确定心肺功能评估和输液过程的参数的设备、系统和方法[0001]本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2008/067982，国际申请日为2008年6月24日，进入中国国家阶段的申请号为200880024880.9，名称为“确定心肺功能评估和输液过程的参数的设备、系统和方法”的发明专利申请的分案申请。_2] 有关申请的交叉引用[0003]本申请要求2007年7月17日提交的、美国临时专利申请60/950，148的权益，该申请引用在此作为参考。[0005]提供下面的信息来帮助读者理解下面揭示的本发明以及一般使用本发明的环境。没有使这里使用的术语限制于任何特定狭义解释的意图，除非在本文件中另行清楚地陈述。这里阐明的参考物可以促进对于本发明或本发明的背景的理解。结合这里引用的所有参考物的揭示作为参考。[0006]用于放射性检查 的对比剂的给药过程(例如，具有加电的注射器)一般始于临床医师用一定体积的对比剂药物来注入空的一次性注射器。在其它过程中，使用一种预先注入了对比剂的注射器。临床医师然后确定要给予病人的体积流速和对比剂体积，以使诊断图像成为可能。其体积和流速均由操作者确定的盐溶液的注射过程经常紧跟在将对比剂给予静脉和动脉的给药过程之后。许多当前可得到的注射器允许操作者对体积流速和输液体积的多个分立的阶段(Phase)进行编程。例如，可从宾夕法尼亚州的印地安诺拉的Medrad股份有限公司得到的SPECTRIS SOLARIS @和5丁?丄1^^丁1<注射器提供多达且包括6对分立的体积流速和体积(对病人输液的体积，例如，对比剂和/或盐水)或6个阶段的入口。例如，在美国专利6，643，537以及美国专利申请公开2004 — 0064041中揭示了这些注射器和使用这些注射器的注射器控制协议，这里结合这些揭示作为参考。对于每一类过程和每一个经历注射/成像过程的病人，一般由操作者手动地输入适于这些阶段的区域中的值或参数。另一方面，先前手动输入的体积和流速的值可以被存储，并且在晚些时候从计算机存储器调用。然而，为特定病人的特定过程确定这些参数的方式在继续不断地发展。[0007]在这方面，已经认识到在成像和其它过程期间不同病人所要求的对比剂量的差异。例如，这里结合其揭示作为参考的美国专利5，840，026揭示了使用在注射之前或注射期间得到的病人特定数据来定制对病人进行注射的设备和方法。虽然已经认识到医疗成像过程剂量要求的差异是基于病人的差异的，但是对于在医疗成像过程期间注射对比剂，传统医疗成像过程继续使用预先设置剂量或标准输液协议。考虑到近来可用的增加扫描速度的CT扫描仪包括MDCT (或MSCT)扫描仪，与在使用这种快速扫描仪的世界各地的双阶段或其它多阶段注射相比，单阶段注射是起主导作用的。虽然为输液使用标准的、固定的或预定的协议(无论是单阶段的、双阶段的或多阶段的)简化了过程，但是在相同的协议下向不同病人提供相同量的对比剂会在图像对比度和质量方面产生极其不同的结果。此外，在引入最新的MDCT扫描仪时，在临床实践和CT文学方面的公开的问题是与单层、螺旋扫描仪一起使用的标准对比度协议是否会对使用MDCT机器的过程给出很好的解释。
[0008]数个研究已经尝试以CT血管对比(CTA)期间注射过程的定量分析来改进和预测动脉增强。例如，Bae和同事开发了对比度性能的药代动力学(PK)模型，并且借助于寻找引起最统一的动脉增强的驱动功能来求解所耦合的微分方程系统。K.T.Bae，J.P.Heiken 以及 J.A.Brink, “Aortic and hepatic contrast medium enhancement atCT.Part 1.Predicton with a computer model”( “在 CT 处的主动脉和肝对比剂增强,第一部分，用计算机模型预测”)，Radiology, 207 卷，647 — 55 页(1998) ;Κ.T.Bea，“Peakcontrast enhancement in CT and MR angiography:when does it occurs and why ?Pharmacokinetic study in a procine model”( “CT 中的峰值对比度增强以及 MR 血管对比:何时发生和为何发生？在猪模型中的药代动力学研究”)，Radiology，227卷，809 —16 页(2003) ;Κ.T.Bea 等人,“Multiphasic Injection for Uniform Prolonged VascularEnhancement at CT Angiography:Pharmacokinetic Analysis and Experimental Porcinemethod” ( “用于CT血管对比的统一延长血管增强的多阶段注射方法:药代动力学分析以及实验性猪方法”)，Radiology, 216卷，872 — 880页(2000);美国专利5，583，902、5，687，208,6, 055，985,6, 470，889、以及6，635，030，这里结合这些揭示作为参考。Bea等人阐述的对于简化的房室模型的一组微分方程的反解表示指数下降的对比剂流速会导致CT成像过程中最优的/恒定的增强。然而，通过PK模型的反解计算的注射分布是大多数无主要修改的CT高压注射器不 容易实现的分布。
[0009]在另一个方法中，Fleischman和同事以“黑盒子”来处理心血管生理学和对比动力学，并且通过用短的对比对比剂团(近似于单位脉冲)强迫系统而确定其脉冲响应。在该方法中，对脉冲响应执行傅里叶变换，并且操纵该传递函数估计值来确定比以前的实践更优化的注射轨迹估计值。D.Fleischmann 和 K.Hittmair, “Mathematical analysis ofarterial enhancement and optimization of bolus geometry for CT angiographyusing the discrete Fourier transform”( “动脉增强的数学分析以及使用离散傅里叶变换对CT血管对比的对比剂团几何形状的优化”)，J Comput Assist Tomogr, 23卷,474 —84页(1999),这里结合这些揭示作为参考。
[0010]对比剂的单阶段给药过程(一般，在一个流速时100到150mL的对比剂)导致不统一的增强曲线。例如，见上述D.Fleischmann和K.Hittmair以及K.T.Bae的“Peakcontrast enhancement in CT and MR angiography:when does it occurs and why ?Pharmacokinetic study in a procine model，，( “CT 中的峰值对比度增强以及 MR 血管对比:何时发生和为何发生？在猪模型中的药代动力学研究”)，Radiology，227卷，809 — 16页(2003),这里结合其揭示作为参考。因此,Fleischmann和Hittmair提供了一个方案,该方案试图使对比剂的给药过程适用于为个别病人定制的双阶段注射，意图使主动脉成像最优化。控制CT对比剂显示的基本难度在于高渗透性药丸从中央血室很快地扩散。另外，不包含对比剂的血混合和稀释了对比剂。[0011]Fleischmann禁止在诊断扫描之前注射对比剂(4ml/s时16ml的对比剂)的小对比剂团注射、测试对比剂团注射。在感兴趣的血管上进行动态增强扫描。把所产生的处理扫描数据(测试扫描)解释为病人/对比剂系统的脉冲响应。Fleischmann通过使测试扫描的傅里叶变换除以测试注射的傅里叶变换而导出病人传递函数的傅里叶变换。假定系统是一个线性时间不变(LTI)系统，并且已知所要求的输出时域信号(在预定义增强级上的平面诊断 扫描)。Fleischmann通过所要求的输出的频域表示除以病人传递函数的表示来导出输入时间信号。因为Fleischmann等人的方法计算实际上不可实现的输入信号作为注射系统限制(例如，流速限制)的结果，所以必须对计算出的连续时间信号进行截断和近似。
[0012]除了控制当前注射器系统的问题外，许多如此的系统在操作注射器系统的方式中缺乏方便性和灵活性。在这方面，医疗注射过程的复杂性和所有关心健康业方面的消耗性步伐鼓励了操作者的时间和技能。
[0013]在许多当前的定量分析技术中，临床医师的实践因此而减少了在正规使用中采用的机会。生理模型会需要许多先验生理参数的估计(例如，心输出量、器官和大血管血液量、渗透性因素)。因为某些数学限制，根据测试一对比剂团增强的这些模式不一定适合于每个病人很好地采用。此外，使用短的对比剂团确定脉冲响应的方法可能是难以实际实施的，因为不存在在扫描仪和注射系统之间容易地传递时间一对比剂团增强数据的满意的手段。
[0014]例如，虽然已经在输液系统控制方面取得进步以提供要求的时间增强曲线和提供病人安全性，但是还是要求开发向病人输液的改进的设备、系统和方法。


[0015]在一个方面，本发明提供确定用于成像过程的至少一个参数的方法，所述成像过程包括包含对比增强剂的对比增强液的注射。该方法包括:在注射对比增强液的对比剂团之后，把使用成像系统对感兴趣的第一区域测量的至少一个对比时间增强曲线确定的分立点数据代入一模型。在数个实施例中，可以把足够数量的数据点代入所述模型以确定所述模型中的生理变量值。例如，变量可以与心肺功能有关。
[0016]在许多实施例中，把来自使用成像系统测量的感兴趣的第二区域的至少第二对比时间增强曲线的至少一个数据点代入所述模型。
[0017]例如，至少一个参数可以是对比增强液的注射的注射过程的至少一个阶段的参数或成像系统的参数。
[0018]在数个实施例中，来自感兴趣的第一区域的时间增强曲线的数据对应于对比增强液第一次通过感兴趣的第一区域，而来自感兴趣的第二区域的时间增强曲线的数据对应于对比增强液第一次通过感兴趣的第二区域。
[0019]例如，感兴趣的第一区域的时间增强曲线的经分析的部分可以与感兴趣的第二区域的时间增强曲线的经分析的部分在时间上重叠。使用质量平衡守恒(conservation ofmass balance),可以使在某个时刻的对比增强曲线之一上的至少一个对比增强剂浓度与在某个时刻或与某个时刻接近的时刻的另一个对比增强曲线上的对比增强剂浓度相关。在数个实施例中，假定感兴趣的第一区域和感兴趣的第二区域之间的对比增强液的损耗可忽略不计。在数个实施例中，假定感兴趣的第一区域的血容量等于感兴趣的第二区域的血容量。
[0020]模型可以是生理模型，其中心输出量和血容量是变量。可以计算病人的注射部位和测量点之间的心输出量和血容量。接着，可以使用生理模型或其它模型(例如，这可以是参数模型或非参数模型)来确定过程协议(例如，成像过程)的参数。例如，可以执行优化过程来确定一个或多个参数。
[0021]在数个实施例中，输入到感兴趣的增强的第一区域的峰值增强的时间T1和到感兴趣的增强的第二区域的峰值增强的时间T2。还输入在感兴趣的增强的第一区域的峰值增强处的浓度C1 (T1)和在感兴趣的增强的第二区域的峰值增强处的浓度C2(T2)。
[0022]例如，可以通过下面生理模型的解析解来描述从外围注射部位注射到感兴趣的每个区域的对比材料的分布: