出，所給定的從-∞到+∞的界限當然是理論上的，實際中替換成測量前后相應距離較遠的時刻。
在采用在注射時間期間具有恒定流量的造影劑注射來作為測試藥丸和要計算的正式藥丸的情況下，建議用以下公式計算濃度變化過程 的預測c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξ(t-t0R+toT))(1-exp(iξΔR))Σn=0∞exp(inξΔT)C~T(ξ)]]>=12πFRFTΣn=0∞∫-∞∞dξ(1-exp(iξΔR))exp(-iξ(t-t0R+t0T+nΔT)))C~T(ξ)]]>=FRFTΣn=0∞(c~T(t-t0R+t0T-nΔT)-c~T(t-tFR+t0T-nΔT))]]>其中采用以下標記FT為測試藥丸的造影劑的流速FR為正式藥丸的造影劑的流速ξ為積分變量t0R為正式藥丸的起始時刻t0T為測試藥丸的起始時刻。
如果另外在不存在來自測試藥丸注射的測量值的時刻根據(jù)生理計算模型預測造影劑濃度，則本發(fā)明是很有利的。
在此作為生理計算模型，優(yōu)選采用以下差分方程∂∂tb(x,t)+v∂∂xb(x,t)-D∂2∂x2b(x,t)=Fδ(1)(x)Θ(t-t0)Θ(tF-t)]]>其中采用以下標記b(x，t)為藥丸在時刻t位置x的濃度變化F為造影劑的流量δ(1)為Delta函數(shù)，Θ(t-t0)為用于描述藥丸注射的開始的海維賽德階梯函數(shù)Θ(tF-t)為用于描述藥丸注射的結束的海維賽德階梯函數(shù)。
根據(jù)該生理模型，為了預測沒有來自測試藥丸注射的測量值的時刻，首先用以下函數(shù)近似測試藥丸注射之后的測量的濃度變化過程
b(x,t)=c0+CΘ(t-t0T)(Θ(tFT-t)(1-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>+Θ(t-tFT)(Erf(AB-(t-tFT)(t-tFT)))-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>接著用這樣計算出的參數(shù)A、B、C和c0根據(jù)以下公式估計期待的濃度變化過程b(x,t)=c0+CFRFTΘ(t-t0R)(Θ(tFR-t)(1-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>+Θ(t-tFR)(Erf(AB-(t-tFR)(t-tFR)))-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>其中采用以下標記A為第一函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的寬度間接成正比，B為第二函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的峰值成正比，b(x，t)為藥丸在時刻t位置x的濃度變化C為第三函數(shù)常量，與測試藥丸曲線下包含的面積成正比，c0為在注射造影劑藥丸之前的增強值，Erf()為誤差函數(shù)，F(xiàn)R為正式藥丸的造影劑的流速，F(xiàn)T為測試藥丸的造影劑的流速，tFR為正式藥丸的結束時刻，tFT為測試藥丸的結束時刻，t0R為正式藥丸的起始時刻，t0T為測試藥丸的起始時刻，x為被觀察地點Θ為用于描述藥丸注射的開始和結束的海維賽德階梯函數(shù)。
如果對于預測時刻既根據(jù)線性模型預測又根據(jù)生理模型預測，則可以采用兩個預測值的簡單平均值或兩個預測值的加權平均值。


下面借助附圖中結合優(yōu)選實施例詳細解釋本發(fā)明，其中采用以下附圖標記1計算機斷層造影系統(tǒng)；2X射線管；3檢測器；4系統(tǒng)軸；5外殼；6可移動患者臥榻；7患者；8自動注射器的控制導線；9計算單元；10數(shù)據(jù)和控制導線；11受控的注射單元；12靜脈入口；13對造影劑濃度的預定目標輸入；14-17增強曲線；18預測曲線；18+圖18的預測范圍的統(tǒng)計上限；18-曲線18的預測范圍的統(tǒng)計下限；19，20觀察測試藥丸注入的時限；A第一函數(shù)常量，基本上間接與測試藥丸曲線的寬度成正比；B第二函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的峰值成正比；b(x，t)藥丸在時刻t在地點x的濃度變化；C第三函數(shù)常量，與測試藥丸曲線下包含的面積成正比；c0在注射造影劑藥丸之前的增強值；Erf()誤差函數(shù)；FR正式藥丸的造影劑流速；FT測試藥丸的造影劑流速；tFRFR的預測時刻；tFTFT的測試時刻；t0RFR預測的起始時刻；t0TFT的起始時刻；t1-pN程序和程序模塊；x被觀察地點。
具體示出圖1示出CT系統(tǒng)的示意圖；圖2示出測試藥丸注射的流程；圖3示出注射測試藥丸之后的濃度變化過程；圖4示出正式的造影劑注射的期望的、預測的濃度變化過程；圖5示出圖4的正式造影劑注射的流程；圖6示出測試藥丸注射之后的增強數(shù)據(jù)的理論變化過程；圖7示出正式的造影劑注射之后增強數(shù)據(jù)的預測變化過程；圖8示出具有附加顯示的造影劑注射之后測量值的圖7。
具體實施例方式
圖1示出優(yōu)選采用本發(fā)明方法的計算機斷層造影系統(tǒng)1，其以不同的形式采用。在所示例子中該計算機斷層造影系統(tǒng)1具有X射線管2和與其相對設置的檢測器3，它們可旋轉(zhuǎn)地設置在一個支架上。在X射線管2和檢測器3旋轉(zhuǎn)期間，患者7在患者臥榻6上沿著系統(tǒng)軸4移動地經(jīng)過X射線管2和檢測器3，從而相對于患者進行螺旋形掃描。X射線管2和檢測器3與支架一起位于外殼5中，外殼5通過數(shù)據(jù)和控制導線10與計算單元9連接。為了注射造影劑由計算單元9通過控制導線8控制注射器11，該注射器11通過靜脈入口12以期望的流速并在期望的時刻向患者注入造影劑。
如果注射所謂的測試藥丸，則注射器上的造影劑流速就如圖2所示。圖2示出時間軸t上的流速FT。測試藥丸的注射在時刻t0T開始，并具有以陰影示出的矩形變化過程。
由于這種測試藥丸注射和測試藥丸注射期間進行的測試掃描，可以確定在測試藥丸注射之后發(fā)生的體內(nèi)造影劑分布。
圖3示出增強曲線，也就是造影劑在患者的被觀察位置(如心臟的心房)的圖像響應。在縱坐標上繪出濃度值cT(x)，其與從圖像顯示中測量的增強值相關。所顯示的造影劑在被檢查地點隨時間變化的濃度曲線展示出典型的陡峭上升和大致對應于測試藥丸注射的持續(xù)時間的短暫的平穩(wěn)，以及接下來的陡峭下降和后面緩慢停下的低平穩(wěn)。
這種造影劑注入的目的是，在利用計算機斷層造影設備進行斷層造影檢查期間獲得被觀察區(qū)域內(nèi)的足夠造影劑濃度，以保證例如對心臟動脈的很好的顯示。因此需要造影劑具有允許相應顯示的特定濃度。但同時濃度不應當過高，因為應當將造影劑的負生物作用保持得盡可能地小。
圖4用陰影矩形示出在預定時間間隔期間造影劑濃度的這種期望范圍13，該時間間隔對應于檢查時間間隔。由于測試藥丸數(shù)據(jù)已知，現(xiàn)在應當進行正式的造影劑注射，其最后會導致造影劑濃度在掃描期間的足夠的、但不是太大的變化。
圖5示例性示出流速FR的這種變化過程，這可以通過本發(fā)明的方法找出。
圖6示出一系列測量點，表示為關于時間t的HU值，如對于測試藥丸(對應于圖2)來說在心房區(qū)域內(nèi)找出的。時間t0在此對應于測試藥丸注射的開始t0T。除了基于測試藥丸注射確定的HU值之外還顯示出點式的三條曲線，其中第一陡峭曲線14對應于造影劑從注射位置到測量位置的直接傳送。下一條較小的曲線15示出慣性的較慢的造影劑，最后曲線16示出由于造影劑在血液循環(huán)中的再循環(huán)而造成的影響。曲線14至16的累加對應于體內(nèi)所有三種效果的和，并對應于在觀察點x的實際發(fā)現(xiàn)的濃度變化過程17。
如果基于圖6中顯示的測試藥丸的測量值和先前示出的計算方法預先計算預測的濃度值，或者說在此是按照HU單位的增強值，則給出如圖7所示的曲線18。在曲線18上面的曲線18+和下面的曲線18-分別限定了期待的統(tǒng)計置信區(qū)間。在優(yōu)選的將線性依據(jù)與生理依據(jù)組合的計算方法中，可以超過測試藥丸的測量時間邊界(該邊界在此通過垂直的虛線19和20來表示)來預測期待的濃度值，從而在圖7中通過生理模型近似越過時間邊界20的預測值。
圖8中示出以空正方形表示的實際確定的值和理論預測曲線18之間的比較。
可以理解，本發(fā)明的上述特征不僅能以給定的組合，還能在不偏離本發(fā)明范圍的情況下以其它組合或單獨使用。
此外還要指出，本發(fā)明的方法不僅可用于計算機斷層造影系統(tǒng)，還能用于NMR斷層造影系統(tǒng)或與C型X射線系統(tǒng)一起使用。
總之，通過本發(fā)明的方法改善了對造影劑注射之后增強值的預測，并由此在推斷時表現(xiàn)出一種改善了的可能性，即如何基于給定的或期望的患者體內(nèi)預定地點的造影劑濃度來預先計算對應的造影劑濃度，尤其是還有其時間變化過程。
權利要求
1.一種預測生命體內(nèi)、尤其是在患者體內(nèi)造影劑流動的方法，其中1.1.將包含具有公知注射流動變化過程的造影劑的特定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中，1.2.利用斷層造影方法在包含多個測量時刻的有限時間段Z期間觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個地點的時間濃度變化過程，1.3.從獲得的關于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中，利用線性原因/效果依據(jù)來預測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時間變化過程，其特征在于，1.4.為了預測造影劑在體內(nèi)至少一個事先測量過的地點的時間濃度變化過程 采用以下計算公式c~R(t)=1FTΣn=-∞∞∫-∞∞dt′c~R(t+t0T-nΔT-t′)b′R(t′)]]>其中， 為對應于從時刻t推移到時刻t+t0T-nΔT-t′的濃度，F(xiàn)T為測試藥丸的造影劑的流速，b′R(t′)為所注入的造影劑藥丸的變化過程的時間導數(shù)，t為預測時刻t’對應于積分變量。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，采用在注射時間期間具有恒定流動的造影劑注射來作為測試藥丸和最終要計算的藥丸，并用以下公式計算濃度變化過程 的預測c~R(t)=12πFRFT∫-∞∞dξexp(-iξ(t-t0R+t0T))(1-exp(iξΔR))Σn=0∞exp(inξΔT)C~T(ξ)]]>=12πFRFTΣn=0∞∫-∞∞dξ(1-exp(iξΔR))exp(-iξ(t-t0R+t0T+nΔT))C~T(ξ)]]>=FRFTΣn=0∞(c~T(t-t0R+t0T-nΔT)-c~T(t-tFR+t0T-nΔT))]]>其中采用以下標記FT為測試藥丸的造影劑流速，F(xiàn)R為正式藥丸的造影劑流速，ξ為積分變量，t0R為正式藥丸的起始時刻，t0T為測試藥丸的起始時刻。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了預測不存在來自測試藥丸注射的測量值的時刻，根據(jù)生理計算模型預測所述造影劑濃度。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，作為生理計算模型采用以下差分方程∂∂tb(x,t)+v∂∂xb(x,t)-D∂2∂x2b(x,t)=Fδ(1)(x)Θ(t-t0)Θ(tF-t)]]>其中采用以下標記b(x，t)為藥丸在時刻t在地點x的濃度變化，F(xiàn)為造影劑的流動，δ(1)為Delta函數(shù)，Θ(t-t0)為用于描述藥丸注射的開始的海維賽德階梯函數(shù)，Θ(tF-t)為用于描述藥丸注射的結束的海維賽德階梯函數(shù)。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其特征在于，為了預測不存在來自測試藥丸注射的測量值的時刻，首先用以下函數(shù)近似測試藥丸注射之后的測量的濃度變化過程b(x,t)=c0+CΘ(t-t0T)(Θ(tFT-t)(1-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>+Θ(t-tFT)(Erf(AB-(t-tFT)(t-tFT)))-Erf(AB-(t-t0T)(t-t0T)))]]>接著用這樣計算出的參數(shù)A，B，C，c0根據(jù)以下公式估計期待的濃度變化過程b(x,t)=c0+CFRFTΘ(t-t0R)(Θ(tFR-t)(1-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>+Θ(t-tFR)(Erf(AB-(t-tFR)(t-tFR)))-Erf(AB-(t-t0R)(t-t0R)))]]>其中采用以下標記A為第一函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的寬度間接成正比，B為第二函數(shù)常量，基本上與測試藥丸曲線的峰值成正比，b(x，t)為藥丸在時刻t在地點x的濃度變化，C為第三函數(shù)常量，與測試藥丸曲線下包含的面積成正比，c0為在注射造影劑藥丸之前的增強值，Erf()為誤差函數(shù)，F(xiàn)R為正式藥丸的造影劑的流速，F(xiàn)T為測試藥丸的造影劑的流速，tFR為正式藥丸的結束時刻，tFT為測試藥丸的結束時刻，t0R為正式藥丸的起始時刻，t0T為測試藥丸的起始時刻，x為被觀察地點，Θ為用于描述藥丸注射的開始和結束的海維賽德階梯函數(shù)。
6.根據(jù)權利要求3至5中任一項所述的方法，其特征在于，對于根據(jù)線性模型和生理模型進行預測的時刻，采用兩個預測值的平均值。
7.根據(jù)權利要求3至5中任一項所述的方法，其特征在于，對于根據(jù)線性模型和生理模型進行預測的時刻，采用兩個預測值的加權平均值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預測造影劑在生命體內(nèi)、尤其是在患者體內(nèi)的流動的方法，其中將包含具有公知注射流動變化過程的造影劑的特定測試藥丸注入體內(nèi)，優(yōu)選注入血管、特別是靜脈中，利用斷層造影方法在包含多個測量時刻的有限時間段Z期間觀察和確定造影劑在體內(nèi)至少一個地點的時間濃度變化過程，從獲得的關于造影劑分布的測量數(shù)據(jù)中，利用線性原因/效果依據(jù)來預測另一次造影劑注入的造影劑濃度的時間變化過程，為了預測造影劑在體內(nèi)至少一個事先測量過的地點x的時間濃度變化過程
文檔編號A61B5/00GK1820710SQ20061000703
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權日2005年2月14日
發(fā)明者厄恩斯特·克洛茨, 安娜貝拉·勞舍爾 申請人:西門子公司