專利名稱：對(duì)病人體內(nèi)的藥物傳播建模的系統(tǒng)和方法
對(duì)病人體內(nèi)的藥物傳播建模的系統(tǒng)和方法本發(fā)明專利申請(qǐng)是國際申請(qǐng)日為2005年11月16日、申請(qǐng)?zhí)枮?00580038906. 1、 題為“確定病人傳輸函數(shù)并對(duì)藥物注射的病人響應(yīng)進(jìn)行建模的系統(tǒng)和方法”的中國發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2004年11月16日提交的序列號(hào)60/6 ，201的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及藥物在病人體內(nèi)的傳播的建模，尤其涉及用于成像過程的造影劑在病人體內(nèi)的傳播的建模。本文列舉的參考文獻(xiàn)有助于理解本發(fā)明或本發(fā)明的背景。然而，本文中包括參考文獻(xiàn)并非旨在許可該參考文獻(xiàn)可相對(duì)于本發(fā)明用作現(xiàn)有技術(shù)，且并不構(gòu)成該許可。各種造影劑可注射進(jìn)入病人體內(nèi)，用于各種診斷和治療成像過程，諸如X-射線過程(包括例如血管造影術(shù)、靜脈造影術(shù)和尿路造影術(shù))、計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)、磁共振成像 (MRI)、超聲成像、基于光的成像和正電子發(fā)射斷層掃描(PET)。例如，CT掃描儀已經(jīng)成為不可或缺的現(xiàn)代診斷成像工具。它使對(duì)解剖結(jié)構(gòu)以及一些情形中的生理過程進(jìn)行2、3和4 維精確測(cè)量成為可能。對(duì)軟組織、脈管系統(tǒng)和其它結(jié)構(gòu)的成像不易用CT掃描儀實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)不能將X-射線微分地衰減到適當(dāng)程度。為了克服這些限制，通常將吸收射線藥物或不透射線藥物、或造影劑注入到外周靜脈循環(huán)中。用于CT成像的造影劑通常是將三個(gè)或以上的碘原子鍵合在苯結(jié)構(gòu)內(nèi)的水溶性鹽。碘衰減醫(yī)學(xué)成像過程中使用的能量范圍內(nèi)的X-射線。在進(jìn)行掃描之前，計(jì)算機(jī)控制的泵或注射器將精確量的造影劑以通常從0. 5至 6ml/s (產(chǎn)生的壓力最高達(dá)300psi)的流速注射到病人的靜脈系統(tǒng)中。通常用于CT過程中的前載抽吸注射器的示例在例如授讓給本發(fā)明受讓人的美國專利No. 5，300, 031,5, 383，858 和6，652，489中公開，這些專利通過引用結(jié)合于此?，F(xiàn)在，多探測(cè)器CT掃描儀(MDCT)允許臨床醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行非并行的解剖學(xué)和生理學(xué)的診斷掃描。然而使用這種新技術(shù)，對(duì)日常應(yīng)用又產(chǎn)生了新的挑戰(zhàn)。雖然在容積覆蓋和圖像分辨率上有所突破，但是新一代CT掃描儀仍需要用含碘造影劑來實(shí)現(xiàn)最佳圖像和診斷。此外，將掃描定時(shí)成與最佳造影劑濃度時(shí)刻一致的重要性在MDCT情形中增加。從注射系統(tǒng)不將藥物與生理的相互作用的了解或估計(jì)結(jié)合其控制方案中的意義上說，造影劑的輸送通常是開環(huán)的。注射系統(tǒng)精確地輸送編程為具體速率的量的造影劑。 這種方法在掃描進(jìn)行相當(dāng)一段時(shí)間使得早期藥物代謝不影響診斷掃描的質(zhì)量時(shí)工作良好。 該方法在掃描的目標(biāo)是對(duì)灌注，即將藥物注入例如薄壁組織或可疑癌中的估計(jì)時(shí)也工作良好。掃描技術(shù)的進(jìn)步使得圖像能在極短的時(shí)段內(nèi)(秒)獲得。這種趨勢(shì)與愈來愈期望產(chǎn)生解剖結(jié)構(gòu)(類似心臟、其冠狀脈管和通向心臟或來自心臟的大脈管)的容積呈現(xiàn)一起需要考慮造影劑的早期藥物代謝動(dòng)態(tài)特性和藥效動(dòng)態(tài)特性。理想地，因大血管中出現(xiàn)造影劑產(chǎn)生的衰減曲線較佳地在病人多個(gè)部位上均衡(平坦)并充分相似，以便于容積呈現(xiàn)和準(zhǔn)確診斷，并且是在定時(shí)于感興趣部位中最佳造影劑濃度時(shí)刻進(jìn)行的成像掃描。成像和其它過程中對(duì)不同病人的劑量要求的差異已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到。例如，授讓給本發(fā)明受讓人的美國專利No. 5，840，026公開了使用注射之前或注射期間獲得的病人具體數(shù)據(jù)來對(duì)病人定制注射的裝置和方法。雖然基于病人差異的醫(yī)學(xué)成像過程的劑量要求差異已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到，但是常規(guī)醫(yī)學(xué)成像過程仍在醫(yī)學(xué)成像過程中繼續(xù)使用預(yù)定劑量或用于注射造影劑的標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議?？紤]到包括MDCT掃描儀的近來可用CT掃描儀的掃描速度增加，單相注射在使用這種快速掃描的領(lǐng)域中比二相注射占優(yōu)。雖然使用固定的傳輸協(xié)議(無論是單相、二相還是多相)簡(jiǎn)化了過程，但是在相同的協(xié)議下向不同病人提供相同劑量的造影劑可產(chǎn)生圖像對(duì)比度和質(zhì)量都極其不同的結(jié)果。此外，通過引入最新的MDCT掃描儀，臨床實(shí)踐中以及CT文獻(xiàn)中的一個(gè)未決問題是用于單片、螺旋掃描儀的標(biāo)準(zhǔn)造影劑協(xié)議是否能很好地移用于使用MDCT機(jī)器的過程。參見F. Cademartiri和G. Luccichenti等人2004年在 Semin Ultrasound CT MR的25(1)卷2-16頁上發(fā)表的‘Sixteen-row multislice computed tomography :basic concepts,protocols,and enhanced clinical applications(ΙΘ^Τ^ 片計(jì)算斷層造影術(shù)基本概念、協(xié)議和增強(qiáng)式醫(yī)療應(yīng)用)”。一些研究已嘗試在CT血管造影(CTA)過程中對(duì)注入過程進(jìn)行定量分析，以改進(jìn)并預(yù)計(jì)動(dòng)脈增強(qiáng)。例如，Bae及其同事開發(fā)了造影劑行為的藥物代謝動(dòng)力(PK)和動(dòng)態(tài)模型，并求解了耦合微分方程系統(tǒng)來尋找導(dǎo)致最均勻動(dòng)脈增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。K. Τ. Bae, J. P. Heiken 禾口 J. A. Brink 的“Aortic and hepatic contrast medium enhancement at CT. Part I. Prediction with a computer model (用計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行 CT 第 I 部分預(yù)計(jì)時(shí)主動(dòng)脈和肝臟造影劑的增強(qiáng))”，Radiology，207卷647-55頁，1998年；K. T. Bae的 "Peak contrast enhancement in CT and MR angiography :when does it occur and why ？ Pharmacokinetic study in a porcine model (CT 和 MR 血管造影術(shù)中的造影劑峰值增強(qiáng)何時(shí)發(fā)生和為什么？以豬為模型的藥物代謝動(dòng)態(tài)特性研究)”，Radiology, 227 卷 809-16 頁，2003 年；K. T. Bae 等的"Multiphasic Injection Method for Uniform Prolonged Vascular Enhancement at CT Angiography -Pharmacokinetic Analysis and Experimental Porcine Method(CT血管造影術(shù)中用于均勻延長(zhǎng)脈管增強(qiáng)的多相注射法藥物代謝動(dòng)態(tài)特性分析和試驗(yàn)用豬法)”，Radiology, 216卷872-880頁，2000年，美國專利 No. 5，583，902，5，687，208，6，055，985，6，470，889 和 6，635，030，它們的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。由Bae等人闡述的簡(jiǎn)化房室模型的微分方程組的逆解表示指數(shù)減小的造影劑流速可導(dǎo)致CT成像過程中的最佳/固定增強(qiáng)。Bae的用于派生均勻圖像增強(qiáng)的Hi方法依賴于對(duì)臨床醫(yī)生而言并非輕易可用的許多生理參數(shù)，諸如中樞血容量、擴(kuò)散速率和心輸出量。不具有心輸出量的明確測(cè)量值是 Bae方法的一個(gè)重大缺點(diǎn)，雖然嘗試基于病人年齡、體重和身高來近似該值。此外，未考慮 I3K模型在控制器框架中的實(shí)現(xiàn)。由I3K模型的反解所計(jì)算的注射分布(profile)是在不進(jìn)行主要更改的情況下CT電動(dòng)注射器所不容易實(shí)現(xiàn)的分布。此外，Bae的Hi模型未考慮搏動(dòng)血流、脈管柔度和局域血液/造影劑參數(shù)(即粘度)。Fleischmarm及其同事將心臟血管生理學(xué)與造影劑動(dòng)態(tài)特性視為“黑盒子”，并通過用一次快速推注的造影劑(近似單位脈沖)強(qiáng)制該系統(tǒng)來確定其脈沖響應(yīng)(impulse response) 0在該方法中，對(duì)脈沖響應(yīng)進(jìn)行傅立葉變換并控制該變換函數(shù)估算以找到最佳注身寸軌道° D. Fleischmann 禾口 K. Hittmair 的“Mathematical analysis of arterial enhancement and optimization of bolus geometry for CT angiography using the discrete Fourier transform(使用離散傅里葉變換對(duì)CT血管造影術(shù)的動(dòng)脈增強(qiáng)和推注團(tuán)塊幾何形狀最優(yōu)化的數(shù)學(xué)分析)”，J. ComputAssist Tomogr, 23卷474-84頁，1999年，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。造影劑的用法通常是單相的-在一流速下為100至150mL的造影劑，這導(dǎo)致不均勻增強(qiáng)曲線。例如,參照上述D. Fleischmann和K. Hittmair的文獻(xiàn)；以及K. T. Bae的“Peak contrast enhancement in CT and MR angiography :when does it occur and why ？ Pharmacokinetic study in a porcine model (CT和MR血管造影術(shù)中的峰值造影增強(qiáng)何時(shí)出現(xiàn)以及為什么出現(xiàn)？豬模型中的藥物代謝動(dòng)態(tài)特性研究)”，Radiology，227卷809-16 頁，2003年，這些文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此。Fleischmarm和Hitmmair提出了一種旨在優(yōu)化大動(dòng)脈成像的、嘗試將造影劑的用法調(diào)節(jié)成適于單個(gè)病人的二相注射的方案?？刂艭T造影劑出現(xiàn)的一根本困難是高滲性藥物很快地從中央血室擴(kuò)散。此外，造影劑與不含造影劑的血液混合并被稀釋。造影劑的混合和稀釋由如圖1例示的峰值增強(qiáng)和扭曲增強(qiáng)曲線反映。Fleischmann禁止造影劑的一次少量注射(測(cè)試注射)(％il/s下的16ml造影劑) 在診斷掃描之前進(jìn)行。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描在感興趣的脈管上進(jìn)行。所得的經(jīng)處理掃描數(shù)據(jù)(測(cè)試掃描)被解釋成病人/造影劑系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。Fleischmarm通過將測(cè)試掃描的傅立葉變換除以測(cè)試注射的傅立葉變換而得到病人傳輸函數(shù)的傅立葉變換。假設(shè)該系統(tǒng)是線性時(shí)間不變(LTI)系統(tǒng)且期望輸出時(shí)域信號(hào)為已知(預(yù)定增強(qiáng)水平下的平坦診斷掃描)， Fleischmann通過將期望輸出的頻域表示除以病人傳輸函數(shù)的頻域表示而得到所輸入的時(shí)間信號(hào)。Fleischmarm的方法希望在于它基于已知測(cè)試注射得到病人的表示的事實(shí)。因?yàn)?Fleischmarm等人的方法計(jì)算由于注射系統(tǒng)限制(例如，流速限制)而實(shí)際上不能實(shí)現(xiàn)的輸入信號(hào)，所以必須對(duì)所計(jì)算的連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行截短并近似。因?yàn)橛稍摬襟E引入的不精確， 所以所計(jì)算的理想化輸入軌道不是最佳的。此外，不清楚線性假設(shè)是否對(duì)所有病人和病理成立。最終，也不清楚由他的方法所產(chǎn)生的增強(qiáng)曲線是否比由簡(jiǎn)單二相注射所產(chǎn)生的增強(qiáng)曲線更加均勻。對(duì)于除了造影劑之外的藥物，也已經(jīng)開發(fā)了不同的模型。例如，F(xiàn)isher和Teo的 “Optimal insulin infusion resulting from a mathematical model of blood glucose dynamics(因血糖動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型導(dǎo)致的最佳胰島素輸注)”，IEEE Trans Biomed Eng, 36 (4)卷479-486頁，1989年，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此，它模擬葡萄糖和胰島素的動(dòng)態(tài)特性、旨在產(chǎn)生最佳胰島素輸注參數(shù)。他們通過應(yīng)用二次型性能標(biāo)準(zhǔn)并求解代數(shù)黎卡提 (Ricatti)方程而將該問題處理成經(jīng)典優(yōu)化問題。他們發(fā)現(xiàn)與胰島素注射的恒量輸注、次最優(yōu)控制和無調(diào)節(jié)相比脈沖控制是最佳方法。Jacobs 的“Algorithm for optimal linear model-based control with application to pharmacokinetic model-driven drug delivery(基于最優(yōu)線f生模型白勺控制算法及其在藥物代謝動(dòng)態(tài)特性模型驅(qū)動(dòng)的藥物輸送中的應(yīng)用)”，IEEE Trans Biomed Eng, 37(1)卷107-109頁，1990年，提出了與實(shí)際藥物處理并行地設(shè)置了藥物模型、用于麻醉藥物調(diào)節(jié)的控制算法，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此。臨床醫(yī)生確定目標(biāo)血漿濃度。
Wada 禾口 Ward 的"The hybrid model :a new pharmacokinetic model for computer-controlled infusion pumps (混合模型用于計(jì)算機(jī)控制輸液泵的新藥物代謝動(dòng)態(tài)特性模型)”，IEEE Trans. Biomed Eng,41 (2)卷 134-142 頁，1994 年，導(dǎo)出了與 Bee 采用的方法類似的3室藥物代謝動(dòng)態(tài)特性模型，并將其用于混合控制方案中以嘗試調(diào)節(jié)麻醉藥物的血漿濃度(負(fù)載稀釋upload alienating)，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此。他們嘗試模擬造影劑通過血流的再循環(huán)效應(yīng)，其中他們通過將傳輸延遲插入到其模擬中而對(duì)血流進(jìn)行模擬。他們能夠產(chǎn)生預(yù)測(cè)誤差小于5%的模擬。Wada 禾口 Ward 的"Open loop control of multiple drug effects in anesthesia(麻醉時(shí)多種藥物效應(yīng)的開環(huán)控制)”，IEEE Trans. Biomed Eng，42(7)卷 666-677頁，1995年，也將其混合藥物代謝動(dòng)態(tài)特性(PK)模型用于控制麻醉藥物的多種效應(yīng)，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此。他們的控制方案需要麻醉師設(shè)定允許的副作用水平(表示為血漿濃度)。Neatpisarnvanit 禾口 Boston 的"Estimation of plasma insulin from plasma glucose(根據(jù)血漿葡萄糖估算血漿胰島素)”，IEEE Trans Biomed Eng，49(ll)卷 1253-1259頁，2002年，應(yīng)用遞歸最小二乘數(shù)估算法來預(yù)測(cè)葡萄糖和胰島素的血漿濃度，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此。他們的方法產(chǎn)生7個(gè)病人中有6個(gè)體內(nèi)的葡萄糖和胰島素的血漿水平匹配(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過靜脈內(nèi)葡萄糖容耐測(cè)試)的預(yù)測(cè)，且有利地是相符的。Gentilini 等人的"A new paradigm for the closed-loop intraoperative administration of analgesics in humans (止痛劑在手術(shù)中對(duì)人體的閉環(huán)用藥的新范例)”，IEEE TranBiomed Eng, 49 (4)卷289-299頁，2002年，提出了用于通過計(jì)算機(jī)控制的輸注泵控制麻醉藥阿芬太尼(alfentanil)的血漿濃度的模型預(yù)測(cè)控制(MPC)法，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此。該藥物代謝動(dòng)態(tài)特性模型是描述人體內(nèi)麻醉藥物分布的3-室模型?？刂破饕蕾囉诟鶕?jù)平均動(dòng)脈壓力的測(cè)量值和并行運(yùn)行的Hi模型估算藥物的血漿濃度的觀察員。Gentilini等人對(duì)最大濃度設(shè)定限制以防止過量。他們也濾除平均動(dòng)脈壓力測(cè)量值中的擾動(dòng)、并允許控制器取決于病人的狀態(tài)(即低血壓對(duì)高血壓)更快或更慢運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供便于確定/建立或調(diào)節(jié)病人傳輸函數(shù)、或病人對(duì)藥物注射的響應(yīng)的模型(或模型參數(shù))的一般改進(jìn)裝置、系統(tǒng)和方法。病人傳輸函數(shù)或模型可例如基于在過程開始之前從測(cè)試注射和/或該過程中的反饋已知或測(cè)量的信息，以改進(jìn)或優(yōu)化藥物傳輸(例如，一個(gè)或多個(gè)感興趣部位中的造影劑濃度)。在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供使用注射器系統(tǒng)將造影增強(qiáng)液輸送給病人的方法，包括基于病人具體數(shù)據(jù)確定該病人的至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)，該至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)對(duì)給定輸入提供時(shí)間增強(qiáng)輸出；確定期望時(shí)間增強(qiáng)輸出；使用該至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)來確定注射過程輸入；以及至少部分地基于所確定的注射過程輸入控制注射器系統(tǒng)?？紤]注射器系統(tǒng)的至少一個(gè)運(yùn)行限制或約束，可確定注射過程輸入。至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)可通過例如使用包括與病人生理參數(shù)相關(guān)的參數(shù)的系統(tǒng)識(shí)別模型來確定。該系統(tǒng)識(shí)別模型較佳地可離散化。該方法還可包括以下步驟使用病人的至少一個(gè)生理參數(shù)的估算值形成初始病人傳輸函數(shù)；進(jìn)行注射；以及基于該注射的至少一個(gè)時(shí)間增強(qiáng)輸出修正病人傳輸函數(shù)。至少一個(gè)病人生理參數(shù)可根據(jù)至少一個(gè)時(shí)間增強(qiáng)輸出測(cè)量。該注射可以是在診斷成像過程之前進(jìn)行的測(cè)試注射或在成像過程中進(jìn)行的注射。因測(cè)試注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)輸出可對(duì)至少兩個(gè)不同的感興趣部位進(jìn)行測(cè)量。時(shí)間增強(qiáng)輸出之間的至少一個(gè)差異可例如提供至少一個(gè)病人生理參數(shù)的量度。至少一個(gè)病人生理參數(shù)可以是心肺系統(tǒng)的參數(shù)。該至少一個(gè)病人生理參數(shù)可以是例如心輸出量、一部位中的血量、速率傳輸項(xiàng)或通過延遲。在一實(shí)施方式中，第一時(shí)間增強(qiáng)輸出可在升主動(dòng)脈或降主動(dòng)脈中測(cè)量，而第二時(shí)間增強(qiáng)輸出可在肺動(dòng)脈干中測(cè)量。該至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)也可通過以下步驟確定收集對(duì)應(yīng)于因液體注射產(chǎn)生的時(shí)間響應(yīng)曲線的數(shù)據(jù)；以及確定描述該數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型。在一實(shí)施方式中，該數(shù)學(xué)模型不通過該數(shù)據(jù)的連續(xù)或離散時(shí)間傅立葉去卷積來確定。該模型可以是一參數(shù)模型。該模型可以是例如移動(dòng)平均或自動(dòng)回歸移動(dòng)平均。該數(shù)學(xué)模型可假設(shè)線性以及時(shí)間不變。該模型也可以是通過光譜估算技術(shù)確定的非參數(shù)模型。該光譜估算技術(shù)可以是例如Wfelch法、Bartlett法、多信號(hào)分類(MUSIC)法、或周期圖(Periodogram)法。數(shù)據(jù)可在成像注射之前的至少一次測(cè)試注射期間收集。本發(fā)明的至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)可用在成像注射期間收集的數(shù)據(jù)更新。如上所述，至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)可至少部分地基于至少一次注射來確定。該至少一次注射可以是在診斷成像過程之前進(jìn)行的測(cè)試注射。在一實(shí)施方式中，該測(cè)試注射包括造影劑注射以及之后的非造影劑注射。非造影劑可以用與在注射非造影劑之前的造影劑流速基本相同的體積流速注射。非造影劑可以是鹽水?？蛇M(jìn)行一個(gè)以上的測(cè)試注射。例如，一次測(cè)試注射可只包括造影劑注射而另一次測(cè)試注射可包括造影劑注射以及之后的非造影劑注射。本發(fā)明的注射過程輸入可通過使用解析解或使用數(shù)值約束優(yōu)化技術(shù)確定。在一實(shí)施方式中，數(shù)值約束優(yōu)化技術(shù)是加權(quán)最小二乘數(shù)值優(yōu)化。注射過程輸入可例如相關(guān)于一個(gè)或多個(gè)考慮而得到優(yōu)化。例如，注射過程輸入可被優(yōu)化成使輸送到病人的造影劑增強(qiáng)液中造影增強(qiáng)劑的質(zhì)量最小化。適于結(jié)合本發(fā)明一起使用的造影增強(qiáng)劑的示例包括但不限于碘、疝和釓。造影增強(qiáng)液可以是例如CT造影增強(qiáng)液、MRI造影增強(qiáng)液、超聲增強(qiáng)成像液或放射性造影增強(qiáng)液。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，至少兩個(gè)病人傳輸函數(shù)被確定且注射過程輸入基于病人傳輸函數(shù)之一被確定。例如，第一病人傳輸函數(shù)可使用包括與病人生理參數(shù)有關(guān)的參數(shù)的系統(tǒng)識(shí)別模型確定，而第二病人傳輸函數(shù)可使用通過收集與因注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)確定的數(shù)學(xué)模型來確定，該數(shù)學(xué)模型描述該數(shù)據(jù)。可對(duì)例如哪個(gè)病人傳輸函數(shù)提供給定輸入與結(jié)果輸出之間的最佳相關(guān)作出確定。在另一方面，本發(fā)明提供從成像過程確定至少一個(gè)病人生理參數(shù)的方法，包括對(duì)至少兩個(gè)不同的感興趣部位測(cè)量時(shí)間增強(qiáng)輸出，以及確定時(shí)間增強(qiáng)輸出之間的至少一個(gè)差異以提供至少一個(gè)病人生理參數(shù)的量度。該至少一個(gè)病人生理參數(shù)可以是例如心肺系統(tǒng)的參數(shù)。該至少一個(gè)病人生理參數(shù)可以是例如心輸出量、一部位中的血容量、速率傳輸項(xiàng)或通過延遲。在一實(shí)施方式中，第一時(shí)間增強(qiáng)輸出在升主動(dòng)脈或降主動(dòng)脈中測(cè)量，而第二時(shí)間增強(qiáng)輸出在肺動(dòng)脈干中測(cè)量。在再一方面中，本發(fā)明提供用于將液體輸送給病人的注射器系統(tǒng)，包括注射器和與注射器通信連接的控制器。該控制器包括(例如，存儲(chǔ)在與其有效連接的存儲(chǔ)器中)根據(jù)病人具體數(shù)據(jù)對(duì)該病人確定的至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)。該至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)對(duì)給定輸入提供時(shí)間增強(qiáng)輸出。該控制器包括處理器(例如，數(shù)字微處理器)以使用至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)對(duì)期望時(shí)間增強(qiáng)輸出確定注射過程輸入。注射過程輸入可通過考慮注射器的至少一個(gè)物理限制或約束來確定。注射過程輸入可例如使用解析解或數(shù)值約束優(yōu)化技術(shù)來確定。數(shù)值約束優(yōu)化技術(shù)可以是例如加權(quán)最小二乘數(shù)值優(yōu)化。可優(yōu)化注射過程輸入，以例如最小化輸送給病人的造影增強(qiáng)液中造影增強(qiáng)劑的質(zhì)量。造影增強(qiáng)劑可以是例如碘、氙或釓。造影增強(qiáng)液可以是例如CT造影增強(qiáng)液、MRI造影增強(qiáng)液、超聲增強(qiáng)成像液或放射性造影增強(qiáng)液。在另一方面中，本發(fā)明提供一成像系統(tǒng)，包括成像器，創(chuàng)建病人感興趣部位的圖像；注射器，適于注射造影劑；以及控制器，與注射器通信連接以控制該注射器?？刂破靼ɑ诓∪司唧w數(shù)據(jù)對(duì)該病人確定的至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)。該至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)對(duì)給定輸入提供時(shí)間增強(qiáng)輸出?？刂破饕舶ㄌ幚砥?，以使用如上所述的至少一個(gè)病人傳輸函數(shù)對(duì)期望時(shí)間增強(qiáng)輸出確定注射過程輸入。在本發(fā)明的若干實(shí)施方式中，在造影劑少量注射期間獲得的病人響應(yīng)/掃描數(shù)據(jù)的光譜分析和參數(shù)估計(jì)用于開發(fā)能夠提供造影劑用法的閉合循環(huán)控制的控制范例。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供藥物液體在病人體內(nèi)傳播的建模方法，包括收集與因該液體注射產(chǎn)生的時(shí)間響應(yīng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及確定描述該數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型。 該數(shù)學(xué)模型可以是例如不是由該數(shù)據(jù)的連續(xù)或離散時(shí)間傅立葉去卷積確定的模型。該模型可以是諸如移動(dòng)平均模型或自回歸移動(dòng)平均模型的參數(shù)模型。該模型也可以是包括測(cè)量數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的參數(shù)模型。一旦能夠例如在數(shù)學(xué)模型中假設(shè)線性以及時(shí)間不變，則該模型也可以是由光譜估算技術(shù)確定的非參數(shù)模型。適當(dāng)?shù)墓庾V估算技術(shù)包括但不限于Welch法、Bartlett法、多信號(hào)分類(MUSIC)法或周期圖法。被注射的液體可以是例如成像過程中使用的造影劑，且所收集的數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于因造影劑的注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線。所收集的時(shí)間響應(yīng)曲線或時(shí)間增強(qiáng)曲線的數(shù)據(jù)可在成像注射之前的至少一個(gè)測(cè)試注射期間收集。該模型也可用在成像(或其它過程)注射期間收集的數(shù)據(jù)來確定和/或更新。在一實(shí)施方式中，測(cè)試注射包括造影劑的注射以及隨后的非造影劑的注射。非造影劑可以例如與該非造影劑液體注射之前的造影劑流速基本上相同的體積流速注射。該非造影劑可以是例如鹽水?？蛇M(jìn)行一次以上的測(cè)試注射。在一個(gè)這樣的實(shí)施方式中，一次測(cè)試注射只包括造影劑注射而另一測(cè)試注射則包括造影劑注射以及隨后的非造影劑的注射。在另一方面，本發(fā)明提供控制醫(yī)療過程中使用注射器向病人注射藥物液體的方法，包括收集與因該液體的注射產(chǎn)生的病人響應(yīng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；確定描述該數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型；以及在醫(yī)療過程中控制注射器以控制對(duì)病人的液體注射，以至少部分地基于數(shù)學(xué)模型建立病人響應(yīng)。該數(shù)學(xué)模型可以是例如不通過該數(shù)據(jù)的連續(xù)或離散時(shí)間傅立葉去卷積確定的模型。
醫(yī)療過程可以是例如使用成像掃描儀的醫(yī)療成像過程，且所收集的數(shù)據(jù)可對(duì)應(yīng)于因造影劑的注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線。可控制注射器以控制對(duì)病人的造影劑注射，以至少部分地基于數(shù)學(xué)模型建立感興趣部位的圖像。也可至少部分地基于有關(guān)成像過程中病人響應(yīng)的信息來控制注射器。此外，可至少部分地基于有關(guān)病人的至少一個(gè)測(cè)量生理變量的信息來控制注射器。該測(cè)量生理變量可用于改變數(shù)學(xué)模型的輸出。在一實(shí)施方式中，控制注射器的步驟包括在一時(shí)刻開始注射造影劑、以及在至少部分地基于數(shù)學(xué)模型確定的第二時(shí)刻開始感興趣部位的圖像掃描。該第二時(shí)刻可基于對(duì)到達(dá)由數(shù)學(xué)模型確定的預(yù)定增強(qiáng)水平的時(shí)刻預(yù)測(cè)而確定。在另一方面，本發(fā)明提供一注射系統(tǒng)，包括注射器；以及注射器控制器，與注射器有效通信以控制注射器。該注射器控制器基于如上所述的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型控制液體的注射。這樣，數(shù)學(xué)模型可通過收集與因造影劑注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。該數(shù)學(xué)模型可以是例如不通過該數(shù)據(jù)的連續(xù)或離散時(shí)間傅立葉去卷積確定的模型?？刂破骺砂ɡ缇哂兄辽僖粋€(gè)處理單元和至少一個(gè)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)。存儲(chǔ)器將用以確定數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)其中。在再一方面，本發(fā)明提供在使用成像掃描儀的醫(yī)學(xué)成像過程中控制使用注射器對(duì)病人的造影劑注射的方法，包括確定至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型以預(yù)測(cè)因造影劑注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)響應(yīng)；確定注射協(xié)議以通過對(duì)數(shù)學(xué)模型確定約束輸入解來近似病人體內(nèi)的預(yù)定時(shí)間增強(qiáng)響應(yīng)；以及在醫(yī)學(xué)成像過程中使用注射協(xié)議控制注射器以控制對(duì)病人的造影劑注射，從而建立感興趣部位的圖像。該方法還可包括由于有關(guān)成像過程中時(shí)間增強(qiáng)響應(yīng)的反饋而改變注射協(xié)議的步驟。該方法還可包括由于有關(guān)成像過程中至少一個(gè)病人生理參數(shù)的數(shù)據(jù)而改變注射協(xié)議的步驟。在一實(shí)施方式中，確定注射協(xié)議以近似預(yù)定時(shí)間增強(qiáng)響應(yīng)的步驟通過使用數(shù)值解算器或數(shù)值優(yōu)化器來實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)學(xué)模型的約束輸入解可受到例如注射器的至少一個(gè)操作限制所約束。對(duì)數(shù)學(xué)模型的約束輸入解也可受到或可選擇地受到與病人安全或舒適相關(guān)的至少一個(gè)操作限制所約束。造影劑的注射可例如在一個(gè)時(shí)刻開始，且感興趣部位的圖像掃描可在至少部分地基于數(shù)學(xué)模型確定的第二時(shí)刻開始。該第二時(shí)刻可例如基于對(duì)達(dá)到由數(shù)學(xué)模型確定的預(yù)定增強(qiáng)水平的時(shí)刻預(yù)測(cè)來確定。至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型可以是基于病人具體數(shù)據(jù)的該病人的病人傳輸函數(shù)。該病人傳輸函數(shù)對(duì)給定輸入提供時(shí)間增強(qiáng)輸出。第一病人傳輸函數(shù)可例如通過使用包括與病人生理參數(shù)相關(guān)的參數(shù)的系統(tǒng)識(shí)別模型、或使用通過收集與因病人注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)確定的數(shù)學(xué)識(shí)別模型來確定，其中該數(shù)學(xué)識(shí)別模型描述該數(shù)據(jù)。在另一方面，本發(fā)明提供用于實(shí)現(xiàn)醫(yī)療過程的系統(tǒng)，包括檢測(cè)病人響應(yīng)的感測(cè)系統(tǒng)；適于注射藥物液體的注射器；以及與該注射器有效通信以控制該注射器的控制器。該注射器控制器基于至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型控制液體注射。數(shù)學(xué)模型通過從感測(cè)系統(tǒng)收集與因液體注射產(chǎn)生的時(shí)間響應(yīng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。數(shù)學(xué)模型可以是例如不通過該數(shù)據(jù)的連續(xù)或離散時(shí)間傅立葉去卷積確定的模型。
在另一方面，本發(fā)明提供一成像系統(tǒng)，包括建立病人感興趣部位的圖像的成像器；適于注射造影劑的注射器；以及與該注射器有效通信以控制該注射器的控制器。注射器控制器基于至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型控制造影劑的注射。數(shù)學(xué)模型通過從成像器收集與因造影劑注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。數(shù)學(xué)模型可以是例如不通過該數(shù)據(jù)的連續(xù)或離散時(shí)間傅立葉去卷積來確定的模型。在另一方面，本發(fā)明提供在醫(yī)學(xué)過程中控制使用具有與計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器通信連接的控制器的注射器對(duì)病人的藥物液體注射的方法，包括收集與因液體注射產(chǎn)生的病人響應(yīng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；從存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的多個(gè)數(shù)學(xué)模型中選擇至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型以描述該數(shù)據(jù)；調(diào)整該模型以適于所收集的數(shù)據(jù)；以及在醫(yī)療過程中通過控制器控制注射器，以控制對(duì)病人的液體注射以至少部分地基于該數(shù)學(xué)模型建立病人響應(yīng)。在再一方面，本發(fā)明提供用于建立病人感興趣部位的圖像的系統(tǒng)，包括用于測(cè)量感興趣部位上病人特征的成像器件；用于對(duì)病人注射藥物的注射器；也由成像器件測(cè)量的至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(或參考)部位；以及基于標(biāo)準(zhǔn)部位的測(cè)量值調(diào)整或校正感興趣的病人部位上特征的測(cè)量值的計(jì)算算法。適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)部位可以在病人體外。適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)部位可以是病人的部位。在又一方面中，本發(fā)明提供用于建立病人體內(nèi)感興趣部位的圖像的方法，包括使用成像器件測(cè)量感興趣部位上的病人特征；對(duì)病人注射藥物，用成像器件測(cè)量至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部位；以及基于標(biāo)準(zhǔn)部位的測(cè)量值校正或調(diào)整感興趣的病人部位上特征的測(cè)量值。由本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式提供的益處包括但不限于用于隨后圖像處理的增強(qiáng)更一致、對(duì)于一些病人造影劑或液體負(fù)載減小、造影劑劑量增加以按需達(dá)到足夠的圖像對(duì)比度、 滲出發(fā)生減少、圖像偽像減少、重?cái)z次數(shù)減少、所有單片包含最佳圖像對(duì)比度、觀察疾病或治療隨時(shí)間的進(jìn)展的掃描中的一致性增加、以及任選地成像時(shí)間更快。


本發(fā)明的其它方面以及其優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖閱讀時(shí)從以下詳細(xì)描述中認(rèn)知，在附圖中圖Ia示出對(duì)于血管的造影增強(qiáng)CT掃描使用單相注射分布獲得的典型時(shí)間增強(qiáng)曲線。圖Ib示出對(duì)于血管的造影增強(qiáng)CT掃描使用雙相或二相注射分布獲得的典型時(shí)間增強(qiáng)曲線。圖加表示對(duì)測(cè)試注射的一示例病人響應(yīng)。圖2b示出時(shí)域中病人/造影劑系統(tǒng)的估計(jì)脈沖響應(yīng)，它通過掃描器輸出的離散時(shí)間傅立葉去卷積除以使用來自上述Fleischmarm和Hittmar的數(shù)據(jù)的造影輸入函數(shù)導(dǎo)出。圖2c示出病人脈沖響應(yīng)，其中h(n)來自經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)CT數(shù)據(jù)來自人的降主動(dòng)脈中感興趣的部位(Fleischmann 和 Hittmair，1999 年)。圖3示出本發(fā)明MPC控制器架構(gòu)的使用造影劑注射器改進(jìn)CT圖像的增強(qiáng)的一個(gè)實(shí)施方式。圖4示出如Bae、Heiken等人在1998年發(fā)表的X-射線造影的減小Hi模型。圖5示出方程O)的數(shù)值解，其中25秒的動(dòng)態(tài)特性發(fā)布接近真實(shí)的再循環(huán)現(xiàn)象。
圖6示出描述藥物通過心臟血管系統(tǒng)以及肺部毛細(xì)血管床擴(kuò)散傳輸?shù)纳怼盎旌稀蹦Ｐ偷膱D形表示。圖7示出基于圖6模型的階數(shù)減少的模型，其中Qco表示心輸出量。圖8示出肺動(dòng)脈水平的軸向動(dòng)態(tài)CT圖像，其中從中提取時(shí)間增強(qiáng)曲線的兩個(gè)感興趣部位(ROI)被圈出。圖9示出將含鹽和不含鹽的20ml造影劑推注入239磅的64歲女性體內(nèi)之后的動(dòng)態(tài)CT時(shí)間增強(qiáng)曲線，其中第一曲線示出肺動(dòng)脈干中的增強(qiáng)值，而第二曲線示出升主動(dòng)脈的增強(qiáng)值。圖10示出用于產(chǎn)生ftxmy方法中的分子和分母系數(shù)的信號(hào)模型。圖11示出對(duì)方程(1)中h (η)采取的64點(diǎn)快速傅立葉變換FFT (fs = · 5Hz)。圖12示出用于光譜估算的Welch法-將h(n)用作輸入。圖13示出對(duì)于增加階數(shù)的估計(jì)htest(n)與源自系統(tǒng)的Steiglitz-McBride估算 (反復(fù)10次)的脈沖響應(yīng)之間的均方差的曲線。圖14示出對(duì)于不同階數(shù)的傳輸函數(shù)htest (η)的Steiglitz-McBride估算曲線。圖15A示出手臂靜脈以及通向心臟的靜脈的總圖。圖15B示出手臂靜脈解剖結(jié)構(gòu)中的若干變化。圖16A示出對(duì)于第一病人的肺動(dòng)脈中的相對(duì)測(cè)試增強(qiáng)。圖16B示出對(duì)于第一病人的升主動(dòng)脈中的相對(duì)測(cè)試增強(qiáng)。圖17A示出對(duì)于第二病人的肺動(dòng)脈中的相對(duì)測(cè)試增強(qiáng)。圖17B示出對(duì)于第二病人的升主動(dòng)脈中的相對(duì)測(cè)試增強(qiáng)。圖18A示出對(duì)于一病人不用鹽水沖洗的測(cè)試注射的有效注射分布。圖18B示出對(duì)于一不同病人不用鹽水沖洗的測(cè)試注射的有效注射分布。圖19A示出本發(fā)明一般方法的流程圖。圖19B示出結(jié)合有例如圖7模型的本發(fā)明方法的一實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出使用血管的單相造影增強(qiáng)CT掃描獲得的典型時(shí)間增強(qiáng)曲線。單位HU是霍斯菲爾德單位(Hoimdsfield Unit)，即轉(zhuǎn)化成圖像中信號(hào)強(qiáng)度的X-射線吸收強(qiáng)度的量度。圖IA示出在約45秒時(shí)刻的峰值增強(qiáng)。在許多成像過程中，時(shí)間增強(qiáng)曲線較佳地在指定水平附近均勻(如圖IA中的粗黑線所示)。當(dāng)該曲線不均勻或平坦時(shí)，非最佳圖像會(huì)在這種成像過程中導(dǎo)致誤差診斷。由于掃描技術(shù)的進(jìn)步允許在更短的時(shí)間內(nèi)獲取圖像，增強(qiáng)在更長(zhǎng)時(shí)段上的均勻性在重要性方面會(huì)或多或少地降低，但是相對(duì)于造影劑注射對(duì)掃描的適當(dāng)定時(shí)以及對(duì)過多造影劑或過少造影劑的避免依然重要。圖IB示出通過血管的雙相或二相造影增強(qiáng)CT掃描獲得的典型時(shí)間增強(qiáng)曲線。該增強(qiáng)曲線或多或少地更平坦或更均勻。然而，平坦度的量可隨病人而變化，因此仍然產(chǎn)生非最佳圖像。圖2A示出對(duì)測(cè)試注射的典型病人響應(yīng)。圖2B和2C示出典型病人脈沖響應(yīng)。圖 2B是時(shí)域的響應(yīng)而圖2C是如上述D. Fleischmann和K. Hittmair公開的頻域中的h (η)。病人脈沖響應(yīng)是通過例如頻域或時(shí)域中的傅立葉去卷積從病人對(duì)測(cè)試注射的響應(yīng)導(dǎo)出的。在圖2C的注射曲線中，數(shù)據(jù)是用CT掃描儀每2秒捕捉一次。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，闡述了用于造影增強(qiáng)的模型預(yù)測(cè)控制(MPC)控制器架構(gòu)。在圖3所示的實(shí)施方式中，控制過程使用因測(cè)試注射產(chǎn)生的增強(qiáng)曲線來例如在采取LTI 系統(tǒng)時(shí)估計(jì)病人系統(tǒng)的多極/零模型的參數(shù)，或在如果放寬時(shí)間不變的假設(shè)則導(dǎo)出適當(dāng)?shù)暮撕瘮?shù)。也可以很容易地放寬線性假設(shè)。時(shí)間變化系統(tǒng)的一模擬示例是具有其值相對(duì)于時(shí)間和可能其它獨(dú)立變量變化的電阻器和電容器的電路。通常，電路分析認(rèn)為電阻和電容無論在什么時(shí)間都固定為單個(gè)值。然后，在測(cè)試注射步驟中識(shí)別的參數(shù)可被PK/PD (藥物-動(dòng)態(tài)特性)模型使用，該模型用于在全注射步驟中更新控制器且目標(biāo)終點(diǎn)是例如預(yù)定義的均勻增強(qiáng)值。如圖3所示，控制器也可接收有助于減少控制器誤差的來自掃描儀的反饋信號(hào)(即增強(qiáng)值(EV))、或來自觀察者的估計(jì)參數(shù)(即心率(HR)、血壓(BP)、呼吸速率&深度、病人體重)。來自掃描儀的控制注射器的反饋在例如授讓給本發(fā)明受讓人的美國專利No. 6，397，098中描述，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此。模型預(yù)測(cè)控制算法可例如實(shí)現(xiàn)成基于來自掃描儀的在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)中收集的瞬時(shí)增強(qiáng)數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)造影劑施用的輸入軌跡。如果實(shí)際增強(qiáng)值與由在識(shí)別步驟中產(chǎn)生的模型所預(yù)測(cè)的值不同(例如，就最小二乘而言)，則控制算法可調(diào)節(jié)輸入流速，以嘗試在隨后的時(shí)間步長(zhǎng)中使瞬時(shí)增強(qiáng)值更接近由該模型預(yù)測(cè)的值。知道了根據(jù)心率監(jiān)控器 (ECG)、脈沖血氧計(jì)或血壓監(jiān)控器獲得的病人心率，可得到造影劑傳播的更高保真度模型。在圖3的一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的模型通過零極點(diǎn)(pole-zero)建模(ARMA技術(shù))產(chǎn)生對(duì)病人傳輸函數(shù)H(Z)的估計(jì)，并進(jìn)行約束數(shù)值優(yōu)化以確定將產(chǎn)生期望輸出響應(yīng) (例如平坦增強(qiáng)掃描-參見圖1)的輸入信號(hào)(即注射協(xié)議)?；蛘撸诮o定H(Z)的估計(jì)的情況下可使用極點(diǎn)配置算法(pole-placement algorithm)來更好地控制輸出響應(yīng)。病人傳輸函數(shù)的結(jié)構(gòu)可通過分析在臨床檢查期間收集的病人脈沖響應(yīng)h (η)而得到確定。顯而易見，還沒有對(duì)病人傳輸函數(shù)的基礎(chǔ)光譜內(nèi)容的公開分析。ARMA建模技術(shù)可例如用于產(chǎn)生以下形式的有理傳輸函數(shù)的系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種對(duì)藥物液體在病人體內(nèi)的傳播建模的方法，包括(a)將藥物液體注射到病人體內(nèi)；(b)收集與病人血液中藥物液體濃度的測(cè)量和估計(jì)中的至少一個(gè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及(c)確定描述所述數(shù)據(jù)且針對(duì)所述病人的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述藥物液體是用于成像過程中的造影劑， 且所收集的所述數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于因所述造影劑的注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型是參數(shù)模型。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型是移動(dòng)平均或自動(dòng)回歸移動(dòng)平均的。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型假設(shè)線性和時(shí)間恒定。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型是通過光譜估算技術(shù)確定的非參數(shù)模型。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述光譜估算技術(shù)是Welch法、Bartlett 法、多信號(hào)分類(MUSIC)法或周期圖法。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，數(shù)據(jù)是在成像注射之前的至少一次測(cè)試注射期間收集的。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型用在所述成像注射期間收集的數(shù)據(jù)更新。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一次測(cè)試注射包括造影劑注射以及隨后的非造影劑液體注射。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述非造影劑液體以與在注射所述非造影劑液體之前的造影劑流速基本上相同的體積流速注射。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述非造影劑液體是鹽水。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)行一次以上的測(cè)試注射。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，一次測(cè)試注射只包括造影劑注射，而另一次測(cè)試注射包括造影劑注射以及隨后的非造影劑液體注射。
15.一種在醫(yī)療過程中使用注射器控制藥物液體注射到病人體內(nèi)的方法，包括(a)收集與因所述藥物液體的注射產(chǎn)生的病人響應(yīng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；(b)確定描述所述數(shù)據(jù)且針對(duì)所述病人的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型；以及(c)在所述醫(yī)療過程中控制所述注射器以控制所述藥物液體注射到所述病人體內(nèi)，以至少部分地基于所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型建立病人響應(yīng)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述醫(yī)療過程是使用成像掃描儀的醫(yī)療成像過程，所述藥物液體至少包括造影劑，且所收集的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于因所述造影劑的注射產(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線，且所述注射器被控制以控制所述造影劑注射到所述病人體內(nèi)，以至少部分地基于所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型建立感興趣部位的圖像。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型是參數(shù)模型。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型是移動(dòng)平均或自動(dòng)回歸移動(dòng)平均的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型假設(shè)線性或時(shí)間恒定。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型是通過光譜估算技術(shù)確定的非參數(shù)模型。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述光譜估算技術(shù)是Welch法、Bartlett 法、多信號(hào)分類(MUSIC)法或周期圖法。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，數(shù)據(jù)在成像注射之前的至少一次測(cè)試注射期間收集。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型使用在所述成像注射期間收集的數(shù)據(jù)更新。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試注射包括造影劑注射以及隨后的非造影劑液體注射。
25.如權(quán)利要求M所述的方法，其特征在于，所述非造影劑液體以與所述非造影劑液體注射之前的造影劑流速基本上相同的體積流速注射。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述非造影劑液體是鹽水。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，進(jìn)行一次以上的測(cè)試注射。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，一次測(cè)試注射只包括造影劑注射，而另一次測(cè)試注射包括造影劑注射以及隨后的非造影劑液體注射。
29.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述成像過程中所述注射器也至少部分地基于有關(guān)所述病人響應(yīng)的信息而受到控制。
30.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述注射器也至少部分地基于關(guān)于所述病人的至少一個(gè)測(cè)量生理變量的信息而受到控制。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)測(cè)量生理變量用于改變所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型的輸出。
32.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述控制所述注射器的步驟包括在一時(shí)刻開始注射所述造影劑，且在至少部分地基于所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型確定的第二時(shí)刻開始感興趣部位的圖像掃描。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述第二時(shí)刻基于對(duì)達(dá)到由所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型確定的預(yù)定增強(qiáng)水平的時(shí)刻預(yù)測(cè)而確定。
34.一種注射系統(tǒng)，包括(a)注射器，用于將液體注射到病人體內(nèi)；以及(b)與所述注射器有效通信以控制所述注射器的控制器，所述控制器基于針對(duì)所述病人的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型控制液體的注射，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型通過收集與因?qū)Σ∪俗⑸渌鲈煊皠┒a(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。
35.如權(quán)利要求34所述的注射系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括含有至少一個(gè)處理單元和至少一個(gè)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)，所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器將確定所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)其中。
36.一種影響醫(yī)療過程的系統(tǒng)，包括(a)檢測(cè)病人響應(yīng)的感測(cè)系統(tǒng)；(b)適于注射藥物液體的注射器；以及(c)與所述注射器有效通信以控制所述注射器的控制器，所述控制器基于針對(duì)病人的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型控制藥物液體的注射，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型通過從所述感測(cè)系統(tǒng)收集與因?qū)Σ∪俗⑸渌鏊幬镆后w而產(chǎn)生的時(shí)間響應(yīng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。
37. 一種成像系統(tǒng)(a)成像器，建立病人感興趣部位的圖像；(b)注射器，適于注射造影劑；以及(c)與所述注射器有效通信以控制所述注射器的控制器，所述控制器基于針對(duì)病人的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型控制所述造影劑的注射，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型通過從所述成像器收集與因?qū)Σ∪俗⑸渌鲈煊皠┒a(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。
全文摘要
公開了一種對(duì)病人體內(nèi)的藥物傳播建模的系統(tǒng)和方法。一種對(duì)藥物液體在病人體內(nèi)的傳播建模的方法包括(a)將藥物液體注射到病人體內(nèi)；(b)收集與病人血液中藥物液體濃度的測(cè)量和估計(jì)中的至少一個(gè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及(c)確定描述所述數(shù)據(jù)且針對(duì)所述病人的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型。一種注射系統(tǒng)，包括(a)注射器，用于將液體注射到病人體內(nèi)；以及(b)與所述注射器有效通信以控制所述注射器的控制器，所述控制器基于針對(duì)所述病人的至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型控制液體的注射，所述至少一個(gè)數(shù)學(xué)模型通過收集與因?qū)Σ∪俗⑸渌鲈煊皠┒a(chǎn)生的時(shí)間增強(qiáng)曲線相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102512187SQ20111027051
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
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