Перфузионная визуализация - RU2707841C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в основном относится к устройству перфузионной визуализации, способу получения параметров перфузии-пульсации и компьютерному программному продукту для определения параметров перфузии-пульсации.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компьютерную томографию (КТ), а также другие модальности визуализации используют, помимо прочего, для перфузионной визуализации. В общем, перфузионная визуализация представляет собой подход визуализации для захвата информации, соответствующей прохождению текучей среды (например, крови, лимфатической жидкости и так далее) через представляющую интерес анатомическую ткань (например, головной мозг, мышцы или область сердца), и количественного анализа данной информации для облегчения идентификации состояния здоровья данной ткани или другой ткани. Например, перфузионную визуализацию миокарда можно использовать для измерения снабжения кислородом мышечной ткани в сердце. При этом сердце пациента может быть визуализировано в трех измерениях (3D) до и во время инъецирования радионепрозрачного контрастного материала, и отличия на реконструированных изображениях могут быть отнесены к контрастному материалу, который вымывается в ткань. Мышечную ткань затем можно классифицировать в соответствии со степенью захвата контрастного материала, и можно детектировать патологии, например инфаркт миокарда или окклюзию коронарных артерий.

Для перфузионной визуализации используют синхронизированную по проспективной электрокардиограмме (ЭКГ) КТ. В этом методе выбирают определенную или конкретную фазу сердечного цикла (например, систолу, диастолу и так далее) для проспективной синхронизации. При этом получение данных может быть выполнено согласовано в одном состоянии пульсации. Это важно для перфузионных сканов, поскольку временная точка каждого временного кадра последовательности перфузионных изображений может быть получена в одной и той же фазе сердечного цикла. Более того, повторные сканы одного и того же пациента, которые получены в различных сеансах, могут быть сделаны более согласованными, что особенно важно для количественного анализа сигналов во времени.

Однако проблема с ЭКГ-синхронизированной КТ заключается в том, что состояния движения сердца в различных временных кадрах сердечного цикла могут отличаться. Это обычно связано с тем, что ЭКГ-синхронизация основана на электрическом сигнале, а не на фактическом механическом движении. Кроме того, датчик ЭКГ обычно помещают близко к представляющей интерес ткани. В результате входящее (рентгеновское) излучение может воздействовать на данные ЭКГ или визуализации (например, возникает уплотнение или другие артефакты, физически блокируется излучение, испущенное в направлении представляющей интерес ткани, или генерируются электрические сигналы в датчике из-за поглощенного излучения, что приводит к ложным или искаженным данным).

Поэтому было бы желательно получать согласованную информацию в отношении параметров пульсации крови, таких как фаза сердечного цикла, во время процедуры перфузионной визуализации без необходимости в использовании синхронизации по ЭКГ.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением направлены на устройство перфузионной визуализации, содержащее устройство медицинской визуализации, содержащее область визуализации, для визуализации представляющей интерес ткани пациента, выполненное с возможностью генерации данных о перфузии по меньшей мере представляющей интерес ткани; определитель бесконтактного параметра пульсации крови, выполненный с возможностью определения параметров пульсации крови на или около представляющей интерес ткани без физического контакта с пациентом; и определитель фазового параметра перфузии, который определяет фазовый параметр перфузии на основании данных о перфузии и параметров пульсации крови. Такая система способна получать надежную информацию о пульсации крови без необходимости в помещении устройства, такого как датчик ЭКГ, в пучке для визуализации. В контексте настоящего изобретения термин "бесконтактный" означает без непосредственного физического контакта с пациентом, то есть определение фазовых параметров перфузии без использования датчика, прикрепленного к пациенту или размещенного непосредственно на пациенте.

Предпочтительно, определитель бесконтактного параметра пульсации крови содержит провайдер изображения кожи, такой как оптическая камера, и анализатор изображения кожи. Определитель бесконтактного параметра пульсации крови, предпочтительно, определяет параметры пульсации крови на основании изменений цвета кожи вследствие изменяющихся состояний кровотока, предпочтительно на основании дистанционной фотоплетизмографии.

Предпочтительно, бесконтактный параметр пульсации крови содержит фазу сердечного цикла.

Другие варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением направлены на устройство перфузионной визуализации по любому из предшествующих пунктов, причем устройство медицинской визуализации выбрано из группы, содержащей компьютерный томограф, магнитно-резонансное устройство, позитронно-эмиссионный томограф или однофотонную эмиссионную компьютерную томографию. Настоящее изобретение особенно подходит для томографов, но также хорошо подходит и для нетомографических устройств.

Другие варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением направлены на способ получения параметров перфузии-пульсации, содержащий этапы: получение изображения медицинского скана представляющей интерес ткани пациента; определение параметров перфузии представляющей интерес ткани из медицинского скана; бесконтактное получение параметров пульсации крови пациента на или около представляющей интерес ткани; и получение параметров перфузии-пульсации посредством связывания параметров перфузии и параметров пульсации крови.

Предпочтительно, этапы получения изображения медицинского скана и бесконтактных параметров перфузии осуществляют одновременно.

Предпочтительно, бесконтактное получение параметров крови содержит получение изображения участка кожи пациента, и/или параметры пульсации крови содержат фазу сердечного цикла, и/или определитель параметра пульсации крови определяет на основании изменений цветового спектра кожи вследствие изменяющихся состояний кровотока, предпочтительно на основании дистанционной фотоплетизмографии.

Способ, предпочтительно, дополнительно содержит отображение по меньшей мере одного из упомянутых параметров перфузии, параметров пульсации крови или параметров перфузии-пульсации.

Предпочтительно, медицинский скан получают с помощью устройства медицинской визуализации, выбранного из группы, содержащей компьютерный томограф, рентгеновское устройство, магнитно-резонансное устройство, позитронно-эмиссионный томограф или однофотонную эмиссионную компьютерную томографию.

Другие варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением направлены на компьютерный программный продукт для определения параметров перфузии-пульсации, когда этот компьютерный программный продукт выполняется на компьютере, содержащий инструкции для выполнения этапов определения параметров перфузии из медицинского скана; и определения параметров перфузии-пульсации посредством связывания параметров перфузии с бесконтактно полученными параметрами пульсации крови.

Другие преимущества и варианты рассматриваются в описании вариантов осуществления. Другие аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения будут понятны средним специалистам в области техники после прочтения и понимания нижеследующего подробного описания. Многочисленные дополнительные преимущества и достоинства будут ясны средним специалистам в области техники после прочтения нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами, на которых

фиг. 1 показывает вариант осуществления устройства перфузионной визуализации в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 2 показывает пример сигнала пульсации крови, полученный с помощью устройства для определения пульсации крови;

фиг. 3 показывает варианты осуществления гентри устройства перфузионной визуализации в соответствии с настоящим изобретением, причем фиг. 3a показывает вариант осуществления с одним провайдером изображения кожи, установленным на гентри, а фиг. 3b показывает вариант осуществления с двумя провайдерами изображения кожи, установленными на гентри;

фиг. 4 показывает схематическое изображение способа получения параметров перфузии-пульсации в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение может принимать форму различных компонентов и конфигураций компонентов и различных этапов способа и расположений этапов способа. Чертежи служат только для цели иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение. Для лучшей визуализации некоторые элементы могут быть опущены, или размеры могут не соответствовать масштабу.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение проиллюстрировано с использованием КТ в качестве примера, но настоящее изобретение не ограничено КТ и может быть легко приспособлено для использования для других (томографических и нетомографических) модальностей визуализации, таких как, например, рентгеновская, магнитно-резонансная (МР), позитронно-эмиссионный томограф (ПЭТ) или однопротонная эмиссионная компьютерно-томографическая (SPECT) визуализация или их комбинации.

Фиг. 1 показывает вариант осуществления устройства 10 перфузионной визуализации в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 10 перфузионной визуализации содержит систему 1 КТ-визуализации с гентри 3, который при использовании вращается вокруг области 6 исследования. Рентгеновское излучение испускается из рентгеновского источника 4 к детектору 5, причем они оба установлены в гентри друг напротив друга. Рентгеновское излучение пересекает область 6 исследования от источника 4 до детектора. Когда подлежащего визуализации субъекта, такого как пациент 7, помещают в область 6 исследования, рентгеновские изображения могут быть получены под любым углом. Обычно пациент лежит на опоре 8 пациента, которая перемещается через область 6 исследования во время процедуры визуализации, поскольку так могут быть получены трехмерные данные сканов (участка) пациента 7. Эти данные сканов могут быть затем дополнительно превращены в отображаемое изображение 111.

При перфузионной визуализации анализируют контрастное средство, проходящее через представляющую интерес ткань 71. Она может представлять собой зависимое от времени отслеживание, причем представляющую интерес ткань 71 визуализируют в различные моменты времени, пока контрастное средство проходит через нее, или она может представлять собой определение перфузии контрастного средства в представляющей интерес ткани 71 за предварительно определенное время (например, определенный временной период после начала потока контрастного средства). Контрастное средство обычно перемещается в среде, такой как кровь или лимфатическая жидкость. Эта среда обычно не течет через тело с постоянной скоростью, но, например, импульсно продвигается вперед сердцем и поэтому подчиняется сердечному циклу. Чтобы иметь возможность правильно сравнивать данные перфузии, полученные в различные моменты, необходимо знать параметры пульсации крови, при которых были получены данные. Такими параметрами пульсации крови могут быть фаза сердечного цикла, в которой были получены данные перфузии, а также, например, специфические для пациента или ситуационные данные, такие как его или ее положение, уровень активности и другие параметры, которые могут влиять на пульсацию крови. Как упомянуто выше, это обычно делается посредством прикладывания датчика ЭКГ к пациенту 7 и связывания данных ЭКГ с данными перфузии.

Как упомянуто выше, размещение ЭКГ около пучка для визуализации или в пучке для визуализации может вызывать проблемы с надежностью. Обычным решением в этой ситуации является размещение ЭКГ на пациенте в местоположении, удаленном от представляющей интерес ткани (например, на руке или ноге пациента). Однако это имеет тот недостаток, что параметры пульсации крови с большой вероятностью будут находиться не в фазе с параметрами около местоположения представляющей интерес ткани, что трудно точно скорректировать. Кроме того, для врачей и вспомогательного персонала обычной практикой в случае других медицинских процедур является размещение датчика ЭКГ около представляющей интерес ткани для большей надежности данных о перфузии.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что данные перфузии будут более согласованными и надежными, если будет доступно больше информации или другая информация, чем только информация о ЭКГ, и что этого можно достигнуть посредством использования определителя бесконтактного параметра пульсации крови, который определяет параметры пульсации крови на или около представляющей интерес ткани, но которое не мешает медицинскому скану.

Устройство 10 перфузионной визуализации по настоящему изобретению содержит устройство 1 медицинской визуализации, которое выполнено с возможностью генерации данных о перфузии. Оно дополнительно содержит определитель 12 бесконтактного параметра пульсации крови, которое определяет параметр пульсации крови пациента 7 без физического контакта с пациентом 7. Параметр пульсации крови определяется для местоположения представляющей интерес ткани 71 или местоположения 72, которое находится около него. Под термином "около" в контексте настоящего изобретения подразумевается, что может быть невозможно определять параметр пульсации крови в точном местоположении представляющей интерес ткани 71, например потому, что она расположена внутри тела пациента, но что его определяют в непосредственной близости (например, на коже выше или рядом с представляющей интерес тканью). В самом широком смысле термин "около" охватывает область в любом месте тела пациента, которая находится в пределах луча 61 исследования. Определитель параметра пульсации крови может представлять собой одно устройство или совокупность различных устройств или средств, включающую в себя компьютерный программный продукт. Определитель параметра перфузии-пульсации определяет параметр перфузии-пульсации на основании данных о перфузии и определенного параметра пульсации крови. Примером параметра перфузии-пульсации являются, например, данные перфузии с меткой или маркировкой сердечного цикла, в котором эти данные перфузии были получены. В результате, благодаря бесконтактному измерению параметров пульсации крови нет необходимости в физическом присутствии какого-либо устройства для определения пульсации крови, такого как датчик ЭКГ или другое устройство, в пучке 61 для исследования. Поэтому воздействие устройства для определения параметра пульсации крови на медицинский скан снижено или даже полностью устранено, что делает определяемые данные перфузии более точными, надежными и согласованными.

В предпочтительном варианте осуществления устройства перфузионной визуализации в соответствии с настоящим изобретением определитель параметра пульсации крови содержит провайдер 2 изображения кожи, который предоставляет изображение по меньшей мере участка кожи 72 пациента 7, и анализатор 12 изображения кожи, который выполнен с возможностью анализа предоставляемого изображения кожи для определения параметра пульсации крови из изображения кожи. Предпочтительно, провайдер 2 изображения кожи представляет собой оптическую камеру.

Кожа особенно подходит для бесконтактного определения параметра пульсации крови. С каждым ударом сердца пациента новый поток крови достигает кожи, что приводит к небольшим изменениям цвета кожи. Эти изменения обычно называют микропокраснениями. Хотя эти микропокраснения не доступны для наблюдения человеческим глазом, обычная оптическая камера с анализатором кожи (например, специализированным программным средством) позволяет детектировать микропокраснения посредством визуализации света, отраженного от кожи. Посредством предоставления изображений кожи с течением времени и записи микропокраснений получают данные о сердечном цикле. Данный способ называется дистанционной фотоплетизмографией (дистанционной PPG). Фигура 2 изображает график 121 сердечного цикла, записанный с помощью дистанционной PPG на лице человека. По горизонтальной оси графика с фигуры 2 показано время (в линейных условных единицах), а по вертикальной оси показана интенсивность цвета кожи (в условных единицах). По этим данным можно легко определить параметры сердечной пульсации крови, и была продемонстрирована хорошая точность при стабильных условиях освещения для ситуаций в диапазоне от наблюдения за неподвижными субъектами до наблюдения во время физических упражнений. В качестве примера, в перфузионной КТ-визуализации головного мозга все временные кадры могут быть получены в одном и том же состоянии пульсации. Поэтому выгодно, что пульсация крови на лице пациента непосредственно коррелирует с пульсацией в голове и, следовательно, в головном мозге.

Измерение с помощью дистанционной PPG не влияет на пучок для исследования или на физиологию пациента и может быть сфокусировано на участке кожи, который расположен настолько близко к представляющей интерес ткани, насколько возможно. Таким образом, дистанционная PPG очень подходит для использования в качестве бесконтактного определения пульсации крови в контексте настоящего изобретения.

Альтернативным определителем бесконтактной пульсации может быть температурный датчик, который в некоторых случаях может быть способен к детектированию сердечного импульса посредством измерения изменений температуры.

Другими альтернативными определителями бесконтактной пульсации могут быть времяпролетные камеры, которые обеспечивают измерение глубины.

Устройство 11 для определения данных о перфузии определяет данные перфузии из полученных медицинских данных 111. Устройство 13 для определения параметра перфузии-пульсации объединяет данные перфузии с параметрами пульсации крови, например посредством совмещения параметра пульсации крови с данными перфузии, отбирая только данные перфузии, полученные при определенных параметрах перфузии крови (например, только данные перфузии, полученные в конкретную фазу сердечного цикла). Данные перфузии, необязательно вместе с данными пульсации, могут отображаться в виде перфузионного изображения 141 на дисплейном модуле 14. Врач может, необязательно, выбирать только перфузионные изображения, полученные в целевую фазу сердечного цикла или при другом параметре пульсации крови. Кроме того, полученные данные проталкивания можно использовать в контуре обратной связи для устройства визуализации, так что оно будет получать медицинские изображения представляющей интерес ткани, только если сердце находится в требуемой фазе.

Схематическая иллюстрация на фиг. 3 показывает два примерных варианта осуществления гентри 3 устройства перфузионной визуализации в соответствии с настоящим изобретением с источником 4 излучения, детектором 5 и определителем 2, 2ʹ бесконтактного параметра пульсации крови, установленным в или на гентри 3. Фиг. 3a показывает вариант осуществления с одним определителем 2 бесконтактного параметра пульсации крови с пучком 21 для определения, тогда как фиг. 3b показывает вариант осуществления с двумя определителями 2, 2ʹ бесконтактного параметра пульсации крови, причем у каждого свой собственный пучок 21, 21ʹ для определения. В этих примерах устройства 2, 2ʹ для определения параметра пульсации крови сфокусированы на участке кожи 72 пациента, который расположен около представляющей интерес ткани 71, то есть он расположен на коже пациента, которая имеет наименьшее расстояние до представляющей интерес ткани 71. Хотя одного устройства 2 для определения параметра пульсации крови будет достаточно для получения подходящих данных, преимущество использования более чем одного устройства 2, 2ʹ для определения параметра пульсации крови заключается в том, что каждое определяет параметры давления крови по-отдельности, и их можно сравнивать, усреднять или иначе использовать для получения более точного определения параметров пульсации крови. Кроме того, если участок кожи 72 пациента временно закрыт для обзора для пучка 61 медицинской визуализации, все еще имеется резервный определитель параметра пульсации крови, доступный для определения. В качестве дополнения или альтернативы, система 10 может содержать средство автоматической подачи предупреждения в случае блокирования линии прямой видимости или отсутствия содержимого изображения. Устройства 2, 2ʹ для определения параметра пульсации крови могут быть сфокусированы на одном и том же участке кожи 72 пациента (как показано на фиг. 3b) или на различных участках кожи 72 пациента для получения резервных или дополнительных данных пульсации крови. Конечно, можно использовать даже больше определителей бесконтактной пульсации крови.

Устройства 2, 2ʹ для определения параметра крови не обязательно должны быть прикреплены к источнику 4, и они не обязательно должны вращаться вместе с источником. Они могут быть частью гентри 3 и только фокусироваться на участке кожи 72 пациента, например на лице пациента 7. Вращающиеся устройства 2, 2ʹ для определения параметра крови фактически будут время от времени ниже стола и, следовательно, не будут видеть кожу 72 пациента.

Фигура 4 изображает схематическое представление способа получения параметра перфузии-пульсации. На этапе S101 получают медицинское изображение представляющей интерес ткани 71 пациента 7. На этапе S102 параметры перфузии определяют из медицинского скана. На этапе S103 параметры пульсации крови получают бесконтактным образом в местоположении на или около представляющей интерес ткани. Предпочтительно, этапы S101 и S103 осуществляют одновременно для получения данных, которые согласованы по времени. На этапе S104 определенные параметры перфузии и параметры пульсации крови связывают для получения параметров перфузии-пульсации. На этапе S106 параметры перфузии, параметры пульсации и/или параметры перфузии-пульсации могут быть отображены по-отдельности. Параметры пульсации крови, полученные на этапе S103, могут быть возвращены на устройство визуализации, для того чтобы делать возможным выполнение последующих этапов S101 только тогда, когда они будут иметь предварительно определенное или выбранное пользователем значение параметра проталкивания крови.

Этапы определения в данном способе могут быть исполнены в компьютерном программном продукте, который содержит инструкции для выполнения данных этапов при выполнении этого компьютерного программного продукта на компьютере.

Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. Например, известны устройства визуализации, оснащенные оптическими камерами. Эти камеры используются для точного определения положения пациента на опоре 8 пациента или для облегчения интервенционных процедур. Настоящее изобретение может быть реализовано посредством адаптации по меньшей мере одной из этих оптических камер в качестве части устройства для определения параметра пульсации крови (например, посредством адаптации требований к камере и соединения ее со специализированным программным обеспечением для дистанционной PPG). Кроме того, хотя настоящее изобретение рассмотрено с использованием пульсации крови, его можно также адаптировать для других физиологических жидкостей (например, лимфатической жидкости или пищеварительных жидкостей). Наконец, настоящее изобретение может быть использовано вместо перфузионной визуализации с помощью ЭКГ, но оно также может быть использовано вместе с перфузионной визуализацией с помощью ЭКГ, например, в качестве резерва или контроля друг для друга.

В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а использование элемента в единственном число не исключает множества таких элементов.

Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Сам по себе факт, что некоторые величины приведены в попарно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация данных величин не может применяться для получения преимущества. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящей среде, такой как оптическая среда для хранения или твердотельная среда, поставляемая вместе с другим аппаратным обеспечением или как его часть, но может также распространяться в других формах, как например, через интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не должны интерпретироваться как ограничивающие объем.

Реферат

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам перфузионной визуализации. Устройство содержит компьютерный томограф, содержащий область визуализации, для визуализации представляющей интерес ткани пациента, выполненный с возможностью генерации данных о перфузии по меньшей мере представляющей интерес ткани, определитель бесконтактного параметра пульсации крови, выполненный с возможностью определения параметров пульсации крови на или около представляющей интерес ткани, и определитель параметра перфузии-пульсации, который определяет параметр перфузии-пульсации на основании данных о перфузии и параметров пульсации крови, причем компьютерный томограф содержит гентри, и определитель бесконтактного параметра пульсации крови установлен так, что он способен к визуализации субъекта, расположенного внутри гентри компьютерного томографа. Способ получения параметров перфузии-пульсации осуществляют посредством устройства и он содержит этапы, на которых получают от компьютерного томографа изображения скана представляющей интерес ткани пациента, определяют параметры перфузии представляющей интерес ткани из медицинского скана, бесконтактно получают параметры пульсации крови пациента на или около представляющей интерес ткани, получают параметры перфузии-пульсации посредством связывания параметров перфузии и параметров пульсации крови. Устройство включает машиночитаемый носитель. Использование изобретений позволяет снизить количество ложных или искаженных данных и получать согласованную информацию в отношении параметров пульсации крови. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула