DE60004491T2 - Steuerung von kontrastverbesserter bildgebung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Steuerung von kontrastverstärkten Bildverarbeitungen und insbesondere auf Geräte, Systeme und Verfahren zum Steuern einer Bildprozedur, bei der Kontrastmittel einem Patienten verabreicht werden.
  • Ultraschallabbildung erzeugt Bilder des Inneren des menschlichen Körpers durch Senden von Ultraschallenergie in den Körper und Analysieren der reflektierten Ultraschallenergie. Unterschiede in reflektierter Energie können sichtbar gemacht werden als Differenzen in Grauskala oder Farbe auf den ausgegebenen Bildern. Wie bei anderen medizinischen Bildverarbeitungen können Kontrastverstärkende Fluide (oft als Kontrastmedia bezeichnet) in den Körper zum Verstärken der Differenz in der reflektierten Energie injiziert werden, und dadurch wird der Kontrast vergrößert, der in dem Bild angezeigt wird (das heißt der Bildkontrast), das von dem Bediener betrachtet wird.
  • Für Ultraschallabbildung enthalten die meisten Kontrastmedia viele kleine Bläschen (manchmal als Mikrobläschen bezeichnet), die darin suspendiert sind. Die Differenz in der Dichte der Bläschen im Vergleich zu Wasser und somit ihre Differenz in der Schalldurchlässigkeit macht kleine Gasbläschen zu einem hervorragenden Mittel zum Streuen von Ultraschallenergie. Kleine feste Partikel können ebenfalls zum Streuen von Ultraschallenergie dienen. Solche Partikel sind typischerweise in der Größenordnung von 1 bis 10 μm (das heißt 10–6 bis 10–5 m) im Durchmesser. Diese kleinen Partikel können sicher durch das Gefäßbett gehen und durchqueren in manchen Fällen die Lungenzirkulation.
  • Kontrastmittel werden auch für Nichtgefäßanwendungen wie Beurteilung der Tubenöffnung in gynäkologischen Anwendungen benutzt.
  • Kontrastmedia, die zur Benutzung im Ultraschall geeignet sind, werden in einer Zahl von Formen geliefert. Einige dieser Kontrastmedia sind Pulver, zu denen Flüssigkeit gerade vor der Benutzung hinzugefügt wird. Die Pulverpartikel verursachen, dass Gasbläschen darum koagulieren. Das Pulver muss mit einer Flüssigkeit gemischt werden, und die Mischung muss mit gerade dem richtigen Betrag der Heftigkeit zum Erzielen der optimalen Erzeugung von Bläschen gerührt werden. Eine andere Art von Kontrastmedium wird in flüssiger Form geliefert, die hypo-barische Aktivierung oder Druckaktivierung verlangt. Eine dritte Art von Kontrastmedium ist eine Flüssigkeit, die heftig gerührt wird. Es gibt keine festen Partikel, die als Nuklei wirken, aber die Flüssigkeit ist eine Mischung von mehreren Flüssigkomponenten, die relativ stabile kleine Bläschen bilden. Eine vierte Art von Kontrastmedium benutzt "harte" Kugeln, die mit Gas gefüllt sind. Diese Kontrastmedia werden typischerweise als Pulver geliefert, das mit einer Flüssigkeit gemischt ist. Das Ziel ist es, die Kugeln in der Flüssigkeit zu suspendieren, ohne sie zu zerstören. Obwohl solche Kugeln eine Hülle haben, die hart im Vergleich mit einer Flüssigkeit ist, sind sie sehr klein und relativ zerbrechlich. Es ist ebenfalls möglich für die festen Partikel selbst, zum Streuen von Ultraschallenergie zu wirken, aber die akustischen Eigenschaften der festen Kugeln unterscheiden sich nicht sehr von Wasser wie von jenen von Gas. Die festen Partikel haben jedoch den Vorteil, dass sie sehr viel robuster und länger anhaltend sind.
  • Suspendierte oder dispergierte Einheiten wie Mikrobläschen (Flüssigkeit oder Gas), Mikrokugeln und feste Partikel, die zum Verstärken von Ultraschallbildkontrast geeignet sind, werden hierin im Folgenden als kontrastverstärkende Stoffe/Partikel bezeichnet. Mit diesen Stoffen gibt es mehrere Probleme einschließlich: (1) Variationen bei dem Darstellungsprozess (Mischen, Rühren, Druckaktivierung) können zu Variationen in der Mikrokugel- oder Partikelkonzentration führen, die die resultierende Bildverarbeitung beeinflusst; (2) einige Stoffe verschlechtern sich mit der Zeit nach der Darstellung, was bewirkt, dass die Konzentration der Mikrobläschen oder Partikel abnimmt; und (3) Mikrobläschenstoffe können auch negativ durch Druck vor oder während der Gabe beeinträchtigt werden, was Mikrobläschenzerstörung durch Zunahme von Gasdiffusionsraten oder Beschädigung der Einkapselhülle aus Liefer- oder Druckeffekten verursacht. Dieses kann auch die Mikrobläschenkonzentration beeinflussen.
  • Kontrastverstärkungsstoffe verstärken auch andere Moden der Ultraschallbildgebung. Wenn zum Beispiel die Mikrobläschen, Mikrokugeln oder Partikel entlang des Blutstromes getragen werden, wird die reflektierte Energie dopplerverschoben. Diese Dopplerverschiebung ermöglicht eine Schätzung der Geschwindigkeit des Blutflusses. Bläschen können auch erregt werden, so dass sie Ultraschallenergie bei einer harmonischen der einfallenden Ultraschallenergie strahlen. Diese harmonische Abbildung unter der Benutzung von Kontrastmedium kann zum Vergrößern der Wirksamkeit des Kontraststoffes benutzt werden.
  • Nach der Mischung/Darstellung, wie oben beschrieben wurde, wird das Kontrastmedium in eine Spritze oder einen anderen Behälter zum Injizieren in den Patienten aufgezogen. Typischerweise wird das Fluid in die Vene in dem Arm des Patienten injiziert. Das Blut verdünnt und trägt das Kontrastmedium durch den Körper einschließlich des Gebietes des Körpers, das abzubilden ist (das heißt, das Gebiet von Interesses oder ROI). Wie oben erwähnt wurde, kann das Kontrastmedium auch in andere Körperhol räume oder Gewebe injiziert werden, wie es für diagnostische oder therapeutische Tätigkeiten notwendig ist.
  • Es wird für einen Mikroprozessor gesteuerten Leistungsinjektor üblicher, zum Injizieren des Kontrastmediums benutzt zu werden. Die Benutzung solch eines Leistungsinjektors hat den Vorteil des Aufrechterhaltens eines konsistenten Flusses während einer langen Zeit, wodurch ein konsistenter Betrag von Kontrastmedium in den Blutstrom vorgesehen wird. Wenn es zu wenig Kontrastverstärkungspartikel pro Einheitsvolumen in dem Fluss gibt, gibt es eine unzureichende Bildverstärkung, und die Diagnose kann nicht gemacht werden. Wenn es zu viele kontrastverstärkende Partikel gibt, wird zuviel Energie reflektiert, was in Überstrahlung oder Sättigung des Ultraschallempfängers resultiert.
  • Somit muss es, obwohl ein Leistungsinjektor Kontrastmedium mit einer konstanten Flussrate injizieren kann, allgemein eine konstante Zahl von Kontrastverstärkungsstoffen pro Flüssigkeitsvolumen geben, das zum Vorsehen eines konstanten Bildkontraste injiziert wird. Da ein Gas deutlich weniger dicht als Wasser und andere Flüssigkeiten ist, steigen jedoch die Gasbläschen in einer Flüssigkeit. Die Rate des Anstieges bezieht sich auf den Durchmesser des Gasbläschens. Diese Dichtedifferenz sieht ein nützliches Werkzeug zum schnellen Trennen großer Bläschen vor, die während des anfänglichen Mischens erzeugt werden. Kleine Bläschen, die für Bildverstärkung gewünscht werden, steigen jedoch auch langsam. Feste Partikel auf der anderen Seite neigen dazu, sich abzusetzen oder zu sinken, da die meisten Festkörper dichter als Wasser sind. Viele Minuten können zwischen dem anfänglichen Mischen des Kontrastmediums und der Injektion in den Patienten ablaufen, oder die Injektion selbst kann mehrere Minuten in der Dauer sein. Wenn die Konzentration der Partikel sich ändert, wird der Bildkontrast verschlechtert, wie oben erwähnt wurde.
  • Es gibt auch viele andere Gründe, warum die Zahl der Kontrastverstärkungsstoffe pro Volumen eines bestimmten Kontrastmediums (und dadurch der Bildkontrast) während eines Injektionsvorganges variieren kann. Zum Beispiel braucht die anfängliche Mischung nicht in einer homogenen Dispersion oder Suspension resultiert zu haben. Entsprechen können Bläschen oder Mikrokugeln von gewissen Kontrastmedia unter Bedingungen zerstört werden, die beim Mischen/Darstellen, Lagern oder Liefern der Kontrastmedia erlitten werden.
  • Aus dem US-Patent 5 840 026 kann ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 entnommen werden. Das Medium wird zu dem Rührmechanismus durch Messpumpen geliefert, die durch die Verarbeitungseinheit gesteuert werden. Der Rührmechanismus liefert das Medium durch ein Rückschlagventil und einen Fluidsicherstellungssensor zu einer Druckpumpe für Injektion.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Konzentration von kontrastverstärkenden Stoffen zu steuern, die einem Patienten bei einer Ultraschallbildprozedur geliefert werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gerät nach Anspruch 1.
  • Die vorliegende Erfindung sieht Geräte zum Liefern eines Mediums mit zum Beispiel ultraschallkontrastverstärkenden Stoffen darin für einen Patienten vor. Die vorliegende Erfindung enthält eine Druckeinheit wie eine Pumpe zum Unterdrucksetzen des Mediums, einen Fluidpfad, der die Pumpe mit dem Patienten verbindet, und einen Sensor in Kommunikation mit dem Fluidpfad.
  • Bei einer Ausführungsform enthält die vorliegende Erfindung ein Gerät zum Liefern eines Mediums mit kontrastverstärkenden Stoffen darin in einen Patienten. Das Gerät enthält einen Behälter zum Halten des Mediums, eine Druckvorrichtung zum Unterdrucksetzen des Mediums in dem Container, einen Fluidpfad, der die Druckvorrichtung mit dem Patienten verbindet, und einen Sensor in Kommunikation mit mindestens einem von dem Behälter, der Druckvorrichtung oder dem Fluidpfad. Der Sensor ist zum Messen einer Eigenschaft der kontrastverstärkenden Mittel betreibbar.
  • Die Eigenschaften, die durch den Sensor gemessen werden können, enthalten, sind aber nicht darauf begrenzt, Konzentration und Größenverteilung. Weiter kann zum Beispiel die Konzentration der kontrastverstärkenden Mittel durch den Sensor vor oder während der Injektion des Mediums in den Patienten gemessen werden.
  • Der Sensor misst die Eigenschaften der kontrastverstärkenden Stoffe zum Steuern der Darstellung des Mediums, des Lieferns des Mediums und/oder einer Bildprozedur, die in Zusammenhang mit der Lieferung des Mediums ausgeführt wird.
  • Das Kontrastmedium enthält kontrastverstärkende Stoffe, die mit der Energie wechselwirken, die in dem Körper zum Erzeugen des Bildes gestrahlt wird. Die Energie kann Ultraschall oder Elektromagnetismus sein. Allgemeine elektromagnetische Energien enthalten Röntgenstrahlen und Licht. Die kontrastverstärkenden Stoffe enthalten, sind aber hier nicht darauf begrenzt, Mikrobläschen – mit oder ohne festem Kern oder Nukleus, Mikrokugeln mit relativ starren Hüllen, die mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sind, Liposome mit relativ flexiblen Hüllen, die mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sind, feste Mikropartikel oder Mikrokugeln einer Flüssigkeit, die nicht mit der Flüssigkeit in dem Kontrastmedia mischbar sind. Jedes Kontrastmedium, das zwei nicht mischbare Materialien beinhalten, kann von dieser Erfindung profitieren. Kontrastmedia, bei denen die Moleküle des kontrastverstärkenden Materiales in der Flüssigkeit der Kon trastmedia gelöst sind, können von dieser Erfindung zu dem Ausmaß profitieren, dass sie aus zwei verschiedenen Phasen gemischt sind, oder zu dem Ausmaß, dass sie sich während des Lagerns oder der Benutzung trennen können.
  • Die vorliegende Erfindung enthält weiter bevorzugt eine Kommunikationseinheit zum Übertragen von Daten entsprechend der gemessenen Konzentration oder anderer Eigenschaften der kontrastverstärkenden Stoffe. Eine Benutzerschnittstelle (zum Beispiel eine Anzeigeeinheit enthaltend) in kommunikativer Verbindung mit der Kommunikationseinheit kann zum Vorsehen der Konzentration oder anderer Daten für einen Bediener benutzt werden. Die Benutzerschnittstelle kann auch zum Eingeben von Daten durch den Bediener ausgelegt sein.
  • Die vorliegende Erfindung enthält auch eine Verarbeitungseinheit in kommunikativer Verbindung mit der Kommunikationseinheit. Diese Verarbeitungseinheit enthält bevorzugt eine Steuereinheit, die zum Übertragen eines Steuersignales auf der Grundlage von mindestens im Teil über die Konzentration oder anderer Daten, die von der Kommunikationseinheit empfangen sind, ausgelegt ist.
  • Die vorliegende Erfindung kann eine Pumpensteuerung zum Steuern des Unterdrucksetzens des Injektionsmediums enthalten. Die Pumpensteuerung ist bevorzugt in kommunikativer Verbindung mit der Verarbeitungseinheit, so dass der Betrieb der Pumpensteuerung auf das Steuersignal von der Verarbeitungseinheit reagiert (das heißt dadurch gesteuert ist).
  • Die vorliegende Erfindung enthält weiter bevorzugt eine Bildeinheit wie eine Ultraschallabtasteinheit zum Erzeugen eines kontrastverstärkten Bildes des Patienten. Die Bildeinheit ist bevorzugt in kommunikativer Verbindung mit der Verarbei tungseinheit, so dass der Betrieb der Bildeinheit von dem Steuersignal von der Verarbeitungseinheit abhängt oder dadurch gesteuert wird. Die Bildeinheit kann auch zum Übertragen eines Signales entsprechend den Eigenschaften des Bildes zu der Verarbeitungseinheit so angepasst sein, dass andere Liefertätigkeiten auf der Grundlage des Signales von der Bildeinheit gesteuert werden können.
  • Die vorliegende Erfindung enthält weiter einen Rührmechanismus zum Rühren des Mediums vor oder während der Injektion des Mediums. Der Rührmechanismus ist in kommunikativer Verbindung mit der Verarbeitungseinheit, so dass der Betrieb des Rührmechanismus auf das Steuersignal reagiert oder dadurch gesteuert wird, dass von der Verarbeitungseinheit empfangen wird.
  • In dem Fall zum Beispiel, dass die kontrastverstärkenden Stoffe Mikrobläschen oder Mikrokugeln aufweisen, die in dem Medium suspendiert sind, kann die vorliegende Erfindung weiter einen Konzentrationsregulator des kontrastverstärkenden Stoffes enthalten, der zum Verdünnen, Beschädigen oder Zerstören eines gesteuerten Abschnittes von Mikrobläschen oder Mikrokugeln zum Steuern der Konzentration davon betreibbar ist. Der Bläschenkonzentrationsregulator ist bevorzugt in kommunikativer Verbindung mit der Verarbeitungseinheit, so dass der Betrieb des Bläschenkonzentrationsregulators von dem Steuersignal von der Verarbeitungseinheit abhängt oder dadurch gesteuert wird.
  • Bekannte und wiederholbare Konzentration von kontrastverstärkenden Stoffen wie Mikrobläschenstoffen ist wichtig von Darstellung zu Darstellung von Kontrastmedia zum Erzielen konsistenter Bildresultate. Die vorliegende Erfindung kann in Zusammenhang mit einem Injektionssystem (automatisch oder manuell) zum Messen der Konzentrations- und/oder Größenverteilung solcher kontrastverstärkenden Stoffe vor oder während der Injekti on betrieben werden. Die resultierende Information/das Signal über Stoffkonzentration und/oder Größenverteilung kann zum Beispiel zum Korrigieren von Bildern zu Diagnostikzwecken benutzt werden oder in Echtzeit mit einem automatisierten Injektionssystem zum dynamischen Steuern von Flussrate und genauerem Steuern von Stofflieferung und der Gefäßkonzentration des Stoffes benutzt werden. Konzentrations- und/oder Größenverteilungsinformation kann auch zum Steuern der Mikrobläschenkonzentration und/oder Größe in dem Lieferpfad benutzt werden entweder durch Mischen oder gesteuerte Bläschenregulierung/Zerstörung, bevor der Stoff in den Patienten injiziert wird. Durch Liefern bekannter Konzentrations- und Größenverteilungen der Stoffe kann der Zeitablauf der Verstärkung beobachtet werden, was den Weg zum Messen der Dosisreaktion und zum Anzeigen von Verdünnungen von Anwendungen von Ultraschallkontrast öffnet. Zuletzt können die Messungen benutzt werden zum Anzeigen, ob ein Verstärkungsstoff beschädigt worden ist oder unwirksam sein kann, wodurch eine nutzlose oder unteroptimale Bildprozedur vermieden wird.
  • Die vorliegende Erfindung und ihre zugehörigen Vorteile werden weiter unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen verstanden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt eine Ausführungsform eines Konzentrationsmesssystemes eines Kontrastverstärkungsstoffes dar, die nicht die Erfindung darstellt aber notwendig für ihr Verständnis ist.
  • 2 stellt eine Ausführungsform eines Liefersystemes der vorliegenden Erfindung dar.
  • 3 stellt eine Ausführungsform eines Fluidpfadelementes dar, das zum optimalen Übertragen von Energie zu dem Fluid zum Messen der Mikropartikelkonzentration angepasst ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Viele Verstärkungsstoffe enthalten typischerweise eine Mikrobläschenkonzentration in der Größenordnung von ungefähr 1×108 bis 1×109 Partikel/ml. Die mittlere Bläschengröße für gegenwärtig verfügbare transpulmonare Stoffe reichen typischerweise von ungefähr 2 bis 10 μm. Mikrobläschenkonzentration und Größenverteilung beeinflussen die erzielte Bildverstärkung. Die gegenwärtigen Erfinder haben entdeckt, dass gewisse Techniken wie optische und Ultraschalltechniken zum Messen von Kontrastverstärkungsstoffkonzentration und/oder Größenverteilung zum besseren Steuern verschiedener Aspekte der Tätigkeit des Kontrastliefersystemes benutzt werden können.
  • 1 stellt ein System 10 mit einer Spritze 20 und einer Verbindungsröhre 30 als Teil des Fluidpfades dar. Wie es für den Fachmann klar ist, ist es jedoch möglich, die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung auf jede Art von Fluidliefersystemen (zum Beispiel peristaltische Pumpe, Tropfbeutel, Zahnradpumpe usw.) anzuwenden, ob sie automatisch oder manuell betätigt sind.
  • In 1 enthält die Spritze 20 das Kontrastmedium/die Verstärkungsstoffe einschließlich Bläschen 40 und enthält einen bewegbaren Kolben 50 zum Unterdrucksetzen des Kontrastmediums. Die Verbindungsröhre 30 liefert das Fluid von der Spritze 70 zu der Injektionsstelle an dem Patienten, typischerweise durch einen intravenösen Katheter. Die Verbindungsröhre 30 kann an der Spritze 20 mit einer Verbindungsvorrichtung wie eine Luer-Verbindung (nicht gezeigt) angebracht sein. Die Spritze 20 und die Verbindungsröhre 30 sind bevorzugt steril zum Verhindern von Biokontamination oder Infektion des verbundenen Patienten.
  • Ein Sensor zum Beispiel einschließlich eines Ultraschallemitters 60 ist bevorzugt an der Wand der Verbindungsröhre 30 zum Beschallen der Inhalte der Verbindungsröhre 30 mit Ultraschallenergie angebracht. Da es bevorzugt ist, einen zuverlässigen Kontakt mit der Wand der Verbindungsröhre 30 zu bilden zum Übertragen der Ultraschallenergie, wird ein angefertigter gegossener Abschnitt des Fluidpfades benutzt, wie im einzelnen unter Beziehung auf 3 erörtert wird. Es ist auch möglich für Elemente des Sensors, dass sie mit der Verbindungsröhre integriert sind oder als Teil eines Wegwerfelementes innerhalb des Fluidpfades.
  • In dieser Ausführungsform enthält der Sensor auch einen Ultraschallempfänger 70, der auf der Seite der Verbindungsröhre 30 gegenüber dem Emitter 60 positioniert ist, zum Empfangen der ausgestrahlten Ultraschallenergie. Der Emitter 60 und der Empfänger 70 können auch als eine einzelne Einheit kombiniert werden, die zum Beispiel auf der Verbindungsröhre 30 angeklemmt ist. Diese Anordnung wird zum Betrieb in einem Übertragungsmodus aufgebaut. Die Funktionen des Emitters 60 und des Empfängers 70 können auch durch eine einzelne Einheit durchgeführt werden, die in einem reflektierenden Modus tätig ist. Der reflektierende Modus ist grundsätzlich, wie Ultraschallbildeinheiten tätig sind. Ein zweiter Emitter 80 kann zum Beschallen des Fluidpfades benutzt werden, um einen Vorteil aus Resonanzeffekten der Schwebungsfrequenz von Mikrobläschen 40 (im Einzelnen weiter unten beschrieben) zu ziehen. Oder das Element 80 könnte als ein Empfänger zum Empfangen einiger der gestreuten Energie tätig sein.
  • Ein Signalprozessor 90 (zum Beispiel mit einem Mikroprozessor) kann die übertragenen Ultraschallsignal(e) erzeugen, das empfangene Signal verstärken, die Konzentration des Stoffes 40 be stimmen, indem die Anordnung, die benutzt wird, in Betracht gezogen wird, und ein Steuersignal zu zum Beispiel einem angebrachten Leistungsinjektor 100 und/oder einer Bedieneranzeige 110 vorzubringen. Das Steuersignal kann auf verschiedene Weisen benutzt werden. Ein Weg ist es, die Flussrate der Injektion ml/sec zu erhöhen, wenn die Konzentration der Partikel in dem Medium abnimmt, so dass eine konstante Zahl von Partikeln pro Sekunde geliefert wird.
  • Mehrere verschiedene Arten oder Modi von Sensoren oder Übertragungs-/Empfangskopplungen sind möglich zur Benutzung bei der gegenwärtigen Erfindung in Abhängigkeit von den Elementen, die in dem System enthalten sind. Mehrere Konfigurationen oder Betriebsmodi werden unten zu darstellenden Zwecken beschrieben.
  • Transmissionsbetrieb
  • Transmissionsbetrieb ist geeignet zur Benutzung mit kontrastverstärkenden Stoffen, die feste Partikel enthalten oder Ultraschallabschwächung als Funktion von Bläschenkonzentration und/oder Größenverteilung zeigen. Bei dieser Konfiguration wird die Ultraschallenergie von einem Ultraschallemitter ausgestrahlt, und die ausgestrahlte Energie wird direkt quer über den Fluidpfad mit einem Ultraschallempfänger 70 empfangen. Das Vorhandensein von Mikrobläschen 40 streut einiges der ausgestrahlten Energie, so dass nur ein Teil der ausgestrahlten Energie in Abhängig von der Mikrobläschenkonzentration empfangen wird. (In 3 werden die Strahlen 119, 120 und 121 gestreut. Der Strahl 122 wird durchgelassen.) Die Abnahme in der Durchlässigkeit wird auch als Strahlabschwächung bezeichnet. Zum Verstärken der Stoffe, die feste Partikel enthalten, absorbieren zusätzlich zu der Streuenergie die Partikel auch Energie, was durch einen Mechanismus auftritt, der als "Relativbewegung" bezeichnet wird. (Dieses ist in 3, Strahl 123 ge zeigt.) Die Änderung der Abschwächung, die durch Relativbewegung verursacht wird, nimmt linear mit der Partikelkonzentration und dem Quadrat der Dichtedifferenz zwischen dem Partikel und dem umgebenden Medium zu. Parker, K.J. u.a. "A Particulate Contrast Agent with Potential for Ultrasound Imaging of Liver", Ultrasound in Medicine and Biology, Bd. 13, Nr. 9, S. 555, 561 (1987).
  • Die sendenden und empfangenden Elemente können physikalisch so aneinander so angebracht werden, dass das Röhren- oder andere Fluidpfadelemente zwischen den zwei Elementen gesichert werden kann. Alternativ könnten die zwei Elemente auf einer Aufklemmanordnung platziert werden, die auf der Röhre aufgeklemmt wird.
  • Die Ultraschallsignalintensität des Emitters 60 ist ausreichend zum Messen von Änderungen in der Durchlässigkeit oder Reflektion/Antwort, aber nicht so groß, dass Mikrobläschen 40 durch übermäßige Energie von dem Sender des Emitters 60 beschädigt werden. Andererseits kann die Messung selbst die Mikrobläschenkonzentration des Mediums beeinflussen. Wenn jedoch gewünscht wird, kann der Emitter 60 mit ausreichender Leistung zum selektiven Zerstören von Mikrobläschen 40 zum Steuern der Konzentration davon betätigt werden.
  • Reflektierende Rückstreutätigkeit
  • Bei dieser Technik wird die reflektierte Rückstreuung von der ausgestrahlten Ultraschallenergie zum Bestimmen der Mikrobläschenkonzentration gemessen. Ultraschallenergie wird ausgestrahlt, und der Betrag der Rückstreuung, der empfangen wird, wird gemessen. In 3 wird der Strahl 119 zurückgestreut. Ultraschallenergie kann durch das gleiche Element gestrahlt und empfangen werden, ein Ultraschallsender/Empfängerwandler. Die ser Modus ist ähnlich aber viel einfacher als die durch Ultraschallscanner benutzte Konfiguration. Nur ein einzelnes Sende/Empfangselement wird benötigt, und es gibt kein Scannen des Elementes entweder durch die physikalische Bewegungs- oder Phasenarraytechnik. Der Betrag der Rückstreuung, die von der ausgestrahlten Energie empfangen wird, wird durch den Signalprozessor 90 gemessen zum Bestimmen der Konzentration der Mikrobläschen 40 in dem Stoff. Wenn viele Bläschen 40 vorhanden sind, ist das Niveau der Rückstreuenergie hoch. Der Betrag der Rückstreuung, der vorhanden ist, ist eine Funktion einer Zahl von Parametern einschließlich zum Beispiel der Flüssigkeit der Bläschengröße und der Frequenz der Ultraschallenergie, die benutzt wird, zusätzlich zu der Bläschenkonzentration.
  • Die Fähigkeit einer Substanz, Rückstreuung von Ultraschallenergie zu bewirken, hängt auch von einer Zahl von anderen Eigenschaften der Substanz wie ihre Fähigkeit, komprimiert zu werden, ab. Verschiedene Substanzen werden verglichen unter Benutzung eines speziellen Maßes der Fähigkeit einer Substanz, Rückstreuung zu verursachen, was als "Streuquerschnitt" bekannt ist. Der Streuquerschnitt einer speziellen Substanz ist proportional zu dem Radius des Streuers und hängt auch von der Wellenlänge (d.h. 1/Frequenz), der Ultraschallenergie und von anderen physikalischen Eigenschaften der Substanz ab. Siehe US-Patent 5,611,344. Wenn viele Bläschen 40 vorhanden sind, ist das Niveau der Rückstreuenergie hoch.
  • Der Betrieb in einem reflektierenden Rückstreumodus hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Dopplerverschiebung von den sich bewegenden Bläschen gemessen werden kann, wenn der Vektor des Einfallens der Ultraschallenergie eine ausreichend große Komponente in der Richtung des Fluidflusses aufweist. Dieses sieht dann eine Messung der Flussrate vor. Dieses Information kann nützlich für die Flussratensteuerung in Pumpen, die nicht auf Spritzen basieren, und zum Erfassen von Bedingungen wie eine Fluidblockade oder ein Flussstillstand sein.
  • Reflektierender harmonischer Betrieb
  • Eine reflektierende harmonische Betriebskonfiguration ist ähnlich zu der Konfiguration, die für reflektierte Rückstreutätigkeit benutzt wird, nur werden die Media mit einer Frequenz beschallt, und die Rückstreuung wird bei einer Harmonischen oder einer Kombination von Harmonischen der ausgestrahlten Frequenz empfangen. (Eine Harmonische einer Frequenz f ist ein ganzzahliges Vielfach von f.) In Abhängigkeit von ihrer Größe sind bei einigen Frequenzen die Mikrobläschen 40 in Resonanz mit dem angelegten Ultraschallfeld. Die Bläschen 40 wachsen größer und/oder werden kleiner beim Mitschwingen mit den Oszillationen des Druckes, die durch den einfallenden Schall verursacht werden. Bei Energieniveaus hoch genug enthält die Resonanzoszillation in dem Ultraschallfeld nicht lineare Bewegung der Bläschenwand. Diese nichtlineare Bewegung erzeugt harmonische Klänge, die durch einen Ultraschallwandler erfasst werden können.
  • Harmonische Modenabbildung wird benutzt mit einigen Verstärkungsstofufen, die eine unterschiedene und relativ große Antwort an harmonischen von einigen Erregungsfrequenzen zeigen. Mit dieser Konfiguration weist das Übertragungselement bevorzugt eine ausreichende Bandbreite zum Ausstrahlen und Empfangen von harmonischen und ausreichende Empfindlichkeit zum Erfassen der harmonischen Antwort auf. Es kann bevorzugt sein, ein getrenntes Aussende- und Empfangselement bei dieser Ausführungsform zu haben, die an die Aussende- bzw. Empfangsfrequenz angepasst sind. Zusätzlich ist es möglich, Information über Bläschenkonzentration als eine Funktion der Bläschengröße in einer Flüssigkeit durch Durchlaufen der Aussendefrequenz und Beobachten der harmonischen Antwort über einen Bereich von Frequenzen zu sammeln. Die Amplitude der harmonischen Antwort bezieht sich auf die Konzentration der Bläschen einer bestimmten Größe, da die Resonanzfrequenz eines individuellen Bläschens eine Funktion seiner Größe ist. Dieses kann insbesondere nützlich zur Benutzung mit harmonischen Abbildungen oder Medikamentlieferanwendungen sein.
  • Konfigurationen, die auf Rückstreu- oder harmonische Messtechniken beruhen, können geeigneter für Stoffe sein, die ein Mikropartikelsubstrat für die Mikrobläschen enthalten (zum Beispiel LevovistTM, das von Schering AG in Berlin, Deutschland erhältlich ist). Da das Substrat noch vorhanden sein kann, nachdem die Bläschen zerstört sind, können Rückstreutechniken, die nach einer Antwort von den Bläschen schauen, eine bessere Anzeige der Bläschenkonzentration als Durchlassverfahren sein, die durch feste Partikel in dem Stoff beeinflusst werden.
  • Reflektierender Schwebefrequenzbetrieb
  • Reflektierender Schwebefrequenzbetrieb enthält das Erfassen von nichtlinearen Summen und Differenzen von Schwebefrequenzen, die durch Mikrokugeln erzeugt werden, wenn zwei auftreffende Signale mit identischen Frequenzen durch Mischen kombiniert werden. Siehe U5-Patent 5,601,086. Die Technik wird auf Mikrokugelkonzentration in einem Körperfluid oder in einem allgemeinen Fluid angewendet.
  • Es wird Bezug genommen auf 3, die ausgestrahlte Energie von dem Ultraschallemitter 60 wird durch die Verbinderröhre 30 zu dem Fluid gerichtet. Ein zweiter Emitter 80 wird zum Ausstrahlen von Energie an dem gleichen Bereich mit einer zweiten Frequenz benutzt, die auch eine ungefähre Resonanzfrequenz der Mikrokugeln ist. Die Mikrokugeln wechselwirken miteinander und emittieren die Summe und die Differenz der zwei Frequenzen. Der Empfänger 70 wird benutzt zum Erfassen der Summe und der Differenzfrequenz, die eine Funktion der Mikrobläschenkonzentration ist.
  • Optischer Diffusionusansatz
  • Ein anderer Betriebsansatz ist das Erfassen von Änderungen in der Mikrobläschenkonzentration durch eine optische Diffusionsmessung. Bei dieser Anwendung kann elektromagnetische Strahlung vieler Wellenlängen (Frequenzen) selbst bis herab zu Gleichstrom benutzt werden. Wie mit Ultraschall ist optische Streuung eine Funktion der Zahl von Partikeln und ihrer effektiven Querschnittsstreufläche. 3 kann wieder für diese Erörterung benutzt werden. Ein kollimierter Lichtstrahl von einer optischen Quelle oder Emitter 60 wie eine Laserdiode oder eine andere lichtemittierende Einrichtung kann durch einen relativ durchsichten Adapter 35 an eine Röhre oder einen Behälter (Segment des Fluidpfades) gekoppelt werden, die mit dem Verstärkungsstoff gefüllt sind. Die optische Diffusion oder Streuung kann mit einem optischen Sensor/Empfänger gemessen werden, der zu dem Behälter orientiert ist, wie ein Phototransistorelement 70 oder 80. Der Phototransistor kann mit dem Eingang eines Verstärkers (nicht gezeigt) verbunden sein zum Erzielen eines nutzbaren Ausgangssignals hohen Pegels.
  • Für optische Streumessungen kann der optische Sensor 80 senkrecht zu dem Strahl von der optischen Quelle 60 so orientiert sein, dass die Energie von dem direkten Strahl nicht gemessen wird und nur die gestreute Komponente gemessen wird. Die benutzte Kammer ist bevorzugt so durchsichtig wie möglich, dass keine zusätzliche Diffusion oder reflektierende Spiegeleffekte von ihrer inneren Oberfläche eingeführt werden. Zum Ausschließen von möglichen Rauscheffekten von umgebenden Lichtquellen sind die optische Quelle und der Sensor bevorzugt mit einem Einschluss zum Absorbieren von reflektiertem Licht darin abgeschirmt. Alternativ kann die optische Quelle pulsiert sein, und der Empfänger kann ein Zerhackerverstärker sein, der auch als ein synchronisierter Verstärker bekannt ist, zum Messen kleiner Änderungen in der Diffusion und zum Zurückweisen von Messvariationen von Umgebungsquellen. Ebenfalls ist es unter Benutzung beider Detektoren 70 und 80 möglich, das Verhältnis des gestreuten zu dem durchgelassenen Lichtes aufzunehmen und unabhängig von Variationen in der Intensität der Lichtquelle zu bleiben. Dieses ist wichtig, da Lichtquellen allgemein mit der Zeit nachlassen und mit Stromversorgungsvariationen strukturieren.
  • Mehrere andere Verfahren sind möglich zum Ausführen von Konzentrationsmessungen oder Partikelgrößenmessungen für kleine Stoffe in einer Suspension. Diese Verfahren enthalten Laserreflektions-, Beugungs-, Trübheits- und Photomigrationsansätze.
  • Für Partikelsubstratmikrobläschenstoffe wie Levovist wird geglaubt, dass es einige Basiskomponenten der Streuung, die aus dem Partikelsubstrat in der Mischung herrühren, und einiges Zusätzliches Streuen, das von den Mikrobläschen herrührt, die an dem Substrat anhaften, gibt, wenn die Bläschen in die umgebende Flüssigkeit diffundieren oder zerstört werden, können sich die optischen Diffusionseigenschaften der Media ändern. Es kann möglich sein, eine geeignete Schätzung der Mikrobläschenkonzentration zu erhalten, indem nur die Konzentration der Substratpartikel durch Streumessungen gemessen wird. Für Stoffe, die relativ hoch in der Partikel- und Mikrobläschendichte sind, kann es notwendig sein, einen durchsichtigen Behälter zu benutzen, der relativ kleine Abmessungen aufweist, so dass das gestreute Licht nicht durch das umgebende Volumen der Media wieder absorbiert wird. Eine andere Lösung ist das Verdünnen der Media durch einen bekannten Betrag zum Verringern des Grades der optischen Streuung, die auftritt, oder das Erhöhen der Intensität der optischen Quelle. Es kann auch möglich sein, Mikrobläschenkonzentrationsänderungen durch Änderungen der Durchlässigkeit oder der optischen Dichte der Media zu messen. Dieser Ansatz benötigt eine optische Pfadlänge durch die Media, der lang genug ist für Änderungen in der optischen Dichte, so dass sie erfasst werden, aber kurz genug ist, so dass eine Signale für die Messung durchkommen.
  • Fluoroszenz der Mikropartikel ist ein anderer Mechanismus, der zum Messen der Konzentration der Mikropartikel benutzt werden kann. Elektromagnetische Strahlung von einer Wellenlänge wird in das Fluid ausgestrahlt, und Emissionen einer anderen Wellenlänge wird durch die Mikropartikel emittiert.
  • Die oben offenbarten Verfahren übertragen Energie in das Fluid und messen die Durchlässigkeit und/oder Reflektion von der Energie an einer Position. 3 stellt diese Modi der Messung im Allgemeinen dar. In 3 ist das Element 60 die Quelle der Energie (Ultraschall oder Elektromagnetische Energie). Die Energie kann von Elementen 70 und/oder 80 und/oder 60 empfangen werden. Das Element 35 koppelt die Energie auf wiederholbare Weise in das Fluid. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Element 35 spritzgegossen, so dass es genaue und wiederholbare Abmessungen aufweist. Normalerweise ist eine stranggepresste Röhre nicht typischerweise wiederholbar genug, obwohl Präzisionsstrangpresstechniken möglich sind. Alternativ können verschiedene Pfade (wie sowohl 60 bis 70 und 60 bis 80 benutzen) zum Kompensieren von Strangpressvariabilität benutzt werden. Das Element 35 kann zum Beispiel in den Hals einer Spritze gegossen werden oder kann Teil des Verbinders an beiden Enden der Röhre sein, die zum Leiten des Fluids zu dem Patienten benutzt wird. Es kann auch möglich sein, einfach das Gus selement 35 um die Fluidpfadröhre 30 einzufügen. Ein bevorzugtes Material für das Element 35 ist Polykarbonat, das klar und leicht spritzgießbar ist. Zur Ultraschallübertragung kann Polypropylen ebenfalls benutzt werden.
  • Liefersystem mit kontrastverstärkenden Stoffkonzentrationsmessung und Betriebssteuerung
  • 2 stellt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Liefersystemes 210 zum Liefern von kontrastverstärkenden Stoffen (zum Beispiel einer Suspension von Bläschen 220 in einem Fluid) zu einem Patienten 230 dar, Bei dieser Ausführungsform treibt eine Spritze oder ein Druckgefäß 240 Fluid durch einen Fluidpfad 250. Der Fluidpfad 250 kann durch einen Konzentrationsregulator 260 für Bläschen- oder Kontrastverstärkungsstoff gehen, der die Verstärkungseigenschaften des Stoffes durch zum Beispiel selektives Zerstören von Bläschen 220 beeinflusst. Die Bläschen 220 können zum Beispiel durch Beschallen des Fluids mit Ultraschallenergie zerstört werden, die lokale Temperatur- oder Druckänderungen in den Media erzeugen, oder durch mechanisches Rühren.
  • Die. Fähigkeit, Mikrobläschen in dem Fluidpfad zu zerstören, eröffnet die Möglichkeiten, die Steuerung des Bildprozesses zu verbessern. Wie oben erörtert wurde, können Bläschen durch Beschallen des Stoffes mit ausreichender Ultraschallenergie zerstört werden, insbesondere wenn die Energie an einer Resonanzfrequenz der Bläschen von Interesse ist. Da mechanische Resonanz einer Bläschenwand eine Funktion der Bläschengröße ist, kann es möglich sein mit der geeigneten Leistungs- und Frequenzeinstellung selektiv die Konzentration von Bläschen einer bestimmten Größe zu verringern. Solche selektive Zerstörung ermöglicht die Steuerung der Bläschengrößenverteilung. Mikrobläschen können in dem Fluidpfad als Teil einer Strategie zum Auf rechterhalten einer konstanten Stoffkonzentration zerstört werden.
  • Der Fluidpfad 250 setzt sich durch einen Konzentrationssensor 270 ähnlich zu dem in Zusammenhang mit 1 beschriebenen fort und setzt sich dann durch eine Patientenschnittstelle 280 zu einer Injektionsstelle am Patienten 230 fort. Der Ausgang des Sensors 270 geht zu einer Verarbeitungseinheit 290, die zum Beispiel eine Konzentrationsmess- und Signalverarbeitungseinheit 294 zum Vorsehen von Konzentrationsdaten zur Benutzung durch das Liefersystem 210, und ein elektronisches Steuersystem 296 enthalten kann. Ein Signal entsprechend den Konzentrationsdaten kann von dem Steuersystem 296 zu jeder Zahl von Vorrichtungen in dem Liefersystem 210 gesendet werden, einschließlich zum Beispiel einer Bildeinheit wie ein Ultraschallscanner 300. Das Steuersignal kann zum Beispiel zum Einstellen des Bildes (zum Beispiel durch Vergrößern oder Verkleinern der Verstärkung) zum Vorsehen von Konzentrationsinformation als Teil einer Dokumentation und/oder zum Unterstützen der Diagnose während der Bildverarbeitung benutzt werden. Information wird bevorzugt von der Bildeinheit 300 zu dem Steuersystem 296 oder der Verarbeitungseinheit 290 zum Steuern anderer Vorrichtungen wie ein Rührmechanismus 310 (einschließlich eines mechanisches Rührwerkes 314), der die Konzentration von Partikeln in dem Fluid homogenisiert, einer Leistungsinjektionsteuereinheit 320 und einem Konzentrationsregulator 260 gesendet. Wenn der Rührmechanismus ausreichend heftig genug betätigt wird, könnte die Konzentration von Teilchen in dem Fluid sogar vergrößert werden.
  • Jetzt zur Verfügung stehende kommerzielle Stoffe benötigen eine Art von Rühren oder Mischen zur Darstellung. Diese enthalten sind aber nicht begrenzt auf: AlbunexTM und OptisonTM, die von Molecular Biosystems, Inc. in San Diego, CA erhältlich sind, und Levovist.
  • Die Konzentrationsmesstechniken der vorliegenden Erfindung können während der anfänglichen Darstellung des Mediums oder während eines Injektionsvorganges zum Bestimmen, ob das Rühren, die Darstellung ausreichend ist, oder als Rückkopplung zur Rühr- oder Mischsteuerung benutzt werden. Einige Stoffe wie Levovist sind bekannt, während der Zeit auszufallen oder zu trennen bei einigen der der höheren Konzentrationen (zum Beispiel 400 mg/ml). Konzentrationsmesstechniken können zum Beispiel benutzt werden zum Erfassen solcher Trennung und zum Neustarten verstärkten Rührens zum Unterstützen, dass die Ausscheidungseffekte verringert werden.
  • Andere Stoffe wie EchoGenTM, die von SONUS Pharmaceuticals, Inc. in Bothell, Washington erhältlich sind, benötigen hypo-barische (Druck-)Aktivierung vor der Benutzung. Typischerweise wird der Stoff in eine Handspritze gesetzt, der Fluidpfad wird abgedichtet und der Kolben wird zurückgezogen und plötzlich freigegeben, wodurch ein Druckübergang innerhalb der Media erzeugt wird. Während dieses Vorganges wandelt sich die Perfluorkomponente in dem Stoff in sehr kleine Tröpfchen (200 bis 600 nm) und Mikrobläschen um. Wenn dieser Vorgang nicht ausreichend durchgeführt wird, kann die Bildverstärkung verschlechtert werden und die Patiententoleranz kann abnehmen. Mikrobläschen- und/oder Tröpfchenkonzentration kann nach der Druckaktivierung für diese Einheiten gemessen werden, um sicherzustellen, dass der Stoff richtig dargestellt wurde, und zum Liefern von Information über die verbleibende Kontrastverstärkungsstofflebensdauer nach Aktivierung.
  • Der Konzentrationssensor 270 oder eine Mehrzahl von Sensoren können irgendwo in dem Fluidlieferpfad von zum Beispiel der An bringung des Zylinders der Spritze oder des Druckgefäßes 240 bis zu der Patientenschnittstelle 280 angeordnet werden. Die Anbringung eines Konzentrationssensors an der Spritze oder einem Speicherbehälter, in dem die Vorbereitung des Kontrastmediums auftritt, kann zum Beispiel die Messung des kontrastverstärkenden Stoffkonzentration während der Darstellung des Kontrastmediums ermöglichen unabhängig von dem Modus oder dem Mechanismus der anfänglichen Darstellung (zum Beispiel einschließlich hypo-barischer Darstellung oder einfaches Rühren). Wenn der Konzentrationssensor 270 nahe der Patienteninjektionsstelle an dem Ende des Fluidpfades 250 angeordnet ist, nahe der Patientenschnittstelle 280 kann man die Mikrobläschenverschlechterungseffekte aus der Scherrate, der Temperatur und anderer Liefereffekte in Betracht ziehen. Da der Sensor 270 bevorzugt keinen direkten Kontakt mit dem kontrastverstärkenden Stoff benötigt, kann ein Kupplungsstück als wegwerfbares Teil eines Röhrensatzes zur Bequemlichkeit beim Anbringen des Sensors 270 und Aufrechterhalten der Sterilität mit der Patientenschnittstelle 280 hergestellt werden. Das Erfassungsgebiet ist bevorzugt ein bekanntes Volumen oder ein Gebiet, auf das Zugriff genommen werden kann, der Stoffoberfläche, die in dem Fluidpfad 250 angeordnet ist, wie oben in Beziehung auf 3 erörtert wurde.
  • Wie oben erörtert wurde, benutzt das Steuersystem 296 der Verarbeitungseinheit 290 Konzentrationsdaten und andere Information zum Aktivieren oder Steuern des Rührmechanismus 310 wie ein mechanisches Rührwerk 314, so dass der kontrastverstärkende Stoff homogen gemischt wird. Information von dem Steuersystem 296 kann auch zu dem Injektionssteuerer 320 zum dynamischen Einstellen der Flussrate als auch zum Steuern der Konzentration des kontrastverstärkenden Stoffes gesendet werden, wenn er in den Patienten 230 eintritt. Die Konzentrations- und andere Daten können auch zu einer optionalen Benutzerschnittstelle 330 gesendet werden, so dass der Bediener Information über den gelieferten Stoff empfangen kann. Daten wie Steuerparameter oder Algorithmen können ebenfalls bevorzugt von der Benutzerschnittstelle 330 zu der Verarbeitungseinheit 390 gesendet werden.
  • Zusammenfassend können Kontrastverstärkungsstoffkonzentration oder andere Daten bei einer Vielzahl von Anwendungen benutzt werden. Die oben beschriebenen Systeme können zum Beispiel als alleinstehende Ausführungsform mit einer Bedienerschnittstelle oder mit einem Leistungsinjektionssystem zum Vorsehen einer Echtzeitrückkopplung zu dem Injektionssystem zum dynamischen Steuern der Flussrate oder der Lieferkonzentration benutzt werden. Wenn das System in der alleinstehenden Ausführungsform benutzt wird, kann es mit einer einfachen Bedienerschnittstelle benutzt werden zum Anzeigen, wann der kontrastverstärkende Stoff richtig dargestellt ist oder verschlechtert ist. Kontrastverstärkende Stoffe können mit der Zeit schlechter werden, zum Beispiel als Resultat einer Gasdiffusion aus dem Bläschen oder eines Zusammenbruches in dem Einkapselmechanismus. Es ist auch bei einigen Stoffen beobachtet worden (zum Beispiel Levovist), dass Druck von der Injektion oder Blockade des Fluidpfades möglicherweise die Effektivität des Stoffes verringern kann, vermutlich durch Zerstören einiger Abschnitte der Mikrobläschen. Stoffe können auch ihre Wirksamkeit durch unzureichende Darstellungstechniken wie übermäßiges Rühren verlieren. Die Mikrobläschenkonzentration wird erwartet, dass sie abnimmt, wenn der Stoff sich verschlechtert. Die vorliegende Erfindung kann schnell zum Anzeigen benutzt werden, ob es ein Problem mit den Media gibt, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines unnötigen Vorgehens verringert, oder zum Anzeigen der wirksamen verbleibenden Lebensdauer des Kontrastmediums. Jede Zahl von visuellen, audio, taktilen Mitteln kann zum Anzeigen oder Darstellen der Konzentrationsmessung zu dem Bediener benutzt werden.
  • Echtzeitkonzentrationsverstärkungsstoffkonzentration, Größenverteilung oder andere Daten können helfen beim Überwinden vieler gegenwärtiger Bildbegrenzungen wie nichtlineares Überstrahlen und Abschirmeffekte, Scanner-zu-Scanner-Verstärkungsvariabilität und physiologische Zeitverzögerungen vor der Verstärkung. Bläschenkonzentrationsdaten können auch benutzt werden zum Steuern der Scannereinstellungen, wie Leistung, Verstärkung (zum Beispiel als eine Funktion der gemessenen Pixeldichte), der Zeit zwischen aufeinander folgenden Scanns und anderer Einstellungen.
  • Zeiteinstellungen zwischen Scannen können insbesondere nützlich sein, da für einige Stoffe Mikrobläschen zerstört werden, wenn sie mit ausreichender Ultraschalleistungseinstellungen beschallt werden, die zum Abbilden des umgebenden Gewebes benötigt wird. Als ein Beispiel kann die Zeitverzögerung zwischen Scanns automatisch nach Erfassung einer niedrigen Kontrastverstärkungsstoffkonzentration in dem Bereich von Interesse vergrößert werden. Dieses Phänomen kann auftreten, wenn zusätzliche Zeit für eine ausreichende Zahl von Bläschen zum Sammeln in dem Gebiet von Interesse zum Erzielen einer geeigneten Verstärkung benötigt wird. Solche Steuerung verringert den Betrag des Signalverlustes, der von der Bläschenzerstörung herrührt. Ein Scannintervall, das durch die Kontrastverstärkungsstoffkonzentration gesteuert wird, kann eine ausreichende und gleichförmige Verstärkung von Scann-zu-Scann sicherstellen, wenn potentielle Variabilität in der injizierten Konzentration gegeben ist.
  • In der Zukunft wird erwartet, dass die Mikrobläschenstoffe für fortgeschrittenere Diagnostikanwendungen benutzt werden wie stellenspezifische Abbildung und therapeutische Anmeldungen wie stellenspezifische oder ultraschallaktivierte Medikamentenlieferung. Die System der vorliegenden Erfindung werden sehr nützlich bei diesen Anwendungen sein, bei denen die kontrastver stärkende Stoffkonzentration als Teil einer Überwachung der gelieferten Medikamentendosis gemessen werden kann.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail in Zusammenhang mit den obigen Ausführungsformen und/oder Beispielen beschrieben worden ist, ist zu verstehen, dass ein derartiges Detail nur für diesen Zweck dient und dass Variationen durch den Fachmann ohne Verlassen der Erfindung durchgeführt werden können.

Claims (11)

  1. Gerät zum Steuern des Lieferns eines Mediums, das kontrastverstärkende Stoffe aufweist, an einen Patienten, wobei das Gerät aufweist: eine Fluidliefervorrichtung (210) mit einer Spritze (240) und einer Druckvorrichtung zum Liefern des Mediums; einen Fluidpfad (250), der zwischen der Fluidliefervorrichtung und dem Patienten vorzusehen ist; einen Sensor (270), der mit mindestens einem von der Fluidliefervorrichtung (210) oder dem Fluidpfad verknüpft ist, wobei der Sensor (270) zum Messen einer Eigenschaft der kontrastverstärkenden Stoffe betreibbar ist; eine Verarbeitungseinheit (290) in Kommunikation mit dem Sensor (270), wobei die Verarbeitungseinheit (290) zum Erzeugen eines Steuersignales betreibbar ist, das wenigstens im Teil von der gemessenen Eigenschaft der konzentrationsverstärkenden Stoffe abgeleitet ist; und einen Rührmechanismus (310, 314), der zum Rühren des Mediums betreibbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Rührmechanismus (310, 314), der ein mechanisches Rührwerk (314) enthält, zum Rühren des Mediums als Reaktion auf das Steuersignal, das von der Verarbeitungseinheit (290) erzeugt ist, betreibbar ist, wobei das mechanische Rückwerk (314) innerhalb der Spritze (240) vorgesehen ist.
  2. Gerät nach Anspruch 1, weiter mit einer Steuerung (296) in Kommunikation mit der Verarbeitungseinheit (290) und betreibbar verknüpft mit der Fluidliefervorrichtung (210), wobei die Steuerung (296) zum Steuern der Fluidliefervorrichtung (210) als Reaktion auf das Steuersignal betreibbar ist, das von der Verarbeitungseinheit (290) erzeugt ist.
  3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit einer abbildenden Einrichtung (300) in Kommunikation mit der Verarbeitungseinheit (290), wobei die abbildende Einrichtung (300) zum Erzeugen eines Bildes des Patienten als Reaktion auf das Steuersignal betreibbar ist, das von der Verarbeitungseinheit (290) erzeugt ist.
  4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die abbildende Einrichtung (300) zum Erzeugen eines Bildsignales betreibbar ist, das den Eigenschaften des Bildes entspricht, und zum Übertragen des Bildsignales zu der Verarbeitungseinheit (290) zum Steuern der Liefertätigkeiten auf der Grundlage des Bildes.
  5. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die kontrastverstärkenden Stoffe Mikrobläschen oder Mikropartikel (40, 220) aufweisen, die in dem Medium suspendiert sind, oder worin die Eigenschaft der kontrastverstärkenden Mittel während der Lieferung des Mediums zu dem Patienten gemessen wird.
  6. Gerät nach Anspruch 1, weiter mit einer Benutzerschnittstelle (110, 330) in Kommunikation mit der Verarbeitungseinheit (290), wobei die Benutzerschnittstelle zum Vorsehen der gemessenen Eigenschaft der kontrastverstärkenden Stoffe an einen Bediener betreibbar ist.
  7. Gerät nach Anspruch 1, bei dem Eigenschaft der kontrastverstärkenden Stoffe, die von dem Sensor (270) gemessen ist, Konzentration oder Größenverteilung ist.
  8. Gerät nach Anspruch 1 oder 7, weiter mit einem Regulator (260) in Kommunikation mit der Verarbeitungseinheit (290) und der verknüpft mit mindestens einem von der Fluidliefervorrichtung (210) oder dem Fluidpfad (250) betreibbar ist, wobei der Regulator (260) zum Steuern der Eigenschaft der kontrastverstärkenden Stoffe in dem Medium als Reaktion auf das Steuersignal betreibbar ist, das von der Verarbeitungseinheit (290) erzeugt ist.
  9. Gerät nach Anspruch 8, bei dem der Regulator (260) einen Konzentrationsregulator aufweist.
  10. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Druckvorrichtung einen Kolben (50) aufweist, der bewegbar innerhalb der Spritze (20) vorgesehen ist.
  11. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Fluidliefervorrichtung (10, 210) eine peristaltische Pumpe aufweist oder die Fluidliefervorrichtung (10, 210) einen Tropfbeutel aufweist oder bei dem die Fluidliefervorrichtung (10, 210) eine Zahnradpumpe aufweist.
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