Система для управления током крови и способ получения изображений в живом организме

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам управления кровотоком. Способ получения in-vivo изображения внутренних частей тела человека, использующий систему для получения изображений и включающий операции позиционирования тела относительно системы для получения изображений и подсоединения устройства для создания сопротивления дыханию к респираторной системе человека, а также операцию получения изображения в фазе вдоха, во время которой тело производит всасывание воздуха, преодолевая сопротивление, создаваемое указанным устройством, и/или операцию получения изображения в фазе выдоха, во время которой тело производит выдыхание воздуха, преодолевая сопротивление, создаваемое указанным устройством, где контрастную среду вводят посредством венозного доступа в верхнюю или нижнюю конечность тела непосредственно перед и/или во время фазы вдоха или выдоха, соответственно, где указанное устройство для создания сопротивления дыханию содержит корпус, включающий заменяемый компонент с одним или более отверстиями для подсоединения к респираторной системе тела человека, закрытый внутренний объем или внутренний объем с одним или более ограничивающими поток сквозными отверстиями, частично блокирующими поток воздуха, входящий в дыхательную систему тела человека, и генератор для генерирования контрольного сигнала. Устройство для создания сопротивления дыханию содержит корпус, содержащий заменяемый компонент с одним или более отверстиями для подсоединения, при использовании устройства, к респираторной системе тела человека и закрытый внутренний объем или внутренний объем с одним или более ограничивающих поток сквозных отверстий, частично блокирующий поток воздуха, входящий в дыхательную систему тела человека в фазе вдоха или выходящий из нее в фазе выдоха, и также содержащее генератор для генерирования контрольного сигнала. Устройство применяют для создания сопротивления дыханию для оказания влияния, через определенные респираторные состояния, на распределение и/или на приведение к стандартным значениям поступления крови, согласно соответствующему требованию, либо из верхней полой вены, либо из нижней полой вены с целью увеличить поступление крови из соответствующего кровеносного сосуда в правое предсердие и/или повысить концентрацию контрастной среды в кровотоке в легочные артерии или в кровеносные сосуды за легочными артериями. Система для получения in-vivo изображений внутренней части тела человека содержит устройство для создания сопротивления дыханию и любое из КТ-сканера, сканера на основе МР-томографа (МРТ), ультразвуковой системы, ангиографа, ПЭТ/КТ и ПЭТ/МРТ. Комплект для улучшения качества изображений содержит вещество для инъецирования в тело, в частности контрастную среду, и устройство для создания сопротивления дыханию. Использование изобретений позволяет улучшить свойства изображений кровотока с усиленным контрастом. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам, устройствам и способам управления кровотоком, в частности к системе получения изображений частей тела человека, таким как рентгеновские и томографические системы для получения изображений.

Уровень техники

Изображения внутренних частей тела человека являются давно освоенным средством для получения графической информации в форме картинок, распечаток и информации, выводимой на экран дисплея для последующей интерпретации квалифицированными специалистами.

Важной частью анализа таких изображений во многих случаях является детектирование условий, связанных с кровотоком. Известно, что инъекция контрастной среды в кровоток может дать дополнительную информацию и улучшить, тем самым, детектирование условий кровотока.

Хорошо известным примером подобных методов является компьютерная томографическая (КТ) ангиография, которая широко используется как стандартный способ исследования пациентов с подозрением на эмболию легких и другие сосудистые и паренхиматозные заболевания. Преимущества КТ очевидны: она широкодоступна, а данный метод является быстрым и высокочувствительным к узелкам, эмболам или сгусткам в кровотоке.

Что касается повышения качества изображений, генерируемых КТ-сканером, известно, что введение контрастного агента во время процесса сканирования, обычно посредством венозного доступа через верхнюю конечность, например через обратную сторону ладони или через локтевую вену, усиливает васкулярный компартмент и другие жидкости тела. Известно также альтернативное введение контрастного материала в нижние конечности. Известно, что кровь с введенным контрастом поступает через верхнюю полую вену (ВПВ) в правое предсердие, тогда как одновременно объем крови без контраста достигает правого предсердия через нижнюю полую вену (НПВ). Очевидно, что соотношение крови без контраста из НПВ и крови с контрастом из ВПВ влияет на степень разбавления контрастной среды в правом предсердии/желудочке, в левом предсердии/желудочке, а также в легочной артерии (ЛА) и во всех последующих артериях (например в коронарной, каротидной и мозговой артериях, а также в более удаленных артериях) в результате эффекта, известного как проходящее прерывание контрастного болюса. Это разбавление оказывает потенциальное влияние на результаты и качество исследования в целом.

Как можно видеть из приводимого далее списка ссылок, было опубликовано несколько исследований эффекта вентиляционной активности на кровоток.

В US 6631716 В предлагается устанавливать заданный объем легкого, несмотря на дыхание пациента. Не описано никакой координации вдоха или выдоха с проведением магнитно-резонансной томографии (МРТ) или КТ и не приводится никаких упоминаний контрастного вещества.

Раскрытие изобретения

В связи с вышеизложенным задача, решаемая изобретением, состоит в создании и применении соответствующего специализированного устройства, системы и способов сканирования, обеспечивающих точное обеспечение улучшенного и стандартизованного кровотока, улучшенное управление кровотоком, возможность разбавления и улучшение свойств изображений кровотока с усиленным контрастом (при перфузии, первом прохождении, васкулярном кровоснабжении опухолей, повреждениях и исследовании различных тканей), преимущественно применительно к васкулярному кровопотоку (при перфузии, усилении первого прохождения, усилении артериального кровотока, улучшенном детектировании тромбоэмболического материала в кровеносных сосудах, васкулярном пространстве и кровоснабжении повреждений, опухолей и нормальной ткани) через легочную артерию или другие артерии и вены, а также другие сосуды, дистальные по отношению к сердцу.

Таким образом, согласно аспекту изобретения предлагается способ управления распределением и/или обеспечения стандартного распределения вещества в теле человека, включающий операции подключения устройства для создания сопротивления дыханию к респираторной системе человека, инъецирования вещества в тело и управления распределением или обеспечения стандартного распределения вещества в теле посредством селекции респираторных состояний, характеризующийся управляемым взаимодействием между респираторной системой человека и устройства для создания сопротивления дыханию.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ получения in-vivo серии изображений внутренних частей тела человека, использующий систему для получения изображений и включающий операции позиционирования тела относительно системы для получения изображений и подсоединения устройства (10) для создания сопротивления дыханию к респираторной системе человека, а также операцию получения изображения в фазе вдоха (всасывания) воздуха, во время которой тело производит всасывание воздуха, преодолевая сопротивление, создаваемое указанным устройством. Альтернативно или в дополнение, операцию получения изображения осуществляют в фазе выдоха.

Система получения изображений может представлять собой сканер, использующий рентгеновский метод получения изображений, сканер, использующий для получения изображений метод магнитно-резонансной (MP) томографии (МРТ) или ультразвуковой способ получения изображений, например, посредством сканеров для ангиографии, КТ-сканеров, или вариантов, основанных на MP и позитронной эмиссии, например сканеров на основе позитронно-эмисионной томографии (ПЭТ) с компьютерной томографией (ПЭТ/КТ) или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), ПЭТ/MPT или ультразвуковых сканеров.

Устройство для создания сопротивления дыханию предпочтительно имеет внутренний объем с одним или более отверстиями, направленным(и) к физиологическим отверстиям (к носу или рту) респираторной системы человека, и, по существу, с отсутствием отверстий или только с малыми отверстиями, создающими сопротивление, или с утечками в направлении окружающей среды. Размеры этого объема и отверстий выбираются такими, чтобы нормальный нетренированный пациент мог создать пониженное давление (в случае всасывания воздуха или вдоха с преодолением сопротивления) или повышенное давление (в случае выдоха с преодолением сопротивления или маневра Вальсальвы) во внутреннем объеме устройства и, предпочтительно, поддерживать такое давление во время получения изображений, например, в течение 1-60 с, предпочтительно 5-45 с, более предпочтительно от 5 до 30 с. Рекомендуемый интервал для такого пониженного давления составляет от -0,133 до -10,6 кПа, предпочтительно до -8 кПа, более предпочтительно до -5,32 кПа, например от -1,06 до -2,66 кПа. Предпочтительный интервал для повышенного давления составляет от +0,133 до +10,6 кПа, более предпочтительно от +1,33 до +4 кПа. Все приведенные значения давления указаны относительно атмосферного давления.

В предпочтительном варианте устройство для создания сопротивления дыханию содержит сменный или одноразовый мундштук, чтобы связать внутренний объем устройства с респираторной системой тела. Мундштук может представлять собой трубку, например, с эллиптическим или круглым поперечным сечением или модифицированную трубку с концом, специально сконструированным так, чтобы облегчить ее использование при введении в рот. Однако в случае, когда желательно использовать все отверстия респираторной системы тела, вместо мундштука может использоваться маска.

Желательно, чтобы мундштук плотно, т.е. герметично, сопрягался с устройством для создания сопротивления дыханию. Мундштук может также иметь участки, предназначенные для выхода или входа воздуха между мундштуком и устройством для создания сопротивления дыханию. При этом мундштук может быть выполнен заодно с этим устройством.

В другом предпочтительном варианте устройство для создания сопротивления дыханию содержит датчик для измерения параметра, связанного с давлением во внутреннем объеме устройства, или подключено к этому датчику. Результаты измерений могут отображаться в цифровой форме или как акустические или оптические сигналы или символы, предпочтительно указывающие при использовании устройства, следует ли повысить или понизить интенсивность вдоха/всасывания воздуха или выдоха/маневра Вальсальвы, чтобы достичь оптимального и/или стабильного давления.

Устройство для создания сопротивления дыханию наиболее эффективно при использовании параллельно и в сочетании с системой получения изображений с целью получения изображений и предпочтительно также параллельно и в сочетании с системой для инъецирования контрастной среды или другого диагностического вещества в сосуд венозной системы тела. Однако устройство может быть также использовано без введения вспомогательного контрастного агента. Если контрастный агент вводится, желательно использовать инъекцию в верхнюю конечность или в нижнюю конечность в случае вдоха или всасывания воздуха и инъекцию в сосуды нижней конечности в случае выдоха или маневра Вальсальвы. Эти две или три параллельные операции согласованы по времени так, что все операции активны (при хорошей координации снаружи и внутри тела) во время фактического получения изображения или любой другой операции введения.

В одном варианте устройство для создания сопротивления дыханию и система для получения изображений связаны между собой. Эта связь может быть реализована в форме канала передачи данных или в форме частичного или полного встраивания элементов устройства для создания сопротивления дыханию в систему для получения изображений и/или в систему для инъецирования.

Другие аспекты изобретения охватывают устройство для создания сопротивления дыханию, комбинацию устройства для создания сопротивления дыханию и системы для получения изображений, предпочтительно в комбинации с системой для инъецирования, и любые изображения, полученные с использованием рассмотренных способов и/или устройств или комбинаций устройств и систем сканирования.

Изобретение особенно полезно для повышения качества изображений и получения изображений, относящихся к различным этапам ангиографии легочной артерии или других артерий и вен в остальных частях тела (при перфузии, первом прохождении, сосудистом усилении, васкулярном кровоснабжении опухолей, повреждениях и исследовании различных тканей, детектировании тромбоэмболического материала).

Изобретение может также использоваться в способах и устройствах для введения, предпочтительно внутривенно, вещества, чтобы управлять распределением и/или концентрацией указанного вещества в теле или обеспечить их стандартный характер.

В общем случае устройство для создания сопротивления дыханию согласно изобретению может использоваться, чтобы оказывать влияние, через определенные респираторные состояния, на распределение и/или приведение к стандартным значениям поступления крови из верхней полой вены или из нижней полой вены согласно соответствующим требованиям любых медицинских или технических условий, например задаче усилить подачу крови из соответствующего сосуда к правому предсердию сердца или повысить концентрацию инъецированного вещества в кровотоке в легочные артерии или в сосуды за легочной артерией. Эта задача может быть расширена на такие применения, как введение лекарственного вещества через верхнюю или нижнюю периферийную вену, инвазивные процедуры, хирургия или любое иное приложение, связанное с кровоснабжением.

Способы, устройства и системы, а также их применения обеспечивают, в частности, возможность управлять кровотоком и приводить его к стандартным значениям с целью достижения высокой плотности контраста в артериях и/или в венах, таких как легочные сосуды, сосуды мозга, сосуды внутренних органов, сосуды конечностей или другие сосуды в теле человека или животного. Стандартизованный кровоток повышает плотность контраста в указанных сосудах и улучшает качество изображений, сформированных рассмотренной выше системой для получения изображений. Кроме того, способы, устройства и системы, а также их применение могут позволить уменьшить требуемое количество контрастного вещества.

Краткое описание чертежей

Рассмотренные и другие аспекты изобретения, а также дополнительные полезные варианты и применения изобретения будут подробно проиллюстрированы в нижеследующем описании и на прилагаемых чертежах.

На фиг. 1А схематично, в сечении, представлено устройство для создания сопротивления дыханию согласно варианту изобретения.

На фиг. 1В схематично, в сечении, представлена модификация устройства для создания сопротивления дыханию по фиг. 1А.

На фиг. 1С схематично, в сечении, представлен еще один, упрощенный вариант устройства для создания сопротивления дыханию согласно изобретению.

Фиг. 2 схематично иллюстрирует различные респираторные состояния во время получения изображения.

На фиг. 3 представлен график, построенный по результатам тестирования и отображающий соотношения между потоком из верхней полой вены и потоком из нижней полой вены в зависимости от респираторных состояний.

На фиг. 4 иллюстрируются операции способа согласно примеру изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1А показано устройство 10 для создания сопротивления дыханию с корпусом 11 из гибкого материала, такого как тефлон®, или из нержавеющей стали, или из другого подходящего материала. Корпус содержит колпачок и держатель для одноразового мундштука 12. Мундштук и корпус соединены посредством простого геометрического замыкания, так что мундштук может легко соединяться с корпусом и отсоединяться от него путем линейного вставляющего и извлекающего движения, предпочтительно без разворота или использования какого-либо инструмента. Приемлемы и другие подходящие формы компонентов или способы присоединения.

Мундштук 12 имеет, по существу, форму полой трубки с проксимальным отверстием 121, адаптированной для введения в рот пациента. Дистальное отверстие 122 обеспечивает сообщение по потоку с внутренним объемом корпуса 11. При этом должно быть ясно, что материалы, размеры и формы корпуса и мундштука можно варьировать в широких пределах при выполнении ими функций создания сопротивления свободному дыханию. Например, можно придать проксимальному отверстию более эргономичную форму или сделать его эллиптичным. Такие и схожие модификации должны рассматриваться как очевидные для среднего специалиста.

На корпус 11 установлено устройство 13, чувствительное к давлению, которое может представлять собой, например, пьезорезистивный преобразователь, интегрированный с процессорными схемами на кремниевой подложке. Такие датчики коммерчески доступны; примером является датчик MPXV7002 фирмы Freescale Semiconductor Inc.

Датчик 13 подключен к генератору 14 контрольного сигнала, который может соответствовать цифровому значению давления внутри корпуса. Альтернативно или дополнительно, контрольный сигнал может быть акустическим или оптическим сигналом, выбранным с учетом заданных пороговых давлений или интервалов давлений. Устройство 10 для создания сопротивления дыханию по фиг. 1 может и не содержать устройства 13, чувствительного к давлению, успешно функционируя и в этой упрощенной форме.

Генератор 14 контрольного сигнала может обеспечивать для пациента или оператора аппаратуры сканирования или инъецирования обратную связь по вентиляционной активности или респираторному состоянию пациента во время получения изображения сканером или управляемого инъецирования вещества. Устройство для создания сопротивления дыханию, реализуемые с его использованием способы и его применение способны обеспечить управление кровотоком и его приведение к стандартным значениям в соответствующих венах и артериях пациента в процессе КТ или МРТ, или других диагностических процедур. В частности, оно позволяет определить, соответствует ли вентиляционная активность пациента желательному уровню или находится ли он в желательном респираторном состоянии, или же дыхание пациента должно быть адаптировано или изменено, чтобы достичь желательного состояния. Например, в случае вдыхания/всасывания воздуха устройство позволяет определить, следует ли пациенту осуществлять вдох/всасывание более интенсивно, менее интенсивно или на том же уровне. В частности, можно использовать программируемый микроконтроллер (не изображен) как часть генератора 14 контрольного сигнала, чтобы управлять дисплеем или цветными кодовыми излучателями в зависимости от параметра, измеренного датчиком 13 в качестве обратной связи для пациента и/или оператора.

Как вариант, датчик 13 может быть связан с синхронизирующим компонентом 15, который связан также с системой получения изображений. Эта связь может быть, например, проводной, беспроводной или оптической связью для передачи данных. Данный компонент может быть использован, чтобы объединять информацию по вентиляционной (дыхательной) активности пациента с изображениями, получаемыми любой системой получения изображений. Это сделает возможным вручную или автоматически выбирать изображения, полученные при желательном состоянии вентиляционной активности, даже если эта активность во время сканирования флуктуирует (вокруг желательного состояния). Синхронизирующий компонент может, например, обеспечивать отображение значений давления вместе с датой и другой информацией о времени получения изображений. На полученное изображение могут наноситься соответствующие временные метки.

В примере по фиг. 1В в корпусе 11 имеется малое сквозное отверстие 111, позволяющее ограниченному потоку воздуха входить во внутренний объем устройства и выходить из него и, следовательно, входить в респираторную систему пациента или выходить из нее. В этом случае размеры отверстия 111 выбираются такими, чтобы создать достаточное сопротивление потоку воздуха или ограничить этот поток так, чтобы сделать невозможным нормальное (абдоминальное) дыхание. Малые отверстия, позволяющие получить управляемый поток воздуха, могут обеспечить достижение управляемого и стабильного состояния входящего потока воздуха или других дыхательных газов (кислорода, ксенона и др.). Отверстие или отверстия 111 может (могут), альтернативно или дополнительно, иметься в мундштуке или в средстве, соединяющем мундштук и корпус.

Генератор 14 контрольного сигнала в примере по фиг. 1В построен, как оптический индикатор, показывающий пациенту посредством упрощенных символов, должен ли он увеличить или ослабить дыхательные усилия.

Следует отметить также, что устройство для создания сопротивления дыханию не требует обязательного использования каких-либо электронных компонентов или датчиков, чтобы выполнить свою функцию по созданию сопротивления или ограничению для потока воздуха. Например, если требуется более простое и более экономичное устройство, корпус 11 может быть выполнен просто в виде колпачка на отверстии 122 мундштука, как это показано на фиг. 1С. Если части колпачка выполнены, как гибкие или подвижные, то вентиляционную активность можно отслеживать по движению или деформации этих частей. Например, тонкая мембрана в колпачке или в другом месте по длине трубки будет втягиваться или выпучиваться в зависимости от давления, создаваемого пациентом во время вдоха или выдоха, как это проиллюстрировано на фиг. 1С штриховыми линиями. Другие примеры могут включать подвижный объект или столб жидкости, помещенный в трубку и движущийся в зависимости от дыхательной активности пациента. Все подобные примеры будут приемлемыми для осуществления вариантов изобретения.

Трубку (мундштук) можно адаптировать для использования с назальными отверстиями или одновременно с носом и ртом. В этих случаях целесообразно использовать в качестве мундштука, вместо трубчатого коннектора, коннектор типа маски, помещаемый между корпусом 11 устройства 10 для создания сопротивления дыханию и респираторной системой пациента. Маска в типичном варианте конструируется так (например снабжается эластичной кромкой по ее периферии), чтобы она обеспечивала достаточную герметичность для воздуха и могла создавать сопротивление для свободного дыхания. Следует также отметить, что устройство для создания сопротивления дыханию не предназначено для обеспечения поддержки дыхания во время сканирования, которое может проводиться применительно к пациентам со значительными респираторными осложнениями. Таким образом, известные дыхательные маски, подсоединяемые к средствам для поддержки дыхания, такими так как меха или источник газа, не рассматриваются, в отличие от изобретения, как устройства для создания сопротивления дыханию.

Устройство 10 для создания сопротивления дыханию может быть интегрировано в систему для получения изображений, используемую для получения изображений внутренних частей тела пациента. В таком варианте по меньшей мере часть корпуса 11, например сдатчиком 13, генератором 14 контрольного сигнала и/или синхронизирующим компонентом 15 со связанными с ними контурами, будет находиться в корпусе системы для получения изображений, будучи связанной с мундштуком, например, посредством удлиненной, по существу, воздухонепроницаемой гибкой трубки. Преимуществом такой интеграции является сокращение количества отдельных частей в зоне, предпочтительно предназначенной только для важного оборудования.

В некоторых приложениях устройство 10 для создания сопротивления дыханию функционирует, как правило, одновременно с использованием системы для получения изображений. Данная система может представлять собой КТ-сканер или магнитно-резонансный томограф (МРТ), ангиографическую систему, ПЭТ/КТ, ПЭТ/MPT, любую ультразвуковую систему для получения изображений и другие схожие устройства.

В подобных приложениях пациент позиционируется в системе для получения изображений, и устройство для создания сопротивления дыханию подводится к его рту и/или к носу. Чтобы сделать любые получаемые изображения более контрастными, пациенту через сосуд венозной системы вводят контрастную среду, например йодсодержащую контрастную жидкость, ультразвуковой контрастный агент или контрастный материал на основе гадолиния. Устройство для создания сопротивления дыханию и соответствующие способы и системы могут запускаться совместно с инъецирующей системой для инъецирования контрастного вещества.

Далее, со ссылкой на фиг. 2, будет подробно описан способ получения in-vivo изображений внутренних частей тела человека или животного согласно варианту изобретения.

На фиг. 2 показан пациент 20, введенный в горизонтальном положении в туннель сканера 21, который может являться, например, КТ-сканером или МРТ-сканером. Устройство 10 для создания сопротивления дыханию согласно данному варианту изобретения накладывается на рот пациента 20. Система для введения контрастной жидкости, подсоединенная к сосуду венозной системы пациента, не изображена, поскольку подобные системы хорошо известны из уровня техники.

Три рисунка на фиг. 2 иллюстрируют три различные респираторные состояния пациента, которые могут быть зарегистрированы устройством 10 для создания сопротивления дыханию. В увеличенном масштабе представлены упрощенное изображение сердца человека, кровоток через верхнюю полую вену (ВПВ), входящий в правое предсердие сверху, и кровоток через нижнюю полую вену (НПВ), входящий в правое предсердие снизу.

Респираторные состояния характеризуются на фиг. 2 стрелками, указывающими преобладающее направление воздуха или кровотока или движения диафрагмы (включая движения легких), и показаниями измерительного прибора 14.

Верхний рисунок отображает базовые условия, при которых получают изображения, например, ЛА. Эти условия в отсутствие устройства 10 для создания сопротивления дыханию рассматриваются как свободное дыхание. Воздух входит в дыхательную систему человека и выходит из нее, как это иллюстрируется стрелками в области головы. Одновременно поднимается и опускается грудная клетка, как это отмечено стрелками в области груди пациента 20. Дыхание обычно сопровождается движением диафрагмы, как это отмечено стрелками в абдоминальной области пациента. Измеритель 14 кровотока и давления показан переключающимся между положительными и отрицательными значениями (соответствующими входящему потоку (всасыванию) воздуха и выходящему потоку воздуха (например при маневре Вальсальвы)) или между пониженным и повышенным давлениями, например, при использовании устройства для создания сопротивления дыханию применительно к рассматриваемому состоянию свободного дыхания.

Соответствующие кровотоки через НПВ и ВПВ в нормальном состоянии проиллюстрированы двумя стрелками равной толщины на виде в увеличенном масштабе. В этом респираторном состоянии не ожидается никаких изменений или усиления контраста.

На центральном рисунке иллюстрируется респираторное состояние, характеризующееся, как маневр Вальсальвы. В этом состоянии пациент дышит в закрытый или ограничивающий поток внутренний объем устройства 10 для создания сопротивления дыханию. Стрелки в области головы указывает направление потока воздуха. Грудная клетка движется внутрь, а диафрагма движется вверх, к грудной клетке. Датчик регистрирует состояние маневра Вальсальвы (далее состояние Вальсальвы), как повышенное давление, обычно, в интервале 100 Па - 10 кПа для нетренированного пациента, пытающегося поддерживать постоянное давление в период сканирования 1-60 с, предпочтительно 5-45 с.

В тело пациента 20, непосредственно перед переходом в состояние Вальсальвы и/или во время нахождения в этом состоянии, также может вводиться контрастный агент или краситель любого типа. Изменения потоков через НПВ и ВПВ по сравнению с нормальным состоянием могут быть проиллюстрированы стрелкой в НПВ, имеющей большую толщину, чем соответствующая стрелка в ВПВ. Это показывает, что состояние Вальсальвы может способствовать венозному кровотоку из нижних конечностей. Отсюда следует, что введением контрастной среды посредством венозного доступа в нижнюю конечность во время получения изображения может быть достигнуто повышенное и/или более стабильное усиление контраста.

Чтобы достичь такого усиления, может оказаться необходимым поддерживать состояние Вальсальвы во время сканирования и даже инъецирования или, альтернативно, прерывать процесс сканирования на периоды, в которые пациент выходит из состояния Вальсальвы, или отбрасывать или специально помечать изображения, полученные вне оптимального состояния Вальсальвы. Для подобных операций полезным является мониторинг, возможность которого обеспечивается устройством для создания сопротивления дыханию.

На нижнем рисунке иллюстрируется респираторное состояние, характеризуемое как дыхание с преодолением сопротивления, или антиманевр Вальсальвы. В этом состоянии пациент 20 всасывает воздух из закрытого или ограниченного по потоку внутреннего объема устройства 10 для создания сопротивления дыханию. Стрелки в области головы снова указывают направление потока воздуха. Грудная клетка движется наружу, а диафрагма движется вниз, к нижней части тела. Датчик 14 регистрирует это состояние, как пониженное давление, обычно, в интервале от -0,133 до -8 кПа для нетренированного пациента, пытающегося поддерживать постоянное давление в период сканирования 1-60 с, предпочтительно 5-45 с.

И в этом случае в тело пациента 20 непосредственно перед переходом в состояние анти-Вальсальвы (всасывания воздуха с преодолением сопротивления) и/или во время нахождения в этом состоянии может вводиться контрастная жидкость или другое вещество. Изменение кровотока через НПВ и ВПВ по сравнению с нормальным состоянием может быть проиллюстрировано стрелкой в ВПВ, имеющей большую толщину, чем соответствующая стрелка в НПВ. Это показывает, что состояние анти-Вальсальвы может способствовать венозному кровотоку из верхних конечностей. Отсюда следует, что введением контрастной среды посредством венозного доступа в верхнюю или нижнюю конечность во время получения изображений может быть достигнуто повышенное и/или более стабильное усиление контраста. Чтобы достичь такого усиления, может оказаться необходимым поддерживать состояние анти-Вальсальвы во время сканирования или, альтернативно, прерывать процесс сканирования на периоды, в которые пациент выходит из состояния анти-Вальсальвы. И в этом случае устройство 10 для создания сопротивления дыханию обеспечивает присутствие или отсутствие таких состояний и их мониторинг.

На фиг. 3 представлены результаты использования различных стандартизированных респираторных состояний или маневров и MP-методов фазового контраста, чувствительных к кровотоку в ВПВ и НПВ, с получением изображений в положении супинации на МРТ 1,5 Тесла (модель Achieva 1,5 Т фирмы Philips Healthcare, Нидерланды с использованием 8-канальной спирали в грудной области (Philips Healthcare), полностью перекрывающей грудь, позволяющая регулярно получать два комплекта динамических фазово-контрастных изображений ВПВ и НПВ (время повторения (TR) 50 мс; время эхо (ТЕ) 4 мс; толщина среза 8 мм, флип-угол 15°, скорость кодирования 100 мс; размер вокселя 1,9×2,5) в осевом сечении).

Чтобы гарантировать стандартизованное и воспроизводимое дыхание, было использовано MP-совместимое устройство для создания сопротивления дыханию, служащее для управления респираторным давлением и кровотоком на всем протяжении маневра и их мониторингом. Помимо нового способа дыхания ("всасывание воздуха с преодолением сопротивления"), были исследованы также ранее разработанные способы, такие как маневр Вальсальвы, апноэ после окончания вдоха, апноэ после окончания выдоха и свободное дыхание. Это позволило провести сравнение с известными исследованиями (см. Список ссылок).

Заглавные буквы на фиг. 3 соответствуют респираторным состояниям или взаимодействию с устройством для создания сопротивления дыханию (когда оно использовалось). Отношения НПВ/ВПВ для ударных объемов (белые прямоугольники) и истечения (серые прямоугольники) показаны для свободного дыхания (А), положения конца вдоха с удерживанием дыхания (В), положения конца выдоха с удерживанием дыхания (С), маневра Вальсальвы при давлении +1,33 кПа (D), маневра Вальсальвы при давлении +2,66 кПа (Е), маневра Вальсальвы при давлении +4 кПа (F), маневра с всасыванием воздуха при -1,33 кПа (G) и аналогичного маневра при -2,66 кПа (Н). Прямоугольники указывают медианное значение и значения для 25-го и 75-го перцентилей; а "усики" - минимальное и максимальное значения. Оптимальное отношение достигнуто в режиме всасывания воздуха при отрицательном грудном давлении. Однако стандартные отклонения при этом более высокие, что указывает на менее стабильные условия. Могут рассматриваться и другие состояния, такие как маневр Вальсальвы, но в этих условиях они демонстрируют меньшую эффективность.

Следует отметить, что описанные способ и респираторное устройство, которые рассматривались на примере использования MPT-сканера, могут столь же или даже более эффективно работать совместно с КТ-сканером или с другим методом получения изображений или диагностики.

Операции, выполняемые в отношении пациента, отражены в блок-схеме по фиг. 4. Однако следует отметить, что последовательность операций, представленная на фиг. 4, не характеризует конкретный порядок их выполнения, поскольку для получения наилучших результатов большинство операций желательно осуществлять одновременно.

Следует также отметить, что описанные способы и устройства могут быть использованы в рамках любого метода, требующего управления или стандартизации смешивания потоков крови из НПВ и ВПВ. При этом они могут быть эффективными даже применительно к циркуляции крови за легочными артериями и легкими, например в периферийных органах и в частях тела. Обеспечиваемые управление и приведение к стандартным значениям могут, например, повысить качество измерений по первому прохождению или измерений перфузии, особенно для опухолей или других сосудов и тканей, или улучшить распределение лекарственных веществ или красителей по телу, особенно в случае внутривенного введения лекарственных веществ или красителей.

При использовании с контрастной средой, предназначенной для ультразвуковых систем, например использующих пузырьки газа, описанные способ и устройства также могут быть применены для получения изображений с использованием ультразвукового сканера.

Хотя выше были описаны и проиллюстрированы варианты изобретения, рассматриваемые как предпочтительные, должно быть понятно, что изобретение не ограничено ими, а может быть реализовано и использовано в различных вариантах, не выходящих за границы изобретения, определяемые прилагаемой формулой.

Список ссылок

1. Wittram С, Maher М.М., Yoo A.J., Kalra М.K., Shepard J.A., McLoud Т.С. СТ angiography of pulmonary embolism: diagnostic criteria and causes of misdiagnosis. Radiographics. 2004; 24: 1219-1238.

2. Stein P.D., Kayali F., Hull R.D. Spiral computed tomography for the diagnosis of acute pulmonary embolism. Thromb Haemost. 2007; 98: 713-720.

3. Rathbun S.W., Raskob G.E., Whitsett T.L. Sensitivity and specificity of helical computed tomography in the diagnosis of pulmonary embolism: a systematic review. Ann Intern Med 2000; 132: 227-232.

4. Gosselin M.V., Rassner U.A., Thieszen S.L, Phillips J., Oki A. Contrast dynamics during CT pulmonary angiogram: analysis of an inspiration associated artifact. J Thorac Imaging. 2004; 19: 1-7.

5. Mortimer A.M., Singh R.K., Hughes J., Greenwood R., Hamilton M.C. Use of expiratory KT pulmonary angiography to reduce inspiration and breath-hold associated artefact: contrast dynamics and implications for scan protocol. Clin Radiol. 2011; 66: 1159-1166.

6. Chen Y.H., Velayudhan V., Weltman D.I., Balsam D., Patel N., Draves K.A., Robinson K.A., Vu Т.H. Waiting to exhale: salvaging the nondiagnostic KT pulmonary angiogram by using expiratory imaging to improve contrast dynamics. Emerg Radiol. 2008; 15: 161-169.

7. Wittram C., Yoo A.J. Transient interruption of contrast on KT pulmonary angiography: proof of mechanism. J Thorac Imaging. 2007; 22: 125-129.

8. Arenas-Jimenez J., Bernabe-Garcia J., Garcia-Espasa C. Re: Use of expiratory CT pulmonary angiography to reduce inspiration and breath-hold associated artefact: contrast dynamics and implications for scan protocol. Clin Radiol. 2013; 68(2).

9. Hamilton M.C., Mortimer A.M., Hughes J. Re: Use of expiratory CT pulmonary angiography to reduce inspiration and breath-hold associated artefact: contrast dynamics and implications for scan protocol. A reply. Clin Radiol. 2013; 68 (2): 99-100.

10. J.M., Garcia-Espasa C., Arenas-Jimenez J., Sanchez-Paya J., de la Hoz-Rosa J., Carreres-Polo J. O. Has "respiratory coaching" before deep inspiration an impact on the incidence of transient contrast interraption during pulmonary CT angiography? Insights Imaging. 2012; 3: 505-511.

11. Kuzo R.S., Pooley R.A., Crook J.E., Heckman M.G., Gerber Т.C. Willeput Measurement of caval blood flow with MRI during respiratory maneuvers: implications for vascular contrast opacification on pulmonary CT angiographic studies. AJR Am J Roentgenol. 2007; 188: 839-842.

12. Wexler L, Bergel D.H., Gabe I.Т., Makin G.S., Mills C.J. Velocity of blood flow in normal human venae cavae. Circ Res. 1968; 23: 349-359.

13. Kimura B.J., Dalugdugan R., Gilcrease G.W. 3rd, Phan J.N., Showalter В.K., Wolfson T. The effect of breathing manner on inferior vena caval diameter. Eur J Echo-cardiogr. 2011; 12: 120-123.

14. Takata M., Beloucif S., Shimada M., Robotham J.L. Superior and inferior vena caval flows during respiration: pathogenesis of Kussmaul's sign. Am J Physiol. 1992 Mar; 262 (3 Pt 2): H763-70.

1. Способ получения in-vivo изображения внутренних частей тела (20) человека, использующий систему (21) для получения изображений и включающий операции позиционирования тела (20) относительно системы (21) для получения изображений и подсоединения устройства (10) для создания сопротивления дыханию к респираторной системе человека, а также операцию получения изображения в фазе вдоха, во время которой тело (20) производит всасывание воздуха, преодолевая сопротивление, создаваемое указанным устройством (10), и/или операцию получения изображения в фазе выдоха, во время которой тело (20) производит выдыхание воздуха, преодолевая сопротивление, создаваемое указанным устройством (10), где контрастную среду вводят посредством венозного доступа в верхнюю или нижнюю конечность тела (20) непосредственно перед и/или во время фазы вдоха или выдоха, соответственно, где указанное устройство (10) для создания сопротивления дыханию содержит корпус (11), включающий заменяемый компонент (12) с одним или более отверстиями (121, 122) для подсоединения к респираторной системе тела (20) человека, закрытый внутренний объем или внутренний объем с одним или более ограничивающими поток сквозными отверстиями (111), частично блокирующими поток воздуха, входящий в дыхательную систему тела (20) человека, и генератор (14) для генерирования контрольного сигнала.

2. Способ по п. 1, в котором получение изображения осуществляют, когда вдох снижает давление в устройстве (10) для создания сопротивления дыханию.

3. Способ по п. 1, в котором получение изображения осуществляют, когда вдох снижает давление в указанном устройстве (10) до давления в интервале от -0,133 до -10,6 кПа, предпочтительно до -7 или до -5,32 кПа, более предпочтительно в интервале от -0,133 до -2,66 кПа.

4. Способ по п. 1, в котором вдох производится в течение по меньшей мере 1 с, например в течение 1-60 с, предпочтительно по меньшей мере в течение 5 с, например в течение 5-45 с, более предпочтительно в течение 5-30 с.

5. Способ по п. 1, в котором в процессе получения изображения осуществляют мониторинг связанного с давлением параметра, генерируемого во время вдоха.

6. Способ по п. 1, в котором связанный с давлением параметр, генерируемый во время вдоха, используют для генерирования контрольного сигнала, указывающего на отклонение от желательного состояния вдоха.

7. Способ по п. 1, в котором непосредственно перед фазой вдоха и/или в указанной фазе вводят в верхнюю конечность тела (20) посредством венозного доступа контрастную среду.

8. Способ по п. 1, который выполняют при осуществлении способа получения изображений тела (20), в частности, компьютерного томографического (КТ) сканирования, ультразвукового или магнитно-резонансного (MP) сканирования.

9. Способ по п. 1, который выполняют при проведении ангиографии, перфузии, измерений по первому прохождению исследований легочных артерий (ЛА) или других кровеносных сосудов, дистальных по отношению к полой вене и/или к сердцу.

10. Способ по п. 1, в котором получение изображения осуществляют, когда выдох повышает давление в устройстве (10) для создания сопротивления дыханию.

11. Способ по п. 1, в котором получение изображения осуществляют, когда выдох повышает давление в указанном устройстве (10) до давления в интервале от 0,133 до 10,6 кПа, предпочтительно от 1,33 до 5,32 кПа.

12. Способ по п. 1, в котором выдох производится в течение по меньшей мере 1 с, например в течение 1-60 с, предпочтительно по меньшей мере в течение 5 с, например в течение 5-45 с, более предпочтительно в течение 5-30 с.

13. Способ по п. 1, в котором в процессе получения изображения осуществляют мониторинг связанного с давлением параметра, генерируемого во время вдоха или выдоха.

14. Способ по п. 1, в котором связанный с давлением параметр, генерируемый во время выдоха, используют для генерирования контрольного сигнала, указывающего на отклонение от оптимального вдоха или выдоха, соответственно.

15. Способ по п. 1, который выполняют при проведении ангиографии, КТ-, ультразвукового или MP-сканирования тела или любого иного способа получения изображений, включая однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ) или ОФЭКТ/КТ, позитронно-эмисионную томографию (ПЭТ) и получение оптических изображений.

16. Способ по одному из предшествующих пунктов, который выполняют при проведении ангиографии легочных артерий или других кровеносных сосудов.

17. Устройство (10) для создания сопротивления дыханию, предназначенное для использования в способе согласно любому из предыдущих пунктов и содержащее: корпус (11), содержащий заменяемый компонент (12) с одним или более отверстиями (121, 122) для подсоединения, при использовании устройства, к респираторной системе тела (20) человека и закрытый внутренний объем или внутренний объем с одним или более ограничивающих поток сквозных отверстий (111), частично блокирующий поток воздуха, входящий в дыхательную систему тела (20) человека в фазе вдоха или выходящий из нее в фазе выдоха, и также содержащее генератор (14) для генерирования контрольного сигнала.

18. Устройство по п. 17, в котором одно или более сквозных отверстий (111) являются достаточно малыми, чтобы обеспечить генерирование во внутреннем объеме устройства (10) повышенного/пониженного давления при нормальных условиях для вдоха/выдоха в респираторной системе человека.

19. Устройство по п. 17, в котором корпус (11) содержит датчик (13) для измерения параметра, связанного с давлением во внутреннем объеме.

20. Устройство по п. 17, в котором указанный генератор (14) содержит индикатор, указывающий, является ли вдох/выдох слишком слабым и/или слишком сильным.

21. Применение устройства для создания сопротивления дыханию по любому из пп. 17-20 для оказания влияния, через определенные респираторные состояния, на распределение и/или на приведение к стандартным значениям поступления крови, согласно соответствующему требованию, либо из верхней полой вены, либо из нижней полой вены с целью увеличить поступление крови из соответствующего кровеносного сосуда в правое предсердие и/или повысить концентрацию контрастной среды в кровотоке в легочные артерии или в кровеносные сосуды за легочными артериями.

22. Система для получения in-vivo изображений внутренней части тела (20) человека, содержащая устройство (10) для создания сопротивления дыханию по любому из пп. 17-20 и любое из КТ-сканера, сканера на основе МР-томографа (МРТ), ультразвуковой системы, ангиографа, ПЭТ/КТ и ПЭТ/МРТ.

23. Система по п. 22, дополнительно содержащая синхронизирующий компонент (15), снабжающий указанную систему (21) параметром, характеризующим условия использования устройства (10) для создания сопротивления дыханию при осуществлении процесса получения изображения.

24. Комплект для улучшения качества изображений, содержащий вещество для инъецирования в тело (20), в частности контрастную среду, и устройство (10) для создания сопротивления дыханию по любому из пп. 17-20.