用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的一种方法和一种装置。此外，本发明涉及一种用于预测前瞻性造影剂分布的方法，以及一种用于在使用该前瞻性造影剂分布的情况下操控医疗技术成像系统的方法。最后，本发明涉及一种用于成像系统的控制装置，该成像系统具有用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置，本发明还涉及一种用于以这种控制装置产生检查对象的内部结构的图像数据组的成像系统。 

背景技术

产生检查对象的内部结构的图像的成像系统如今属于现代医学的现有技术。典型地为此使用超声系统、磁共振系统、伦琴装置或者以伦琴辐射工作的计算机断层成像系统（CT系统）。为了更容易地识别检查对象的内部结构中的确定结构而多次使用造影剂，并且在造影剂在检查对象中扩散期间在一个或不同时刻完成目标区域（Region of Interest=ROI）的图像数据。通过在确定的结构之中或之上以特别的方式扩散、积聚并且再次分解的造影剂，可以更好地在图像中区分这些结构并且可以看到故障功能的病理。此外，于是可以更容易地在图像数据中分割例如为血管的确定器官或者其它对象。 

对于许多领域或评估而言，在确定的对象或器官中精确地确定或者甚至控制造影剂的积聚状态（通常也称作“Enhancement（增强）”）是有利或者甚至是必需的。这例如尤其适用于CT血管造影术，其中应尽可能精确地确定血管中的增强。即，一方面应实现确定的最小积聚，由此可以对于以后的评估最优地在图像数据中分割血管。另一方面，增强不可过高，由此例如不使钙沉积劣化。还应在正确的时刻开始采集（CT扫描的）图像数据，以便尽可能在最大积聚状态的时刻测量组织。为了实现这一点，对于每个单独的患者可靠地预测造影剂分布是所希望的。 

为了可以在确定的时刻尽可能精确地预测增强，通常给予所谓的测试团注。在此，事先给予患者或者被试者少量造影剂，并且然后评估在确定的层 中、优选在目标区域中或至少接近该区域处的增强。为此，在CT拍摄中通常以小的伦琴剂量测量原则上正交于身体轴线的、大约10mm厚的仅一层。对于CT血管造影术，该测量通常进行为使得观察心脏上大动脉的横截面中的增强。如果要检查其它器官，则相应地优选在相应器官附近的层中进行测量，例如在肝脏检查中测量肝脏旁的大动脉中的横截面。其然后在评估中将所涉及的大动脉横截面用作ROI，并且借助该区域中的图像数据观察造影剂的时间相关的积聚。然后尝试从这样确定的患者特定的测试团注造影剂分布数据中得出患者特定的造影剂脉冲响应函数（通常也称作“患者函数”）。然后，可以借助该患者函数对于其它造影剂给药预测造影剂分布，或者反之可以当希望得到确定的造影剂分布时确定为此所需的注射协议。在此，注射协议理解为在何时给予多少造影剂的控制规定。描述该时间相关的造影剂给药的函数也一般化地称作“输入函数”。 

如果例如将血液循环系统看作线性时间不变系统，则可以以数学方式将造影剂分布描述为输入函数与患者函数的卷积（或者褶积）。为了在已知的测试团注输入函数的情况下从测试团注造影剂分布数据中确定患者函数，例如可以在频域中在进行注射协议和测试团注造影剂分布数据的傅里叶变换之后进行反褶积。然而这一点的前提在于，在足够长的时段上并且以高的时间分辨率测量测试团注造影剂分布数据，由此例如还在这些数据中随之检测造影剂的再循环。如果时间分辨率过低或者测试团注造影剂分布数据没有足够长地完整测量，则非常难以生成可靠的患者函数。 

发明内容

本发明的目的是提出一种更简单的方法和一种相应的装置，借助其在测试团注造影剂分布数据不完整的情况下也能可靠地确定患者特定的造影剂脉冲响应函数。 

在根据本发明的方法中，执行以下步骤来确定患者特定的造影剂脉冲响应函数： 

-一方面，基于限定的测试团注输入函数提供患者特定的造影剂分布数据。这例如可以通过访问之前存储在存储器中的患者特定的造影剂分布数据的方式来进行。所需的是，已测量这些患者特定的造影剂分布数据、即在待检查的患者中的造影剂分布，其中以已知的、精确限定的方式进行测试团注 的给药。这就是说，还必需为根据本发明的方法提供测试团注的输入函数，例如与患者特定的造影剂分布数据一起存储。 

-另一方面，必需提供一定数目的、即一个或多个基础脉冲响应函数。这些基础脉冲响应函数例如可以存储在存储器、尤其存储在然后在方法中被访问的数据库中。存在多种用于建立基础脉冲响应函数的可能性，其稍后还详细阐述。 

-然后，通过基础脉冲响应函数与测试团注输入函数的结合产生一定数目的、即一个或多个模拟的测试团注造影剂分布函数。这优选通过所涉及的基础脉冲响应函数与测试团注输入函数的褶积进行。 

-然后将这些模拟的测试团注造影剂分布函数与患者特定的测试团注造影剂分布数据彼此匹配，为此改变一定数目的匹配参数用于获得最优的匹配参数值。在此，通常将模拟的测试团注造影剂分布函数匹配于测试团注造影剂分布数据。然而，相反的变型方案或者两种方法之间的结合原则上也是可能的。稍后还详细阐述优选的匹配参数。 

-最后基于所使用的基础脉冲响应函数以及最优的匹配参数值建立患者特定的造影剂脉冲响应函数。 

该方法于是不再需要数学反褶积，并且由此不再需要完整的、具有尽可能高的时间分辨率的测试团注造影剂分布数据。替代于此地，具有较大时间间隔并且可能仅在子区域中的、数目降低的测试团注造影剂分布数据也是足够的，因为该方法的关键点最终基于一个或多个模拟的测试团注造影剂分布函数的拟合。由此，整个方法与通过反褶积进行的反向计算相比在非最优的测试团注造影剂分布数据的情况下显著较稳定和较不敏感。在此，优选可以完全自动地执行根据本发明的用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的方法。 

此外，该方法可以在根据本发明的用于自动预测前瞻性造影剂分布的方法中使用。为此，可以将以该方法确定的造影剂脉冲响应函数与在稍后的检查中使用的输入函数结合、例如褶积。以该方式于是可以在之前也已经确定造影剂脉冲响应函数的、即测试团注造影剂分布数据所源自的确定区域中，以及在与其关联的器官和对象中相对可靠地在稍后的检查期间预测造影剂积聚的时间相关的分布。 

这种方法然后又可以优选在根据本发明的方法中用于自动操控医疗技 术成像系统，其中基于造影剂给药的造影剂给药初始点和预测的造影剂分布来确定用于成像系统的参考时间点、例如用于在确定的区域中开始图像采集的初始时间点。然而，这种参考时间点的确定对于其它方法也会是有意义的，例如对于稍后评估造影剂吸收的图像数据组是有意义的。于是在许多情况下重要的是要知道在什么阶段拍摄了确定的图像，例如是否是这样的阶段，在该阶段中造影剂刚在确定的结构中分布或积聚，或者图像是否在这样的阶段中被产生，在所述阶段中造影剂又从该结构中消失、即分解。 

根据本发明的用于自动确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置至少具有以下部件： 

-用于基于限定的测试团注输入函数取得患者特定的测试团注造影剂分布数据的输入接口。在此例如可以是与存储有所涉及的数据的存储器的接口，然而也可以是与如下评估单元的接口，在该评估单元中当前正在评估来自测试团注测量的测量数据，并且可以从该评估单元直接取得数据。 

-用于取得一定数目的基础脉冲响应函数的输入接口。在此，其例如也可以是与存储器的接口。基本上，用于取得测试团注造影剂分布数据的输入接口和用于取得基础脉冲响应函数的输入接口也可以构建为共同的接口。 

-模拟单元，用于通过基础脉冲响应函数与测试团注输入函数的结合产生一定数目的模拟的测试团注造影剂分布函数。 

-匹配单元，用于在改变一定数目的匹配参数的情况下将模拟的测试团注造影剂分布函数与患者特定的测试团注造影剂分布数据彼此匹配，以获得最优匹配参数值。 

-脉冲响应函数计算单元，用于基于基础脉冲响应函数和最优的匹配参数值建立患者特定的造影剂脉冲响应函数。 

然后可以通过根据本发明的装置的输出接口将患者特定的造影剂脉冲响应函数例如输出给其它单元，这些单元进一步处理患者特定的造影剂脉冲响应函数，尤其进行进一步计算或者将其存储。 

这种用于自动确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的脉冲响应函数确定装置特别优选地构建为成像系统的控制装置的一部分。这就是说，控制装置本身具有该用于自动确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置。在该情况下，控制装置优选还具有：用于检测或输出造影剂给药起始时间点的接口；以及参考时间点确定装置，用于基于造影剂给药起始时间点和患者特定的造 影剂脉冲响应函数确定用于成像系统的参考时间点。这于是具有如下优点：控制装置可以完全自动地基于测试团注造影剂分布数据直接确定造影剂脉冲响应函数，并且稍后相应地借助该控制装置将成像系统控制为使得可以在造影剂给药后的正确时刻以图像采集开始实际测量，和/或可以将图像数据在时间上与参考时间点关联并且存储这些图像数据。 

然而，基本上也可以在其它计算机上实现根据本发明的用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置，这些计算机例如从其它部件取得所需的测试团注造影剂分布数据和基础脉冲响应函数，并且例如通过网络与成像系统连接。这尤其在应从控制装置中转移出计算密集的任务时是有意义的，以便将控制装置的计算效率完全提供于控制其它测量。 

根据本发明的用于产生检查对象的内部结构的图像数据的成像系统优选包括之前描述的控制装置，其也具有根据本发明的用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置。 

尤其，根据本发明的用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置的模拟单元、匹配单元和脉冲响应函数计算单元可以分别在具有相应的存储可能性的、合适的计算机上实现为软件模块。输入接口以及输出接口同样可以以纯软件的形式实现，如果仅需要从其它尤其在相同计算机单元上实现的另外的单元或存储器取得测试团注造影剂分布数据和基础脉冲响应函数或者向所述单元或存储器输出造影剂脉冲响应函数。然而，基本上这些接口也可以实现为结合的硬件/软件接口以实现外部的输入和输出，例如实现为借助软件部件特殊配置的硬件接口。在很大程度上软件式的实现方案具有的优点是，可以以简单方式通过软件更新来改型至今已经使用的用于成像系统的控制装置，以便以根据本发明的方式来工作。就此而言也通过可以直接加载到可编程控制装置的存储器中的计算机程序产品来实现目的，该计算机程序产品具有程序段，以便当程序在控制装置中执行时实施根据本发明的方法的所有步骤。 

从属权利要求分别包括本发明的特别有利的改进方案和扩展方案，其中一个类型的权利要求也可以对应于另一类型的从属权利要求来改进。 

如上面已经阐述那样，存在建立基础脉冲响应函数的不同可能性。在一个特别优选的实施形式中，至少使用基于经验数据的基础脉冲响应函数。特别优选地，其在此为人口平均的造影剂脉冲响应函数。这些经验数据例如可 以之前已经借助对不同的患者或被试者的多个造影剂测量来获得，其中为此分别可以利用常见的反褶积方法，以便确定单独的患者函数，这些患者函数然后被平均用于形成造影剂脉冲响应函数。在此，在简单变型方案中可能的是使用通过例如代表了所有患者的任意统计学患者组来平均的基础脉冲响应函数。 

在另一优选变型方案中，提供多个患者类型特定的基础脉冲响应函数。“患者类型特定的”在此理解为，基础脉冲响应函数以任意方式与确定的患者类型或者患者或被试者的特性相关。在该情况下，患者类型特定的基础脉冲响应函数例如是仅基于来自该组的经验数据的脉冲响应函数，其方式为例如仅平均所涉及的组的患者或被试者的脉冲响应函数。尤其可以对于具有诸如性别、体重、身高、疾病等的确定特征的特定患者组提供患者类型特定的基础脉冲响应函数。在当前的检查中，于是各自的患者或被试者分别关联有合适的组，并且然后使用与该组匹配的患者类型特定的基础脉冲响应函数。 

如以后还要阐述那样，还可能的是在方法内将不同的患者类型特定的基础脉冲响应函数用于建立不同的模拟的测试团注造影剂分布函数，并且然后将这些不同的测试团注造影剂分布函数分别匹配于测试团注造影剂分布数据。在此，于是不仅可以确定最优的匹配参数值，而且也可以选择特别合适的模拟的测试团注造影剂分布函数并且由此选择特别合适的基础脉冲响应函数，在其基础上然后可以建立患者类型特定的造影剂脉冲响应函数。在该情况下于是不必要的是，之前将患者或被试者与被提供有特殊的患者类型特定的基础脉冲响应函数的组关联。 

优选地，还可以为了匹配而附加地将至少一个函数段修正函数用于基础脉冲响应函数。通常，脉冲响应函数具有基于血液循环内的确定机构的、确定的重要区段。于是，通常存在第一高峰值、即所谓的“FPP穿过”（FPP=First Pass Peak（首过峰值）），其示出造影剂第一次穿过例如所观察的动脉。接下来通常出现或多或少显著的最小值，并且然后出现较小的最大值和缓慢减小的变化曲线。该区域通过造影剂在身体中的再循环造成。因此，优选可以使用FPP穿过修正函数，其首先作用于基础脉冲响应函数的第一区域，和/或使用再循环修正函数，其主要作用于通过再循环形成的区域。这些函数段修正函数例如可以以不同的权重累加到基础脉冲响应函数上或者从其减去。尤其，带有这些权重不同的函数段修正的基础脉冲响应函数可以匹配于测试团 注造影剂分布数据，这也等于矫正函数对基础脉冲响应函数的加权的累加或相减。 

在将测试团注造影剂分布函数匹配于测试团注造影剂分布数据或者反之时，确定的匹配参数证明为特别重要的。 

这些参数之一是时间缩放系数。借助该时间缩放系数，可以改变模拟的测试团注造影剂分布函数沿时间轴的宽度。换言之，该函数的时间轴被压缩或拉伸。模拟的测试团注造影剂分布函数的另一有利匹配参数是偏置时间，借助其可以将模拟的测试团注造影剂分布函数相对于测试团注造影剂分布数据偏移。第三优选匹配参数是幅度缩放系数，借助其可以将模拟的测试团注造影剂分布函数整体上关于高度缩放。所证明的是，这三个匹配参数基本上对于良好匹配是足够的，使得优选仅借助这些匹配参数进行匹配。在此，在利用多个基础脉冲响应函数或附加的函数段修正函数的情况下也可以对于每个基础脉冲响应函数或函数段修正函数单独地改变这三个参数。这就是说，参数在此可以看作向量，其向量元素分别是各个基础脉冲响应函数或函数段修正函数的参数。 

虽然之前说明其在此是模拟的测试团注造影剂分布函数的匹配参数，然而如开头已经阐述那样也可以将这些匹配参数应用于患者特定的测试团注造影剂分布数据，以便实现相互匹配。 

在一个特别优选的方法中借助迭代方法对于基础脉冲响应函数确定最优的匹配参数值。这就是说，例如在拟合方法的算法内多次执行FOR循环，以便实现最优匹配。在此，分别在一个迭代步骤中遍历至少以下步骤： 

a）以时间缩放系数来缩放基础脉冲响应函数，该时间缩放系数是第一匹配参数值。 

b）然后对于时间缩放过的基础脉冲响应函数确定当前的（“当前的”在该上下文中是说在相应的迭代步骤中适用的）模拟的测试团注造影剂分布函数。 

c）接下来，在变化一定数目的其它匹配参数的情况下将当前的模拟的测试团注造影剂分布函数和患者特定的测试团注造影剂分布数据彼此匹配。在此，优选变化偏置时间和/或幅度缩放系数。 

d）然后确定当前匹配过的模拟的测试团注造影剂分布函数与患者特定的测试团注造影剂分布数据的偏差值（也称作“Goodness of Fit（拟合度）”）。 在限定的偏差标准方面确定该偏差值。例如为此考虑最小二乘法或者类似的偏差标准。 

e）当计算出的偏差值优于之前存储的参数值组合的偏差值、即例如存在更小偏差时，存储当前匹配过的模拟的测试团注造影剂分布函数的匹配参数的参数值组合。清楚的是，在首次遍历时总应存储该参数值组合，因为那时还不存在用于比较的偏差值。同样清楚的是，总是必须随之存储对当前存储的参数值组合的偏差值的提示（即该值本身或与该值的关联），用于稍后与其它偏差值的比较。以该方式总是使当前存储引起最优匹配的参数值组合。 

于是，在该迭代方法内从一个迭代步骤到下一迭代步骤变化时间缩放系数，并且迭代继续最后直至达到中断标准。中断标准可以在于，已经遍历了确定数目的迭代步骤，例如之前已经测试了确定数目的、固定地规定的时间缩放系数。然而，中断标准同样也可以在于偏差值低于或者达到确定的边界值。 

于是存在合适的参数值组合作为结果，以便借助参数值从所使用的基础脉冲响应函数或者所使用的基础脉冲响应函数和函数段修正函数中确定所希望的患者特定的造影剂脉冲响应函数。 

如之前已经提及那样，也可能的是测试多个基础脉冲响应函数。为此，在根据本发明的方法的另一优选变型方案中同样借助迭代方法选择基础脉冲响应函数。在此，分别在迭代步骤中运行以下方法步骤： 

-首先从多个基础脉冲响应函数中选择基础脉冲响应函数。 

-然后对于所选的基础脉冲响应函数确定最优的匹配参数值。这可以特别优选地按照之前描述的迭代方法进行。 

在基础脉冲响应函数的该迭代选择时，相应地从一个迭代步骤到下一迭代步骤从多个基础脉冲响应函数中选择新的基础脉冲响应函数，并且继续迭代直至达到中断标准。通常当尝试过所有基础脉冲响应函数之后达到该中断标准。基本上在此也可能的是，当例如达到足够良好的偏差值时中断方法。在该方法中，于是相应地必须不仅存储最优参数值组合，而且还存储或者覆盖对相应的基础脉冲响应函数的提示。 

附图说明

下面在参考附图的情况下借助实施例详细阐述本发明。其中： 

图1示出了成像系统的示意图，其具有根据本发明的用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置的一个实施形式， 

图2示出了根据本发明的用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的方法的可能流程的流程图， 

图3示出了具有不同可能的基础脉冲响应函数的曲线图，这些基础脉冲响应函数在其再循环谷方面不同， 

图4示出了具有基础脉冲响应函数的示例和可能的匹配参数的示意图的曲线图， 

图5示出了具有基础脉冲响应函数的变型方案的曲线图，这些基础脉冲响应函数由于时间缩放系数b的值不同而宽度不同， 

图6示出了曲线图，具有测试团注造影剂分布数据和与其匹配的模拟的测试团注造影剂分布函数，以及具有基于其的、预测的测试团注造影剂分布函数，该测试团注造影剂分布函数与所测量的造影剂分布数据相比较， 

图7示出了具有针对一个基础脉冲响应函数和两个函数段修正函数的示例的曲线图， 

图8示出了具有针对一个基础脉冲响应函数和两个函数段修正函数的示例，以及具有测试团注造影剂分布数据和与其匹配的、模拟的测试团注造影剂分布函数的曲线图，该测试团注造影剂分布函数通过基础脉冲响应函数和函数段修正函数的叠加形成。 

具体实施方式

在下面的实施例中假设成像系统是计算机断层成像系统，其例如可以用于CT血管造影术。然而明确指出的是，本发明不限于在计算机断层成像系统上的应用，而是也可以与诸如磁共振系统或超声系统的其它医疗技术成像系统一起使用。 

图1示出了CT系统1的实施例，其具有用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的根据本发明的装置25。CT系统1在此具有中央控制和处理装置10和扫描单元2。 

扫描单元2包括患者台3和扫描架壳体4，在该扫描架壳体中围绕检 查区域8可旋转地安置有原始数据采集装置5，该原始数据采集装置具有安装在扫描架上的伦琴辐射源6以及对置地安装在扫描架上的检测装置7。在患者台3上放置有检查对象P、在此为被试者或患者P，并且其可以沿着系统轴线（或旋转轴线）z被驶入到检查区域8中。 

还明确指出的是，在图1中示出的计算机断层成像系统1仅为一个实施例，并且本发明当然也可以在如下系统中使用，在该系统中，扫描架沿着患者或被试者运动并且患者或被试者在台上位于固定位置。 

同样可以使用其它类型的检测器，例如沿着整个周边延伸的检测器，这些检测器不随着运动，而是其中仅伦琴辐射源6旋转。此外，具有多个伦琴辐射源或其它结构的变型方案是可能的。 

在示出的实施例中，患者P或被试者是人员。基本上该方法也可以在动物上使用，即术语被试者或患者相应地宽泛地理解。 

通过注射针给予被试者或患者P造影剂，其中可以通过造影剂给药单元18根据例如在注射协议中规定的、精确限定的输入函数来控制造影剂的时间相关的流速。 

通过中央的控制和处理装置10来控制扫描架和其部件，该控制和处理装置具有处理器20和多个接口11、12、13、14、15、16。替代一个处理器20，当然也可以使用多个协作的处理器。 

通过第一接口11连接有用于操作计算机断层成像系统1的终端19。另一接口12用于连接网络NW，例如RIS网络(RIS=放射信息管理系统)和/或PACS网络（PACS=Picture Archiving and Communication System（影像归档和通信系统））。通过该网络NW可以将图像数据和/或原始数据传送至大容量存储器、输出单元、诊断中心、工作站等。 

通过控制接口13可以通过控制线路将信号传送给扫描架和伦琴辐射源5，以便合适地操控它们。出于简单性原因而对于涉及扫描架的所有控制任务仅示意性地示出了一个共同的控制接口13。 

为了以希望的方式产生相应的拍摄，在处理器20上也有以软件形式实现的操控单元21。该操控单元21例如从存储器17取得确定的扫描协议SP，用于对于确定的测量操控扫描器2。通常，用于计算机断层成像系统的控制和处理单元10在存储器17中包含用于不同检查情况的多个这种扫描协议SP，其中操作者可以通过终端19相应地选择和必要时修改 合适的扫描协议SP。在测量开始之后，于是整个计算机断层成像系统1根据在所选的扫描协议SP中的控制参数工作。然而操作者可以通过终端19随时监督和操控整个系统。 

通过原始数据采集接口14，在合适时刻通过数据线路从检测器装置7采集原始数据RD、即投影测量数据。所测量的原始数据RD然后传送给图像重建单元22，该图像重建单元从这些原始数据中建立图像数据组并且例如将其写入到DICOM文件或者其它文件，所述文件然后可用于不同其它功能。属于这些功能的例如有在内部存储器17或通过网络NW外部存储器中的存储、在终端19的屏幕上的显示，然而还有自动评估、例如分割和/或确定在之前限定的目标区域（ROI）中的造影剂积聚值。该ROI例如可以在终端19上显示之后由操作者借助图形用户接口手动地限定。然而自动选择ROI也是可能的。 

通过其它控制接口15可以合适地为了控制扫描架、伦琴辐射源6和检测器装置7而对台的推进进行控制，以便例如根据控制协议以顺序方法或以螺旋方法（螺旋式方法）从检查对象P的所希望的区域中、在CT血管造影术中例如在心脏区域中采集原始数据RD，并且从其重建图像数据。在此既可以拍摄单个层，又可以拍摄体积数据。 

通过另一接口16存在如下可能性：通过控制和处理单元10以与计算机断层成像系统1的其它单元同步的方式操控外部的造影剂给药单元18。替选地，造影剂给药单元18也可以是控制和处理单元10的一部分。 

在示出的实施例中，在控制和处理单元10的处理器20中实现用于自动确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的脉冲响应函数确定装置25。该脉冲响应函数确定装置具有用于取得患者特定的测试团注造影剂分布数据的输入接口26和用于取得例如可以存储在存储器17中的一定数目的基础脉冲响应函数的输入接口27。此外，装置25包括：用于产生一定数目的模拟的测试团注造影剂分布函数的模拟单元28、用于将模拟的测试团注造影剂分布函数与患者特定的测试团注造影剂分布数据彼此匹配的匹配单元29、和用于提供患者特定的脉冲响应函数的脉冲响应函数计算单元30。 

此外，在此在控制和处理单元10的处理器20中同样以软件形式还实现有参考时间点确定装置24，其用于基于造影剂给药的注射初始时间 点确定用于成像系统1的参考时间点。稍后还借助图2至8阐述用于自动确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置25以及参考时间点确定装置24的精确作用方式。 

图像重建单元22、用于自动确定患者特定的造影剂脉冲响应函数的装置25以及参考时间点确定装置24在此以软件形式在处理器20上实现。然而，基本上所有这些单元也可以作为单独的硬件部件或者在连接到网络NW上的计算机上实现，首先原始数据通过网络NW传送给该计算机。将整个或一部分图像处理转移到外部工作站上的优点是，控制装置10减轻了负荷并且由此可更快地用于其它测量。 

清楚的是，用于本发明的CT系统1此外还可以具有多个其它常见部件，然而这些部件出于简化原因而不必在图1中再示出，也不必再阐述，因为其对于本领域技术人员已知。 

图2示出了根据本发明的用于确定患者特定的造影剂脉冲响应函数CIR的方法的一个优选实施例。在此，其为多重彼此嵌套的迭代方法（总共具有三个迭代循环，其在编程技术上例如可以实现为FOR循环），其中尤其从多个可能的基础脉冲响应函数CIR_B,m中选择理想的基础脉冲响应函数CIR_B,m，并且对于其同时确定最优的匹配参数值，以便然后可以从其获得患者特定的造影剂脉冲响应函数CIR。 

该方法在步骤I中首先以如下方式开始：加载可能的基础脉冲响应函数CIR_B,m，并且从一定数目的基础脉冲响应函数CIR_B,j（其中j=1,2,3,…）中选择第一基础脉冲响应函数CIR_B,1。 

在图3中的曲线图中示出了三个不同可能的基础脉冲响应函数CIR_B,1、CIR_B,2、CIR_B,3。这些基础脉冲响应函数分别关于以秒为单位的时间以HU/ml（HU=Hounsfield Unit；亨氏单位）为单位示出动脉脉冲响应AIR（Arterial Impulse Response）。这种脉冲响应函数CIR_B,1、CIR_B,2、CIR_B,3从确定的初始时刻、在此为零点起首先示出陡峭的、向上直至最大值的变化曲线。接下来该函数快速地、同样陡峭地又向下走。该第一峰又称作首过峰（FPP）。当造影剂首次在观察位置、即在测量层中经过动脉时形成该首过峰。然后，根据患者的循环系统通常跟随有所谓的再循环谷，其在三个所示的函数中强烈程度不同地出现。这是造影剂在观察位置上很大程度地消失的时刻。然后，接下来跟随有重新的、明显较小 的最大值和造影剂浓度在后面的时间里缓慢的降低。这是所谓的再循环，其中造影剂第二次到达所涉及的动脉的观察点。FPP、再循环谷以及后面的循环最大值的显著性是可以表征确定的造影剂脉冲响应函数的特征。 

在此优选将人口平均的函数用作基础脉冲响应函数CIR_B,m，该人口平均的函数对于确定的时间分辨率Δt_CIR的确定的离散时刻t_CIR来限定。该时间分辨率应优选高于测试团注数据的时间分辨率，以便于是实现尽可能良好的匹配。例如，人口平均的基础脉冲响应函数的时间分辨率可以为0.01s。例如具有不同的再循环谷的不同的基础脉冲响应函数CIR_B,1、CIR_B,2、CIR_B,3例如可以基于不同的人口组、例如根据性别、体重和/或身高划分的人口组来建立。 

此外，在该步骤I中还加载患者特定的测试团注造影剂分布数据TB以及相关的测试团注输入函数IF_T。测试团注造影剂分布数据TB例如在之前的测试测量中在离散时刻t_TB被测量，其方式为根据限定的测试团注输入函数IF_T给予患者或被试者造影剂，并且然后采集原始数据用于重建规定的ROI的图像数据，例如在心脏检查中在包括了尽可能靠近心脏的动脉的层中重建图像数据。该测试测量例如可以借助操控单元21（参见图1）基于用于测试团注测量的控制协议SP来进行，并且借助重建装置22已重建了相应的图像数据，其然后由相应的评估单元来评估，以便时间相关地确定测试团注造影剂分布数据TB。测试团注输入函数IF_T通常是简单的矩形函数，使得从确定的初始时刻起给予恒定剂量的造影剂，直至规定的结束时刻。 

此外，在第一步骤I中将其它在方法稍后的流程中所需的值（例如动态变量、边界值等）初始化。 

在步骤II中然后首先将第一匹配参数值、即时间缩放系数b初始化。进行这的原因是：在图2中示出的下一居中的迭代循环中再次迭代地以不同的时间缩放系数围绕确定的中间值缩放相应地对于最外部的迭代循环的迭代运行所选的基础脉冲响应函数CIR_B,j。该缩放对应于基础脉冲响应函数CIR_B,m的时间轴的压缩或延伸，如这在图4中通过水平双箭头b表明那样。在图4中又以与图3中的基础脉冲响应函数CIR_B,1、CIR_B,2、CIR_B,3相同的方式示出了所选的基础脉冲响应函数CIR_B。 

除了该时间缩放系数b之外，在根据图2的方法中的另一迭代步骤 中匹配幅度缩放系数a以及偏置时间t₀。偏置时间t₀与基础脉冲响应函数的初始时刻的推移关联，并且幅度缩放系数a与函数值和系数a的相乘关联。 

在图5中图形地示出了通过时间缩放系数b来压缩和延伸基础脉冲响应函数CIR_B的时间轴的效果。在此示出的是初始函数（对应于图4中函数的实线）以及该函数以b的不同值实现的多个变型方案，其中b既可以采用大于1的值又可以采用小于1的值。 

对于根据图2的方法例如可以将用于步骤II中的第一迭代运行的初始值设置为b=0.5。在每个迭代循环中，b然后可以以0.1的值增加，直至例如b=2.5的值。然而其它值也是可能的。 

在步骤III中然后进行所选的基础脉冲响应函数CIR_B,j(t)与时间缩放系数的时间匹配，其方式为形成CIR_B,j(b·t)形式的函数。 

在步骤IV中然后产生模拟的测试团注造影剂平均分布函数TF_S，其方式为将当前在该迭代循环中选择并且以当前的时间缩放系数b压缩或拉伸的基础脉冲响应函数CIR_B,j(b·t)与当前的输入函数IF_T(t)褶积： 

${\mathrm{TF}}_S\left(t\right)={\mathrm{IF}}_T\left(t\right)\otimes {\mathrm{CIR}}_{B,j}(b·t)---\left(1\right)$

因为基础脉冲响应函数CIR_B,j(t)对于确定的时间分辨率Δt_CIR的离散时刻t_CIR来限定，所以基础脉冲响应函数CIR_B,j的时间分辨率在与时间缩放系数b按照b·Δt_CIR相乘时改变。根据实施方式的类型而可能必要的是，将用以产生团注测试造影剂分布数据TB的团注测试输入函数IF_T(t)匹配于该时间分辨率b·Δt_CIR。在此足够的是，在离散的时刻t=b·t_CIR决定和确定测试团注输入函数。模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S(t)在该情况下于是具有与团注测试输入函数IF_T(t)和基础脉冲响应函数CIR_B,j(b·t)相同的时间分辨率b·Δt_CIR。 

在步骤V中然后将患者特定的团注测试造影剂分布数据TB的第一尖峰的最大值与如前面计算了的模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S的最大值彼此叠置。这可以通过如下方式进行：不仅确定患者特定的、所测量的团注测试造影剂分布数据TB的最大值，而且确定当前的测试团注造影剂分布函数TF_S的最大值，并且将两个最大值之间的时间偏移存储为峰偏移值Δt_P。 

为了尽可能良好地实现将模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S匹配 于患者特定的团注测试造影剂分布数据TB，在根据图2的模拟方法的范围中，在那里示出的内部迭代循环中分别在确定的时间窗中、以例如0.5s的确定的时间分辨率围绕该峰偏移值Δt_P、迭代地实现模拟的测试团注造影剂分布函数的偏移。该时间窗例如可以为+/-3s。换言之，在内部迭代循环的范围中将测试团注造影剂分布函数TF_S的第一峰相应地在时间窗内以限定的时间分辨率推移经过患者特定的团注测试造影剂分布数据TB的第一峰。为此，在步骤V中首先设置偏移值Δt_偏移，其对应于所希望的时间窗的最低时刻、例如-3s。 

在步骤VI中然后将模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S以通过峰偏移值Δt_P和时间偏移值Δt_偏移确定的偏置时间t₀=Δt_P+Δt_偏移来推移，并且于是在与团注测试造影剂分布数据TB相同的时间位置t_TB上确定模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S(t+t₀)的值。 

最后，在步骤VII中确定理想的幅度缩放系数a，以便将当前在时间方面推移和缩放的模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S匹配于患者特定的团注测试造影剂分布数据TB。该匹配当两者之间的差别、即TB(t_TB)-TF_S(t_TB)·a尽可能小时是最佳的。在该优化问题中，可以在应用最小二乘法（linear least squares（线性最小二乘法））的情况下确定在该情况下为标量的缩放系数a的理想的解，其中TF_S(t_TB)和TB(t_TB)的向量元素分别是在已知时刻t_TB的函数值： 

$a={({\mathrm{TF}}_S^T·{\mathrm{TF}}_S)}^{-1}·{\mathrm{TF}}_S^T·\mathrm{TB}---\left(2\right)$

在此，上标“T”表示向量转置。 

最后，在步骤VIII中，最后确定偏差值D（也称作“Goodness of Fit”或者“拟合度”）。这在此例如借助在时刻t_TB测试团注数据TB与模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S的值的最小平方差的方法，根据如下式子来进行： 

其中借助幅度缩放系数a来缩放测试团注造影剂分布函数TF_S(t)的值。b和t₀的当前值在此内含地包括在测试团注造影剂分布函数TF_S(t)中。 

然后，在步骤IX中检验，当前的偏差值D在当前的匹配中是否优于在迭代方法的前一个运行时存储的偏差值D_min。清楚的是，在首次运行迭代循环时，在此必须存在比较值D_min，其大至使得总是在首次运行时 存储当前的偏差值，用于其它比较。这例如可以通过在步骤I中将值D_min初始化为相应地高的值来实现。 

当偏差值D或拟合度优于所有其它至今的计算时、即例如偏差值小于至今的偏差值（D<D_min），则在（分支“y”）步骤X中存储当前的匹配参数值、即当前的时间缩放系数b、当前的偏置时间t₀以及当前的幅度缩放系数a。此外，对当前选择的基础脉冲响应函数CIR_B,j设置指针等。最后，将当前的偏差值D设置为新的最小偏差值D_min，使得稍后进行与该当前的偏差值D的比较。 

接下来，在步骤XI中检验是否已遍历所有规定的偏差值Δt_偏移。如果否（分支“n”），则在步骤XII中将时间偏差值Δt_偏移提高一个规定的值并且从步骤VI起重新运行循环。否则，该循环中断（分支“y”）并且在步骤XIII中继续。 

在步骤XIII中进行居中循环的中断标准的检验，即是否已经测试了所有规定的时间缩放系数b。如果没有（分支“n”），则在步骤XIV中将时间缩放系数b设置到下一规定值上，并且从步骤III起重新运行居中循环。否则（分支“y”）该方法以步骤XV继续。 

最后，在步骤XV中检验外部的循环的中断标准，即是否已测试了所有可能的基础脉冲响应函数CIR_B,j。如果没有（分支“n”），则在步骤XIV中选择下一基础函数CIR_B,j+1，并且从步骤II起重新运行外部循环，否则（分支“y”）最后可以在步骤XVII中根据如下等式从所选的基础脉冲响应函数CIR_B以及最优（之前在循环中确定并存储的）匹配参数值t₀、b、a建立所希望的患者特定的造影剂脉冲响应函数CIR： 

CIR(t)=a·CIR_B(t₀+t·b)   (4) 

图6示出了如何借助该计算方法非常良好地预测具有任意输入函数的前瞻性造影剂分布。在此在以秒为单位的时间t上将测试团注测量的患者特定的测试团注造影剂分布数据TB以亨氏单位（HU）示出。将测试团注造影剂分布函数TF_S如之前描述那样匹配于这些测试团注造影剂分布数据TB。 

基于该测试团注造影剂分布函数TF_S或在此确定的匹配参数值t₀、b、a以及为此使用的基础脉冲响应函数以之前描述的方式确定患者特定的脉冲响应函数CIR。该脉冲响应函数CIR然后以常见方式与用于造影剂 检查的输入函数IF褶积，其中以在图6中绘出为上方实线曲线的浓度分布函数CIF的方式产生造影剂分布预测。与在造影剂检查期间实际测量的浓度分布数据CR的进行的叠置示出：预测与实际的造影剂分布非常好地一致。 

基于预测浓度分布函数CIF由此，也可以例如在知道造影剂输入函数IF和其注射或造影剂给药初始时间点的情况下通过参考时间点确定装置24（参见图1）确定用于成像系统的任意参考时间点，在该参考时间点上，在所涉及的位置上（对于所述位置确定了这些函数）增强最大。于是，可以不费事地确定例如在CT血管造影术中能进行最优拍摄的时刻。 

在此指出的是，也可以在不使用多个不同基础脉冲响应函数的情况下执行图2中示出的方法。于是在最简单的情况下足够的是，仅使用单个的基础脉冲响应函数、例如代表所有人口的患者组的经验数据的平均曲线。在该情况下可以省去外部的迭代循环。该方法于是与小的计算开销关联。 

为了尤其也在不使用多个基础脉冲响应函数的情况下实现FPP的峰形式以及再循环谷的更优的匹配，可以附加地使用函数段修正函数，例如FPP穿过修正函数和再循环修正函数，其于是与不同的权重相匹配。这就是说，于是在时间上的子域上对于基础脉冲响应函数（或者在特别精确的方法中也对于多个、可以如上述那样选择的基础脉冲响应函数）限定变化，以便修正FPP和以便在再循环谷之后或之中修正基础脉冲响应函数。为此，在图7中示出人口平均的基础脉冲响应函数CIR_B以及FPP穿过修正函数CF_P和再循环修正函数CF_R。函数CIR_B、CF_P、CF_R在此分别在以秒为单位的时间t上反映以HU/ml为单位的动脉脉冲响应AIR。 

造影剂脉冲响应函数CIR_m在此从三个函数总结为下式： 

CIR_m(t)=CIR_B(t)+CF_P(t)+CF_R(t)   (5) 

在此，仅该三个曲线的形状是关键的，而不是初始的幅度，因为幅度在稍后的匹配方法中通过幅度缩放系数a来匹配。 

这三个函数的权重可以在与根据图2的方法中的步骤VII类似的步骤中计算。在此，在根据图2的方法中基础脉冲响应函数CIR_B,j(t)和由此TF_S(t)仅为向量（其元素分别是在离散时刻t的函数值），因为分别在每个 迭代步骤中仅需将一个人口平均曲线看做基础脉冲响应函数。 

当基础脉冲响应函数CIR_m(t)构造为具有三个子函数的矩阵时，却可以使用相同的拟合例程。为此，将造影剂脉冲响应函数CIR_m(t)如下限定： 

${\mathrm{CIR}}_m(b·t)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{CIR}}_B(b·t_1)& {\mathrm{CF}}_P(b·t_1)& {\mathrm{CF}}_R(b·t_1)\\ {\mathrm{CIR}}_B(b·b_2)& {\mathrm{CF}}_P(b·t_2)& {\mathrm{CF}}_R(b·t_2)\\ ·& ·& ·\\ ·& ·& ·\\ {\mathrm{CIR}}_B(b·t_n)& {\mathrm{CF}}_P(b·t_n)& {\mathrm{CF}}_R(b·t_n)\end{array}\right)---\left(6\right)$

在此，列里面的元素包含相应子函数在离散时刻b·t₁、b·t₂、…、b·t_n的函数值。在各个部分与输入函数IF褶积（类似于图2中的步骤IV）之后，接着从中对于组合的、模拟的测试团注造影剂分布函数TF_s,m(t)得到： 

${\mathrm{TF}}_{S,m}\left(t\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{TF}}_{S,B}\left(t_1\right)& {\mathrm{TF}}_{S,\mathrm{CFP}}\left(t_1\right)& {\mathrm{TE}}_{S,\mathrm{CFR}}\left(t_1\right)\\ {\mathrm{TF}}_{S,B}\left(t_2\right)& {\mathrm{TF}}_{S,\mathrm{CFP}}\left(t_2\right)& {\mathrm{TF}}_{S,\mathrm{CFR}}\left(t_2\right)\\ ·& ·& ·\\ ·& ·& ·\\ {\mathrm{TF}}_{S,B}\left(t_n\right)& {\mathrm{TF}}_{S,\mathrm{CFP}}\left(t_n\right)& {\mathrm{TF}}_{S,\mathrm{CFR}}\left(t_n\right)\end{array}\right)---\left(7\right)$

在此，在等式（7）中TF_S,B表示基础脉冲响应函数CIR_B与输入函数IF的褶积，TF_S,CPF表示FPP穿过修正函数CF_P与输入函数IF的褶积，并且TF_S,CPR表示再循环修正函数CF_R与输入函数IF的褶积。 

在与根据图2的方法的步骤VII类似的步骤中，可以例如以线性最小二乘法来确定对于缩放系数、在该情况下对于向量的理想的解： 

$\bar{a}={({\mathrm{TF}}_S^T·{\mathrm{TF}}_S)}^{-1}·{\mathrm{TF}}_S^T·\mathrm{TB}---\left(8\right)$

在此，上标“-1”表示矩阵求逆，并且上标“T”表示转置矩阵。 

于是作为如下向量的元素获得所有缩放系数： 

$\bar{a}=\left(\begin{array}{c}{a}_B\\ a_{\mathrm{CFP}}\\ a_{\mathrm{CFR}}\end{array}\right)---\left(9\right)$

在此，a_B是用于原始的基础脉冲响应函数CIR_B的缩放系数，a_CFP是FPP穿过修正函数CF_P的缩放系数，并且是a_CFR是再循环修正函数CF_R的缩放系数。 

图8示出了相应的拟合。在此示出的是患者特定的测试团注造影剂分布数据TB，测试团注造影剂分布函数TF_S,m与其匹配，其中该模拟的测试团注造影剂分布函数TF_S,m由模拟的测试团注分布函数TF_S、模拟的测试团注FPP 分布函数TF_S,CP和模拟的测试团注再循环分布函数TF_S,CP组成，其中模拟的测试团注分布函数TF_S由图7中所示的基础脉冲响应函数CIR_B与输入函数的褶积产生，模拟的测试团注FPP分布函数TF_S,CP由图7中所示的FPP穿过修正函数CF_P和输入函数IF的褶积建立，并且模拟的测试团注再循环分布函数TF_S,CP由图7中所示的再循环修正函数CIR_R与输入函数IF的褶积产生。该曲线图清楚示出，如何能够借助该方法优良地与所测量的测试团注造影剂分布数据TB相匹配。 

根据测试团注的持久时间、即在何时间范围上检测了测试团注造影剂分布数据TB，也可以决定例如在计算时省去循环修正函数CF_R。在该情况下等式（6）中的矩阵仅由两列构成。然而匹配例程保持不变。 

接下来还再次指出的是，之前详细描述的方法和系统架构仅是优选的实施例，其可以由本领域技术人员以不同的方式修改而不偏离本发明的范围，只要该范围是通过权利要求规定的。尤其也可以将描述的方法组合，即例如不仅从多个例如患者特定的基础脉冲响应函数中选择基础脉冲响应函数，还使用FPP穿过修正函数和/或再循环修正函数或其它修正函数。出于完整性原因也指出的是，使用不定冠词“一”或“一个”并不排除所涉及的特征也可以多重地存在。同样术语“单元”也不排除该单元由可能也可以在空间上分布的多个部件构成。