在非缺血性心肌病及其他中使用t1映射来区分正常心肌与弥漫性疾病的系统与方法
【专利摘要】一种用于使用T映射区分正常心肌与弥漫性疾病的方法,包括:由成像装置采集患者的一个或多个图像,根据所述一个或多个图像生成T1图,限定所述一个或多个图像内的感兴趣区域,确定所述感兴趣区域内的平均T1值,比较所述感兴趣区域内的所述平均T1值与截止T1值,并且根据所述比较来确定对所述感兴趣区域的诊断。
【专利说明】在非缺血性心肌病及其他中使用T1映射来区分正常心肌 与弥漫性疾病的系统与方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及医学领域、磁共振领域及相关领域。本申请尤其应用于涉及在非缺血 性心肌病及其他中,使用Tl映射来区分正常心肌与弥漫性疾病的系统与方法。然而要理 解,其也应用于其他应用,并且不必须限制到前面提及的应用。
【背景技术】
[0002] 本申请与美国申请61/613626(2012年3月21日递交)有关,其中公开了根据本申 请的系统与方法的示范性实施例,并结合患有肥厚型和扩张型心肌病的患者进行了描述, 作为这样的示范性系统与方法的示范性应用。本申请还与美国申请61/753083(2013年1 月16日递交)有关。在此通过引用将这两件美国申请61/613626和61/753083的公开内 容整体并入本文。
[0003] 尽管在61/613626中描述了这些示范性系统与方法适合许多其他应用,如本领域 普通技术人员鉴于其中的教导应认识到的,61/753083和本申请具体描述了本文中以及在 61/753083和61/613626中描述的示范性系统与方法如何也在患有(例如)全身性红斑狼 疮的患者中起作用。
[0004] 弥漫性心肌组织一般不能用标准的晚钆增强(LGE)心脏磁共振(CMR)探测到。这 是因为图像中的灰度必须被归一化到健康心肌,这在局部创伤组织中是可行的,但在弥漫 性病变的心肌中不可行。本文描述的是能被用于基于定量Tl映射,来在正常与弥漫性病变 的心肌之间进行区分的系统与方法。
[0005] 弥漫性纤维化可能在几种临床条件下发展。例如,根据本申请的示范性系统与方 法可以在患有肥厚型和扩张型心肌病的患者中使用Tl映射。根据本申请的示范性系统与 方法也可以在患有全身性红斑狼疮的患者中使用Tl映射。根据本申请的系统与方法的示 范性实施例的其他潜在临床应用包括,但不限于,例如,淀粉样变性、病毒或毒性心肌炎以 及正经历化疗的患者。本领域普通技术人员鉴于本文中的教导,应认识到根据本申请的示 范性系统与方法的额外应用。
[0006] 如上文指示的,弥漫性纤维化心肌组织一般不能用标准的晚钆增强(LGE)心脏磁 共振(CMR)探测到。根据本申请的示范性系统与方法提供解决该问题的方式。
[0007] 各种研究已在MRI造影剂的施予之后将Tl映射作为心力衰竭患者中的预测指标 (predictor),而进行了试验。这有一些本文中描述的示范性系统与方法不能克服的限制, 例如,Tl映射可能受多种独立变量的影响,包括肾功能、造影剂类型及施予剂量、研究协议 中采样时间点的变化以及个体药代动力学。对造影剂施予具有对抗指征的患者将很可能必 须被排除。额外地,在固定时间点的造影剂后Tl值成像可以证明临床常规中的繁琐。例如, 一个在先研究在患有心力衰竭的患者中使用了 Tl映射,但在原生Tl值中显示没有显著差 异,这凸显了如本文描述的示范性系统与方法的必要性。
【发明内容】
[0008] 本申请提供新的且改进的系统与方法,用于在非缺血性心肌病及其他中,使用Tl 映射来区分正常心肌与弥漫性疾病,所述系统与方法克服了上述问题及其他问题。
[0009] 根据一个方面,提供一种用于使用Tl映射来区分正常心肌与弥漫性疾病的方法。 所述方法包括:通过成像装置采集患者的一个或多个图像,根据所述一个或多个图像生成 Tl图,限定所述一个或多个图像内的感兴趣区域,确定所述感兴趣区域内的平均Tl值,将 所述感兴趣区域内的所述平均Tl值与截止Tl值进行比较,以及根据所述比较确定对所述 感兴趣区域的诊断。
[0010] 根据另一方面,提供一种磁共振系统。所述系统包括:成像装置,其采集患者的一 个或多个图像;Tl映射处理器,其根据所述一个或多个图像生成Tl图;以及Tl值处理器, 其限定所述一个或多个图像内的感兴趣区域,确定所述感兴趣区域内的平均Tl值,并将所 述感兴趣区域内的所述平均Tl值与截止Tl值进行比较。
[0011] 根据另一方面,提供一种磁共振系统。所述系统包括一个或多个处理器,所述一个 或多个处理器被编程为:通过成像装置采集患者的一个或多个图像,根据所述一个或多个 图像生成Tl图,限定所述一个或多个图像内的感兴趣区域,确定所述感兴趣区域内的平均 Tl值,将所述感兴趣区域内的所述平均Tl值与截止Tl值进行比较,并且根据所述比较确定 对所述感兴趣区域的诊断。
[0012] 一个优点在于使用Tl映射对正常心肌与弥漫性疾病的区分。
[0013] 另一优点在于改进的患者照护。
[0014] 本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细描述时,将认识到本发明再另外的优 点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 本发明可以采取各种部件和部件的布置,以及各种步骤和步骤的安排的形式。附 图仅出于图示优选的实施例的目的,并且不应被解释为对本发明的限制。
[0016] 图1-图3是对弥漫性纤维化过程中的"空"参照的示范性图示。
[0017] 图4为根据本申请对中隔心肌内的感兴趣区域的示范性图示。
[0018] 图5为根据本申请针对两种不同组织类型,Tl值的计算的图表图示。
[0019] 图6为根据本申请对具有视觉上可探测的心肌增强的情况的示范性图示。
[0020] 图7为根据本申请对显著心包增强的图像的示范性图示。
[0021] 图8为针对对照与患者之间的区分中的原生ΤΙ、λ、心肌与心包LGE及纵向应变 的接受者操作曲线的图表图示。
[0022] 图9为根据本申请的磁共振成像系统的图表图示。
[0023] 图10以图表方式图示根据本申请的Tl映射序列的时序。
[0024] 图11为根据本申请的各方面,用于使用Tl映射来区分正常心肌与弥漫性疾病的 方法的框图。
【具体实施方式】
[0025] 本申请针对用于使用Tl映射在非缺血性心肌病以及其他中区分正常心肌与弥 漫性疾病的系统与方法。具体地,所述系统与方法利用从所述Tl图生成的Tl值的差异, 以在患病与正常组织之间进行区分。为了实现以上功能,所述系统与方法利用CMR Tl映 射,其在造影剂施予之前及(在另一示范性实施例中)之后10、20和30分钟时使用修正 Look-Locker反转恢复(MOLLI)序列。所述示范性方法仅在另一实施例中需要造影剂。更确 切地说,在另一示范性实施例中,实际上可以使用任意其他准确Tl映射序列,代替M0LLI。 在Tl图重建之前,在所采集的图像上执行运动校正。在所述示范性方法中,所述MOLLI序 列产生可以被用于Tl图重建的11个图像。根据本文中描述的示范性方法,可以使用分级 自适应局部仿射配准(HALAR)技术。在根据本申请的另一示范性方法中,实际上可以使用 任意其他准确的运动校正技术。然后执行对Tl值的心率(HR)校正。根据本申请的示范性 实施例可以使用的一个方法是检查HR与Tl之间的关联,并然后使用该关联将Tl值归一化 到平均研究HR。针对平均Tl计算,限定感兴趣区域(ROI)。具体地,绘制ROI,并确定在所 述ROI内部计算的平均Tl和R1。可以在例如另一实施例中自动地确定所述R0I。然后将所 述Tl值与截止Tl值进行比较,以在患病与正常组织之间区分。在所述示范性实施例中,使 用在原生Tl图上为1184ms的截止值,以根据本申请在患病与正常心肌之间进行区分。例 如,使用本文中描述的所述示范性方法,有可能将所述原生Tl值识别为心肌病心肌的独立 鉴别器(P = 0.001),具有100%的灵敏度、特异度96%、诊断准确度99%,以及98%的阳 性预测值和100%的阴性预测值。联系SLE患者,本文描述的示范性方法得到包括延长的 原生Tl (截止值1108 ms)的结果,提供例如用于以高诊断准确度(100%的灵敏度、特异度 91 %、诊断准确度95% )在SLE患者中探测亚临床参与的手段。
[0026] 心肌纤维化是各种心肌病中心肌功能障碍的发展的基本过程,导致心肌重构和差 的结果。心脏磁共振(CMR)越来越多地被用作对心肌病的成因的一线调查。通过CMR对 纤维化的可视化是基于因水肿或纤维化造成的、在具有更大细胞外空隙的组织内更大的分 布容积和更慢的钆造影剂洗出。然而,缺血性损伤之后的区域纤维化,通过在由延迟钆增强 (LGE)在Tl加权的图像上增加的信号强度的良好划定的区,而得以容易地区分,其可能不 可能在弥漫性纤维化过程中将清楚地未受影响的心肌的区限定为'空'参考(图1-图3)。 结果,这样的图像可能使纤维化的区域中的信号无效,以各种灰值模糊在图像中的发现或 结果,不允许清楚的"是/否"决策。最近,一些研究提出对造影剂施予后的Tl弛豫的测量, 针对心肌纤维化的定量评估潜在地有价值。继造影剂施予之后,区域化的并且也是弥漫性 疤痕的心肌显示较短的Tl弛豫,以及具有钆洗出的Tl时间延迟的归一化。而这些观察结果 显示Tl映射用于心肌纤维化的评价的潜力,这些研究使用多种成像方法学和后处理方法, 以获得临床上稳健的应用。本申请针对在两个模型条件--肥厚型(HCM)和扩张型心肌病 (DCM)中,检查在健康与弥漫性患病心肌的区分的原生与造影剂后Tl弛豫的值。
[0027] 为了证明Tl映射针对正常与弥漫性患病心肌的区分提供具有高诊断准确度的指 标,患有已知为肥厚型(HCM)或扩张型心肌病(DCM)的五十二名对象(年龄44± 11岁)登 记参加研究。分组基于CMR发现并且由具有已知的HCM(η = 25)和非缺血性DCM(η = 27) 的对象组成。对HCM的诊断基于对肥大性左心室(LV)的证实,其与在不存在增加的LV壁 应力时非扩张的LV,或者可能导致类似规模的肥大的另一种心脏或全身疾病相关联。所有 HCM患者均具有表达的表型,具有增加的LV壁厚度的典型不对称的中隔肥大,允许明确的 临床诊断。HCM对象中没有一个显示阻塞性流动现象。通过LV容积的增大、整体收缩功能 的降低以及缺血性LGE证据的不存在,限定非缺血性DCM。二十五名具有针对LV心肌病低 的检查前概率的血压正常对象(未服用任何常规用药并且具有正常CMR发现,包括正常LV 质量指数),充当年龄和形变匹配对照组。针对全部对象的额外排除标准为普遍接受的对 CMR的禁忌(可植入设备、脑动脉瘤夹、人工电子耳蜗、严重幽闭恐惧症)或具有eGFR〈30 mL/min/1. 73m2 的肾病史。
[0028] 所述研究将原生与造影剂后心肌Tl映射集成到常规成像协议,用于对心肌病的 潜在病因的确定。使用临床3T扫描器(荷兰百斯特,飞利浦医疗保健,Achieva TX)和 32通道线圈,以患者仰卧执行所述CMR研究。在标准化的患者特异性规划之后,通过对无 间隙短轴切片的整体心脏覆盖,获得容积腔评估。其后,采集3个长轴视图(4室、2室和 3室视图)和横轴视图的电影图像。全部电影图像均使用平衡稳态自由进动序列联合平 行成像(灵敏度编码,因数2)和回顾性门控,在温和呼吸屏气期间采集(TE/TR/翻转角: 3.41118/1.71118/60°,空间分辨率1.811.818 111111)。在造影剂(礼布醇,0.2 1111]1〇1/1^体重)注 射之后20分钟,使用舒张中反转准备2维梯度回波序列(回波时间/重复时间/翻转角2. 0 ms/3. 4 ms/25。,空间分辨率1.8X2X10 mm被重建为1.8X1. 8X8 mm,具有患者修整的前 置脉冲延迟),在全部对象中在相应的视图中执行LGE成像。稳态自由进动、单次屏气修正 Look-Locker成像(MOLLI)被用于Tl映射,在造影剂施予之前以及之后10、20和30分钟时 在赤道短轴切片中执行。成像参数为FOV 320x320 ;TR/TE/翻转角:3. 3ms/l. 57ms/50°,内 插体素大小〇. 9x0. 9x8mm,相位编码步进η = 166, HR修整的触发延迟,11相位(3+3+5),如 前文所述。
[0029] 全部常规CMR分析均使用商业软件(荷兰,飞利浦医疗保健ViewForum,Extended Workspace)执行。手动追踪舒张末期和收缩末期的心内膜LV边界。将乳头肌包括在内作 为LV腔容积的部分。使用辛普森法则确定LV舒张末期(EDV)和收缩末期(ESV)容积。计 算射血分数(EF)为EDV-ESV/EDV。全部容积指数均被归一化到体表面积(BSA)。
[0030] 针对区域性纤维化的存在,视觉检查所述LGE图像。整体增强被定义为每个总短 轴中堆叠增强区的%,其中增强区由与手动选择的正常区的6个标准偏差(SD)限定,表现 为最大抑制的心肌。
[0031] 通过由PRIDE环境支持的RelaxMaps工具(荷兰飞利浦)获得Tl弛豫图。然而, 在舒张末期中,在心脏周期固定点的选择性采集通常在很大程度上抑制心脏运动的影响, 相对长持续时间的序列(17-心跳,以获得单个切片图)偶然导致一些不期望的呼吸运动。 在研究期间,使用基于分级自适应局部仿射配准(HALAR)技术自行开发的定制工具,执行 运动校正图像准备步骤,其中基准相位(源)被配准到所选择的目标相位(总计11个)中 的每个。在配准之前,将足够大以环绕整个LV的矩形感兴趣区域(ROI)手动绘制到源基准 相位上。在对ROI的初始图像仿射配准步骤之后,使用相等细分将源图像细分成四个较小 的R0I。每个细分部分再次经历仿射变换(每个具有6个自由度),以将目标图像ROI的特 征与源相位图像中对应的ROI对齐。然后使用共配准的图像,以导出Tl值。由于先前的研 究显示在Tl值中大量节段性变化,所述变化在横向最大并且在中隔节段内最小,达成共识 将所述ROI放置在中隔心肌内(图4)。也要小心以避免来自血池的信号的'污染'。最后, 无视于所述LGE图像上任意可视化的疤痕的存在,得到对Tl图像的全部后处理,以实现Tl 测量结果在观察者间和观察者内的高可重复性。通过将三个参数指数模型拟合到所测量的 数据并应用Look-Locker校正,确定Tl (图5)。计算在肺部之内手动绘制的ROI中的噪声, 并在所述Tl计算中将其考虑在内。由于纵向弛豫是心率(HR)相关的,当HR超过SObpm时, 也应用对Tl值的HR校正。除心肌和血池的Tl值以外,还根据下式计算血管外细胞外基质 的容积分数(Ve):
[0032] Ve = [ λ *(1-血细胞容积)]
[0033] 其中Ve为心肌血管外细胞外容积分数,并且λ = Gd造影剂之前与之后的[Λ Rl 心肌]/[八1?1血池](其中1?1 = 1/1'1)。
[0034] 使用SPSS软件(美国伊利诺伊州芝加哥SPSS股份有限公司,20. 0版)执行统计 学分析。酌情通过t-检验(Student t-test)或单向方差分析,检查与所述对照组的以及 所述组之间的差异。使用配对和未配对t-检验和双变量相关性,执行可重复性与一致性分 析。通过线性回归分析,探索与人口学和血液动力学变量以及量度内变化的来源的关联性。 使用二元逻辑回归来导出在健康与异常心肌之间的区分中,Tl派生的量度的最佳灵敏度、 特异度和诊断准确度。从接受者操作特性(ROC)分析表读出相应的截止值。所有的检验均 为双尾的,并且小于〇. 05的P值被视为显著的。
[0035] 在下表中呈现患者的特性、血液动力学以及心脏功能。
[0036] 表1 :示范性患者的特性、整体形态与功能量度。(针对与对照组的差异的t_检 验:*ρ〈0· 05, **ρ〈0· 01)。
[0037]
【权利要求】
1. 一种磁共振系统,所述系统包括: 一个或多个处理器,其被编程为: 通过成像装置采集患者的心脏的一个或多个图像; 根据所述一个或多个图像生成Tl图; 限定所述一个或多个图像内的感兴趣区域; 确定所述感兴趣区域内的平均Tl值; 将所述感兴趣区域内的所述平均Tl值与截止Tl值进行比较;并且 根据所述比较来确定对所述感兴趣区域的诊断。
2. 根据权利要求1所述的磁共振系统,其中,所述一个或多个处理器还被编程为执行: 对所述Tl映射的运动校正;以及 对所述Tl值的心率校正。
3. 根据权利要求1和2中的任一项所述的磁共振系统,其中,所述Tl映射利用修正 Look-Locker反转成像序列。
4. 根据权利要求1-3中的任一项所述的磁共振系统,其中,所述Tl映射在造影剂之前 及造影剂之后10、20和30分钟时利用成像序列。
5. 根据权利要求1-4中的任一项所述的磁共振系统,其中,所述心率校正包括: 检查所述患者的心率与Tl值之间的关联;以及 使用所述关联来对所述Tl值进行归一化。
6. 根据权利要求1-5中的任一项所述的磁共振系统,其中,针对在所述截止Tl值以上 的平均Tl值的诊断为疾病,并且针对在所述截止Tl值以下的平均Tl值的诊断为健康。
7. 根据权利要求1-6中的任一项所述的磁共振系统,其中,所述截止Tl值为1184ms。
8. 根据权利要求1-7中的任一项所述的磁共振系统,其中,所述感兴趣区域为所述心 肌或所述心肌的部分。
9. 一种磁共振系统,所述系统包括: 成像装置,其采集患者的一个或多个图像; Tl映射处理器,其根据所述一个或多个图像生成Tl图;以及 Tl值处理器,其限定所述一个或多个图像内的感兴趣区域,确定所述感兴趣区域内的 平均Tl值,并将所述感兴趣区域内的所述平均Tl值与截止Tl值进行比较。
10. 根据权利要求9所述的系统,其中,所述Tl映射处理器还校正所述Tl图的运动。
11. 根据权利要求9和10中的任一项所述的系统,其中,所述Tl值处理器还针对心率 来校正Tl值。
12. 根据权利要求9-11中的任一项所述的系统,其中,所述Tl映射利用修正 Look-Locker反转成像序列。
13. 根据权利要求9-12中的任一项所述的系统,其中,所述Tl映射在造影剂之前及造 影剂之后10、20和30分钟时利用成像序列。
14. 根据权利要求9-13中的任一项所述的系统,其中,所述心率校正包括: 检查所述患者的心率与Tl值之间的关联;以及 使用所述关联来对所述Tl值进行归一化。
15. 根据权利要求9-14中的任一项所述的系统,其中,针对在所述截止Tl值以上的平 均Tl值的诊断为疾病,并且针对在所述截止Tl值以下的平均Tl值的诊断为健康。
16. 根据权利要求9-15中的任一项所述的系统,其中,所述感兴趣区域为所述心肌或 所述心肌的部分。
17. -种用于使用Tl映射来区分正常心肌与弥漫性疾病的方法,所述方法包括: 通过成像装置采集患者的一个或多个图像; 根据所述一个或多个图像生成Tl图; 限定所述一个或多个图像内的感兴趣区域; 确定所述感兴趣区域内的平均Tl值; 将所述感兴趣区域内的所述平均Tl值与截止Tl值进行比较;以及 根据所述比较来确定对所述感兴趣区域的诊断。
18. 根据权利要求17所述的方法,还包括: 针对运动校正所述Tl映射;以及 针对心率校正所述Tl值。
19. 根据权利要求17和18中的任一项所述的方法,其中,所述Tl映射利用修正 Look-Locker反转成像序列。
20. 根据权利要求17-19中的任一项所述的方法,其中,针对在所述截止Tl值以上的平 均Tl值的诊断为疾病,并且针对在所述截止Tl值以下的平均Tl值的诊断为健康。
【文档编号】A61B5/00GK104321010SQ201380026370
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2012年3月21日
【发明者】T·R·福格特, A·J·维特霍夫, T·R·舍夫特, E·C·C·纳格尔, V·O·蓬特曼 申请人:皇家飞利浦有限公司