根据动态对比增强mr数据的对组织的生理参数的确定的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于根据动态对比增强图像数据，尤其是MR数据，来确定组织的生理 参数的方法。
【背景技术】
[0002] 根据 Paul S. Tofts 等人的文章 "Estimating Kinetic Parameters From Dynamic Contrast-Enhanced Tl-ffeighted MRI of a Diffusible Tracer:Standardized Quantities and Symbols'，，Journal of magnetic resonance imaging，10 :第223 - 232页 (1999)已知对微脉管结构的确定。
[0003] 已知方法采用动态对比增强T1加权磁共振成像方法。来自感兴趣区域的磁共振 信号能够给出关于血流、毛细管渗漏以及有关的生理参数的信息。根据采集的图像数据，诸 如脉管外细胞外空间与血浆之间的通量率的动力学参数被计算。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是根据动态对比增强磁共振信号来确定组织的微脉管结构。
[0005] 根据本发明，通过根据动态对比增强图像数据一一尤其是动态对比增强磁共振数 据一一来确定微脉管结构的方法来实现该目的，所述动态对比增强图像数据是从被施予到 要被检查的对象的至少部分的对比剂采集的，其中，根据所述动态对比增强磁共振数据，渗 漏参数（kep)和弥散参数（K)考虑对比剂的对流弥散和外渗动力学两者的影响而被计算。
[0006] 本发明采用从要被检查的患者采集的动态对比增强图像数据，对比剂已经被施予 到所述患者或者内源性对比剂被采用。所述对比增强图像数据尤其可以是对比增强磁共振 数据，但是对比增强（X射线）计算机断层摄影、旋转X射线（血管造影）成像或者对比增 强超声也可以用于生成所述对比增强图像数据，可以根据所述对比增强图像数据导出所述 微脉管结构。
[0007] 根据本发明，表征微脉管结构和渗透性的渗漏参数和弥散参数根据所述对比度增 强图像数据（例如磁共振数据）而被计算。连接性弥散表示所述对比剂的当它前进通过在 检查中的所述对象上的血管时的脉管内输运动力学。弥散参数表现为是用于表征血管形成 并且因此癌症组织的存在的好的指标。弥散参数k表示在平方载体速度（由于常规）与 (表观）弥散系数之间的局部比率。这尤其归因于脉管扭转的作用，所述脉管扭转与血管形 成微血管中的增加良好相关。较高的扭转对抗弥散，使得对比剂被约束在空间中并且弥散 时间增加。
[0008] 本发明的观点是，对比剂渗漏出血管到脉管外组织中提供了针对对比剂浓度的输 运动力的主要贡献，针对弥散参数的更加准确和可靠的结果被获得。此外，根据本发明，不 需要动脉输入功能的估计或测量。本发明还使得能够进行渗漏参数和弥散参数的同时计 算。
[0009] 本发明的这些和其他方面将参考从属权利要求中定义的实施例而进一步被详尽 阐述。
[0010] 在本发明的一个方面中，通过将时间浓度曲线拟合到改进的局部密度随机行走模 型来对所述对流弥散进行建模。以该方式，对流弥散效应通过求解对比剂的对流弥散而被 考虑。此外，通过正态（即高斯）空间分布来对对比剂的游移团进行近似呈现准确表示。该 近似提供了代数解并且降低了计算负担。
[0011] 在本发明的又一方面中，毛细管室对测量的对比增强磁共振数据的贡献被忽略。 这实现简化的弥散模型。
[0012] 在本发明的又一方面中，采用渗漏的简单单室表示。然后渗漏参数能够被简单地 计算为脉管外渗漏时间常数与脉管外空间的分数体积的比率。
[0013] 本发明还涉及一种用于根据动态对比增强磁共振数据来确定微脉管结构的数据 处理系统和计算机程序。本发明所述的计算机程序被定义在权利要求6中并且包括指令， 所述指令当在计算机上运行时执行本发明所述的方法。本发明所述的数据处理系统被定义 在权利要求7中，并且具有被配置为执行本发明所述的方法的硬件和软件。本发明所述的 计算机程序能够被提供在诸如CD-ROM盘或者USB记忆棒的数据载体上，或者本发明所述的 计算机程序能够从数据网络，例如万维网被下载。当被安装在被包括在磁共振成像系统中 的计算机中时，使得所述磁共振成像系统能够根据本发明进行操作。
[0014] 本发明所述的方法的结果是对要检查的患者的微脉管结构的定量分析。该定量结 果是能够由医师采用来评定要检查的患者的区域的脉管分布的状态的技术中间结果。
【附图说明】
[0015] 本发明的这些和其他方面将参考下文描述的实施例并且参考附图而被阐述，其 中：
[0016] 图1从左到右示出了通过T2、加权扩散以及DCE MRI的前列腺图像；
[0017] 图2示出了利用RDM(左曲线图）和FDM(右曲线图）拟合的测量的TCC。也示出 了通过FDM拟合的脉管内（Cp(t))和脉管外（Cp(t))浓度的估计的单独贡献；
[0018] 图3示出了包括（a)和不包括（b)组织结构的范例，其中，组织结构在对应于图1 的（a)中；
[0019] 图4示出了对应于图1中的扫描以及图3a中的组织结构的参数化图；并且
[0020] 图5示出了关于整个分析的数据集的针对不同参数化图的受试者操作特性（R0C) 曲线。
【具体实施方式】
[0021] 本发明解决了通过DCE MRI的弥散成像的可行性首次被研究。通过将改进的局部 密度随机行走（mLDRW)模型拟合到测量的TCC来评定脉管内弥散。该模型是假设对比团剂 在通过每个检测体素的团通道之前的空间中的正常分布的对流扩散方程的解。更精确地， 估计的脉管内弥散参数k= V2/D表示在对比剂对流（平方速度V2)与弥散（D)之间的局 部比率。由对流弥散方程中的弥散系数D表示的弥散受并发过程影响，所述并发过程包括 分子扩散、流量分布以及由于由微脉管网络定义的多路径轨迹的渡越时间分布。在微脉管 中，后者项是支配性的，并且弥散可以表示用于表征微脉管结构的有价值的选择。
[0022] 尽管当血液池剂被使用时能够直接应用mLDRW模型，但是优选地，鉴于脉管外渗 漏的存在来分离脉管内与脉管外相。为此，mLDRW模型集成在两室Tofts模型中并且用于 表示脉管内血浆室。两室微分方程然后被积分以实现的新的整体性模型，所述新的整体性 模型的参数准许对弥散k和渗透性两者的评定。由于包括六个参数的大的参数设定， 准确参数估计的实现是挑战性的。因此，简化的弥散模型也被提出，其中，毛细管室对测量 的信号的贡献被忽略，从而将模型参数设定简化到五个参数。
[0023] 由于其相关性和发病率，PCa被选择以测试所提出的方法的临床可行性。在美国， PCa分别占男性的全部癌症诊断和死亡的28%和10%。尽管有效聚焦治疗可用，但是它们 的及时和有效使用由于用于前列腺癌的及时定位的可靠成像方法的缺乏而被阻碍。多参数 (mp) MRI的使用，其通常结合标准T2、渗透性以及扩散加权MRI，已经被提出为用于PCa成像 的可能有效选项。然而，mpMRI的合适的应用和解析仍然是复杂的流程，需要专家中心的参 与。结果，PCa的当前临床诊断仍然基于重复的系统性活检。
[0024] 所提出的方法利用被诊断为具有前列腺癌的十个患者而被评估并且参考根治性 前列腺切除术。在钆-DPTA的团剂的静脉内注射之后，时间浓度曲线在每个像素处被测量， 并且由所提出的模型拟合以生成渗透性和弥散图。实现（水）表观扩散系数（ADC)的参数 化图的扩散加权MRI也被执行并且用于比较。所提出的方法针对它们的基于像素分辨癌症 组织与健康组织的能力而被评估。由在根治性前列腺切除术之后的组织结构结果表示地面 实况（ground truth) 〇
[0025] 理论
[0026] 脉管内弥散
[0027] 对流弥散描述了由流动的载体流体输运的指示剂团剂的过程。通过两个主要现 象，即对流和弥散，的驱动，在空间中的团剂分布随时间进行演变。对流表示由于载体流体 的曳力的团剂空间分布的转变。在多数临床应用中，对流速度被假设为等于载流体速度。总 体而言，弥散表示由于由热量和浓度梯度驱动的分子扩散的指示剂的布朗运动[b]。然而， 在对流现象的存在下，弥散受流体动力学效应支配，所述流体动力学效应例如在较大血管 中的流量分布或者在微循环中的多路径轨迹。对弥散的所有上述贡献的组合被G. I. Taylor 称为表观弥散[a]。描述简化在一维中的对流弥散现象的方程被给出为：
[0028]
[1]
[0029] 其中，x和t分别表示空间和时间，v为载体速度，并且D为表观弥散系数，从现在 开始被称为弥散系数。在方程[1]中，D被假设为时间不变量和局部常数。
[0030] 方程[1]的解由局部密度随机行走模型给出，所述局部密度的随机行走模型是根 据参考文献[b，c]本质上已知的。为了获得其弥散相关参数表示在测量位点处的独立于注 射位点与检测位点之间的团剂历史的局部特性的解，Kuenen等人[f]最近已经提出了对流 弥散方程的改进的解，被称为改进的LDRW(mLDRW)模型。针对mLDRW解的边界条件简化到 游移团在进入检测位点之前的正常空间分布的假设。mLDRW