专利名称：用于基于成像的器官动态功能估计的基于计算机的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及基于成像的器官功能性评估领域。尤其是，本发明涉及用于具 有分泌或排泄功能的至少一个器官(比如人的肝和/或肾)的基于成像的动态功能估计的 方法和系统，以及相关方法及其使用。更尤其是，本发明的一些实施方式涉及具有分泌 或排泄功能的至少一个器官的基于磁共振成像(MRI)的动态功能性评估，尤其是利用针 对器官的对比度增强物质(比如Gd-EOB-DTPA)进行肝和肾的功能性评估。
背景技术：
目前肝功能的评估大多依靠血清分析物测量，得出比如ChikHPugh和MELD以 及在某种程度上，清洁测试的分数。分析物测量的简单及低成本适于在临床实践中频繁 使用。它们给出了有关肝细胞的细胞完整性以及它们的合成和分泌功能的间接信息，但 是分析物测量的灵敏度和特殊性通常被认为是较低的。而且，在肝功能衰弱和能检测到 分析物的血清水平的变化之间经常有明显的延迟。清洁测试测量被测底物(substrate)从 该血流中被清洁的速度，以及在一些情况下代谢物的形成速度。已经使用了各种测试底 物，比如四溴酚酞磺酸钠(BSP)、半乳糖和吲哚花氰绿(ICG)。一些清洁速率高度依赖 肝灌注，显示其经历了肝病(比如恶性和后期硬化)的重大变化。清洁测试和分析物测量 是整体肝功能的指标，而不能检测断片或区域水平上的肝细胞功能或胆汁排泄的恶化。 清洁测试很麻烦，在临床实践中一般很少使用。另外，以前根据来自单光子发射计算机断层照相(SPECT)的输入数据评估器官 功能(比如肝功能)。然而，这种应用没有得到广泛的临场应用，这是由于实现原因和病 人的剂量限制，以及其它原因。闪烁扫描法(Scintigraphicmethods)是目前在临床使用中 基于成像的肝功能测试的唯一选择。放射性示踪剂(通常来自99mTc-IDA-族)被注射 到血流中，并随着时间对放在肝上方的关注的区域(ROI)中的示踪剂的活性进行采样， 即，进行动态研究。从放在心脏和/或脾脏上方的ROI配准(register)血池中的活性，并 将血池中的活性用于定义输入函数。然而，闪烁扫描法受许多缺点困扰，比如所得到的图像的低分辨率和有限的解 剖细节。在肝中，肝细胞功能的区域差异可能因此难于检测或者不可能被检测到。在闪烁扫描研究中，对肝功能的测量或者使用比如排泄半时(t"2)、到峰时间 (TTP)和最大活性(Cmax)等参数(又称为概略(summary)参数)对肝活动曲线的半定量 分析，或者计算肝提取分数(HEF)或平均通过时间(MTT)评估。然而，概略参数的结 果要被小心考量。例如，任何灌注研究中的组织(tissue)浓度或活动对时间曲线高度依赖 于不同病人之间或研究之间的输入函数(IF)和组织残留功能方面的差异。因此，需要一种用于器官的动态功能估计的新的或至少是改进的方法和/或系 统，其优选地基于成像。因此，用于具有分泌或排泄功能的器官(比如肝)的基于成像的动态功能估计的新的或至少是改进的方法和/或系统是有好处的。尤其是，需要该新的或改进的方法是 灵活的、高性价比的、便于病人的、安全的和/或与现有药物和医学过程兼容的。
发明内容
相应地，本发明的实施方式优选地通过提供根据所附权利要求的系统、方法、 计算机程序、医学工作站和医学方法来寻求减轻、减缓或消除如上面所确定的、单独的 或任何组合中的一个或更多 本领域中的缺陷、不足或问题。根据本发明的第一方面，提供一种基于计算机的系统，其适于确定人的至少一 个器官随时间(overtime)的函数(function)。该器官是具有分泌或排泄功能的器官，比 如肝和/或肾。该系统包含处理单元，该处理单元被配置为处理通过图像模态获得的一 组四维(4D)图像数据，并被配置为根据该组四维(4D)图像数据确定与至少一个器官的 该至少一个器官的每容积单元(per volume unit)的函数有关的参数的值，从而通过将所确 定的该参数的值与以前确定的健康人群的参数的值进行比较，以便促进对该器官的机能 失调的诊断。根据本发明的第二方面，提供一种能存储在计算机可读介质上的计算机程序， 以通过用于确定至少一个分泌或排泄器官(比如人的肝和/或肾)随时间的函数(fonction overtime)的计算装置进行处理。该计算机程序包含多个代码段，该多个代码段包含用于 根据对通过图像模态获得的该人的一组四维(4D)图像数据的处理来确定与该至少一个器 官的该至少一个器官的每容积单元的函数有关的参数的值，从而通过将所确定的该参数 的值与以前确定的健康人群的参数的值相比较以促进对该器官的机能失调的诊断。根据本发明的第三方面，提供一种确定至少一个分泌或排泄器官(比如肝和/或 肾)随时间的函数的计算机实现的方法。确定至少一个器官的函数包含确定与所述至少 一个器官的所述至少一个器官的每容积单元的所述函数有关的参数的值，且中确定该函 数是基于处理通过图像模态获得的所述人的一组四维(4D)图像数据，从而通过将所确定 的所述参数的值与以前确定的健康人群的所述参数的值相比较来促进对所述器官的机能 失调的诊断。根据本发明的第四方面，提供一种图形用户界面。该图形用户界面以至少一 个参数映射的形式包含本发明的第三方面的方法的结果，该结果包含HEF、或irBF、或 HEF 禾口 irBF。根据本发明的第五方面，提供包含本发明的第三方面的方法的对手术过程的基 于计算机的的虚拟规划的方法。根据本发明的第六方面，提供在本发明的第一方面的系统中包含的医学工作 站，以执行本发明的所述第二方面的所述计算机程序。本发明的进一步的实施方式被限定在从属权利要求中，其中对于本发明的第二 和后续方面的特征是有关该第一方面的必要变动。实施方式基于使用从图像模态所提供的图像数据。该图像模态有利地提供适于 检查器官中的造影剂的吸收的本体的图像数据。一些实施方式是基于使用器官特异性造影剂，以增强该分泌或排泄器官的图像 数据的对比度。
一些实施方式是基于使用顺磁性造影剂，比如钆化合物。钆增强组织和血管 结构在Tl-加权的MRI图像中显得特别亮。这提供了检测例如血管组织的高灵敏度并 允许对器官灌注的评估并可提供对该器官的功能(例如肝功能)的评估。当使用肝细胞 特异性造影剂时，一些实施方式是基于动态肝细胞特异性对比度增强(DHCE)MRI，即 DHCE-MRI的。当使用肝肾的特异性造影剂时，一些实施方式是基于动态肝_肾的特异 性对比度增强(DHRCE)MRI，即DHRCE-MRI的。本方法和/或系统的实施方式有可能局部地对描述肝功能的可能性具有潜在的 重要影响，这在识别局部肝疾病和监控药物学(pharmacological)疗法(therapy)和手术或 内窥镜介入的响应 方面是有用的。本发明的一些实施方式能够进行不依赖所使用的造影剂的类型的器官功能性评 估。本发明的一些实施方式能够进行不依赖于使用的MRI模态的脉冲序列的类型的 器官功能性评估。本发明的一些实施方式能够在器官的断片(segment)或子断片水平上对该器官功 能进行评估。一些实施方式能同时一起确定超过一个器官(例如肝和肾)的函数。用这种方 式，促进了对这些器官的生理功能和它们的函数之间的相互关系(inter-relationship)的协 同确定。例如来自肝的废产物被血液传送到肾。肾滤出这些废产物并将它们在尿液中排 出体外。因此提供了在柔软的器官的相互作用中对机能失调的诊断一些实施方式能进行机能失调的器官的断片或子断片的识别。这又能够促进对 为了治疗该机能失调而进行的手术过程的虚拟规划。本发明的一些实施方式能够进行原发性胆汁性肝硬化(PBC)的肝功能的诊断评 估。本发明的一些实施方式能够进行原发性硬化性胆管炎(PSC)的肝功能的诊断评 估。—些实施方式能够通过测量的或确定的参数的比较和与以前确定的健康人群的 这种参数的值的对比而对分泌或排泄器官的机能失调进行诊断。术语器官的“功能”指的是它的生理运作或动作。例如，分泌或排泄器官(比 如肝或肾)的分泌或排泄功能由实施方式所确定。实施方式不同于未被包含在实施方式中而被从后者中表达性地排除的核医学。 当在详细说明中提到造影剂或示踪剂时，放射性示踪剂不包括在实施方式中。实施方式 基本上不同，因为闪烁照相实践不能够提供对器官的断片特异性功能分析。这在下文进
一步阐明。应当强调，术语“包含”在被使用在本说明书中时是用于指定所申明的特征、 整体、步骤或元件的存在但是不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、元件或其组的 存在或增加。
参考附图，根据下文对本发明的实施方式的描述，本发明的实施方式所具有的这些及其他方面、特征和优点将变得显而易见并被阐明，在附图中图1是示意性说明由显示经过腹部的切片的MRI模态获得的图像可视化数据的 示意图；图2A是示意性说明与其脉冲响应卷积的脉冲函数的示意图；图2B是示意性说明与脉冲响应卷积的非理想的输入函数的示意图；图3是示意性说明了解卷积的肝提取(HE)曲线，以及肝滞留曲线(HRC)的图 表；图4是示意性说明肝提取曲线的获得的示意图；图5是示意性说明包含实施方式的方法的流程图；图6是图5的方法的一部分的示意图；图7是图5的方法的计算部分的示意图；图8是分段的(segmental)肝功能性评估的示意图；图9是示意性说明不同的仿真计算方法的平均误差和误差直方图的图表；图IOA到IOD是基于通过MRI和根据不同的计算方法进行的后续图像处理得到 的数据的图像；图11是示意性说明从图4D的图像数据计算HEF的结果的图表，其对比了其傅 里叶分析和截断奇异值分解(TSVD)；图12是一个实施方式的系统的示意图；图13是一个实施方式的计算机程序的示意图；图14A和14B是示意性说明当用TSVD进行的DA与用FA+尾进行的DA比较 时HEF和RBF的总分布的图表；图15A和15B是示意性说明使用TSVD和FA+尾两者在断片水平上的HEF和 RBF分布的图表；图16是分成隔室的模型的示意图；图17是示意性说明与测量的实质响应函数相对比的输出函数(out-fonction)的收 敛性的图表；图18是示意性说明来自具有硬化形态迹象的病人的HEF-结果与来自在断片水 平上呈现的健康对照组的结果的对比度的图示；图19是示意性说明来自具有硬化形态迹象的病人的曲线下方面积(AUC)结果与 断片水平上呈现的健康对照组的结果的对比度的图示；图20是示意性说明断片水平上的药动学(pharmacokinetic)参数k21的图示；图21是示意性说明断片水平上的药动学参数k3的图示；图22是示意性说明在断片水平上呈现的HEF的图示；图23是一示意性说明在断片水平上呈现的定量评估的AUC的图示；图24是示意性说明在断片水平上呈现的药动学传送常数k21 ；图25是示意性说明在断片水平上呈现的药动学传送常数k3 ；图26A和26B是示意性说明来自PSC病人和对于健康志愿者中的分区的实质响 应曲线；以及图27是计算具有对部分容积效应(partial volume effects)的补偿的局部HEF和局
9部irBF的示意图。附图中示意性说明的实施方式的详细描述中使用的术语不是为了限制本发明。 在附图中，类似的标号指代类似的元件。
具体实施例方式现在将参考附图描述本发明的具体实施方式
。然而，本发明可被实现为各种不 同形式，而不应当被解释为限于本文所阐明的实施方式；相反，这些实施方式被提供以 便本公开完全并完整，并且将把本发明的范围完全地传递给本领域的技术人员。更详细 地，下面的描述中给出的一些实施方式聚焦于适用于肝功能性评估并尤其适用于用于肝 功能性评估的基于MRI的图像分析的方法和系统。然而，应当理解，本发明不限于本应 用，而是可被应用于其它医学领域、程序和/或分泌或排泄器官，例如包括下面进一步 提到的那些。在一个实施方式中，Tl-加权动态肝的特异性对比度增强(DHCE)MRI提供了 3D图像数据。在随后的时间所获得的多个3D数据组提供了 4D图像数据组。处理该4D 图像数据组以在肝的断片或子断片水平上进行肝功能的评估。该断片可以小至该4D图像 数据的体素(voxel)水平。根据处理该4D数据组确定肝功能的参数值。在断片或子断片水平上，相对于肝的输入血流(输入相对血流，irBF)确定肝中 的血流。在断片或子断片水平上相对于肝中的静脉血流确定肝中的血流。可以在整个肝上确定该肝中的血流。替代或附加地，可以在断片或子断片水平 上确定该血流。可以相对于该肝中的动脉血流确定该血流。在一些实施方式中，肝提取分数(HEF)是在断片或子断片水平(直至体素水平) 上确定的。HEF先前只是在整个器官的水平上被确定的。当在断片或子断片水平(直至 体素水平)上确定HEF时，新的并且更有效的诊断和治疗机会出现。肝的功能可以根据其的容积单元来确定。肝或其断片的容积可以从由图像模态 (modality)(例如，MRI模态)所提供的3D图像数据来确定。用这种方式可以将局部 HEF与肝的具体容积相关，S卩，HEF/容积被确定。例如，这允许进行虚拟的手术过程规划。在切除肝的病变部位之前，进行对器 官的一部分的手术切除的基于计算机的虚拟规划可允许计算手术之后的残留肝功能。这 从临床医生的视角和病人的安全方面来看都是很大的优点。在一些实施方式中，肝的肝提取分数(HEF)和/或输入相对血流(irBF)是在断 片或子断片器官水平上，根据截断奇异值分解(TSVD)计算来确定的。例如这在计算方 面是有优势的，其允许临床上可接受的计算时间。在一些实施方式中，TSVD被有益地用来确定参数映射。该参数映射提供了对 器官功能的有效而快速地诊断。在一些实施方式中，HEF和irBF被以参数映射的形式可视化。在一些实施方式中，HEF和irBF被以叠加在解剖图像上的参数映射的形式可视 化。计算结果、对手术过程或其它治疗的虚拟规划可以例如被呈现在医学工作站的显示器上。可以使得基于实施方式的计算结果的过程或治疗的规划在例如下文参考图12 所描述的系统的医学工作站的显示器上，以由用户输入所操纵的互动的方式看到。在一个实施方式中，用磁共振成像(MRI)并将用钆塞酸二钠 (Gadoliniumethoxybenzyl diethylenetriaminepentaacetic acid, Gd-EOB-DTPA (德国丰白林 的Schering AG公司的Primovist ))用作针对肝的造影剂的动态肝功能测试被使用。 Gd-EOB-DTPA具有通过肝和肾通道，等同消除的独特性质。对于Gd-EOB-DTPA，造影剂的吸收和排泄的双路径(50%肝细胞吸收、胆汁排 泄)(50%通过肾小球过滤而肾消除)，允许本模型用于同时监控和/或确定肝和肾功能两 者，这是本方法与这种造影剂相结合的独特性质。因此，动态肝肾的特异性对比度增强 (DHRCE)磁共振成像(MRI)被提供并被用于在各实施方式中或为各实施方式获取3D或 4D图像。能用于临床使用并适于本方法的一些方面的其它基于钆的造影剂包含Bayer Schering Pharma 公司的 Magnevist Gadopentate dimeglumine ； GE Healthcare 公司 的 Omniscan Gadodiamide ； Gothia/ Guerbet 公司的 Dotarem ，Gd-DOTA ； Initios Medical AB/Bracco 公司的 Gadoteridol ； BayerSchering Pharma 公司的 Gadovist Gadobutrol。能用于临床使用并适于本方法的其它方面的其它组织特异性造影剂包含 Gothia/Guerbet 公司的 Endorem , (SPIO) (80_150nm)、Bayer ScheringPharma 公司的 Resovist ，(SPIO) (60nm) ； GE Healthcare 公司的 Teslascan Mangafodipir ； Initios Medical AB/Bracco 公司 的 MultiHance ，Gadobenatedimeglumine、Bayer Schering Pharma公司的Gadofosvesettrinatrium。然而，后面的造影剂可能不适于肝细胞特异性对 比度增强，但是适于其它分泌或排泄器官(比如肾)的对比度增强。本方法和系统的实施方式不限于使用Gd-EOB-DTPA作为造影剂。其它未来或 当前可获得的肝或器官特性性造影剂也是可适用的。当造影剂被以静脉注射的方式给予时，肝中的浓度受血液循环的影响并且随着 时间分散。因此，响应函数可被描述为脉冲响应和输入函数之间的卷积。图2A显示了 理想情况，此时所关注的器官由短脉冲函数在施加脉冲响应的情况下呈现。如同提到过 的，事实上感兴趣的器官是由输入函数呈现的，该输入函数随时间变化并将因此影响该 响应函数，如图2B中所示。为了克服示踪剂(tracer)循环的影响，使用传入血管的相对增强曲线作为输入函 数并使用肝相对增强曲线作为响应函数来应用解卷积分析(DA)。为了 DA，执行矩阵求 逆以及奇异值分解(SVD)。测量到的肝造影剂增强可能更依赖于肝灌注而不是实际的肝细胞功能，为输入 函数规则采取措施(making provision for input functionimperative)。就具有高肝提取率的
示踪剂而言，这更加真实。在理想情况下，为了克服循环的影响，示踪剂的给予应当作为短血管内丸剂被 直接提供到肝的传入血液供应(即，门静脉或肝动脉)中。在第一遍通过(fostpass)过 程中，周边静脉给药(如临床实践中使用的)将在肝内呈现出只有很小百分比的注入示踪 齐U，等于由该肝接所接收的心输出量小部分(fraction)。然后，肝将恒定地呈现出示踪剂由于循环和同时进行的提取和排泄引起的变化的浓度。当执行肝成像时，将示踪剂直接 给予到门静脉或肝动脉内不是在临床情形下执行的。然而，可以使用解卷积分析(DA)模拟该原理。DA针对正出现在该器官的造影 剂的不断变化的浓度，修正器官的时间-活性曲线。该方法已被证实在使用基于傅里叶 变换(FT)的解卷积的动物研究中有效。FT是闪烁扫描(scintigraphic)实践中最广泛使用 的解卷积模型。解卷积分析至今还没有用于确定器官 的每容积单元的功能。对于那些不是仅仅 由血液所灌注，而是另外具有分泌或排泄功能的分泌或排泄器官的情况，尤其如此。使用奇异值分解(SVD)的矩阵求逆是用于DA的更有利的数学模型，但是至今 仍没有用于从图像数据确定肝功能。对肝细胞特异性造影剂的使用，比如钆塞酸二钠(柏林的BayerSchering Pharma AG公司的Primovist (Gd-EOB-DTPA))，已经被证明当其被用在T1-权重MRI中 时，改善了所关注的肝损害的检测和特征化。Gd-EOB-DTPA的药效特性类似于 99mTc-IDA-族的特性，其中肝细胞通过有机阴离子传送系统(OATS)吸收并在随后经 由谷胱甘肽-S-转移酶进行胆汁排泄。药物动力研究显示，Gd-EOB-DTPA的给予剂 量的约50%被肝提取并被透过肝-胆通道分泌。剩余的50%被肾排泄消除。因此， Gd-EOB-DTPA的肝吸收和后续的Tl松弛缩短(Tl-relaxation shortening)取决于肝细胞块 的完整性。动态Gd-EOB-DTPA MRI以前已用在动物模型中，以便在各种试验性设定中 或使用简要的(summary)参数或使用DA估计肝功能和机能障碍。Gd-EOB-DTPA的药效特性结合MRI中获得的高分辨率展示了将DHCE-MRI与 Gd-EOB-DTPA —起用作为基于成像的肝功能试验的优点，提供在区域和/或甚至断片水 平上的功能方面的可辨别的差异。这是以前人社会没有提供的。图1是示意性说明图像1的示意图，图像1可视化了经由显示通过腹部100 的切片(slice)的MRI模态所获得的三维(3D)数据。示出了肝110，其包括软组织 (parenchyma) 112 (肝的功能部位)和包括胆管、门静脉支流和肝动脉支流111的入口进入 蒂(portalpeddicle)。还示意了下腔静脉(IVC，inferior vena cava) 130 (在其它断片，即使 从肝泄漏到IVC的肝静脉也可以被可视化)和主动脉120。图2A是示意性说明了与其脉冲响应卷积的脉冲函数的示意图，而图2B是示意 性说明了与脉冲响应卷积的非理想输入函数的示意图；如同上文所述并且在下文详细解 释的那样。图3是示意性说明了解卷积的肝提取(HE)曲线以及肝滞留曲线(HRC)的图解。 图3中显示了解卷积的肝提取(HE)曲线(即，脉冲响应)和肝滞留曲线(HRC，其是对在 420和1800秒之间的HE曲线中的时间点的单指数拟合)。该HE曲线的峰值和该HRC 的Y轴截断之间的比例被定义为肝提取分数(HEF)。在这种情况下，傅里叶分析(FA+ 尾)被用于DA，而图3中显示的相关示例中的HEF是约17%。图3将在下文被详细阐 明。图4是示意性说明获得肝提取曲线的示意图。门静脉中的输入函数的相对随时间增强的曲线、以及来自一个试验对象的肝断 片V的实质(parenchymal)响应函数被示出。符号( 和χ)指示取样点。该实质响应曲线被示出，其中三个ROI的平均的95%的置信区间被放置在肝断片V中。已经以7个 点的滑动窗口函数对两个曲线进行了平滑。图5是示意了包含实施方式的方法2的流程图。在步骤200中，病人被放在磁 共振成像器中。在步骤210中，使用T-I加权序列扫描该病人的肝，从而提供包含对该 肝及相连的结构和器官的解剖数据的3D病人数据。然后，在步骤220中，肝特异性造影剂被注射到病人的血流中。如在步骤230 中所示，利用磁共振成像器在连续的时间(约10到90分钟期间)扫描该病人的肝。在 每次扫描过程中获得新的3D数据组，这提供了四维(4D)数据组，S卩，提供了用于3D容 积(volume)中的时域变化的数据。该4D数据组也被称为动态4D像容积。图6中描绘 了这一点。在所示的步骤240中，从该动态4D像容积中对于肝血液输入和肝实质 (parenchyma)提取数据，例如使用下面更详细地描述的方法。该方法可以是由计算机实 现的。在步骤250中，计算将该血液输入传递到该肝实质响应的脉冲响应函数。例如 这是通过合适的计算机程序实现的。该计算可如图7中所示的那样完成，从而提供了脉 冲响应函数，其也被称为矩阵形式的肝提取曲线。在步骤260中，肝提取分数和输入相对血流被从计算出的脉冲响应函数中局部 地提取出来，以提供了用于进一步处理或分析的数据。在步骤270中，来自步骤260的数据被用于提供肝提取分数和输入相对血流图像 映射和/或断片水平上、或子断片水平上、直到体素水平的表格式结果例如在图IOA到IOD中，显示了基于通过DHCE-MRI和根据不同的计算方法的 后续的图像处理获得的数据的图像。图IOA和IOC显示了用TSVD DA分别计算的HEF 和irBF (110内部)的参数映射。图IOB和IOC显示了用FA DA分别计算的HEF和irBF 的参数映射。该参数映射是根据颜色代码表300用颜色编码的。背景(这里是在图1中 的腹部100的内部)中的解剖情况是黑白显示的，以便清晰地区分以器官的断片(例如， 在特定体素处)的形式所示的器官功能(HEF和irBF)。图8是分段的肝功能性评估的示意图。肝被分成八个断片(如I到VIII-Segment1到Segmetn8-SI到SVII所示的)，所有
断片都作为具有它自己的静脉血供应和胆汁(biliary)排泄路径的单独的器官发挥功能。 从而可以对整个肝内的每个体素(X，y，ζ)计算HEF。可以使用基于计算机的分段和/ 或目标识别(例如，基于图像强度或Hounsfield灰度值)来获得该肝容积。可以使用基 于肝解剖学界标(landmark)的半自动计算机软件将肝体进一步分成解剖学肝断片。可以 通过将HEF与其相应的容积相乘获得在断片或子断片水平上对整个肝的虚拟功能进行测
量。
"^Segment 1X HEFgegment l=F ^ Segment
"^Segment 2X HEFgegment 2=F ^ Segment
"^Segment 3X HEFgegment 3=F ^ Segment
"^Segment 4X HEFgegment 4=F ^ Segment
"^Segment 5X HEFgegment 5=F ^ Segment
Vgegment 6x HEFgegment 6 一 Fgegment 6Vgegment 7x HEFgegment 7 一 Fgegment 7Vgegment 8x HEFgegment 8 一 Fgegment 8总函数=求和，Flbtal如果例如通过手术或药物治疗改变该肝功能和/或该肝容积，新的机能的测量 可以使用这种技术来获得。此变化成为分数(fraction)。 F ratio = F pre-surgery/ Fpost-surgery比值Fratl。是在治疗之前和之后的函数的比并且可被应用于药物治疗和手术两者。附加地或替代地，提供对治疗的虚拟规划。例如，可以虚拟规划出对器官的至 少一个断片的至少一部分的手术切除。切除后的器官功能可以通过剩余断片的总函数确 定。因此向外科医生提供了在手术切除其一部分之后所评估的器官功能是否仍将足够的 有价值的信息。依据虚拟手术规划的现实手术因此与其结果适应。所提供的对血流的测量可被用来进行虚拟规划。可以确定进入不同的肝部位的 每个容积断片的输入相对血流。例如这在临床上有关于严重血管化的肿瘤。检查相关 4D容积中的子容积或整个容积中的血流是我们感兴趣的。虚拟规划包括对血流的均勻考 量，例如，当规划用坏死病诱导药学物质(比如Glivec )进行的治疗时。在虚拟规划 过程中，可以对于血管化的肿瘤的一个区域限定这种制剂的效果。因此该虚拟规划可提 供在药品治疗之后对总的肝功能的测量。在另一个示例中，用化疗治疗可以在药品治疗的虚拟规划的计算机实现方法中 被虚拟规划。因此，在实际治疗之前，提供了对中断或改变该治疗的测量，这对于病人 是有利的，也有利于节省成本。下面给出评估使用动态Gd-EOB-DTPA增强的MRI计算HEF作为断片水平上肝 细胞功能的标记的可行性的一个示例。将基于傅里叶的计算方法与截断SVD(TSVD)对 比，以进行解卷积分析。进一步，下面给出使用动态Gd-EOB-DTPA增强的MRI评估具有原发性胆汁性 肝硬变(PBC)和原发性硬化性胆管炎(PSC)的病人的HEF、irBF、药动学传递常数和半 定量(semi-quantitative)动态参数的示例。解卷积分析在数学上，在肝的实施方式中，器官的响应函数可以被描述为脉冲响应和输入 函数之间的卷积y(t) = h{t) x{t )[1]其中y(t)是响应函数，h(t)是脉冲函数而x(t)是输入函数。真实肝功能通过脉 冲函数来表征。图2A显示出响应y(t)等于脉冲函数x(t)，如果输入函数理想的话。我 们的输入函数由注射的示踪剂组成，该示踪剂由于血液循环而随着时间逐渐散布开来。 因此，我们的输入函数不是理想的，并且将极大地影响响应函数y(t)，如图2B中所示。 响应函数y(t)和输入函数x(t)可以被测量，但是h(t)是未知的。然而，有了输入和响 应函数的信息，可以估计脉冲函数，通过傅里叶分析(FA)或矩阵求逆。FA，被描述为
权利要求
1.一种基于计算机的系统(1900)，适于确定人的至少一个器官的随时间的函数，所 述器官具有分泌或排泄功能，比如肝和/或肾，所述系统包含处理单元，被配置为处理通过图像模态获得的一组四维(4D)图像数据，并被配置为 根据该组四维(4D)图像数据，确定与所述至少一个器官的所述至少一个器官的每容积单 元的所述函数有关的参数的值，由此通过将所述参数的所述确定的值与以前确定的健康 人群的所述参数的值进行比较来促进对所述器官的机能失调的诊断。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述容积单元是所述至少一个器官的至少一个断 片或至少一个子断片，或多个断片或多个子断片，而所述处理单元被配置为在所述至少 一个器官的断片或子断片水平上处理所述4D图像数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理单元被配置为根据由所述处理单元相对 于进入所述至少一个器官中的动脉血流，在所述器官的所述断片或子断片中确定的所述 最少一个器官中的血流来确定所述至少一个器官的所述函数。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理单元被配置为确定所述至少一个器官的 所述函数包含被配置以相对于来自所述至少一个器官的静脉血流，确定所述至少一个器 官的所述断片或子断片中的血流，所述至少一个器官比如为肝、或肾、或肝和肾。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的系统，其中所述至少一个器官包含肝而所述系统 适于确定所述肝的函数，所述函数包含基于由所述处理单元相对于到所述肝的输入血流 所确定的所述肝的所述至少一个断片或子断片、或所述多个断片或子断片中的血流的所 述肝的输入相对血流GrBF)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中所述至少一个器官包含肝，而所述系 统适于确定所述肝的函数，所述函数包含在所述肝的至少一个断片或子断片、或多个断 片或子断片中的所述肝的肝提取分数(HEF)。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理单元被配置为基于截断奇异值分解 (TSVD)计算确定所述肝提取分数(HEF)。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述处理单元被配置为基于所述TSVD计算为所 述HEF和/或irBF确定参数映射。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中所述容积单元是在所述4D图像数据 组中确定的。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其中所述图像模态是磁共振成像(MRI) 模态，且其中所述4D图像数据组是通过Tl-加权的动态对比度增强(DCE)MRI获得的 MRI图像数据组，且其中所述4D图像数据组被针对所述至少一个器官的造影剂至少部分 地对比度增强。
11.根据权利要求10所述的系统，其中针对所述至少一个器官的所述造影剂是肝细 胞特异性造影剂，而所述4D图像数据组是通过Tl-加权的动态肝细胞特异性对比度增强 (DHCE)磁共振成像(MRI)获得的MRI图像数据组。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的系统，其中所述系统适于同时确定肝和肾函数。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述4D图像数据组是通过动态肝_肾的特异 性对比度增强(DHRCE)磁共振成像(MRI)获得的MRI图像数据组。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，其中所述肝细胞特异性造影剂是钆塞 酸二钠(Gd-EOB-DTPA)。
15.根据权利要求5所述的系统，其中所述处理单元被配置为根据截断奇异值分解 (TSVD)计算确定所述输入相对血流GrBF)。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的系统，其中所述处理单元被配置为执行解卷积 分析(DA)，所述解卷积包含使用基于所述4D图像数据的奇异值分解的矩阵求逆。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的系统，其中所述容积单元是所述4D数据的体ο
18.—种能够存储在计算机可读介质上的计算机程序，以通过计算装置进行处理以便 确定至少一个分泌或排泄器官，比如人的肝或肾，随时间的函数，所述计算机程序包含多个代码段，所述多个代码段包含第一代码段，所述第一代码 段用于根据对通过图像模态获得的所述人的一组四维(4D)图像数据的处理来确定与所述 至少一个器官的所述至少一个器官的每容积单元的所述函数有关的参数的值，从而通过 将所述参数的所述确定的值与以前确定的健康人群的所述参数的值相比较来促进对所述 器官的机能失调的诊断。
19.一种确定至少一个分泌或排泄器官，比如人的肝和/或肾，随时间的函数的计算 机实现的方法，其中所述确定所述至少一个器官的所述函数包含确定与所述至少一个器官的所述至 少一个器官的每容积单元的所述函数有关的参数的值，且其中确定所述函数是基于对通 过图像模态获得的所述人的一组四维(4D)图像数据的处理，从而通过将所述参数的所述 确定的值与以前确定的健康人群的所述参数的值相比较来促进对所述器官的机能失调的 诊断。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述容积单元是所述至少一个器官的至少一个 断片或至少一个子断片、或多个断片或多个子断片，而对所述4D图像数据的所述处理是 在所述至少一个器官的断片或子断片水平上执行的。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述确定所述至少一个器官的所述函数是基于 相对于进入所述至少一个器官的动脉血流来确定所述器官的所述断片或子断片中的所述 至少一个器官中的血流的。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述确定所述至少一个器官的所述函数包含相 对于来自所述至少一个器官——比如肝、或肾、或肝和肾——的静脉血流，确定在所述 至少一个器官的所述断片或子断片中的血流。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的方法，其中所述至少一个器官包含肝而所述 方法包含确定所述肝的函数，包含通过相对于到所述肝的输入血流确定在所述肝的所述 至少一个断片或子断片、或所述多个断片或子断片中的血流来确定所述肝的输入相对血 流(irBF)。
24.根据权利要求19-23中任一项所述的方法，其中所述至少一个器官包含肝，而所 述方法包含通过确定在所述肝的至少一个断片或子断片、或多个断片或子断片中的肝的 肝提取分数(HEF)来确定所述肝的函数。
25.根据权利要求24所述的方法，其包含根据截断奇异值分解(TSVD)计算确定所述肝提取分数(HEF)。
26.根据权利要求25所述的方法，包含根据所述TSVD为所述HEF和/或irBF确定参数映射。
27.根据权利要求19-26中任一项所述的方法，其中所述容积单元是在所述4D图像数 据组中确定的。
28.根据权利要求19-27中任一项所述的方法，其中所述图像模态是磁共振成像 (MRI)，且其中所述4D图像数据组是通过Tl-加权的动态对比度增强(DCE) MRI获得的 MRI图像数据组，且其中所述4D图像数据组被针对所述至少一个器官的造影剂至少部分 地对比度增强。
29.根据权利要求28所述的方法，其中针对所述至少一个器官的所述造影剂是肝 细胞特异性造影剂，而所述4D图像数据组是通过Tl-加权的动态肝特异性对比度增强 (DHCE)磁共振成像(MRI)获得的MRI图像数据组。
30.根据权利要求19-29中任一项所述的方法，其中所述方法包含同时确定肝和肾函数。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述4D图像数据组是通过动态肝_肾的特异 性对比度增强(DHRCE)磁共振成像(MRI)获得的MRI图像数据组。
32.根据权利要求29-31中任一项所述的方法，其中所述肝细胞特异性造影剂是钆塞 酸二钠(Gd-EOB-DTPA)。
33.根据权利要求23所述的方法，包含确定所述输入相对血流(irBF)是基于截断奇 异值分解(TSVD)计算的。
34.根据权利要求19-33中任一项所述的方法，其中所述处理包含执行解卷积分析 (DA)，所述解卷积分析包含使用基于所述4D图像数据的奇异值分解(SVD)的矩阵求 逆。
35.根据权利要求19-34中任一项所述的方法，其中所述容积单元是所述4D数据中的体素。
36.—种以促进对所述函数的解释的至少一个参数映射的形式包含根据权利要求 19-35中任一项所述的方法的结果的图形用户界面，该结果包含HEF、或irBF、或HEF和 irBF。
37.根据权利要求36所述的图形用户界面，其中所述至少一个HEF或IRBF，或HEF 和irBF，参数映射被重叠在至少一个相应的解剖图像上。
38.一种对手术过程进行基于计算机的虚拟规划的方法，包含权利要求19-35中任一 项所述的方法。
39.根据权利要求38所述的方法，包含计算所述虚拟规划的手术过程之前和之后的器 官函数的比例。
40.根据权利要求17所述的计算机程序，通过对应于所述方法的步骤的代码段，使得 能够执行根据权利要求19到35的方法。
41.一种在权利要求1-17中任一项所述的系统中所包含的医学工作站，用于执行权利 要求18和40中任一项所述的计算机程序。
42.对权利要求1-17中的任一项所述的系统或权利要求19到35中任一项所述的方法的使用，以确定断片或子断片的肝功能、肝灌注和胆汁排泄功能，以估计、或诊断、监 控疾病进程，估计对机能失常的肝的治疗效力或治疗的副作用。
全文摘要
公开一种确定人的具有分泌或排泄功能的至少一个器官(比如肝或肾)的功能性评估的基于计算机的方法。该方法包含处理所述人的四维图像数据组以评估所述器官功能，其中所述4D图像数据是通过图像模态获得的；且其中所述处理所述4D图像数据包含执行解卷积分析(DA)，所述执行解卷积分析包含使用基于所述4D图像数据的奇异值分解(SVD)的矩阵求逆。
文档编号G06F19/00GK102027479SQ200980117621
公开日2011年4月20日 申请日期2009年3月11日 优先权日2008年3月11日
发明者A·诺德尔, H·尼尔松, J·爱德华, L·布龙奎斯特 申请人:卡罗林斯卡创新协会有限公司