专利名称:用于监测肝脏治疗的肝脏血流的对比增强超声评估的制作方法当前,利用对比增强的超声(CEUS)监测肝脏治疗是通过识别单一目标肝脏病变 (肿瘤)和量化其血流和部分血容量(fractional blood volume)来执行的。这样的规程假设对单一目标病变处置的响应(或没有响应)代表了对处置的系统响应,但这并非在所有情况下都是有效假设。对处置响应进行准确的早期评估是有效管理癌症患者和评价新治疗用化合物的关键。平均肿瘤内微血管密度(MVD)的组织学确定是最常用的用于评估血管生成的方法。 不过,MVD测量不仅需要侵入性流程来获得组织,而且MVD还不提供对肿瘤血管功能性的准确评估,因为功能差或坍塌的血管具有在分析中被染色并计数的内皮细胞。因此,确定MVD 中的变化可能不能准确地反映抗血管生成治疗的有效性。很多年来,评估肿瘤对处置的响应的标准方式是遵循世界卫生组织(WHO)或实体肿瘤疗效评价标准(Response Evaluation Criteria in Solid Tumor) (RECIST)的准则,通过轴向计算断层摄影(CT)或磁共振成像 (MRI)来测量肿瘤尺寸。不过,肿瘤的形态发生显著变化可能需要若干星期到若干个月。这些基于解剖学的成像技术可能最多也只是处置方案有效性的滞后指示。新引入的生物学抗癌化合物,例如抗血管生成药剂,能够在肿瘤收缩之前导致肿瘤扩大,或者可以稳定肿瘤的生长,以允许患者与其癌变共生。在这种情况下尺寸标准是无效的。当前现有的大部分癌症处置不会立即生效,不会导致完全坏死,并且可能不会显著影响到组织特性(与消融治疗相比)。因此,除非肿瘤尺寸变化了,否则通过当前成像技术检测肿瘤变化并不简单明了。因此,通过血流或代谢对肿瘤功能进行量化是评估治疗响应的有吸引力的方法。对比增强的超声术(CEUQ是已用于评估肿瘤对于抗血管生成治疗的响应的三种主要功能性成像技术(还有FDG-PET和DCE-MRI)之一。众所周知,PET是正电子发射断层摄影的缩写,氟(18F)脱氧葡萄糖或氟(18F)去氧葡萄糖通常缩写为FDG。此外,DCE-MRI是动态对比增强磁共振成像的缩写。在此前的研究中,使用二维QD)CEUS电影回放环(cine loop)离线地执行肿瘤血流和肿瘤部分血容量的量化。在这种情形下,操作员仅实时扫描肿瘤中的一个平面,然后在肿瘤图像中定位感兴趣区(ROI)。操作员然后从表示肿瘤的对比剂摄入的时间-强度曲线导出所识别ROI之内的参数(例如峰值强度、洗入斜率、曲线下方的面积、上升时间、平均通过时间)。利用CEUS对肝脏治疗的当前监测在治疗期间的相继时间点在顺序地研究中执行这一相同流程。利用这种规程,一次研究与下一次研究之间扫描平面的轻微变化和/或对感兴趣区位置的调整都可能显著影响时间-强度曲线分析,由此不准确地导出被认为与肿瘤血流和肿瘤部分血容量相关的参数。在这种情形下还假设从单一采集的扫描平面导出的定量信息代表总体的肿瘤血管分布,仅仅在肿瘤实际是均勻的时候这才是准确的。大多数情况不是这样的。而且,这样的规程假设对单一肿瘤处置的响应(或没有响应)代表了肝脏对处置的系统响应,这也可能是不准确的。当在肿瘤治疗监测的背景中使用以上规程时,比较在处置期间不同时间点获得的参数值是极其有挑战的,因为操作员非常可能不能完美再现严格相同的扫描平面和感兴趣区位置。与使用以上规程监测以肝脏为目标的治疗相关联的其他挑战包括在所有后继扫描中找到相同目标肝脏病变,目标肝脏病变可能已经显著缩小或对于CEUS而言变为不可见。 从而,需要能够更好地评估肿瘤对治疗和处置的响应的系统和方法。
本发明的一个目的是克服常规系统、方法和装置的缺点。在一个说明性实施例中,本系统提供了一种可以用于评估肿瘤对处置响应的成像生物标志。这种生物标志可用于在开始治疗之后提供对特定治疗方案是否适当或有效的早期评估,并可以对患者管理或药物开发具有暗示,以支持“进行/不进行”(例如,继续/中止处置或药物开发)决策并加快临床试验。本系统使用了实时低机械指数的对比增强超声(CEUS)成像模式。本系统并非集中在单一目标病变上,而是对主肝动脉和门静脉血流进行成像和量化,以产生他们所相当的流动特性的指数(即生物标志指数值),由此评估肝脏对处置的系统响应和/或肝脏的状况。根据本系统的一方面,公开了一种用于评估肝脏的方法。该方法包括采集图像信息的动作,该图像信息包括肝脏的对比增强超声图像的序列。该方法还可以包括在肝脏的对比增强超声图像中的至少一个中识别所述肝脏的主肝动脉(MHA)的位置和主门静脉 (MPV)的位置的动作。该方法还可以包括获得与MHA和MPV中的对比剂(contrast agent) 灌注对应的时间-强度信息的动作。此外,该方法可以包括根据与MHA中的对比剂灌注对应的时间-强度信息和与MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息来确定生物标志指数值(BIV)的动作。基于BIV,向输出装置,例如显示器或扬声器,提供肝脏状况的(一个或多个)视觉和/或听觉指示。根据该方法,BIV可以基于与MHA中的对比剂灌注对应的时间-强度信息和与MPV 中的对比剂灌注对应的时间-强度信息的比率。例如,可以如下方程(1)中所示来定义BIV。 于是,可以将BIV定义为峰值强度χ洗入斜率(主肝动脉)^ . 峰值强度χ洗入斜率(主门静脉;Γ、Φ 洗入斜率=对应MHA和MPV的山,^ ο上升时间这个方程对应于下文给出的方程(1)。此外,根据该方法,识别MHA的位置和MPV的位置的动作可以包括经由用户接口 (UI)从用户接收与MHA或MPV的位置对应的位置信息的动作,用户接口可以包括,例如,键盘、触摸屏、声音输入等,用户可以利用其输入信息。此外,根据该方法,可以由例如处理器执行的图像处理算法自动执行识别MHA的位置和MPV的位置的动作。此外,根据该方法,所述时间-强度信息可以基于表示MHA中的对比剂灌注和MPV 中的对比剂灌注中的每个的像素强度信息。此外,该方法可以包括例如使用反馈在处理器的控制下自动向患者血流中引入对比剂的动作,用于获得期望的图像,该反馈来自通过处理器例如使用图像检测和处理算法对所获得的图像的自动分析。根据本发明的另一个方面,公开了一种用于评估肝脏的系统,该系统包括处理器, 该处理器采集包括肝脏的对比增强超声图像的序列的图像信息;在肝脏的对比增强超声图像的至少一个中识别肝脏的主肝动脉(MHA)的位置和主门静脉(MPV)的位置;获得与 MHA和MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息;和/或根据与MHA中的对比剂灌注对应的时间-强度信息和与MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息确定生物标志指数值 (BIV)。还可以想到,该处理器可以基于与MHA中的对比剂灌注对应的时间-强度信息和与 MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息的比率来确定BIV。此外,处理器可以根据下面的方程(1)计算BIV。此外,想到了该系统可以包括用户接口(UI),所述用户接口从用户接收与MHA和 MPV中的至少一个的位置对应的位置信息,并向处理器转发这种信息,以基于该位置信息识别MHA和MPV中的至少一个的位置。还想到了,图像处理部分可以利用图像处理算法在肝脏的对比增强超声图像中的至少一个中识别MHA和MPV中的至少一个的位置。根据本系统的实施例,处理器可以基于表示MHA和MPV中的至少一个中的对比剂灌注的像素强度信息来确定时间-强度信息。此外,该系统可以包括注射部分,该注射部分例如利用在经处理图像中检测到的像素强度作为控制引入对比剂的反馈,在处理器的控制下向患者的血流中自动引入对比剂。根据本系统的又一方面,公开了一种计算机程序,其包括在有形计算机可读存储介质上存储的非瞬时计算机指令并操作用于令处理器执行各种动作。例如,该计算机程序可以被配置成评估肝脏处置,该计算机程序包括程序部分,其被配置成采集包括肝脏的对比增强超声图像的序列的图像信息;在肝脏的对比增强超声图像中的至少一个中识别肝脏的主肝动脉(MHA)的位置和主门静脉(MPV)的位置;获得与MHA和MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息;和/或根据与MHA中的对比剂灌注对应的时间-强度信息和与MPV 中的对比剂灌注对应的时间-强度信息确定生物标志指数值(BIV)。根据该计算机程序,该程序部分可以被配置成基于与MHA中的对比剂灌注对应的时间-强度信息和与MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息的比率确定BIV。此外, 该程序部分可以被配置成通过根据下面的方程(1)进行计算来确定BIV。此外,该程序部分可以被配置成利用经由用户接口(UI)从用户接收的与MHA或MPV的位置对应的位置信息识别MHA的位置和MPV的位置。还想到了该程序部分可以被配置成利用图像处理算法识别MHA的位置和MPV的位置。此外,该程序部分可以被配置成基于指示MHA中的对比剂灌注和MPV中的对比剂灌注中的每个的像素强度信息确定时间-强度信息。也可以想到该程序部分可以被配置成控制注射部分以向患者的血流中引入对比剂。
参考附图更详细地通过示例来解释本发明,在附图中图1是根据本发明实施例的肝脏部分的时间对比增强超声图像。图2是在图1的图像之后几秒钟拍摄的根据本发明实施例的肝脏部分的时间对比增强超声图像。图3是示出了根据本发明的实施例产生的第一和第二时间-强度曲线的图。图4是根据本发明实施例的对比增强超声系统的方框图。图5示出了说明根据本发明实施例的过程的流程图。图6示出了根据本发明实施例的系统的一部分。图7示出了本发明执行的肝脏评估研究的实验结果的图。以下是说明性实施例的描述,在结合以下附图考虑时,将展示上述特征和优点以及其他特征和优点。在以下描述中,为了解释而非限制,给出了说明性细节,例如架构、接口、技术、元件属性等。不过,对于本领域的普通技术人员而言,显然脱离这些细节的其他实施例仍然被理解为在所附权利要求的范围之内。此外,为了清晰起见,省略公知装置、电路、 工具、技术和方法的详细描述,以免使本发明的描述模糊。应当明确理解,包括附图是为了说明,并不代表本发明的范围。在附图中,不同附图中类似的附图标号可以表示类似元件。
参考图1,在图像100中示出了肝动脉102,并且系统已自动选择了对应的 R0Im103。门静脉始终在肝动脉附近,并且在对比剂到达肝动脉之后几秒钟(例如,在图像序列的后续帧中),随着对比剂的到达,与门静脉的位置对应的像素将会亮起。从而,图像处理算法可以利用解剖学知识知道去哪里寻找门静脉(假设已经在这个点上识别到了肝动脉且已知门静脉在肝动脉附近),并在与门静脉的位置对应的一组像素(下文称为第二组像素)周围绘制对应ROI (例如,第二 R0I)。该过程可以通过,例如确定与门静脉的位置对应的第二组像素的强度何时开始从基线水平增大来选择第二组像素。由于这个过程可以类似于上文关于选择第一组像素(例如对应于肝动脉)所描述的过程,为了清晰起见,将不会提供对其的进一步描述。该过程可以利用例如第二 ROI在图像序列中识别第二组像素,因为在例如2DCEUS电影回放环的图像序列中的其他帧中,第二组像素将在第二 ROI中。在绘制第二 ROI之后,该算法可以利用上文关于第一 ROI所描述的运动估算技术调整第二 ROI在后续帧上的位置。还想到该图像处理算法也可以利用B模式2D电影回放环(例如,可以在并排对比图像呈现中获得),其中考虑到门静脉的无回声管腔(anechoic lumen)和明亮的界面并且界定了对应的R0IPV,门静脉通常非常容易识别。参考图2,图像200中示出了门静脉104,并且可以看出系统已自动选择的对应第二 ROI 105非常接近第一 ROI 103。还想到可以由用户界定和/或人工绘制第一和第二 ROI和/或其他ROI。例如,用户可以利用预定义的形状,例如圆形、矩形等,在与肝动脉、门静脉、血管等对应的区域上手工绘制R0I,这些形状可以提供于系统的显示器上并可以被选择,随后放在图像帧中的期望位置上以界定对应的R0I。于是,例如,用户可以通过选择形状并将该选定形状放置在血管上,来在血管(例如)上手工绘制R0I。然后,该系统可以存储具有图像信息的对应ROI供将来分析。此外,根据其他实施例,可以使用实时三维(3D)CEUS图像序列来确保采集肝脏中足够大的体积,以包含主肝动脉和门静脉,然后,该系统可以扫描和选择在其中肝动脉和门静脉都可见的特定平面。然后,该过程可以使用与选定平面对应的图像信息来执行根据本发明实施例的评估肝脏对处置的系统响应的一个或多个过程。从而,本发明可以提供独立于操作员的系统,用于如下面将描述的那样检测主肝脏血管和/或进行后续的肝脏定量分析。在如上所述的由系统或用户选择了像素组(例如分别与第一和第二 ROI对应的第一和第二组像素)之后,该系统可以分别随着时间确定第一和第二组像素中像素的对应强度,并形成对应的对比度强度信息(例如,分别是第一和第二对比度强度信息)。图3是示出了根据本发明的实施例分别产生的第一和第二时间-强度曲线302和 304的图300。第一对比度强度信息303(例如包括连接点)与随时间的第一对比度强度信息对应,第二对比度强度信息305与随时间的第二时间-强度信息对应。可以由系统使用任何适当算法,例如通过求平均、拟合等来处理第一和第二对比度信息值,以分别形成第一和第二时间-强度曲线302和304。从而,第一时间-强度曲线302与第一对比度强度信息303对应(例如通过拟合、求平均等),并且因而,与肝动脉中对比剂随时间的流动相关。 类似地,第二时间-强度曲线304与第二对比度强度信息305对应(例如通过拟合、求平均等),并且因而,与门静脉中对比剂随时间的流动相关。从而,第一时间-强度曲线302可以与第一组像素(例如在第一 ROI中)的强度对应,并可以与肝动脉中对比剂随时间的流动相关。类似地,第二时间-强度曲线304可以与第二组像素(例如在第二 ROI中)的强度对应,并可以与门静脉中对比剂随时间的流动相关。根据本发明的实施例,可以使用生物标志指数值(BIV)确定对肝脏处置的肝脏系统响应。从而,可以基于肝动脉和门静脉中对比剂随时间的流动确定生物标志指数值。当该过程确定生物标志指数值小于或等于生物标志阈值(BTV)时,该过程可以确定对(例如肝脏的)处置的肝脏系统响应被认为是有效的。不过,如果该过程确定生物标志指数值大于阈值BTV,该过程可以确定对处置的肝脏系统响应不被认为是有效的。从而,根据生物标志指数值与BTV的比较,该过程可以通过例如在显示器上显示指出对处置的响应是否有效的消息来提示用户研究结果(finding)或仅研究结果的部分。 例如,在确定对处置的肝脏系统响应不被认为有效时,该过程可以利用第一提示方法提示用户引起用户对检查结果的注意(例如,通过突出显示检查结果或通过其他视听方法)。不过,在确定对处置的肝脏系统响应被认为有效时,该过程可以显示这种信息及检查结果。根据本发明的实施例,生物标志指数值(例如成像生物标志)包括对比增强的灌注指数(CEPI)值,其是肝动脉和门静脉两者中对比剂随时间的流动特性的函数。因此, CEPI值可以分别从第一和第二时间-强度曲线302和304导出,并可以为如下面方程(1) 所示定义的比率。根据本实施例,生物标志指数值等于CEPI值。不过,作为使用特定参数 (例如CEPI)的比率的替代或补充,还想到生物标志指数值包括其他参数,例如流动参数的差或乘积。本发明的CEPI方程为
一种用于评估肝脏的方法,包括采集图像信息,图像信息包括肝脏的对比增强超声图像。在肝脏的对比增强超声图像中的至少一个中识别所述肝脏的主肝动脉(MHA)的位置和主门静脉(MPV)的位置。获得与MHA和MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息。根据与MHA中的对比剂灌注对应的时间-强度信息和与MPV中的对比剂灌注对应的时间-强度信息确定生物标志指数值(BIV)。
用于监测肝脏治疗的肝脏血流的对比增强超声评估制作方法
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