СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАТОЛОГИИ ПЕРФУЗИИ МИОКАРДА Российский патент 2019 года по МПК A61B5/55 G06T7/10 A61B5/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области медицинской визуализации сердца, и, в частности, в области анализа медицинских изображений сердца.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Визуализация контрастирования сердца при первом прохождении посредством визуализации с помощью магнитно-резонансной томографии сердца (CMR), и в последнее время также визуализации с помощью компьютерной томографии сердца (ССТ), позволяет количественно оценить перфузию миокарда. Эта количественная оценка включает в себя полуколичественный или точный количественный анализ кривых интенсивность-время. Полуколичественный анализ включает в себя количественную оценку нескольких характерных особенностей кривых интенсивность-время, например, пиковую интенсивность, максимальную крутизну нарастания, среднее временя прохождения и другие. В точном количественном анализе, фактический миокардиальный кровоток рассчитывается исходя из математического анализа функции артериального входа (AIF) и кривых интенсивность-время, полученных на миокарде. Обширный обзор как полуколичественных, так и точных количественных подходов дается в Jerosch-Herold: Quantification of myocardial perfusion by cardiovascular magnetic resonance, Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance 2010, 12:57.

В Международной заявке WO 2005/004066 А1 описан способ количественной оценки перфузии сердца. Способ включает в себя разделение миокарда, который изображается на сериях кардиологических изображений, на сегменты изображения, содержащие, по меньшей мере, один пиксель изображения, и определение параметра перфузии сердца для каждого из сегментов изображения. Далее выбирается, по меньшей мере, один сегмент изображения с нормальным значением параметра перфузии, и затем параметры перфузии сердца остальных сегментов изображения основываются на этом нормальном значении параметра перфузии. В одном из вариантов осуществления параметром перфузии является максимальная крутизна нарастания профиля интенсивность-время для распределения контрастного вещества в миокарде. Нормальная максимальная крутизна нарастания выводится, по меньшей мере, для одного сегмента изображения и относительная максимальная крутизна нарастания рассчитывается для каждого сегмента относительно нормальной максимальной крутизны нарастания. На основе этих значений, для каждого сегмента рассчитывается отношение параметров перфузии миокарда, полученных при стрессе, и параметров перфузии миокарда, полученных в состоянии покоя. В качестве примера, описан расчет индекса резерва перфузии миокарда (MPRI) для каждого сегмента, определяемый как отношение относительных максимальных значений крутизны нарастания, полученных в состоянии покоя и при стрессе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящее время, существуют нарушения перфузии миокарда, которые требуют применения инвазивных методов для характеристики и анализа. Неинвазивные способы визуализации не могут достоверно различить коронарную микрососудистую дисфункцию (MVD) и многососудистое поражение коронарных артерий (в том числе поражение главного ствола левой коронарной артерии, CAD), поскольку оба эти заболевания могут привести к диффузной ишемии миокарда, которые при визуальном и количественном анализе могут быть похожи друг на друга. Таким образом, пациенты подвергаются инвазивной ангиографии, и коронарная микрососудистая дисфункция диагностируется после демонстрации нормальных коронарных артерий у больных с ишемией миокарда.

Анализ изображений контрастирования при первом прохождении может иметь результатом точную количественную оценку миокардиального кровотока. Хотя нарушения перфузии могут быть проанализированы с помощью точной количественной оценки миокардиального кровотока, однако, с помощью неинвазивных методов можно только оценить распределение и тяжесть ишемии, но нельзя измерить пространственно-временную гомогенность перфузии в различных сегментах миокарда. Например, MVD и CAD оба характеризуются тяжелой и пространственно распространенной ишемией, как правило, соотносимой с замедленным приходом контрастного вещества к эндокардиальным слоям миокарда.

Поэтому задача изобретения состоит в предоставлении улучшенного способа определения патологии перфузии миокарда посредством анализа множества медицинских изображений, по меньшей мере, части сердца исследуемого субъекта, причем множество медицинских изображений получают последовательно с помощью устройства медицинской визуализации.

Эта задача решается с помощью способа, включающего в себя следующие этапы:

- очерчивание контуров выбранной части сердца исследуемого субъекта на множестве медицинских изображений и сегментирование выбранной части на множество сегментов;

- замер интенсивностей в выбранных местах на изображении миокарда из множества медицинских изображений и присваивание индекса, представляющего порядок получения каждого из медицинских изображений, соответствующим замеренным интенсивностям в местах на изображении миокарда для того, чтобы получить кривые интенсивности для каждого из выбранных мест на изображении миокарда;

- вычисление индекса, указывающего на пространственно-временную неоднородность перфузии или дефазировку перфузии, по меньшей мере, у поднабора сегментов миокарда из множества сегментов миокарда, причем поднабор сегментов миокарда включает в себя множество сегментов миокарда, на основании полученных кривых интенсивности.

Выражение «выбранная часть сердца», как используется в данной заявке, следует понимать в частности, как и любая сосудистая полость сердца, и также следует понимать, как содержащая левый желудочек и восходящую аорту.

Выражение «устройство медицинской визуализации», как используется в данной заявке, будет в частности включать в себя устройства визуализации магнитно-резонансной томографии сердца (CMR), устройства визуализации компьютерной томографии сердца (ССТ), устройства визуализации коронарной ангиографии (CA), устройства ангиографии ССТ (CCTA), устройства внутрисосудистого ультразвукового исследования (IVUS), устройства однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT), устройства позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и устройства эхокардиографии.

Выражение «пространственно-временная неоднородность перфузии» также может звучать как «пространственно-временная дефазировка» в данной заявке, и его следует понимать, как в частности, временное и пространственное распределение неоднородного миокардиального кровотока в случае патологического расстройства.

Этап очерчивания контуров выбранной части сердца может осуществляться вручную, полуавтоматически или полностью автоматически. Соответствующие методы сегментации известны в данной области, коммерчески доступны и, следовательно, не будут обсуждаться в данном документе более подробно.

Поднабор сегментов миокарда может содержать определенный поднабор множества сегментов миокарда, как территории перфузии, или он может содержать миокард полностью.

Индекс, представляющий порядок получения каждого из медицинских изображений, может быть привязан к шкале времени, и может быть самим временем.

Одно из преимуществ этого способа заключается в том, что предоставляется дополнительная временная информация о распределении перфузии в различных областях выбранной части сердца, которую можно использовать для того, чтобы охарактеризовать конкретные патологии миокарда быстро и просто. В частности, рассчитанный индекс можно использовать для того, чтобы различить поражение коронарных артерий и микрососудистое поражение в характеристике.

Еще одним преимуществом способа является то, что дополнительная информация может быть предоставлена посредством неинвазивного метода, так что во многих случаях инвазивной ангиографической оценки можно избежать.

Перед применением этапа очерчивания контуров выбранной части сердца, для коррекции дыхательного движения исследуемого субъекта к множеству медицинских изображений можно применить способы регистрации изображений. Соответствующие способы совмещения хорошо известны в данной области и, следовательно, не будут обсуждаться в данном документе подробно.

Кроме того, для лучшего результата к полученным кривым интенсивности может быть применена фильтрация. Можно использовать любой способ фильтрации, который подходит специалисту в данной области.

В предпочтительном варианте осуществления способ дополнительно включает в себя этап проведения количественной оценки миокардиального кровотока в каждом сегменте из множества сегментов. Этап проведения точной количественной оценки миокардиального кровотока может быть осуществлен в соответствии с одним из современных способов, описанных в обзорной статье, представленной в разделе Уровень техники, например способ обратной свертки, или в соответствии с любым другим способом, который специалист в данной области считает подходящим. Точная количественная оценка миокардиального кровотока в каждом сегменте может предоставить дополнительную информацию для характеристики патологии перфузии миокарда.

В другом варианте осуществления способа, множество медицинских изображений собирается посредством устройства медицинской визуализации после введения контрастного вещества исследуемому субъекту. Выражение «контрастное вещество», как оно используется в данной заявке, следует понимать в частности, как любое вещество, которое генерирует сигнал, больший по сравнению с базовым, когда он собирается устройством медицинской визуализации, чем ткань исследуемого субъекта, окружающая вещество. Если устройство медицинской визуализации основано на принципе работы, использующем гамма-лучи, выражение «контрастное вещество» должно также включать в себя радиоактивные индикаторы. Таким образом, отношение сигнал-шум может быть улучшено и более точная характеристика патологии перфузии миокарда может быть достигнута.

В одном из вариантов осуществления множество медицинских изображений может быть получено после введения контрастного вещества исследуемому субъекту и во время первого прохода контрастного вещества через сердце.

В другом варианте осуществления множество медицинских изображений может быть получено после введения контрастного вещества исследуемому субъекту и во время, когда концентрация контрастного вещества в исследуемом субъекте достигла концентрации равновесного состояния. Это имеет особое значение для медицинской визуализации с помощью визуализации перфузии при стресс-эхокардиографии.

В одном из вариантов осуществления множество медицинских изображений могут быть получены с помощью эндогенного контраста, как например мечение артериальных спинов, и во время первого прохода контрастного вещества через сердце.

В другом предпочтительном варианте осуществления способ дополнительно включает в себя этап идентификации точки отсчета в выбранной части сердца, в котором на этапе вычисления индекса, кривые интенсивности оцениваются по отношению к начальному моменту времени, который определяется идентифицированной точкой отсчета. Тем самым может быть предоставлено точное начало координат для вычисления индекса. Предпочтительной точкой отсчета является левый желудочек, так как левый желудочек имеет место, которое принимает контрастное вещество при первом прохождении и предшествует крутизне нарастания в полученных кривых интенсивности для каждого из выбранных мест на изображении миокарда. Выражение «крутизна нарастания», как используется в данной заявке, следует понимать в частности, как момент времени, когда интенсивность полученных кривых интенсивности из-за введения контрастного вещества превышает заданное пороговое значение, например, 10% по сравнению с интенсивностью без контрастного вещества.

В другом предпочтительном варианте осуществления способ дополнительно включает в себя этап автоматического определения, для каждого из выбранных мест на миокарде, индивидуального периода времени по отношению к начальному моменту времени, который определяется идентифицированной точкой отсчета до появления характерной особенности замеренной интенсивности каждого из мест на изображении миокарда. Затем собственные периоды времени используются на этапе расчета индекса. Характерной особенностью может быть точка в момент начала роста интенсивности, точка во время пиковой интенсивности или любая другая характерная особенность, которая кажется подходящей специалисту в данной области. Таким образом, индекс, указывающий на пространственно-временную неоднородность перфузии, легко можно рассчитать в автоматическом режиме.

Предпочтительно, этап вычисления индексов включает в себя вычисление статистической меры, которая является показателем вариации времени до появления характерной особенности на каждом из отдельных мест миокарда по отношению к времени появления характерной особенности на идентифицированный точке отсчета. Тем самым может предоставляться индекс, который описывает пространственно-временную неоднородность перфузии среди сегментов миокарда очень показательным образом. Статистическая мера может иметь вид дисперсии, обычно используемой в статистике, как меры того, насколько велик разброс в наборе чисел. В этом смысле, дисперсия может быть квадратом стандартного отклонения набора чисел. В основном, статистическая мера может иметь любой другой вид, который специалист в данной области считает подходящим для указания на вариацию времени до появления характерной особенности на каждом из отдельных мест миокарда.

Предпочтительно, получение множества медицинских изображений, по меньшей мере, части сердца исследуемого субъекта, по меньшей мере, частично синхронизуется с циклическим движением сердца исследуемого субъекта. Например, медицинское изображение может быть получено в фиксированное время до или после опорного события на электрокардиограмме, такого как R-пик комплекса QRS. Преимущество этого варианта осуществления способа состоит в том, что все медицинские изображения из множества медицинских изображений берутся в одинаковом состоянии сердца, так что наличествует несущественное движение желудочка миокарда у медицинских изображений, и миокард оказывается относительно неподвижными.

В еще одном варианте осуществления способа, на этапе замера интенсивностей в местах на изображении миокарда, места на изображении миокарда выбираются в направлении вдоль миокарда, а также в направлении поперек миокарда. Таким образом, расчетный индекс представляет собой пространственно-временную неоднородность перфузии миокарда среди сегментов исключительно надлежащим образом.

Способ может дополнительно включать в себя этап генерации перфузограммы и отображения его пользователю. Выражение «перфузограмма», как используется в данной заявке, следует понимать в частности, как цветовое представление интенсивностей мест на изображении в миокарде в зависимости от времени и места. Горизонтальная ось перфузограммы может представлять время, а вертикальная ось может представлять место (т.е. сегмент) на миокарде. «Перфузограмма» была описана как полезный инструмент визуализации перфузии миокарда в более ранних публикациях, например, в: Marcel Breeuwer, Comprehensive visualization of first-pass myocardial perfusion: The uptake movie and the perfusogram”, (International Society for Magnetic Resonance in Medicine) ISMRM 2002. Например, перфузограмма может отображаться на блоке монитора, как это принято для устройства медицинской визуализации, с помощью которого было получено множество медицинских изображений.

Кроме того, способ может предпочтительно включать в себя этап реализации, по меньшей мере, одного маркера на перфузограмме, который является индикатором, по меньшей мере, одного характерного места и/или, по меньшей мере, одного характерного момента времени. Примерами таких маркеров, которые могут передавать информацию, содержащуюся на перфузограмме, пользователю быстрым способом являются местоположения территорий перфузии коронарных артерий, границы сегментов левого желудочка (например, в соответствии с моделью AHA с 17 сегментами) и характерные моменты во время прохождения контрастного вещества, как время проявления и время пика. Маркер может быть сформирован в виде прямой линии, кривой линии или в виде замкнутой петли, отмечающей территорию миокарда.

В другом предпочтительном варианте осуществления способ может дополнительно включать в себя этап реализации множества компьютерных связей, где каждой компьютерной связи из множества компьютерных связей присваивается место на перфузограмме, и где каждая компьютерная связь из множества компьютерных связей связана с набором данных, представляющих медицинское изображение из множества медицинских изображений. Таким образом, подробная информация о миокардиальном кровотоке может быть легко предоставлена пользователю, как правило, представителю медицинского персонала.

Другая задача изобретения состоит в предоставлении системы для определения патологии перфузии миокарда посредством анализа множества медицинских изображений, по меньшей мере, части сердца исследуемого субъекта. Множество медицинских изображений собирается последовательно с помощью устройства медицинской визуализации. Система включает в себя

- блок очерчивания, предоставляемый для очерчивания контуров выбранной части сердца исследуемого субъекта на множестве медицинских изображений и для сегментирования выбранной части на множество сегментов, и

- блок замера интенсивности и анализа.

Блок замера интенсивности и анализа выполнен с возможностью

- замера интенсивностей в местах на изображении миокарда из множества медицинских изображений и присваивания индекса, представляющего порядок получения каждого из медицинских изображений, соответствующим замеренным интенсивностям в местах на изображении миокарда, и

- вычисления индекса, указывающего на пространственно-временную неоднородность перфузии или дефазировку перфузии, по меньшей мере, у поднабора сегментов миокарда из множества сегментов миокарда. Система может предоставлять те же преимущества для способа, как и раскрытые выше.

В другом аспекте изобретения, система для определения патологии перфузии миокарда является неотъемлемой частью устройства медицинской визуализации, с помощью которого было получено множество медицинских изображений. Предпочтительно, чтобы устройства медицинской визуализации было выполнено в виде устройства магнитно-резонансной визуализации. Устройство магнитно-резонансной визуализации преимущественно может содержать средство синхронизации для синхронизации сбора медицинских изображений с циклическим движением сердца исследуемого субъекта.

В еще одном аспекте настоящего изобретения, предоставляется модуль программного обеспечения для реализации варианта осуществления любого из способов определения патологии перфузии миокарда, описанных выше или их сочетание, в которых этапы способа, которые должны выполняться, преобразованы в программный код модуля программного обеспечения, в котором программный код может быть реализован в блоке памяти блока управления устройства медицинской визуализации и может исполняться блоком процессора блока управления устройства медицинской визуализации.

Блок управления может быть блоком управления, который является обычным для функций управления устройства медицинской визуализации. Блок управления альтернативно может быть дополнительным блоком управления, который специально предназначен для выполнения этапов способа.

Модуль программного обеспечения может сделать возможным устойчивое и надежное выполнение способа и может сделать возможной быструю модификацию этапов способа и/или адаптацию алгоритма совмещения изображений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и прояснены со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.

НА ЧЕРТЕЖАХ:

на Фиг. 1 представлено схематическое изображение части варианта осуществления устройства медицинской визуализации в соответствии с настоящим изобретением, выполненного в виде системы магнитно-резонансной визуализации;

на Фиг. 2 представлено схематическое изображение кривых интенсивности, полученных в соответствии с изобретением для перфузии миокарда во время первого прохода контрастного вещества через сердце контрольного индивидуума (вверху), через сердце человека с микрососудистой дисфункцией (посередине), и через сердце человека с трехсосудистым поражением коронарных артерий (внизу);

на Фиг. 3 показана диаграмма, содержащая вычисленные индексы, указывающие на пространственно-временную неоднородность перфузии, рассчитанные из кривых интенсивности в соответствии с Фиг. 2; и

на Фиг. 4 показан пример перфузограммы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение части варианта осуществления устройства 10 медицинской визуализации в соответствии с настоящим изобретением, которое выполнено в виде системы магнитно-резонансной визуализации, для получения медицинских изображений, представленных магнитно-резонансными изображениями, по меньшей мере, части человеческого сердца исследуемого субъекта 20. Система магнитно-резонансной визуализации включает в себя магнитно-резонансный сканер 12, имеющий главный магнит 14, предназначенный для генерирования статического магнитного поля. Главный магнит 14 имеет центральный туннель, который предоставляет пространство 16 для исследования вокруг центральной оси 18 для исследуемого субъекта 20, который располагается внутри. Для ясности, стандартный стол для поддержки исследуемого субъекта 20 был опущен на Фиг. 1. По существу, статическое магнитное поле определяет осевое направление пространства 16 для исследования, расположенное параллельно центральной оси 18. Кроме того система магнитно-резонансной визуализации 10 включает в себя систему 22 градиентной катушки магнитного поля, предназначенную для генерирования градиентных магнитных полей, наложенных на статическое магнитное поле. Система 22 градиентной катушки магнитного поля концентрически расположена внутри туннеля главного магнита 14, как известно в данной области.

В принципе, данное изобретение также применимо к любому другому типу систем магнитно-резонансной визуализации, предоставляющих область исследования в статическом магнитном поле. Кроме того, следует понимать, что изобретение можно использовать с любым другим устройством медицинской визуализации, которое выполнено с возможностью медицинской визуализации, по меньшей мере, части сердца исследуемого субъекта. Примерами устройств медицинской визуализации, к которым может быть применено изобретение, являются устройства визуализации компьютерной томографии сердца (ССТ), устройства визуализации коронарной ангиографии (CA), устройства ангиографии ССТ (CCTA), устройства внутрисосудистого ультразвукового исследования (IVUS), устройства однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT), устройства позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и устройства эхокардиографии.

Кроме того, система магнитно-резонансной визуализации включает в себя радиочастотную антенну, выполненную в виде катушки 24 для исследований всего тела, которая предоставляется для применения радиочастотного электромагнитного поля в пространстве 16 для исследования во время фаз радиочастотной передачи для возбуждения ядер внутри исследуемого субъекта 20. Катушка 24 для исследований всего тела также предоставляется для приема сигналов магнитного резонанса от возбужденных ядер внутри исследуемого субъекта 20 во время фаз радиочастотного приема. В рабочем состоянии системы магнитно-резонансной визуализации фазы радиочастотной передачи и фазы радиочастотного приема происходят последовательно. Катушка 24 для исследований всего тела имеет центральную ось и, в рабочем состоянии, концентрически расположена внутри туннеля главного магнита 14 так, что центральная ось катушки 24 для исследований всего тела и центральная ось 18 системы магнитно-резонансной визуализации совпадают. Как хорошо известно в данной области, цилиндрический металлический радиочастотный экран 26 расположен концентрически между системой 22 градиентной катушки магнитного поля и катушкой 24 для исследований всего тела.

Система магнитно-резонансной визуализации дополнительно включает в себя блок 28 управления, снабженный по меньшей мере, функциями управления магнитного резонансного сканера 12 и системы 22 градиентной катушки магнитного поля. Блок 28 управления включает в себя обычный блок 36 монитора.

Кроме того, система магнитно-резонансной визуализации включает в себя блок 30 радиочастотного передатчика, который соединен с блоком 28 управления и управляется им. Блок 30 радиочастотного передатчика предоставляется для подачи радиочастотной мощности радиочастоты магнитного резонанса на катушку 24 для исследований всего тела через блок 32 переключения радиочастоты во время фаз радиочастотной передачи. Во время фаз радиочастотного приема, блок 32 переключения радиочастоты направляет сигналы магнитного резонанса от катушки 24 для исследований всего тела блоку 36 обработки изображений, находящемуся в блоке 28 управления. Блок 34 обработки изображений выполнен с возможностью обработки получаемых сигналов магнитного резонанса для генерирования магнитно-резонансного изображения части исследуемого субъекта 20 из полученных сигналов магнитного резонанса. Множество различных вариантов этой методики хорошо известны специалисту в данной области, и таким образом не нуждаются в более подробном описании в данном документе.

Для получения магнитно-резонансных изображений сердца исследуемого субъекта 20, система магнитно-резонансной визуализации содержит средства синхронизации для синхронизации сбора медицинских изображений с циклическим движением сердца исследуемого субъекта. Средства синхронизации выполнены в виде устройства 38 получения электрокардиограммы и блока 42 синхронизации.

Устройство 38 получения электрокардиограммы предоставляется для измерения электрокардиограммы сердца исследуемого субъекта 20. С этой целью множество электродов 40 устройства 38 получения электрокардиограммы могут быть расположены на исследуемом субъекте 20. Кроме того, устройство 38 получения электрокардиограммы включает в себя средство фильтрации данных электрокардиограммы для уменьшения артефактов, генерируемых магнитными градиентными полями. Подходящие средства фильтрации известны специалисту в данной области и должны, следовательно, не будут описываться в данном документе более подробно.

Устройство 38 получения электрокардиограммы соединено с блоком 42 синхронизации, который выполнен с возможностью генерирования триггерного сигнала 50, чтобы дать начало периоду сбора сигналов магнитного резонанса от обнаружения R-пика комплекса QRS сердечной деятельности. Блок 42 синхронизации, в свою очередь, соединен с блоком 28 управления. Блок 28 управления выполнен с возможностью синхронизироваться через триггерные сигналы 50, которые предоставляются блоком 42 синхронизации для генерирования управляющих сигналов для системы 22 градиентной катушки магнитного поля, генерирующей градиентные магнитные поля. С этой целью блок 28 управления выполнен с возможностью генерирования множества последовательностей после приема триггерных сигналов 50, причем каждая из последовательностей содержит радиочастотные поля и магнитные градиентные поля.

Устройство 10 медицинской визуализации включает в себя систему для определения 52 патологии перфузии миокарда посредством анализа множества медицинских изображений, по меньшей мере, части сердца исследуемого субъекта 20. Система для определения 52 патологии перфузии миокарда находится внутри корпуса блока 28 управления и содержит блок 54 очерчивания, анализатор 56 кровотока и блок 58 замера и анализа интенсивности. Функции и взаимодействия этих устройств будут подробно описаны далее.

Последовательно, множество медицинских изображений в виде магнитно-резонансных изображений сердца исследуемого субъекта 20 собираются системой магнитно-резонансной визуализации после введения контрастного вещества исследуемому субъекту 20 во время первого прохода контрастного вещества через сердце исследуемого субъекта 20. Множество медицинских изображений было получено для трех разных исследуемых субъектов: контрольного индивидуума, человека с трехсосудистым поражением коронарных артерий и человека с микрососудистой дисфункцией соответственно. Получение множества медицинских изображений сердца исследуемого субъекта 20 было синхронизировано с циклическим движением соответствующего сердца исследуемого субъекта 20 как описано выше.

После получения каждого множества медицинских изображений сердца соответствующего исследуемого субъекта 20, медицинские изображения анализируются с помощью варианта осуществления способа определения патологии перфузии миокарда в соответствии с настоящим изобретением. Способ подробно описывается ниже в применении к одному множеству медицинских изображений. Понятно, что способ применяется таким же образом и к двум другим множествам медицинских изображений.

Для того, чтобы иметь возможность осуществлять способ, система 52 для определения патологии перфузии миокарда содержит модуль 48 программного обеспечения (Фиг. 1). Этапы способа, которые должны выполняться, преобразованы в программный код модуля 48 программного обеспечения, в котором программный код может быть реализован в блоке 44 памяти системы 52 для определения патологии перфузии миокарда и может исполняться блоком 46 процессора системы 52 для определения патологии перфузии миокарда.

В качестве подготовительного этапа, каждое из медицинских изображений из множества медицинских изображений предоставляется алгоритму совмещения изображений.

На первом этапе способа контуры левого желудочка сердца исследуемого субъекта 20 очерчиваются на множестве медицинских изображений и левый желудочек сегментируется на множество сегментов блоком 54 очерчивания системы 52 для определения патологии перфузии миокарда.

В следующем этапе способа, анализатор 56 кровотока системы 52 для определения патологии перфузии миокарда проводит точную количественную оценку миокардиального кровотока для каждого сегмента из множества сегментов.

Затем, места на изображении миокарда выбираются блоком 58 замера интенсивности и анализа системы 52 для определения патологии перфузии миокарда. Места на изображении миокарда выбираются в направлении вдоль миокарда, а также в направлении поперек миокарда. Блок 58 замера интенсивности и анализа затем замеряет интенсивности выбранных мест на изображении миокарда из множества медицинских изображений и присваивает индекс, представляющий собой порядок получения, формируемый временем получения каждого из медицинских изображений, соответствующим замеренным интенсивностям в местах на изображении миокарда для того, чтобы получить кривые 60 интенсивности в зависимости от времени для каждого из выбранных мест на изображении миокарда.

Полученные кривые 60 интенсивности в зависимости от времени для трех разных исследуемых субъектов схематически показаны на Фиг. 2 (верху: контрольный индивидуум, посередине: человек с микрососудистой дисфункцией (MVD), внизу: человек с трехсосудистым поражением коронарных артерий (CAD)).

Для кривых 60 интенсивности в зависимости от времени на Фиг. 2, для того, чтобы предоставить подходящую временную шкалу, точка отсчета в левом желудочке была идентифицирована блоком 58 замера интенсивности и анализа. Точка отсчета является местоположением, принимающим первым контрастное вещество во время первого прохода контрастного вещества и предшествует началу роста интенсивности выбранного места на изображении миокарда. Момент времени начала роста интенсивности в точке отсчета служит начальным моментом времени. Кривые 60 интенсивности в зависимости от времени оцениваются по отношению к идентифицированной точке отсчета и начальному моменту времени.

На следующем этапе способа, для каждого из выбранных мест на миокарде индивидуальный период времени по отношению к идентифицированной точке отсчета и соответствующему начальному моменту времени определяется автоматически до появления характерной особенности на замеренной кривой 60 интенсивности каждого из мест на изображении миокарда. В этом варианте осуществления, характерной особенностью является пиковая интенсивность кривой интенсивности в зависимости от времени. Отдельные периоды времени до достижения пиковой интенсивности TTPI используются на следующем этапе вычисления индекса 64, 66.

На следующем этапе способа, блок 58 замера интенсивности и анализа вычисляет первый индекс 64, который указывает на пространственно-временную неоднородность перфузии или дефазировку среди поднабора сегментов миокарда из множества сегментов миокарда, на основании полученных кривых 60 интенсивности в зависимости от времени.

Первый индекс 64, указывающий на временную дефазировку перфузии левого желудочка, рассчитывается на следующем этапе как дисперсия периодов времени до достижения пиковой интенсивности TTPI между начальным моментом времени и временем до появления пиковой интенсивности кривых 60 интенсивности в зависимости от времени. При этом дисперсия понимается как квадрат стандартного отклонения периодов TTPI времени.

Второй индекс 66, указывающий на временную дефазировку перфузии левого желудочка, рассчитывается как коэффициент вариации периодов времени до достижения пиковой интенсивности TTPI между начальным моментом времени и временем до появления пиковой интенсивности кривых 60 интенсивности в зависимости от времени.

Результаты для вычисленного индекса 64, 66, представленные на Фиг. 3, ясно показывают существенные различия между контрольным индивидуумом (CTRL, левый столбец), человеком с трехсосудистым поражением коронарных артерий (CAD, центральный столбец), и человеком с микрососудистой дисфункцией (MVD, правый столбец).

Как становится очевидным из кривых 60 интенсивности в зависимости от времени на Фиг. 2, MVD и трехсосудистое CAD, оба характеризуются тяжелой и пространственно широко распространеной ишемией, как правило, связанной с замедленным приходом контрастного вещества к эндокардиальным слоям миокарда. Однако добавление анализа пространственно-временной дефазировки может предоставить дополнительную информацию о временном распределении перфузии в различных областях левого желудочка. Фиг. 3 показывает, что рассчитанный индекс 64, 66 составляет основную разницу между CAD и MVD из-за различной лежащей в основе патофизиологии и делает возможной конкретную характеристику.

У индивидуума с CAD, пространственно-временное распределение миокардиального кровотока в миокарде становится все более неоднородным. У индивидуума с MVD вместо этого, патологическое изменение включает в себя микроскопическую циркуляцию и ее взаимодействие в систоле с сокращением миокарда. В этом случае перфузия к эпикардиальному слою беспрепятственна и очень однородна. Однако имеется задержка трансмурального распространения волны при первом прохождении. Аналогично с CAD, это вызывает широко распространенную ишемию с задержкой начала роста интенсивности. Однако эта особенность является однородной в временной области по всему миокарду, что делает возможной неинвазивную дифференциацию между CAD и MVD.

На другом этапе способа, генерируется перфузограмма 62 и отображается для пользователя блоком 36 монитора. На Фиг. 4 показан пример перфузограммы 62, имеющий кодирование в оттенках серого или в цвете. Маркеры, такие как прямые линии, которые указывают характерные места и/или характерные моменты времени, могут быть реализованы на перфузограмме 62 (не показаны). В перфузограмму 62, также (не показаны), могут быть вставлены другие маркеры, которые выполнены в виде замкнутых петель, и которые указывают режим времени и пространство, в котором миокард хуже перфузирован.

На еще одном этапе способа, множество компьютерных связей реализуется в перфузограмме 62. Каждой компьютерной связи из множества компьютерных связей присваивается место на перфузограмме 62, и каждая компьютерная связь из множества компьютерных связей связывается с набором данных, представляющих медицинское изображение из множества медицинских изображений. Курсор компьютерной мыши, показанный на фиг. 4, указывает на местоположение перфузограммы 62, которая представляет определенный момент времени и конкретное местоположение в миокарде. При нажатии на кнопку мыши, компьютерная связь с набором данных, представляющим медицинское изображение, соответствующее моменту времени и местоположению миокарда, активируется, и медицинское изображение отображается на блоке 36 монитора системы магнитно-резонансной визуализации.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и предшествующем описании, такие иллюстрации и описание должны рассматриваться как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не ограничивающие; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Изучив чертежи, раскрытие и приложенную формулу изобретения, специалисты в данной области смогут понять и осуществить при практической реализации заявленного изобретения другие вариации показанных вариантов осуществления. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, и формы единственного числа не исключают множественного числа. Сам факт того, что определенные меры перечислены во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер нельзя использовать с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничения объема.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

10 устройство медицинской визуализации 12 магнитно-резонансный сканер 14 главный магнит 16 пространство для исследования 18 центральная ось 20 исследуемый субъект 22 система градиентной катушки магнитного поля 24 катушка для исследований всего тел 26 радиочастотный экран 28 блок управления 30 блок радиочастотного передатчика 32 блок переключения радиочастоты 36 блок обработки изображений 36 блок монитора 38 устройство получения электрокардиограммы 40 электроды 42 блок синхронизации 44 блок памяти 46 блок процессора 48 модуль программного обеспечения 50 триггерный сигнал 52 система для определения патологии перфузии миокарда 54 блок очерчивания 56 анализатор кровотока 58 блок замера интенсивности и анализа 60 кривая интенсивности в зависимости от времени 62 перфузограмма 64 первый индекс 66 Второй индекс AIF функция артериального входа LV левый желудочек

TTPI период времени до достижения пиковой интенсивности

Группа изобретений относится к медицине, а именно к медицинской визуализации сердца, и может быть использовано для определения патологии перфузии миокарда. Устройство медицинской визуализации содержит систему, а также модуль программного обеспечения для осуществления способа определения патологии перфузии миокарда, в котором этапы способа, которые должны выполняться, преобразованы в программный код модуля программного обеспечения, причем программный код реализован в блоке памяти блока управления устройства медицинской визуализации и может исполняться блоком процессора блока управления устройства медицинской визуализации. При этом способ содержит этапы, на которых выполняют: очерчивание контуров выбранной части сердца исследуемого субъекта на множестве медицинских изображений и сегментирование выбранной части на множество сегментов; замер интенсивностей перфузии в выбранных местах изображения миокарда из множества медицинских изображений и присваивание индекса, представляющего порядок получения каждого из медицинских изображений, соответствующим замеренным интенсивностям перфузии в местах изображения миокарда для того, чтобы получить кривые интенсивности перфузии для каждого из выбранных мест изображения миокарда; вычисление индекса, указывающего на пространственно-временную неоднородность перфузии или дефазировку перфузии, по меньшей мере, у поднабора сегментов миокарда из множества сегментов миокарда, причем поднабор сегментов миокарда включает в себя множество сегментов миокарда, на основании полученных кривых (60) интенсивности перфузии. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения патологии перфузии миокарда посредством анализа множества медицинских изображений по меньшей мере части сердца исследуемого субъекта (20), причем множество медицинских изображений получают последовательно с помощью устройства (10) медицинской визуализации, причем способ включает в себя этапы:

- очерчивание контуров выбранной части сердца исследуемого субъекта (20) на множестве медицинских изображений и сегментирование выбранной части на множество сегментов;

- замер интенсивностей перфузии в выбранных местах изображения миокарда из множества медицинских изображений и присваивание индекса, представляющего порядок получения каждого из медицинских изображений, соответствующим замеренным интенсивностям перфузии в местах изображения миокарда для того, чтобы получить кривые (60) интенсивности перфузии для каждого из выбранных мест изображения миокарда;

- вычисление индекса (64, 66), указывающего на пространственно-временную неоднородность перфузии или дефазировку перфузии, по меньшей мере, у поднабора сегментов миокарда из множества сегментов миокарда, причем поднабор сегментов миокарда включает в себя множество сегментов миокарда, на основании полученных кривых (60) интенсивности перфузии.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап

- проведения количественной оценки миокардиального кровотока в каждом сегменте из множества сегментов.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором множество медицинских изображений собирается посредством устройства (10) медицинской визуализации после введения контрастного вещества исследуемому субъекту (20).

4. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап

- идентификации точки отсчета в выбранной части сердца,

причем на этапе вычисления индекса (64, 66) кривые (60) интенсивности перфузии оцениваются по отношению к начальному моменту времени, который определяется идентифицированной точкой отсчета.

5. Способ по п.2, дополнительно содержащий этап

- идентификации точки отсчета в выбранной части сердца,

причем на этапе вычисления индекса (64, 66), кривые (60) интенсивности перфузии оцениваются по отношению к начальному моменту времени, который определяется идентифицированной точкой отсчета.

6. Способ по п. 4, дополнительно содержащий этап

- автоматического определения, для каждого из выбранных мест миокарда, индивидуального периода времени до достижения пиковой интенсивности (TTPI) по отношению к начальному моменту времени, который определяется идентифицированной точкой отсчета, до появления характерной особенности замеренной интенсивности перфузии каждого из мест изображения миокарда,

причем индивидуальные периоды времени TTPI используются на этапе вычисления индекса (64, 66).

7. Способ по п. 5, дополнительно содержащий этап

- автоматического определения, для каждого из выбранных мест миокарда, индивидуального периода времени TTPI по отношению к начальному моменту времени, который определяется идентифицированной точкой отсчета, до появления характерной особенности замеренной интенсивности перфузии каждого из мест изображения миокарда,

причем индивидуальные периоды времени TTPI используются на этапе вычисления индекса (64, 66).

8. Способ по любому из пп. 4-7, причем этап вычисления индекса (64, 66) включает в себя вычисление статистической меры, которая является показателем вариации периода времени TTPI до появления характерной особенности на каждом из отдельных мест миокарда по отношению к времени появления характерной особенности на идентифицированной точке отсчета.

9. Способ по любому из пп. 4-7, в котором получение множества медицинских изображений по меньшей мере части сердца исследуемого субъекта (20), по меньшей мере, частично синхронизуется с циклическим движением сердца исследуемого субъекта (20).

10. Способ по любому из пп. 4-7, в котором на этапе замера интенсивностей перфузии в местах изображения миокарда места изображения миокарда выбираются в направлении вдоль миокарда, а также в направлении поперек миокарда.

11. Способ по любому из пп. 4-7, дополнительно содержащий этап генерирования перфузограммы (62) и отображение ее пользователю.

12. Способ по любому из пп. 4-7, дополнительно содержащий этап реализации по меньшей мере одного маркера на перфузограмме (62), который является индикатором по меньшей мере одного характерного места и/или по меньшей мере одного характерного момента времени.

13. Способ по любому из пп. 4-7, дополнительно содержащий этап реализации множества компьютерных связей, причем каждая компьютерная связь из множества компьютерных связей назначается месту на перфузограмме (62), и при этом каждая компьютерная связь из множества компьютерных связей связана с набором данных, представляющих медицинское изображение из множества медицинских изображений.

14. Система (52) для определения патологии перфузии миокарда посредством анализа множества медицинских изображений по меньшей мере части сердца исследуемого субъекта (20), причем множество медицинских изображений получают последовательно с помощью устройства (10) медицинской визуализации, причем система (52) содержит

- блок (54) очерчивания, предоставляемый для очерчивания контуров выбранной части сердца исследуемого субъекта (20) на множестве медицинских изображений и для сегментирования выбранной части на множество сегментов;

- блок (58) замера и анализа интенсивности перфузии, выполненный с возможностью

- замера интенсивностей перфузии в местах изображения миокарда из множества медицинских изображений и присваивания индекса, представляющего порядок получения каждого из медицинских изображений, соответствующим замеренным интенсивностям перфузии в местах на изображении миокарда; и

- вычисления индекса (64, 66), указывающего на пространственно-временную неоднородность перфузии или дефазировку перфузии, по меньшей мере, у поднабора сегментов миокарда из множества сегментов миокарда.

15. Устройство (10) медицинской визуализации, содержащее систему (52) по п. 14.

16. Устройство (10) медицинской визуализации по п. 15, выполненное в виде устройства магнитно-резонансной визуализации.

17. Модуль (48) программного обеспечения для осуществления способа по любому из пп. 1-13, определения патологии перфузии миокарда, в котором этапы способа, которые должны выполняться, преобразованы в программный код модуля (48) программного обеспечения, причем программный код реализован в блоке (44) памяти блока (52) управления устройства (10) медицинской визуализации и может исполняться блоком (46) процессора блока (52) управления устройства (10) медицинской визуализации.