测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统

摘要

本发明涉及一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法及系统。该方法包括以下步骤：采集被试者吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列，并提取得到吸入卡波金气体前和吸入期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号；将吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号作为基准，将吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号与该基准信号做时间减影得吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，得出吸入卡波金气体期间肿瘤组织随时间变化的氧浓度曲线。上述测量吸入卡波金气体期间肿瘤组织内氧浓度的方法及系统，准确测量出氧浓度随卡波金吸入时间的变化情况。

权利要求

1.一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统，其特征在于，包括图像采集模块，用于采集被试者吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列；

信号提取模块，用于从所述吸入卡波金气体前的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号和从所述吸入卡波金气体期间的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号；

处理模块，用于将所述吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号作为基准信号，将吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号与该基准信号做时间减影，得到吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，再根据所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，得出所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线。

2.根据权利要求1所述的测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统，其特征在于，所述图像采集模块采用功能磁共振成像方法采集所述吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间被试者组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。

3.根据权利要求1所述的测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统，其特征在于，所述图像采集模块采用单激发梯度回波平面回波成像序列采集得到所述吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间被试者组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。

4.根据权利要求1所述的测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统，其特征在于，所述处理模块还用于从所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线中提取得到最大氧浓度值对应的时间段。

说明书

测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统

【技术领域】

[0001] 本发明涉及医疗领域，特别涉及一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法及系统。【背景技术】

[0002] 恶性肿瘤是严重威胁人类健康的疾病之一。迄今为止，手术、放疗和化疗仍然是治疗恶性肿瘤的最主要手段。影响恶性肿瘤放、化疗效果的主要原因之一是在恶性肿瘤内部，肿瘤细胞的增加速度大大超过血管的生长速度，使得瘤体内血管的密度减少，且在空间和时间上分布都不均匀。随着到供氧充足的血管的距离增加，组织中的氧浓度会急剧下降。故肿瘤内微循环血管网络结构严重地影响了营养物向肿瘤细胞的供给，使瘤体内存在分布不均匀的乏氧区域。乏氧细胞是抗辐射的，供血不足则影响肿瘤治疗药物向瘤体内输运。故肿瘤组织的灌注状态和氧合水平是影响肿瘤治疗效果的重要原因之一，而改善肿瘤组织的灌注状态和氧合水平则能明显地改善治疗效果。

[0003] 近年来，人们发现吸入Carbogen(卡波金)气体(一种含5％CO2+95％O2的混合气体)能大大改善肿瘤的灌注状态，进而能大大改善肿瘤细胞的氧合状态。但是，并非吸入Carbogen气体之后进行肿瘤放射治疗，都能够取得好的效果。根据放疗对氧的依赖性原理，对于治疗效果来说，Carbogen气体给予的时间的选择是至关重要的，即放疗开始或化疗给药开始的最佳时机只有选择在Carbogen气体吸入后，弄清肿瘤组织内的氧浓度达到最高的时刻，才有可能达到治疗的最佳效果。

[0004] 因此，检测Carbogen气体吸入后，肿瘤组织中的氧浓度随吸入时间的变化规律是提高对肿瘤控制率来说是至关重要的。【发明内容】

[0005] 基于此，有必要提供一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法， 能准确测量出氧浓度随卡波金气体吸入时间的变化情况。

[0006] 一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法，包括以下步骤： [0007] 采集被试者吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列；

[0008] 从所述吸入卡波金气体前的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，从所述吸入卡波金气体期间的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号；

[0009] 将所述吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号作为基准信号，将吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号与该基准信号做时间减影，得到吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号； [0010] 根据所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，得出所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线。 [0011] 优选地，还包括采用功能磁共振成像方法采集所述吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间被试者组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。

[0012] 优选地，还包括采用单激发梯度回波平面回波成像序列采集所述吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间被试者组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。 [0013] 优选地，还包括从所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线中提取得到最大氧浓度值对应的时间段。

[0014] 此外，还有必要提供一种测量肿瘤组织吸入卡波金氧气后氧浓度的系统，能准确测量出氧浓度随卡波金氧气吸入时间的变化情况。

[0015] 一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统，包括

[0016] 图像采集模块，用于采集被试者吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列；

[0017] 信号提取模块，用于从所述吸入卡波金气体前的血氧浓度随时间变化的图 像序列中提取得到吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号和从所述吸入卡波金气体期间的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号；

[0018] 处理模块，用于将所述吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号作为基准信号，将吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号与该基准信号做时间减影，得到吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，再根据所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，得出所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线。 [0019] 优选地，所述图像采集模块采用功能磁共振成像方法采集所述吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间被试者组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。 [0020] 优选地，所述图像采集模块采用单激发梯度回波平面回波成像序列采集得到所述吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间被试者组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。 [0021] 优选地，所述处理模块还用于从所述吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线中提取得到最大氧浓度值对应的时间段。

[0022] 上述测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法及系统，采用采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间组织内的随时间变化的血氧浓度图像序列，并从图像序列中提取得到吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，将吸入Carbogen气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号与吸入Carbogen气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号做时间减影得到吸入Carbogen气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，进而得到吸入Carbogen气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线，如此准确的测量出氧浓度随Carbogen气体吸入时间的变化情况。【附图说明】

[0023] 图1为一个实施例中测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法的流程 图； [0024] 图2为一个实施例中提取得到的被试者吸入卡波金气体前组织内血氧水平依赖信号强度的示意图；

[0025] 图3为一个实施例中提取得到的被试者吸入卡波金气体期间组织内血氧水平依赖信号强度的示意图；

[0026] 图4为图3所示的血氧水平依赖对比度信号与图2所示的血氧水平依赖对比度信号做时间减影后的示意图；

[0027] 图5为一个实施例中测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统的结构示意图。【具体实施方式】

[0028] 下面结合具体的实施例及附图对技术方案进行详细的描述。

[0029] 如图1所示，一个实施例中，一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法，包括以下步骤：

[0030] 步骤S10，采集被试者吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。

[0031] 在步骤S10中，在保持被试者体温相对稳定的条件下，连续采集被试者吸入卡波金(Carbogen)气体前和吸入卡波金气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。本实施例中，采用功能磁共振成像(Function Magnetic ResonanceImaging，简称FMRI)方法采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间组织内的血氧浓度随时间变化的图像序列。为了能在低信噪比条件下提取血氧水平依赖(Blood Oxygenation Level Dependent，简称BOLD)对比度信号，该实施例中，采用单激发梯度回波平面回波成像序列采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间组织内的血氧浓度随时间变化的图像序列。

[0032] 步骤S20，从吸入卡波金气体前的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，从吸入卡波金气体期间的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体期间的 随时间变化的血氧水平依赖对比度信号。

[0033] 在步骤S20中，为了能在低信噪比条件下提取血氧水平依赖(BloodOxygenation Level Dependent，简称BOLD)对比度信号，该实施例中，从采用单激发梯度回波平面回波成像序列采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间组织内的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间的随时间变化的BOLD对比度信号。其中，BOLD对比度信号与组织内氧浓度密切相关，氧浓度越大，BOLD对比度信号越强；氧浓度越小，BOLD对比度信号越弱。

[0034] 图2为提取得到的被试者吸入Carbogen气体前组织内BOLD对比度信号强度的示意图；图3为提取得到的被试者吸入Carbogen气体期间组织内BOLD对比度信号强度的示意图。如图2和图3所示，在大血管中和正常组织内，吸入Carbogen气体前血氧浓度已达到饱和状态，吸入Carbogen气体后血氧浓度仍处于饱和状态，氧浓度增加很小，因此吸入Carbogen气体前后BOLD对比度信号强度相对变化很小。在肿瘤组织中，吸入Carbogen气体前，因肿瘤细胞增加速度大大超过血管生长速度，使得肿瘤内血管的密度减小，随着到供养充足血管的距离增加，肿瘤组织内的氧浓度急剧下降，血氧浓度很低，吸入Carbogen气体后，因供养增多，肿瘤组织内的氧浓度增加，吸入足够多的Carbogen气体后，肿瘤组织内的氧浓度会达到饱和状态，因此吸入Carbogen气体前后，肿瘤组织内氧浓度变化很大，则BOLD对比度信号强度相对变化较大。

[0035] 步骤S30，将吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号作为基准信号，将吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号与该基准信号做时间减影，得到吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号。 [0036] 在步骤S30中，将吸入Carbogen气体前的随时间变化的BOLD对比度信号作为基准信号，即参考信号。因吸入Carbogen气体前后，大血管中和正常组织内BOLD对比度信号相对变化很小，肿瘤组织内BOLD对比度信号强度相对变化较大，将吸入Carbogen气体期间的随时间变化的BOLD对比度信号与吸入 Carbogen气体前的随时间变化的BOLD对比度信号做时间减影可得到吸入Carbogen气体期间肿瘤组织内随时间变化的BOLD对比度信号。如图4为吸入Carbogen气体期间的BOLD对比度信号减去吸入Carbogen气体前的BOLD对比度信号的示意图。

[0037] 步骤S40，根据吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，得出吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线。 [0038] 在步骤S40中，利用BOLD对比度信号与氧浓度的密切关系，可根据吸入Carbogen气体期间肿瘤组织内随时间变化的BOLD对比度信号得出相应的随时间变化的氧浓度曲线。

[0039] 优选的实施例中，在步骤S40后还包括：从吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线中提取得到最大氧浓度值对应的时间段。随着时间变长，吸入Carbogen气体增加，肿瘤组织内的氧浓度渐渐达到饱和，某一时间段氧浓度不再变化，如此从随时间变化的氧浓度曲线中提取得到最大氧浓度值对应的时间段，便于医生把握进行肿瘤治疗的时机。

[0040] 如图5所示，在一个实施例中，一种测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的系统，包括图像采集模块10、信号提取模块20和处理模块30。其中，

[0041] 图像采集模块10用于采集被试者吸入卡波金气体前和吸入卡波金气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。在保持被试者体温相对稳定的条件下，图像采集模块10连续采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间组织内血氧浓度随时间变化的图像序列。本实施例中，图像采集模块10采用功能磁共振成像方法采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间组织内的血氧浓度随时间变化的图像序列。另外，为了能在低信噪比条件下提取BOLD对比度信号，图像采集模块10采用单激发梯度回波平面回波成像序列采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入卡波金气体期间组织内的血氧浓度随时间变化的图像序列。

[0042] 信号提取模块20用于从吸入卡波金气体前的血氧浓度随时间变化的图像序 列中提取得到吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号和从吸入卡波金气体期间的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号。为了能在低信噪比条件下提取BOLD对比度信号，该实施例中，信号提取模块20从采用单激发梯度回波平面回波成像序列采集的被试者吸入Carbogen气体前和吸入卡波金气体期间组织内的血氧浓度随时间变化的图像序列中提取得到吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间的随时间变化的BOLD对比度信号。其中，BOLD对比度信号与组织内氧浓度密切相关，氧浓度越大，BOLD对比度信号越强；氧浓度越小，BOLD对比度信号越弱。

[0043] 处理模块30用于将吸入卡波金气体前的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号作为基准信号，将吸入卡波金气体期间的随时间变化的血氧水平依赖对比度信号与该基准信号做时间减影，得到吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，再根据吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的血氧水平依赖对比度信号，得出吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线。处理模块30将吸入卡波金气体前的随时间变化的BOLD对比度信号作为基准信号，即参考信号。因吸入Carbogen气体前后，大血管中和正常组织内BOLD对比度信号相对变化很小，肿瘤组织内BOLD对比度信号强度相对变化较大，处理模块30将吸入Carbogen气体期间的随时间变化的BOLD对比度信号与吸入Carbogen气体前的随时间变化的BOLD对比度信号做时间减影可得到吸入Carbogen气体期间肿瘤组织内随时间变化的BOLD对比度信号，再利用BOLD对比度信号与氧浓度的密切关系，可根据肿瘤组织吸入Carbogen气体期间随时间变化的BOLD对比度信号得出相应的随时间变化的氧浓度曲线。

[0044] 优选的实施例中，处理模块30从吸入卡波金气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线中提取得到最大氧浓度值对应的时间段。随着时间变长，吸入Carbogen气体增加，肿瘤组织内的氧浓度渐渐达到饱和，某一时间段氧浓度不再变化，如此从随时间变化的氧浓度曲线中提取得到最大氧浓度值对应的时间段，便于医生把握进行肿瘤治疗的时机。 [0045] 上述测量肿瘤组织吸入卡波金气体后氧浓度的方法及系统，采用采集被试者吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间组织内的随时间变化的血氧浓度图像序列，并从图像序列中提取得到吸入Carbogen气体前和吸入Carbogen气体期间随时间变化的BOLD对比度信号，将吸入Carbogen气体期间的随时间变化的BOLD对比度信号与吸入Carbogen气体前的随时间变化的BOLD对比度信号做时间减影得到吸入Carbogen气体期间肿瘤组织内随时间变化的BOLD对比度信号，进而得到吸入Carbogen气体期间肿瘤组织内随时间变化的氧浓度曲线，如此准确的测量出氧浓度随Carbogen气体吸入时间的变化情况。 [0046] 另外，采用功能磁共振成像方法采集图像序列，无创且安全可靠；采用单激发梯度回波平面回波成像序列，采集图像序列并获取血氧水平依赖对比度信号，克服低信噪比的影响。

[0047] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。