采用室壁运动和灌注心脏MRI成像的心脏诊断以及心脏诊断系统

具体实施方式

以下将参照附图更详细的说明本发明，附图中显示说明了本发明的实施例。然而，本发明不应当理解为仅限于这里所给出的实施例，而是提供这些实施例以详细而完全的说明发明的范围，并使本领域技术人员充分理解本发明的范围。

如本领域技术人员所知，本发明可以表现为方法、系统和计算机程序。因此，本发明可完全是硬件的实施例，完整的软件实施例或把软件和硬件组合在一起的实施例，这里均通称为“电路”或“模块”。进一步，本发明可表现为基于具备刻录在媒介中的计算机可以识别程序代码的计算机可识别存储介质的计算机程序产品。任何计算机可读媒介均可采用，包括硬盘，CD-ROM，光学存储设备，诸如那些支持因特网或局域网的传输介质，或者磁存储设备。

执行本发明操作的计算机程序代码可被写进由诸如Java@，Smalltalk或C++的面向程序语言确定的对象中。但是，执行本发明操作的计算机程序代码还可用通常的程序语言如“C”程序语言编写。具体的电影显示系统可使用交互数据语言(IDL)程序来提供适合在本发明实施例中使用的电影环路。程序代码可完全在用户计算机上、部分在用户计算机上、如作为独立软件包，部分在用户计算机上，部分在远程计算机上或完全在远程计算机上执行。在后一方案中，远程计算机可以通过局域网(LAN)或者广域网(WAN)和用户的计算机相连，或者该连接可以通过外部计算机进行(例如，通过使用因特网服务器的因特网)。进一步地，用户计算机、远程计算机或两者一起都可以结合到其它系统如MRI系统中。

以下参照流程解释图和/或按照本发明实施例的方法，装置(系统)和计算机程序产品的模块图来说明本发明。已知流程解释图中的每一模块和/或模块图以及流程解释图中的模块和/或模块图的联合可由计算机程序指令来执行。这些计算机程序指令可以输入到通用计算机、专用计算机的处理器或其它程序化数据处理装置中来启动机器，从而通过计算机处理器或其它程序化数据处理装置执行该指令产生用于执行流程和/或模块图中的模块中规定的功能/动作的方法。

这些计算机程序指令还可储存在引导计算机或其它程式化数据处理装置以特定的方式工作的计算机可读存储器中，从而储存在计算机可读存储器中的指令产生包括执行流程和/或模块图中的模块规定的功能/动作的指令方法的产品。

计算机程序指令还可装载于计算机或其它程序化数据处理装置，以产生一系列可在计算机或其它程序化装置被执行的操作步骤，以此产生计算机执行的处理，从而在计算机或其它程序化装置中执行的指令提供用于执行流程和/或模块图中的模块规定的功能/动作的步骤。

本发明的实施例提供既采用病人心跳的室壁运动MRI电影环路又采用灌注图像的心脏诊断。灌注图像可以是MRI灌注图像电影环路和/或单个图像，例如由心肌延迟增强所提供的图像。室壁MRI电影环路可以从时间上与经调整以补偿如负荷引起的心率的不同心率，并因此导致的不同心脏循环模式和/或持续时间的电影环路同步。心脏诊断通过评估时间上同步的MRI电影环路和经受负荷试验的病人的灌注图像和MRI电影环路中的一个或全部来进行。这种评估可产生有关一个病人患CAD可能性的屏幕测定。

图1描述了一个按照本发明实施例的示例性系统10。如图1所示，一个电影显示/MRI系统10包括一个可包含一个MRI控制系统电路12，一个MRI脉冲激发系统电路14和一个MRI信号测量系统电路16的MRI采集系统11。MRI控制系统电路12在病人的一个心脏循环中控制MRI采集系统11的操作以获取和提供MRI图像。MRI控制系统电路12还可对获取的图像进行组合并把其传输到工作站20或其它这样的数据处理系统，以进一步分析和/或显示。工作站20可在MRI组中或远离MRI组。通过控制所述MRI脉冲激发系统电路14和所述MRI信号测量系统电路16来获取提供病人心脏MRI图像的MRI信号。

例如，MRI图像可以通过使用快速梯度回波分段的k-间隔序列来获取。通过调整所述k-间隔分段可提供用于确认心收缩末期的适当时间分辩率(13-65毫秒)，而心收缩末期帧典型的具有最小的左心室(LV)腔尺寸。可利用图像共享以在获取的帧之间提供中间帧。下述表格提供了在不同心率下调整k-间隔分段的示例。

可以选择的是，可以使用其它高亮突出LV心肌增厚或松弛的MRI技术来获取图像。

室壁运动和电影环路帧的灌注的MRI图像可包括与病人心脏不同位置处和病人心脏周期中不同时间相应的图像(即电影环路可记录在其它电影环路中)。例如，图像可包括诸如基短轴、长轴、中短轴和尖短轴的切片，四腔和两腔切片。具体的实施例中，可选择期望的图像位置以提供LV室壁运动图像。进一步讲，图像可来自病人负荷试验的不同时段，例如，在基线或静息心率和/或不同心率下，和/或采用不同剂量的诸如多巴酚丁胺和阿托品的负荷诱导剂下。

心肌灌注图像将在静息时和在负荷(药理的或运动的)下，在给予顺磁性造影剂(例如含钆的)或敏感剂(例如含有氧化铁或镝)后获取，或者采用不给予造影剂的组合技术，例如使用T2预备脉冲序列或3维T2加权序列的依赖血液含氧水平(BOLD)的心脏图像。获取的心壁灌注图像可以是源自多次连续心跳的心脏区域中单个位置处的图像。灌注图像还可以被产生和显示以提供和相关时间补偿的心壁运动MRI电影环路相比具由相同帧数的电影环路。

诸如由GE医疗系统，西门子，菲利普，Varian，Bruker，Marconi和东芝提供的常规MRI系统可用来提供在经受负荷试验的病人心跳期间收集的期望的MRI图像帧，根据本发明此处所描述的实施例，这些图像帧可以经时间补偿和显示，和/或进行生物物理学或生物生理学异常分析，从而进行心脏诊断。

尽管图1描述了一个示例性电影显示/MRI系统，并且就其功能和/或操作的具体划分在此进行了描述，但如本领域技术人员所知，根据本发明的教导，还可运用其它的功能和/或操作的划分。例如，MRI控制系统电路12可以和MRI脉冲激发系统电路14或MRI信号测量系统电路16进行组合。因此，本发明不应被理解为限制在MRI功能/操作的一个具体结构或划分，而可以包括任何能够实现这里所描述操作的功能/操作结构或划分。

图2描述的是根据本发明的实施例的适用于提供工作站20和/或MRI控制系统电路12的数据处理系统230的示范性实施例。典型的，数据处理系统230包括诸如键盘或鼠标的输入装置232，显示器234和与处理器238交换数据的存储器236。数据处理系统230可进一步包括扬声器244和同样与处理器238交换数据的I/O数据端口246。数据端口246可用于在数据处理系统230和另一个计算机系统或网络之间传递数据。这些部件可以是如在许多常规数据处理系统中使用的可以被设置成如此处所描述工作的常规部件。

图3是描述根据本发明的实施例的系统、方法和/或计算机程序产品的数据处理系统实施例的模块图。处理器238通过地址/数据总线348与存储器236交换数据。处理器238可以是任何商用或常规微处理器。存储器236以包含软件和用于执行数据处理系统230功能的数据的存储设备的所有体系为代表。存储器236包括但不限于以下类型：高速缓冲存储器，ROM，PROM，EPROM，EEPROM，闪存，SRAM和DRAM。

如图3所示，存储器236可包括多类软件和/或用在数据处理系统230的数据：操作系统352；应用程序354；输入/输出(I/O)设备驱动器358和数据356。如本领域技术人员所知，操作系统352可以是任何适和与数据处理系统一起使用的操作系统，例如国际商业机器公司的OS/2，AIX或系统390，微软的Armonk，NY，Windows95，Windows98，Windows2000，WindowsNT或WindowsXP，以及Redmond，WA，Unix或Linux。操作系统可以设置成支持基于TCP/IP或其它类似的网络通信协议连接。所述I/O设备358典型的包括由应用程序354通过操作系统352访问，以和诸如I/O数据端口246和某些存储236部件通信的软件程序。应用程序354由执行数据处理系统230各种特征的程序来说明，并优选包括支持按照本发明实施例的操作的至少一个应用。最后，数据356代表应用程序354使用的静态和动态数据，操作系统354，I/O设备驱动358以及其它驻留在存储器236中软件程序。

进一步如图3所示，应用程序354可包括一个电影环路处理应用360。电影环路处理应用360可执行这里所描述的操作，该操作为时间上同步MRI图像电影环路，显示时间上同步的心脏室壁运动MRI图像和/或心壁灌注图像的电影环路，并且/或显示对MRI图像的时间同步电影环路的评估。如图3的实施例所示，存储器236的数据部分356可包括含有室壁运动和灌注MRI图像电影环路的MRI图像数据362。

尽管例如参照在图3中为应用程序的电影环路处理应用360对本发明进行了说明但如本领域技术人员所知，还可采用其它受益于本发明教导的构型。例如，电影环路处理应用360还可与操作系统352、所述I/O设备驱动器358或数据处理系统230的其它此类逻辑划分组合在一起。因此，本发明不要理解为仅限于图3所示的设置，任何可以执行这里所描述的操作安排均包括在本发明范围中。

图4描述了按照本发明某些实施例的操作。如图4所示，对病人进行负荷试验(模块400)并且在负荷试验期间采集表示病人心脏的室壁运动和灌注的MRI图像(模块402)。所述负荷试验可以是采集MRI图像时可进行的任何类型的负荷试验。MRI负荷试验的一个具体的实施例为使用诸如多巴酚丁胺或类似物生物化学诱导负荷试验。进行负荷试验对本领域技术人员是熟知的，因此不在这里进行描述。

采集的灌注图像可以是在给用造影剂后立即采集的“首先通过”的灌注图像。这种情况下，灌注图像可以是图像的电影环路，从而造影剂的灌注可由电影环路图像示踪或监控。灌注电影环路图像可以是心脏不同部位的多个灌注电影环路图像。这些电影环路可由室壁运动电影环路图像记录，从而灌注电影环路和室壁运动电影环路对应几乎相同的位置。例如，灌注电影环路可以是三个对应三条短轴室壁运动电影环路的电影环路。因此，灌注图像可以在和短轴室壁运动图像在通过心脏的相同的平面上采集。

可以选择的是，或除了产生灌注图像电影环路以外，也可提供心肌延迟增强(MDE)。MDE中，给用造影剂例如钆DPTA20分钟后，其一部分渗入坏疽的(坏死的)组织并将变得明亮(因此，被延迟增强)。这些图像可以不以电影环路方式，而以单独图像方式采集，并记录(在相同切片位置处)相应灌注和/或室壁运动图像。MDE是另一种形式的灌注，也就是说，它是坏死组织的灌注，即，首先通过的灌注是活组织的灌注。因此，灌注图像可能包括诸如MDE图像和/或图像电影环路的单独图像。上述其中之一或两者均可与室壁运动图像一同显示。

对可提供在心脏不同位置的心跳的电影环路和/或不同剂量的负荷诱导剂的MRI室壁运动图像被时间同步，并建立灌注图像的数目，以使每一个电影环路具备相同数目的MRI图像或帧，从而每一个电影环路可以被显示相同的时间(模块404)。因此，例如，灌注电影环路可通过使其和室壁运动图像以同样的速率来循环显示而与室壁运动电影环路同步。灌注电影环路的同步还可通过增加帧数，减少帧数或如这里所描述的调整显示时间来实现。室壁运动电影环路还可与心脏周期同步，使得每一个电影环路在心脏循环的相同部分开始。

补偿的室壁运动电影环路和灌注图像和/或灌注图像的电影环路例如可供工作站显示，并且可以对两者进行评估来确定病人的心脏生理状态(模块406)。这样的评估例如可通过显示几种或所有剂量下一给定位置处的室壁运动和灌注电影环路和/或显示某一给定剂量下几个或所有位置的电影环路来进行。通过显示接近实时获取的图像可进行评估。此外或可选地，可以与室壁运动电影环路一起显示一个MDE图像或多个MDE图像。显示的电影环路和/或图像可由生理学家进行评估，以确定心脏的生理状态。这样的确定例如可包括确定CAD存在与否，CAD严重性的变化，心脏治疗体制的效果等。例如，灌注图像可以和室壁运动图像进行比较，以确定减少的灌注区域是否与受损室壁运动区域相对应，从而进一步确定血管是否堵塞。

这样的操作可以重复，直到期望位置(模块408)和期望负荷等级(模块410)的MRI图像被获得和补偿，如此处所述。因此，如果要采集更多的视图(模块408)，则继续进行采集其它MRI图像(模块402)的操作。如果要评估另外的负荷等级(模块410)，则继续进行其它的负荷试验(模块400)。

已经发现，在时间上同步电影环路使得生理学家可以更加有效地评估心脏生理状况，而不会通过时间同步处理产生明显的赝像和/或失真，而这些赝像和/或失真会使信息模糊或提供导致无效评估的错误信息。进一步发现，电影环路时间同步提高了MRI电影环路评估的有效性，因为它允许生理学家同时可视地比较不同心率下的心脏运动，其中心脏运动在心脏周期中其相同位置的显示是同步的。因此，每一显示的图像在心跳中占几乎相同比例的时间。因此，可以直接比较不同心率下处室壁运动的不同之处，以探测病症的存在。如上面所讨论，已经发现这里所描述的时间同步处理可避免产生不准确、赝像或其它可能妨碍评估过程的失真的显示。进一步说，评估过程可以以充分的实时方式进行，从而可使生理学家利用MRI电影环路在进行负荷试验时来监控负荷试验。这样的监控在进行负荷试验和基于负荷试验结果对病人状况进行评估中均实用。通过提供这样的允许同时直接比较不同心率数据的电影环路信息，生理学家可以快速确定病人心脏生理状态，从而调整试验参数和/或避免伤害病人。

在有些情况下，例如在负荷试验全过程中存在静息心脏室壁运动异常时，或存在同心左心室肥大的状况下，室壁运动评估不足以确定局部缺血。由于这样的原因，对心脏灌注和/或延迟增强和电影室壁运动的联合评价可提高鉴别者确定在单独评估室壁运动时不明显的心脏坏死或局部缺血的能力。

本发明的另一个进一步的实施例中，采用图像处理技术可以自动或半自动的进行电影环路的评估。由于采用同样大小的数据设备并且数据设备中的相应帧对应心脏循环中的公共部分，因而电影环路的时间同步有助于这样的自动评估。例如，电影环路或电影环路中的部分图像可相互比较或参考，从而突出基线电影环路的偏差。因此，例如，基线室壁运动电影环路可以和不同剂量电影环路比较并显示差异，和/或与阈值比较，以提供指示和/或心脏生理的评估。这些差异也可与灌注电影环路或同一区域的电影环路比较，以及与低灌注区域和异常室壁运动区域相比较。由于每一个电影环路中的位置对应心脏周期中几乎相同的时间，从而不同电影环路的相似位置的帧可以直接进行相互比较，因而这种电影环路的比较成为可能和/或简化。

例如，自动比较还包括记录不同电影环路到基线环路。这样的记录可通过采用常规模式识别和/或校正技术进行，从而电影环路的相应象素或电影环路部分的每一个与病人身体中近似相同的生理位置相关联。具体的实施例中，比较可以是3维(x，y，t)，4维(x，y，z，t)和/或5维(x，y，z，t，剂量)。

可以通过重复图像，增加或减少图像显示时间和/或从电影环路中去除图像来对电影环路进行补偿。电影环路可以通过提供每个环中相同数目的图像或帧来实现时间同步。因此，病人的每一个显示的心跳可以显示相同的时间周期获取电影环路时的心率无关。具有较多帧的环路可以移去帧，而具有较少帧的环路可以增加帧。帧可通过重复环中的帧来增加。帧还可通过增加帧显示的时间的实质方式来增加。这种实质上帧的增加对存储的需求较之循环中物理重复帧要少。增加或除去的帧可以分布在整个环路中，或优选基本上平均的分布在整个环路中。进一步地，电影环路可与病人心脏周期同步，从而每一个电影环路在心脏周期的近似相同的部分开始。使MRI电影环路和病人心脏周期同步的技术对本领域的技术人员是已知的，因此在此不进行论述。

在本发明的具体实施例中，电影环路实时进行显示。其余实施例中，电影环路接近实时进行显示。对经受负荷试验的病人的电影环路的如此实时或接近实时的显示可通过允许对负荷试验进行快速分析和监控，从而可避免对病人的伤害，因而提供了安全的负荷试验。在其它实施例中，电影环路的显示由储存信息提供，并可进行“离线”操作。这种离线分析适合于详细或更耗时的电影环路分析。进一步地，数据采集、图像构建和/或电影环路图像的传送可相互重叠，从而减少图像采集和显示之间明显的传输延迟时间。

图5是按照本发明的实施例的电影环路显示器500的屏幕截取图。如图5所示，多个电影环路502同时显示。电影环路已如上所述时间同步，并且包括显示室壁运动和灌注信息。如图5所示，室壁运动电影环路、首次通过的灌注电影环路以及MDE图像都可同时进行显示。图5中，基线室壁运动电影环路502、第一剂量室壁运动电影环路504、峰值剂量室壁运动电影环路506、恢复室壁运动电影环路508、首次通过灌注电影环路510和延迟增强图像512如这里所述同时进行显示。

图6描述的是按照本发明进一步的实施例的操作。如图6所示，可通过获得用户输入来裁减电影环路基本图，并/或调节基本电影环路图像的对比度、亮度、γ或其它显示等级(模块600)。裁减和/或等级调整可自动传播到基本电影环路中剩余的图像以及传播到其它显示或存储的电影环路(模块604)中。因此，医师可迅速调整电影环路图像的显示而不必调整每一副图像和/或单个的环路。可选择的是，裁减和/或等级信息可存储并与电影环路相关联。电影环路可储存在例如硬盘或其它存储介质上，并在之后恢复，以供显示和/或分析。存储的电影环路被随后与自动应用的裁减和/或等级信息一起显示。

尽管本发明实施例首先参照MRI图像接近实时的评估进行了描述，如借助于本发明公开内容的本领域技术人员所知，MRI图像的评估还可在“离线”或较长的停滞后进行。例如，早先的MRI图像可显示并与当前的MRI图像进行比较，以确定在室壁运动和/或灌注中是否发生了可能由于治疗过程而致的情况改善。因此，本发明不应理解为仅限于采集之后立即评估MRI电影环路图像。

前文描述了本发明但不作为本发明的限制。尽管对本发明的一些示例性的实施例进行了描述，本领域技术人员容易知道不在实质上偏离本发明的新颖性教导和本发明优点的情况下这些示例性实施例中可进行许多的修改。因此，所有这些修改包括在如权利要求书所限定的本发明的范围之内。