使用mri图像数据的自动肾评估系统及方法
【专利摘要】肾筛选系统包括电路，该电路构造成电子地分析受验者的MRI图像数据来评估肾功能，且基于对各试剂的测试剂量的肾响应来生成对于多种不同治疗试剂的肾风险报告。
【专利说明】使用MRI图像数据的自动肾评估系统及方法
[0001]政府资助声明
本发明是用来自国家卫生研究院的第R41AG030248号和第R42AG030248号拨款下的政府资助进行的。美国政府在本发明中具有一定权利。
[0002]相关申请
本申请请求主张2011年10月10日提交的美国临时专利申请序列第61/545，431号的权益和优先权,该申请的内容如同在本文中完整叙述那样通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明与使用MRI图像数据评估肾病变、疾病或损伤或疗法对肾的影响有关。
【背景技术】
[0004]日益认识到，动脉粥样硬化性肾动脉狭窄(aRAS)是慢性肾疾病(CKD)和末期肾疾病的原因。aRAS还极强地与已增大的心脏病事件和死亡率风险相关联，其中这些影响可能大部分归因于相关联的高血压和肾功能障碍。不幸的是，对aRAS相关联的CKD的病理生理学的认识有限。65岁以上的美国人中，目前估计的aRAS的患病率为7%，或超过350万个体。RA-RT (包括支架放置和外科手术旁路)用于治疗aRAS，以期望降低观察到的与肾有关的和心血管的发病率和死亡率。目前，在美国每年进行超过45，000次RA-RT操作，其中成本超过5亿美元。不幸的是，即使利用目前最好的患者选择测量，也只有大约20%至50%的以RA-RT治疗的个体会体验到其肾功能的显著改善。肾功能改善已经被证实是随后的总体和无透析存活的最重要的预测者。响应于RA-RT的观察到的肾功能的活力归因于aRAS相关联的CKD的病理生理学的不完整的理解以及目前对"aRAS"损害不能测量功能储备或肾组织远侧的〃可恢复性〃。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例提供可提供以下的一者或多者的系统、方法和计算机程序产品:(a)肾MRI图像的自动分析；和/或(b)具有显示器的工作站，其可向使用者提供一套渲染的肾组织图和/或MR图像，其示出与肾功能相关联的关注的氧合、血流量、灌注和/或其它参数。
[0006]系统可提供优于可使用更人工的分析和较少肾功能数据的常规肾评定系统的更有效且改善的诊断评定工具。
[0007]本发明的实施例电子地评估和/或电子地生成一套不同的MRI肾图像和组织图，以评定肾组织氧合、血管氧合、肾动脉中的流量测量结果、肾中的血液灌注以及结构血管造影。
[0008]本发明的实施例可提供执行自动肾筛选分析的系统、电路和方法，该分析使肾功能与用于治疗肾疾病或损伤和/或用于以药物疗法治疗其它病症的不同的潜在疗法相关，以允许基于对肾功能可能被特定药物疗法非期望地影响的风险的识别来更知情地选择药物疗法，其中，所述药物疗法可能具有对肾功能的非有意的或非期望的影响(例如，糖尿病药、血压药、心脏病药等)。评估可在一个或多个组织图中自动地确定和示出氧合、灌注或血流量是否被一种或多种药物负面地影响。
[0009]可在给予通常具有相对短的半衰期的一系列不同药物测试剂量的时执行筛选，同时获得MRI图像数据且使相应的给予药物与相关联的MRI图像集相关，然后自动地分析图像以生成报告，其中，药物的报告的指示(如果有的话)可能呈现出损伤、功能障碍或以其它方式引起负面反应或响应的风险和/或其可能是用于保持(或甚至可能改善)肾功能等的更安全的选择。
[0010]筛选/自动分析可被快速执行，作为〃快速〃筛选评估，通常在患者MRI扫描时段停止的大约24小时内，更通常是在大约两小时内，且在一些实施例中，在大约I小时或更短的时间内。
[0011]本发明的实施例在肾病学中具有宽的适用性。肾血流量、肾血液灌注、肾组织和血管氧合和肾功能储备中的一者、且通常是所有都可通过使用MRI图像数据的自动分析而被评估。分析可被用于筛选更有可能受益于RV的那些患者或选择适合的疗法，例如，药或外科手术。
[0012]该分析可评估或识别可能不会受益于RV的那些、识别可能受益于药物疗法的患者以延迟透析，或调整给患者的药以便对于某些病症进行更好的医学干预选择。
[0013]该分析可有助于调整患者(包括患有CKD的那些患者)中的抗高血压和心力衰竭药物的患者特有的疗法，以保持肾功能或抑制进一步的损害或损伤。 [0014]本发明的实施例针对肾评估系统。该系统包括电路，电路包括至少一个处理器，该电路构造成:(i)将相应患者的不同MRI肾图像切片的皮质区和髓区分段成用于体积分析的限定子段，且使所述限定子段的边界与相应的颜色相关联；(ii)在一种或多种试剂被给予给相应患者之前和之后，评定所述限定子段中的氧合和灌注；以及(iii)生成邻近患者的相应肾的腹部脂肪的彩色编码图像。该系统还可包括与该电路通信的至少一个显示器，其构造成显示患者的腹部脂肪的彩色编码图像以及具有带彩色边界的限定子段的分段的肾的至少一个图像切片。
[0015]该限定子段可包括总肾体积、髓质体积和肾窦体积。该电路可构造成分析具有大约3mm至大约20mm之间的切片厚度的各个肾图像切片，以(i)将皮质体积计算为等于总肾体积减去髓质体积，且(ii)将髓体积计算为等于髓质体积减去肾窦体积。电路可构造成评估响应于所给予的试剂的血流量变化是保持还是改变肾皮质与髓的体积比。
[0016]电路可构造成计算至少一条肾动脉的狭窄百分比和血流量。
[0017]电路可构造成识别患者是可能受益于还是不可能受益于药学或过程疗法(例如，药物方案和/或血管再生疗法)。
[0018]电路可构造成通过比较基线MRI图像数据和在接近及时地给用于获得一个或多个肾的疗法后MRI图像数据的MRI扫描时段的输送疗法的给予之后所获得的MRI图像来分析组织氧合、脉管氧合、肾动脉血流量中的至少一者。
[0019]该电路还可构造成生成患者的一个或多个肾的彩色和/或热谱组织图，所述组织图以至少部分地基于以下中的至少一者所限定的相关联的像素值来示出所述一个或多个肾:⑴Tl和T2*的比；(ii)Tl和T2*的加权组合，或(iii)使用与给予试剂之前和之后获得的相应的Tl和T2*MR图像相关联的对应像素的T2*差值图和Tl差值图，所述T2*差值图在视觉上以色标的形式示出脉管氧合而所述Tl差值图在视觉上以色标的形式示出组织氧合。
[0020]本发明的其它实施例针对治疗性肾筛选系统。该系统包括电路，其构造成基于对多个不同的限定治疗试剂中的每一个的测试剂量的肾响应来电子地分析受验者的至少一个肾的MRI图像以评估肾功能，其中所述电路评估以下中的至少一者:(a)组织氧合，(b)脉管氧合，以及(C)肾动脉血流速率，以评估所述肾响应。所述电路基于对各所述试剂中的测试剂量的所述患者的肾响应来生成对于所述不同治疗试剂的肾风险报告。
[0021]不同试剂用于治疗除肾疾病之外的病症。
[0022]该系统可包括具有与该电路通信的显示器的工作站，该电路构造成分析MRI图像、生成肾风险报告，以及在用于获得MRI图像的相应受验者的MR扫描时段之后大约24小时内向工作站显示器传输肾风险报告。
[0023]电路可构成利用一个或多个相关联的报告生成快速筛选分析，在受验者的MR扫描时段之后的大约2小时内执行分析且向临床医生传输一个或多个报告。
[0024]该电路可与输液泵、用于引导所述测试剂量的连续输送的控制电路以及为IV给予所构造的所述不同治疗试剂的多个测试剂量通信。治疗试剂可在治疗使用期间作为口服试剂给予，且测试剂量可以是为IV给予所构造的所述治疗试剂的大致药学上相当的治疗制剂。
[0025]系统可包括与电路通信的显示器和与电路通信的电子库模块，该电子库模块包括与不同的限定病症相关的不同治疗试剂的清单，以及其中使用者可从限定病症中选择病症且电路将相关联的不同治疗试剂呈现给显示器。
[0026]不同病症的库包括以下病症中的至少两种:糖尿病、C0PD、哮喘、心力衰竭、心脏
病、化学疗法、感染和高血压。
[0027]测试剂量可提供在测试小瓶或袋的套件中。
[0028]风险报告可包括对于各不同治疗试剂的肾并发症或非期望肾响应的范围从高风险到低风险的彩色风险评估，包括针对低风险的第一颜色、针对中等风险的第二颜色、以及针对高风险的第三颜色。
[0029]风险报告可包括对于对于各所述不同治疗试剂的肾并发症或非期望肾响应的范围从高风险到低风险的数字风险指数评估，其基于从I到10的数字指数，其中I为低风险而10为高风险。
[0030]风险报告可包括对于各所述不同治疗试剂的肾并发症或非期望肾响应的范围从高风险到低风险的彩色风险评估和/或从I到10的数字风险指数，包括基于从I到10的数字指数的对于低风险的〃绿色〃和数字"I"、对于中等风险的〃黄色〃和数字“5”、以及对于高风险的〃红色〃和数字"10"。
[0031]在一些实施例中，系统、方法和计算机程序产品可评估新化合物或药物的能力，其中，所述新化合物或药物可以是有效的(或不是有效的)用于治疗CKD以保持肾功能或用于治疗其它病症而不削弱肾功能或引起肾损伤。
[0032]在一些实施例中，系统、方法和计算机程序产品可评估口服或静脉试剂(通常是在重症护理环境中使用的试剂)对肾功能的保持和/或对患者的急性肾功能衰竭的恢复的可能性的影响。因此，例如，对于糖尿病、高血压、慢性心力衰竭、心脏病等的医学干预可利用关于哪些试剂由于评估的药学试剂对肾(一个或多个)的影响而适用于特定患者的更多信息来执行。
[0033]本发明的一些实施例可使用以具有短半衰期(例如，IV滴注的液体形式)且采集用于评定肾对试剂(一种或多个)的响应的MRI图像数据的制剂为形式的至少一种(且通常是一系列)限定的药学试剂。该评估可相对较快地执行为"快速药物相容性筛选"，以允许临床医生能够在从相应患者的MRI扫描时段的开始或结束的24小时内(通常在大约30分钟到大约2小时内)选择适合的药物治疗。
[0034]通常，在获得不同MRI扫描时，使用多次MRI扫描和自动图像分析，一些(如果不是大多数或所有)自动分析可在MRI扫描时段期间执行。
[0035]参数彩色编码肾图可使用Tl，T2*和灌注像素/体素数据来生成。
[0036]一套MR肾评估或测试(血管造影、流量Tl，T2*、灌注)可设有Π以易于使用和患者评估。
[0037]在一些实施例中，患者的全部研究(非对比动脉造影片、肾血流量测量(静止时和利尿剂之后)以及肾组织氧合 (在利尿剂之前和之后)可在从相应患者的MRI扫描仪时段的开始或结束测量起的大约I小时内获得，且在一些实施例中，在不到一小时内，诸如大约30分钟或更短的时间内获得。
[0038]在一些实施例中，可在不需要造影剂的情况下，生成显示器上的具有在单次检查中肾氧合的确定以及肾血流量的测量结果的肾动脉的同时显像。
[0039]将构想出的是，本发明的实施例可评估与aRAS相关联的CKD的病理生理学和对最佳患者选择的问题的潜在解决方案。在MRI期间根据R2*采集(1/T2*)评定的血氧水平依赖(BOLD)数据可用于测量肾组织氧合的基线水平和在给予髓袢利尿剂以抑制溶质再吸收的新陈代谢需要之后的这些组织氧水平中的变化。这些数据可在不使用静脉对比材料或电离辐射的情况下安全地采集，且可提供关于与aRAS相关联的肾中的病变和对aRAS损害的远侧的肾功能的可恢复性的基本信息。
[0040]本发明的实施例可评估肾组织氧水平，以及在利尿剂给予的情况下的那些水平的变化。该系统可确定I)那些肾氧水平是否低，例如，患有aRAS的肾中较低(在与未患有aRAS的肾相比时);以及2)识别在与RA-RT之后呈现出未变化或恶化功能的患有aRAS的肾相比时，呈现出RA-RT之后显著提高的功能和/或显著较低的RA-RT之前的组织氧水平，以及在利尿剂给予的情况下那些水平的显著变化的患有aRAS的那些肾。
[0041]如本领域的技术人员鉴于本公开内容将认识到的那样，本发明的实施例可提供为系统、方法和/或计算机程序产品。作为方法权利要求存在的权利要求可通过一个或多个数字信号处理器来编程地执行。
[0042]将注意的是，参照一个实施例描述的任何一个或多个方面或特征可并入在不同实施例中，尽管并未明确关于其描述。即，所有实施例和/或任何实施例的特征都可以以任何方式和/或组合来组合。 申请人:保留改变任何原来提交的权利要求或相应地提交任何新权利要求的权利，包括能够修改任何原始提交的权利要求以从属于任何其它权利要求和/或合并任何其它权利要求的任何特征，尽管并未以该方式进行原始主张。本发明的这些及其它目的和/或方面将在下文阐述的说明书中详细说明。【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为根据本发明的实施例的MRI系统的框图；
图2为根据本发明的实施例的数据处理系统的框图；
图3为根据本发明的实施例的数据处理系统的框图；
图4为根据本发明的实施例的对于在不同时间处所获得的图像，使用来自于在多个TE处的采用随时间的信号衰减曲线拟合(指数函数)的图像的T2*衰减所获得的T2*图的示例。皮质和髓ROI可被人工地识别(跟踪)。
[0044]图5A和图5B为根据本发明的实施例的Tl色图(以灰度示出)，其中试剂之前的Tl色图在图5A中示出，而试剂之后的Tl图在图5B中示出。
[0045]图6A和图6B为根据发明的实施例的T2*色图(以灰度示出)，其中试剂之前的图在图6A中示出，而试剂之后的图在图6B中示出(使用用于生成图5B的相同试剂)。
[0046]图7为不同患者的冠状ASL图像，其示出了图像类型中的差异。
[0047]图8A-C为根据本发明的实施例的示例性彩色编码的组织图(以灰度)，其可同时地或有选择地显示在与工作站相关联的显示器上。图8A为Tl图。图8B为T2图。图8C为根据本发明的实施例的Tl和T2的图的加权和图。
[0048]图9为根据本发明 的实施例的具有可见标记(例如，箭头)的左肾动脉和右肾动脉的轴向和下侧冠状3D血管造影，示出了左动脉的接近全部闭塞和右动脉的大约50%狭窄(更严重的闭塞可以以用于视觉强调的不同颜色或透明度示出)。
[0049]图10为根据本发明的实施例的在心动周期内的流量测量结果的流量(ml/min)对时间(ms)的图表，示出了试剂给予之前和试剂给予之后的流速。
[0050]图1lA和图1lB为根据本发明的实施例的人工对自动的肾动脉血流量(ml/min)和流量中的应激/静止变化(图11B)(在使用中，自动分析可示为没有人工流量计算，因为人工分析是为了关于准确度的比较而示出的)。
[0051]图12为根据本发明的实施例的示出肾的四个不同测量结果的肾图像，其可同步地或同时地显示在显示器上以易于诊断。
[0052]图13为根据本发明的实施例的用于肾活力评定的示例性肾组织映射的流程图。
[0053]图14为根据本发明的实施例的肾MR图像的自动分析的框图。
[0054]图15A为根据本发明的实施例的使用MRI数据的MRI评估系统的简图。
[0055]图15B为根据本发明的实施例的示出使用MRI数据获得的不同组织参数的肾的示例性预测截面视图。
[0056]图16为根据本发明的实施例的基于MRI的肾评估系统的简图。
[0057]图17为根据本发明的其它实施例的基于MRI的肾评估系统的简图。
[0058]图18A为根据本发明的实施例的在肾评估系统中使用的药物分发组件的简图。
[0059]图18B为根据本发明的实施例的在肾评估系统中使用的多药物储器块的简图。
[0060]图19A-D为根据本发明的实施例的示例性肾评估报告的简图。
[0061]图20为根据本发明的实施例的另一个示例性筛选肾评估报告的简图。
[0062]图21为根据本发明的实施例的用于使用在受验者的筛选评估中的不同治疗试剂的测试剂量的套件或包装的简图。[0063]图22为根据本发明的一些实施例的经历疗法的不同病症和备选治疗试剂的相关清单的电子库的简图。
[0064]图23和图24为可根据本发明的实施例执行的示例性操作的流程图。
[0065]图25A和图26A为相应的患者肾的动脉自旋标记图像。
[0066]图25B和图25C为图25A中所示的肾的呋喃苯胺酸之前和之后的T2*图像。
[0067]图26B和图26C为图26A中所示的肾的呋喃苯胺酸之前和之后的T2*图像。
[0068]图27A为第二腰椎体的轴向MRI图像。
[0069]图27B为根据本发明的实施例的不同腹部脂肪隔间的彩色编码的MRI图像。
[0070]图28A为根据本发明的实施例的识别具有不同颜色边界或周界的肾体积的段的肾的多个重叠图像的屏幕快照。
[0071]图28B为用于具有呈现不同的肾体积的不同颜色的边界的体积分析的肾的分段的示例，其可对于各个切片重复(示例性切片厚度ST为IOmm)。
[0072]图29A-F为根据本发明的实施例的具有分段的肾体积的图像，所述分段的肾体积被以彩色边界示出为那些响应于不同药物激发而随时间变化的体积。 [0073]图30为可根据本发明的实施例执行的自动图像处理步骤的流程图。
[0074]图31A和图31B为不同患者的左肾的图像。图31B和图31C为图31A中的患者的肾的呋喃苯胺酸疗法之前和之后的T2*(B0LD)。图31C和图31D为根据发明的实施例的基于激发的呋喃苯胺酸之前和之后的给予的长期药物治疗或暂时给予图像剂量的患者的呋喃苯胺酸疗法之前和之后的T2*(BOLD)图像。
[0075]图32A和图32B为根据本发明的实施例的具有与其右侧相关联的图像参数(例如，强度)值的肾的彩色编码的BOLD Lasix之前和之后的T2*MRI图像。
[0076]图33A和图33B为示出中右肾动脉的相衬图像。图33C为根据本发明的实施例的具有有关参数的概述的流量(ml/s)对时间(ms)的图表，该参数可使用图像数据自动地计
笪
[0077]附图可包括显像的屏幕快照等的预测示例，且不必呈现出外科系统/显示器的实际屏幕快照。
【具体实施方式】
[0078]现在将参照附图来更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明不应当看作是限于本文阐明的实施例。相反，提供这些实施例将使得本公开内容彻底而完整，且将本发明的范围的完整地传达给本领域的技术人员。贯穿本文，相似的数字表示相似的元件。如本文使用的术语"和/或"包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有组合。虚线指出了可选的特征或操作，除非另外指出。在权利要求中，所主张的方法不限于所述的任何步骤的顺序，除非在该处这样指出。
[0079]本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，且并不旨在限制本发明。如本文所述，单数形式如〃 一个〃或〃 一种〃和〃该〃旨在还包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，术语〃包括〃和/或〃包含〃在用在本说明书中时，指定存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但并未排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合的存在或添加。如本文使用的，术语"和/或"包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有组合。如本文使用的，短语如"在X与Y之间"和〃在大约X与Y之间〃应当解译为包括X和Y。如本文使用的，短语如〃在大约X与Y之间〃意思是在〃大约X与大约Y之间"。如本文使用的，短语如〃从大约X到Y"意思是〃从大约X到大约Y"。
[0080]术语〃大约〃意思是所述的数字可在所述值的+/-20%之间变化。
[0081]将理解的是，尽管术语第一、第二等在本文中可用于描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但这些元件、构件、区域、层和/或区段将不会由这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、构件、区域、层或区段与另一个区域、层或区段区分开。因此，下文所述的第一元件、构件、区域、层或区段可称为第二元件、构件、区域、层或区段而不未脱离本发明的教导内容。
[0082]除非另外限定，则本文所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的相同意义。还将进一步理解的是，诸如常用词典中限定的那些的术语应当理解为具有与在相关领域和本公开内容的上下文中的其意义一致的意义，且将不会被解译为理想化或过于正式的意义，除非本文中明确如此限定。众所周知的功能或构造可为了简明和/或清楚而不进行详细描述。
[0083]术语〃交互〃是指可响应于使用者输入来提供输出的装置和/或算法。使用者的输入可使用触摸手势、下拉菜单、鼠标或屏幕触摸工具。使用者可使用UI来限定图像中的ROI (关注区)以允许更好的配准。
[0084]如本领域的技术人员已知的那样，短语〃在空气中画出关注区〃并非在字面上意思是〃在空气中"，而是在图像中的本体(和/或心脏)外画出线或曲线，以获得可用于调整体素强度数据的噪音数据的对应背景。
[0085]在显示器(如与临床医生工作站相关联的)上显示的实际显像可显示在屏幕或显示器上，以便解剖结构的图在看起来像3-D立体图像的平面2-D和/或2-D中，其中数据代表具有不同视觉特点的特征或组织特点，如，具有不同的强度、不透明度、颜色、纹理等。作为备选，实际投影3-D图像或电影还可显示在显示器上。4-D图可示出具有血流量的肾动脉，或示出肾或其部分的轮廓的3-D解剖结构模型上的附加信息。术语"肾"可包括相邻的血管系统。
[0086]术语〃工作站〃是指具有显示器或屏幕的计算机，其与临床医生如医生、护士或其它医务人员相关联，或与研究人员相关联用于研究使用。
[0087]术语〃色标〃是指使用颜色来可视地表示像素/体素的性质的测量的差异，如强度、T2、T2*、T1或其比或加权值，其中相似的颜色代表相似的值。不同的值可具有不同的颜色。小差异可由相同颜色的分度标指出。术语〃彩色编码〃是指限定(共同的)组织(例如，特定脂肪体积)、图像参数或区的限定颜色。
[0088]术语〃图〃可与术语〃模型〃互换使用，且是指患者的目标解剖学结构(例如，肾或其部分)的图像的体积渲染或显像。图可被使用MR图像数据渲染或生成，其示出肾组织的一个或多个选择的组织参数、病症或行为，例如，组织图可为使用来自一个或多个不同MRI图像类型的计算的像素值的患者的一个或多个肾的渲染的局部或全局解剖图，例如，如，Τ1、Τ2*或Τ1/Τ2*的比、一者或两者的差值图和/或者加权的组合组织图。图可构造成电子地旋转、被划分区段或以其它方式操纵来易于查看，以允许临床医生查询其特征。图可以被以通常以不同颜色、不透明度和/或强度示出关注的组织特点(一个或多个)的相对程度或测量的方式可视化。
[0089]在一些实施例中，来自组织图的一些选择的MRI导出的组织数据或图(一个或多个)自身可有选择地开启和关闭(在显示器上)或减弱。若干不同的组织图可合并、组合或示为合成图。不同的图可示为覆盖彼此和与彼此对准。因此，显像可使用单独地示出的、覆盖在彼此上和/或集成为合成图(加权的和/或求和的像素值)或叠加图的不同的体积组织图。术语〃减弱〃和〃被减弱〃是指通过相对于其它特征、体素特点或显像中的参数淡化强度、颜色和/或不透明度来使所谓的特征和/或体素特点在显像中视觉上不太显著。
[0090]在本发明的一些实施例中，强度的测量(在使用的情况下)可为相应图像的像素的平均值、中值和/或平均强度。
[0091]在一些实施例或方面中，来自于不同图像的对应的像素或体素的差值图像可用于生成差值图像或图像的一部分。在一些实施例中，来自于不同图像的像素的加权测量可用于生成图像。在一些实施例中，可使用两个MRI组织特点的比，例如，如，T1/T2、T1/T2*或它们反过来。
[0092]术语〃参数图像〃是指基于逐像素地示出限定的组织特点或一个或多个参数的相对或绝对测量，如，肾的氧合、灌注、血流量(或它们的组合)，例如，可使用坐标系将像素值映射到位置。可根据使用限定位置的不同MRI图像来组合这些值中的不同值。
[0093]在一些实施例中，各种不同的RF激励脉冲序列可用于获得MRI图像数据，其中期望的肾组织参数数据与灌注、组织或血管氧合、血流量或其它期望功能相关联。脉冲序列可在具有或没有造影剂的情 况下使用，以及可在具有或没有"激发"或其它药物或试剂给予的情况下使用。通常，在没有造影剂和在给予一种或多种限定药物或试剂的情况下获得MRI图像数据。
[0094]在一些实施例中，肾中的血管氧合的定量的T2*测量结果可使用BOLD成像序列和T2映射来获得。T2*测量结果可提供其强度关于肾的T2*变化的图像的序列，其为取决于在肾组织的毛细血管中的血液中存在的氧(血管氧合)的MRI组织特点。
[0095]在一些实施例中，Tl测量结果可用于使用Tl映射来评定肾中的组织氧合。Tl被存在于肾组织自身中的氧量(组织氧合)所影响。Tl图像数据还可或作为备选用于评定肾纤维化是否存在。
[0096]在一些实施例中，动脉自旋标记(ASL)可用于评定肾血液灌注。ASL是使用患者的血液作为测量血液灌注的内生造影剂、肾组织的功能的指示物的非对比技术。
[0097]表1提供了用于可使用的T2*图、ASL、Tl图、肾动脉中的血流量的相衬测量和非对比血管造影的一些可选的(示例性)图像参数的示例。如本领域中的技术人员众所周知的那样，这些仅为一般指导/参数。该参数可横跨不同扫描仪平台和/或制造者变化。因此，表1中的参数旨在作为关于什么如本领域的技术人员众所周知的那样可用于获取图像的的〃粗略〃指南。尽管DWI (扩散加权图像)参数未示出，但本领域的技术人员将理解用于获得这些类型的图像的该参数。
[0098]表1
【权利要求】
1.一种肾评估系统，包括: 包括至少一个处理器的电路，其构造成:(i)将相应患者的不同MRI肾图像切片的皮质区和髓区分段成用于体积分析的限定子段，且使所述限定子段的边界与相应的颜色相关联；(ii)在一种或多种试剂被给予相应患者之前和之后，评定所述限定子段中的氧合和灌注；以及(iii)生成邻近患者的相应肾的腹部脂肪的彩色编码图像；以及 与所述电路通信的至少一个显示器，其构造成显示患者的腹部脂肪的彩色编码图像以及具有带彩色边界的限定子段的分段的肾的至少一个图像切片。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述限定子段包括总肾体积、髓质体积和肾窦体积，以及其中所述电路构造成分析具有在大约3_至20_之间的切片厚度的每一个肾图像切片，从而将皮质体积计算为等于总肾体积减去髓质体积并且将髓体积计算为等于所述髓质体积减去所述肾窦体积，以及其中所述电路构造成评估响应于所给予的试剂的血流量变化是保持还是改变肾皮质与髓的体积比。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电路构造成计算至少一条肾动脉的狭窄百分比和血流量。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电路构造成识别患者是可能受益于还是可能不受益于药学或过程疗法。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电路构造成通过比较基线MRI图像数据和在接近及时地给用于获得一个或多个肾的疗法后MRI图像数据的MRI扫描时段的输送疗法的给 予之后所获得的MRI图像，分析组织氧合、脉管氧合、肾动脉血流量中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电路还构造成生成患者的一个或多个肾的彩色和/或热谱组织图，所述组织图以至少部分地基于以下中的至少一者所限定的相关联的像素值来示出所述一个或多个肾:(i)Tl和T2*的比；(ii)Tl和T2*的加权组合，或(iii)使用与给予试剂之前和之后获得的相应的Tl和T2*MR图像相关联的对应像素的T2*差值图和Tl差值图，所述T2*差值图在视觉上以色标的形式示出脉管氧合而所述Tl差值图在视觉上以色标的形式示出组织氧合。
7.一种临床工作站，包括: 电路，其构造成生成患者的一个或多个肾的组织图，所述组织图以至少部分地基于以下中的至少一者限定的相关联的像素值来示出所述一个或多个肾:(i)Tl和T2*的比；(ii)Tl和T2*的加权组合，或(iii)使用与给予试剂之前和之后获得的相应的Tl和T2*MR图像相关联的对应像素的T2*差值图和Tl差值图，所述T2*差值图在视觉上以色标的形式示出了脉管氧合而所述Tl差值图在视觉上以色标的形式示出了组织氧合；以及 与所述电路通信的至少一个显示器，其构造成显示所述生成的组织图。
8.根据权利要求7所述的工作站，其特征在于，所述Tl和T2*MR图像数据包括在药物激发之前和之后得到的Tl和T2*图像数据，以及其中以非造影剂MRI脉冲序列获得所述Tl和T2*图像数据。
9.一种具有至少一个处理器的电路，其构造成生成彩色编码的肾组织图，所述图使用来自T2*差值图的图像数据和来自Tl差值图的图像数据示出肾脉管氧合和组织氧合，通过减去从药物或试剂给予之前和之后得到的MRI图像的像素的限定参数计算所述差值图。
10.一种肾评估信号处理器电路，包括: 肾图像处理模块，其构造成自动地(i)使用Tl和T2*MRI图像数据生成患者的一个或两个肾的至少一个热谱色图；(ii)计算肾动脉的血流量测量结果；以及(iii)量化至少一条肾动脉的闭塞和/或狭窄。
11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述肾图像处理模块与构造成评估所述患者是否可能受益于血管再生外科手术的电路通信。
12.—种评估患者是否可能受益于肾动脉血管再生(RA-RV)外科干预的方法，包括: 电子地评估患者的肾的Tl和T2*差值组织图； 电子地限定至少一条肾动脉中的狭窄程度； 电子地计算肾动脉的血流速率； 电子地彩色编码所述肾的MRI图像切片中的不同腹部脂肪隔间；以及 显示所述彩色编码的脂肪隔间、所述狭窄程度以及所计算的肾动脉血流速率。
13.一种用于评估患者中的肾功能的计算机程序产品，包括: 非暂时性计算机可读介质，其具有实现在其中的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括: 构造成使用患者的肾的MRI图像切片来生成至少一个彩色编码的肾组织图的计算机可读程序代码；以及 构造成确定患者对血管再生疗法有有利反应的可能性的计算机可读程序代码。
14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其特征在于，至少一些所述MR图像切片在利尿剂给予所述患者之后获得。
15.—种治疗性肾筛选系统,包括: 电路，其构造成基于对多个不同的限定治疗试剂中的每一个的测试剂量的肾响应来电子地分析受验者的至少一个肾的MRI图像以评估肾功能，其中所述电路评估以下中的至少一者:(a)组织氧合，(b)脉管氧合，以及(c)肾动脉血流速率，以评估所述肾响应，以及其中所述电路基于对各所述试剂中的测试剂量的所述患者的肾响应来生成对于所述不同治疗试剂的肾风险报告。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述不同试剂用于治疗除肾疾病之外的病症。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括具有与所述电路通信的显示器的工作站，所述电路构造成分析所述MRI图像、生成所述肾风险报告以及在用于获得所述MRI图像的相应受验者的MR扫描时段之后大约24小时内向所述工作站显示器传输所述肾风险报告。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述电路构造成以一个或多个相关联的报告生成快速筛选分析，在所述受验者的MR扫描时段之后的大约2小时内，所述分析被执行且向临床医生传输所述一个或多个报告。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述电路与输液泵、用于引导所述测试剂量的连续输送的控制电路以及为IV给予所构造的所述不同治疗试剂的多个测试剂量通信，其中所述治疗试剂在治疗使用期间被作为口服试剂给予，以及其中所述测试剂量是为IV给予所构造的所述治疗试剂的大致药学上相当的治疗制剂。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括: 与所述电路通信的显示器；以及 与所述电路通信的电子库模块，所述电子库模块包括与不同的限定病症相关的不同的治疗试剂的列表，以及其中使用者可从所述限定病症中选择病症，且所述电路将相关联的不同治疗试剂呈现给所述显示器。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，不同病症的所述库包括以下病症中的至少两者:糖尿病、COPD、哮喘、心力衰竭、心脏病、化学疗法、感染和高血压。
22.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述测试剂量提供在测试小瓶或袋的套件中。
23.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述风险报告包括对于各不同治疗试剂的肾并发症或非期望肾响应的范围从高风险到低风险的彩色风险评估，包括针对低风险的第一颜色、针对中等风险的第二颜色、以及针对高风险的第三颜色。
24.根据权利要求23所述的系统，所述风险报告包括对于各所述不同治疗试剂的肾并发症或非期望肾响应的范围从高风险到低风险的数字风险指数评估，其基于从I到10的数字指数，其中I为 低风险而10为高风险。
25.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述风险报告包括对于各所述不同治疗试剂的肾并发症或非期望肾响应的范围从高风险到低风险的彩色风险评估以及从I到10的数字风险指数，包括基于从I到10的数字指数的对于低风险的“绿色”和数字“I”、对于中等风险的“黄色”和数字“5”、以及对于高风险的“红色”和数字“ 10”。
26.—种筛选患者来抑制与药物疗法相关联的潜在肾并发症的方法，包括: 提供适用于治疗限定病症的不同药物的多个测试剂量； 将不同药物的测试剂量连续地经静脉给予患者，同时所述患者在MRI扫描仪的高场磁体中； 电子地获得与各给予药物相关联的患者的MRI图像数据；以及 电子地分析所述MRI图像数据以预测所述患者对于各所述给予药物是否可能具有肾损伤、肾功能障碍或肾损害的风险。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述分析的MRI图像数据生成针对各所述给予药物归纳预测风险的风险报告。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述电子地分析所述MRI图像数据在相应的患者MRI扫描时段的大约24小时内执行。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述限定病症为糖尿病、COPD、哮喘、心力衰竭、心脏病、化学疗法、感染、和高血压中的一者。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述限定病症为高血压。
31.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述电子地分析确定对肾动脉中的血流量的测量，以及对于各所述给予试剂的灌注与氧合的图案。
32.一种选择用于改善肾功能的药物疗法的方法，包括: 将不同药物的测试剂量连续地经静脉给予患者，同时所述患者在MRI扫描仪的高场磁体中； 电子地获得与各给予药物相关联的患者的MRI图像数据；电子地分析所述MRI图像数据以预测所述患者是否可能有利地响应于相应的给予药物；以及 电子地生成具有对于各所述给予药物的有利或不利的肾响应的归纳的快速评估报告。
33.一种分析肾功能的方法，包括: 电子地获得至少一个患者肾的MRI图像数据； 将所述肾的皮质区和髓区电子地分段成包括上极、中极和下极的子段； 电子地评估所述子段中的氧合和灌注； 电子地评估邻近所述至少一个肾的多个不同腹部脂肪子体积的体积；以及 电子地评估响应于所给予的试剂的血流量变化是保持还是改变肾皮质与髓的体积比。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述方法还包括显示包括以不同颜色示出的不同脂肪体积的围绕肾的腹部脂肪的彩色编码的轴向切片图像，所述不同脂肪体积包括肾窦脂肪、腹膜后脂肪、皮下脂肪和腹膜内脂肪。
35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以不同的颜色边界示出所述子段 。
【文档编号】G06T7/00GK103997961SQ201280049607
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2011年10月10日
【发明者】C.A.哈米尔顿, W.G.亨利, M.S.爱德华兹, M.V.罗科 申请人:韦克福里斯特大学健康科学院