专利名称：使用超声造影剂的治疗评估的制作方法
使用超声造影剂的治疗评估本申请主张于2008年1月23日提交的美国临时申请序列号no. 61/022，888的利 益，其通过参考合并于此。本发明涉及超声诊断成像系统，并具体而言涉及超声诊断成像系统在评估肿瘤的 治疗处置进展的使用。国际专利公布WO 2006/090309 (Bruce等)描述了用于通过使用超声造影剂来 探测肝脏中病变的超声成像技术。造影剂丸剂被引入身体并且探测造影剂到达肝脏中 的时间。当造影剂丸剂经过身体的血管并开始在身体内的特定器官或者位置中出现时， 图像中对比度的积累被称为造影剂的“洗入(wash-in)”。随着造影剂注入在身体内的位 置达到稳定水平，然后随着其被血流从该位置冲走而下降，该下降被称为造影剂的“洗出 (wash-out) ”。在前述专利公开中，发明人利用了这样的事实到肝脏的血流来自两个来源， 肝动脉和门静脉。由于在血流的第一，动脉相期间的血流将首先灌注HCC和转移性肝脏病 变，因此发明人通过在血流的动脉相和稍后的门脉相期间探测造影剂到达肝脏中的时间来 识别这种病变。造影剂对肝脏早期洗入的区域可以是病变的征兆。一旦病变或者转移已经被这一和/或其它手段所识别，那么医师通常就给出了处 置方案。治疗可包括例如热疗/降温、化疗、或者抗血管生成剂。该治疗一般不在单个期间 中执行，而是在几周或者几月的一段时间里在几个期间中执行。在每个治疗期间通常期望 医师评估治疗的进展，以确定其对患者的效力。病变或者转移可被诊断性地成像以了解其 例如是否缩小。但是处置的进展常常是缓慢的，并且从先前期间开始在病变或者转移中只 发生很小的改变。在这种情况下，期望通过测量肿瘤的某种特性来定量评估治疗的进展。一 个这种测量是肿瘤血管生成的退化。由于病变或者转移随着其细胞的坏死而缩小，因此发 展为滋养病变的微血管将给病变提供更少的血液补给，并且它本身可开始缩小。一个定量 方法是评估血管生成的这一退化，病变微血管性能的下降。期望的是这种定量测量应是可 重复的，并且不受从一个成像过程到下一个的变化的影响，例如丸剂注射的变化，患者心脏 输出，以及从一个检查日到另一个可能不同的超声机器设置。消除这些变化的影响使得测 量从一个治疗期到另一个是可比较的。本发明的目的是提供新的和改进的技术来在肿瘤的 治疗期期间评估病变或者转移的血管生成。根据本发明的原理，产生超声造影剂的洗入和洗出的时间_强度曲线并将其用于 量化由治疗导致的肿瘤血管生成。通过超声成像系统来采集病变或者转移的图像，并且随 着造影剂洗入和洗出被观察的组织或者器官，病理被连续地成像。为了这一过程的精确测 量，期望在造影剂洗入和洗出时稳定地采集来自同一转移位置的超声信号，从而使用于时 间_强度曲线计算的信号信息不断地从病变的同一点发出。根据本发明的第一方面，呼吸 运动的影响通过对为了产生时间-强度曲线的数据采集进行呼吸门控而被消除。呼吸门控 的优选技术是通过图像分析而实现的技术，其中图像中解剖学标记(例如横膈膜)的存在 或者缺乏被用于决定图像被用于或者不被用于时间-强度曲线处理。根据本发明的另一方面，针对来自肿瘤的超声数据和针对来自正常组织的超声数 据两者来产生时间-强度曲线。针对每个时间-强度曲线来计算洗入时间(WIT)参数。洗入时间比率(WITR)由两个参数形成，其减少了归因于例如丸剂差别、心脏输出、和超声系 统设置的因素的洗入时间量化的变化。因而WITR提供了治疗进展精确且可比较的指示。根据本发明的又一方面，肿瘤和正常组织的时间_强度曲线彼此相减以形成差分 时间-强度曲线。该差分时间-强度曲线的形状和其随时间的变化是治疗进展的另一指示。在附图中
图1以方框图形式图示了根据本发明原理构建的超声诊断成像系统；图2和3图示了根据本发明原理的图1的QLab处理器操作的细节；图4图示了根据本发明原理的图像处理中的呼吸门控；图5是在动脉相期间采集的肝脏图像中根据本发明原理的针对时间-强度曲线的 ROI的图示；图6是在稍后门脉相期间采集的肝脏图像中根据本发明原理的针对时间-强度曲 线的ROI的图示；图7图示了针对转移性病变和正常实质的时间-强度曲线；图8图示了根据本发明原理在呼吸门控的超声图像中对横膈膜的识别；图9a_9d图示了根据本发明原理的时间-强度曲线的产生和相减以形成差分时 间-强度曲线；图10图示了根据本发明的治疗进展的临床评估结果。首先参照图1，以方框图形式示出了根据本发明原理构建的超声系统。这一系统通 过以超声发射束来扫描被成像身体的二维或者三维区域而操作。由于每个波束沿着其穿过 身体的操纵路径发射，因此该波束返回具有与所发射的频率成分相应的线性和非线性(基 频和谐频)成分的回波信号。发射信号通过与波束相遇的造影剂微泡的非线性响应而被调 制，因而生成具有谐波成分的回波信号。图1的超声系统利用发射器16来在期望波束方向上发射所选择调制特性的波或 者脉冲，以从体内的散射体返回谐波回波成分。该发射器响应于确定发射波束特性的多个 控制参数，包括发射波束的频率成分，它们的相对强度或者振幅，以及发射信号的相位或者 极性。该发射器通过发射/接收开关14来与超声探头10的阵列换能器12的元件耦合。阵 列换能器可以是用于平面(二维)成像的一维阵列或者用于二维或者体积(三维)成像的 二维阵列。换能器阵列12接收来自身体的回波，该回波包含的基频(线性)和谐频(非线 性)成分在换能器的通频带之内。这些回波信号通过开关14与波束形成器18耦合，该波 束形成器18适当地延迟来自不同换能器元件的回波信号，然后将它们组合以形成从浅到 更深深度的沿着波束的线性和谐波信号序列。该波束形成器优选是操作数字化回波信号以 产生从图像的近场到远场深度的离散相干数字回波信号序列的数字波束形成器。该波束形 成器可是响应于单个发射波束沿着多个空间不同接收扫描线产生两个或者更多回波信号 序列的多线波束形成器，其对于3D成像是尤其有用的。波束形成的回波信号与集成内存22 華禹合。在图1的超声系统中，使用不同的调制技术来在每个波束方向上发射多个波或者 脉冲，导致对图像场中每个扫描点的多个回波的接收。该与公共空间位置相应的回波在 此称为回波的集合，并存储在集成存储器22中，它们可以从该存储器中被取回并一起处理。集合的回波被非线性信号分离器24以各种方式组合以产生期望的非线性或者谐波信 号。例如，两个具有不同相位或者极性调制的脉冲可以向着图像场中每个点发射。当该两 个脉冲产生的回波被超声系统接收并且附加地组合时，不同的调制使得回波的基频成分被 抵消而谐波成分被彼此增强。这将回波信号的谐波成分分离了出来。可选地，当两个回波 彼此相减时，基频成分被增强而谐波成分被抵消。这将基频分离了出来以构建标准B模 式图像。这一调制被称为“脉冲反转”，并且可以通过如美国专利5，706，819 (Hwang等)、 5,951, 478 (Hwang等)、和5，577，505 (Brock Fisher等)中所描述的相位、极性或者振幅调 制而实现。所分离出的信号通过滤波器30被滤波以进一步消除不希望的频率成分，然后经 受探测器32的B模式或者多普勒探测。所探测的信号被耦合至非线性信号组合器34以减 少图像散斑内容。然后该信号被处理以在图像处理器36中形成二维、三维、光谱、参数、或 者其它期望的图像，然后该图像在显示器38上显示。所探测的不需要散斑减少处理的基波 (线性)信号被直接耦合至图像处理器36以形成并显示图像。根据本发明的原理，超声图像数据也被耦合至QLab图像处理器40以产生时 间_强度曲线以及造影剂洗入和洗出特性。由QLab图像处理器产生的时间_强度曲线和特 性被耦合回图像处理器，在其中它们可与超声图像一起数字式地或者图形化地被显示在显 示器38上。适于产生时间-强度曲线的标准QLab处理器可从Massachusetts的Philips Healthcare of Andover 获得。标准QLab处理器产生公知的时间_强度曲线，也称为灌注曲线或者再灌注曲线。 见美国专利5，833，613 (Averkiou等)，国际专利公开W02005/099579 (Rafter)，和国际专 利公开W02005/054898 (Garg等)。如这些公开所阐明，在造影剂到达身体中位置期间，监 控造影剂在组织中各点(图像中各点)的积累。造影剂在一点处的数量通过从在每个点处 的造影剂微泡返回的回波的强度表示，并在通过在造影剂洗入组织时的低功率(低MI)发 射而采集的图像序列中呈现。时间-强度曲线可以由针对组织中每个点的造影剂强度的 这一积累和其在造影剂洗出期间的随后下降而形成，其中该每个点逐帧返回回波的时间序 列。针对整个被观察组织的时间_强度曲线的定性表达可以通过在解剖图像中给每个像素 用代表图像中每个点处的时间-强度曲线的参数的颜色来上色而形成。Grag等的申请阐明 了心肌的参数化图像的形成，其中图像中每个像素的颜色例如代表在心肌中每个点处的时 间_强度曲线所达到的峰值水平。也参见美国专利6，692，438 (Skyba等)。在本发明的执行中，随着造影剂到达身体中的转移位置、积累、然后洗出，造影剂 灌注回波数据在图像序列中被采集。该回波的强度值因而将从没有造影剂存在的基线水平 开始，然后上升，稳定，并随着造影剂洗出而下降。然后曲线拟合算法将这一数据变化用如 下定义的误差函数拟合I(t) =A [erf {(t-t0) /Τ} +I0]其中I(t)是时间t时的线性强度，A是基线偏移量的最大强度，T是与洗入时间成 线性比例的洗入时间参数(例如，从5% -95% )，Itl是基线偏移量，并且、是时间偏移量。 洗入时间优选从拟合曲线而不是噪声图像数据中提取。造影剂回波数据优选在这一处理之 前不被数据压缩，从而该数据保持其所获得的线性关系。另一方法是将整个时间-强度曲 线(而不仅仅是洗入部分)拟合到如对数正态分布的适当数学模型，该数学模型例如如下定义
权利要求
一种用于评估肿瘤治疗进展的超声诊断成像系统，包括超声探头，其用于在造影剂灌注组织时采集肿瘤和其邻接组织的超声图像序列；时间 强度参数计算器，其计算所述肿瘤和正常组织的所述造影剂的洗入参数；以及比率计算器，其计算所述肿瘤的所述洗入参数与所述正常组织的所述洗入参数的比率。
2.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述超声图像序列包含造影剂回波 数据；并且其中，所述时间_强度参数计算器还将曲线拟合到所述造影剂回波数据。
3.如权利要求2所述的超声诊断成像系统，其中，所述洗入参数是曲线参数。
4.如权利要求2所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间-强度参数计算器还将所述 造影剂回波数据拟合到误差函数。
5.如权利要求4所述的超声诊断成像系统，其中，所述洗入参数是所述误差函数的参数。
6.如权利要求2所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间-强度参数计算器将所述造 影剂回波数据拟合到数学模型。
7.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间_强度参数计算器针对来自 所述图像序列中手动识别的ROI的所述肿瘤计算所述造影剂的洗入参数。
8.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间_强度参数计算器针对来自 所述图像序列中通过图像处理识别的ROI的所述肿瘤计算所述造影剂的洗入参数。
9.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间_强度参数计算器针对来自 所述图像序列中手动识别的ROI的所述正常组织计算所述造影剂的洗入参数。
10.一种用于评估肿瘤治疗进展的超声诊断成像系统，包括超声探头，其用于在造影剂灌注组织时采集肿瘤和其邻接组织的超声图像序列； 时间-强度曲线计算器，其计算所述肿瘤和正常组织的所述造影剂的时间-强度曲线；以及差分曲线计算器，其计算肿瘤和正常组织的时间-强度曲线的差分曲线。
11.如权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述超声图像序列包含造影剂回 波数据；并且其中，所述时间-强度参数计算器还将曲线拟合到所述造影剂回波数据。
12.如权利要求11所述的超声诊断成像系统，其中，所述洗入参数是曲线参数。
13.如权利要求11所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间-强度参数计算器还将所 述造影剂回波数据拟合到误差函数。
14.如权利要求13所述的超声诊断成像系统，其中，所述洗入参数是所述误差函数的 参数。
15.如权利要求11所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间-强度参数计算器将所述 造影剂回波数据拟合到数学模型。
16.如权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间_强度参数计算器针对来 自所述图像序列中手动识别的ROI的所述肿瘤计算所述造影剂的洗入参数。
17.如权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间-强度参数计算器针对来自所述图像序列中通过图像处理识别的ROi的所述肿瘤计算所述造影剂的洗入参数。
18.如权利要求10所述的超声诊断成像系统，其中，所述时间-强度参数计算器针对来 自所述图像序列中手动识别的ROI的所述正常组织计算所述造影剂的洗入参数。
全文摘要
描述了一种用于借助造影剂成像来监控对病理的治疗进展的超声成像设备和方法，该病理诸如是病变、肿瘤和转移。当造影剂丸剂灌注包含病理的组织时，采集图像序列。针对肿瘤和正常组织两者来计算造影剂洗入时间参数，并且计算两个洗入时间参数的比率(称为WITR)，其消除了在过程中从一个治疗监控期到另一个的变化的影响。也产生病理和正常组织的时间-强度曲线的差分曲线，该差分曲线也类似地不受过程变化的影响。呼吸的运动影响可以这样被考虑在内通过探测在序列的每个图像中例如横膈膜的标记的位置，并且在处理时将那些显示标记相对于探头的位置发生改变的图像丢弃。
文档编号A61B8/08GK101969857SQ200980102906
公开日2011年2月9日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月23日
发明者K·基里亚科普路, M·兰帕斯基斯, M·阿韦基乌 申请人:M·阿韦基乌;M·兰帕斯基斯;K·基里亚科普路