用于对参数值的稳健估计的简化方法技术

一种用于估计参数值的方法包括：利用成像装置采集图像数据；根据图像数据导出参数模型函数；生成N维网格，其中，N是导出的模型函数的一个或多个非线性项的值的数目；给定参数模型函数和非线性参数的指定值，预计算一个或多个非线性项；计算参数模型函数的一个或多个剩余的模型项；以及，显示一个或多个非线性项和剩余的线性模型项中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对参数值的稳健估计的简化方法
本申请涉及诊断成像领域。本申请具体应用于与利用核医学扫描器来估计心肌血流量的结合，并且将具体参考其进行描述。然而，应当理解，本申请也具体应用于其他使用情景，并且不必限于前述应用。
技术介绍
在统计参数估计中，根据从物理系统产生的测量数据估计一组不可观察的参数的值。其中的输出是嘈杂的或取决于以非线性方式的参数的系统使估计这些参数值特别具有挑战性。来自核医学图像的测量常常符合这一描述。目前，这些测量用于利用迭代估计技术来估计心肌血流量、葡萄糖或其他物质的代谢等，以定量地测量心脏中的血流量的参数，诸如在心脏病发作、部分或完全堵塞血管等之后。然而，估计这些参数值是通过迭代方法完成的。这样的迭代方法是灵活的，但是要求大量手动调谐，包括初始猜测的选择、边界条件、收敛标准、优化方法、目标函数等。此外，迭代、非线性参数估计是计算密集的，并且其准确度很难对未知数据进行表征。因此，针对宽范围的输入数据很难预测性能，并且常常要求大量的计算。利用这样的输入数据，非线性估计具有挑战性，这样的输入数据的一个范例是动态PET成像中的放射性的图像导出测量结果。通常，动态PET成像数据用于利用非线性模型的迭代解来估计人类和动物的心肌血流量。而且，参数估计的线性解仅应用于线性模型；在许多情况下，利用线性模型对物理系统进行建模是过度简化或近似的。一个范例是心脏肌肉中的血流示踪剂的积累。提高这样的估计的准确度和精确度并且减少其计算时间在临床上是重要的。本申请提供了克服上述问题和其他问题的新的和改进的方法和系统。
技术实现思路
根据一个方面，提供了一种用于估计参数值的方法。所述方法包括：利用成像装置采集图像数据；根据图像数据拟合参数化的模型函数；生成N维网格，其中，N是在导出的模型函数的参数中非线性的一个或多个项的数目；给定参数模型函数和非线性参数的指定值，预计算一个或多个非线性项；计算参数模型函数的一个或多个剩余的模型项；以及，显示一个或多个非线性项和剩余的线性模型项中的至少一个。根据另一方面，提供了一种用于估计参数的系统。所述系统包括采集被重建以获得图像的数据的成像装置。参数估计处理器被编程为：根据图像数据导出参数模型函数；生成N维网格，其中，N是导出的模型函数中的非线性参数或非线性项的数目，并且沿着每个维度指定众多的值；给定参数模型函数和非线性参数的指定值，预计算一个或多个非线性项；计算参数模型函数的一个或多个剩余的模型项；以及，显示一个或多个非线性项和剩余的线性模型项中的至少一个。根据另一方面，提供了一种用于估计心肌血流量的方法。所述方法包括针对k2的多个预选择值中的每个计算参数k2的模型输入函数和非线性函数的乘积；利用成像装置接收图像数据；根据图像数据计算心肌血流量模型函数y(t)；计算导出的模型函数的涌入值(influxvalue)K1和溢出值(spillovervalue)fv；通过使目标函数最小化来选择最优的k2值，所述目标函数测量模型输出与实验数据之间的不一致；以及，在显示器上显示涌入K1、涌出k2以及溢出fv中的至少一个或根据它们计算出的二次值。一个优点在于提高的参数估计的准确度和精确度。另一优点在于提高的参数估计的计算效率。另一优点在于将参数估计分离为作为线性解而求解的计算部分。另一优点在于避免利用迭代处理的计算，从而避免不可预测和局部的解，并且提高估计鲁棒性。附图说明本专利技术可以采用各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的布置的形式。附图仅仅用于图示优选实施例的目的，并且不应被解读为对本专利技术的限制。图1是根据本申请的用于估计参数值的系统的示意性图示。图2是根据本申请的估计参数值的方法的流程图图示。具体实施方式参考图1，图示了用于估计心肌血流量的多模态系统10。目前，利用迭代估计技术执行心肌血流量估计，以定量地测量心脏中的血流量的参数。这些血流量参数通常包括涌入(K1)、涌出(k2)、溢出(fv)，等等。通常，近似生理学参数并且利用药代动力学模型来计算这些值。在心肌血流量估计中，针对图像的区域中的每个像素测量对象的血液中的放射性药物的量和对象的心脏肌肉中的放射性药物的量。随时间的测量结果确定放射性药物被心脏肌肉吸收有多快，以及放射性药物从心脏肌肉传递回到对象的血液中有多快。实际上，通常生成图像的两个或更多个时间序列，一个是心脏休息时，并且一个是心脏有压力时。利用像素测量结果以估计心脏中的心肌血流量。本申请消除了参数值的迭代估计，有利于更简单、更高效的数学的解。具体地，本申请将心肌血流量估计计算分解为线性部份和非线性部份。为了达到这一点，针对跨越生理范围的值，预计算模型方程的非线性(在一个应用中的k2)部分。定义的k2值的网格被存储，其跨越了感兴趣范围。针对每个这样的候选值，通过优化目标函数在封闭形式的解中确定最佳的K1值和fv值，所述目标函数通常对应于使药代动力学模型输出和数据之间的平方差的总和最小化。任选地，加权总和能够用于对各种测量结果的相对重要性的差异做出解释。继续参考图1，多模态系统10包括第一成像系统(例如，功能性模态，优选地，核成像系统12)和第二成像系统(例如，解剖学模态，诸如计算机断层摄影(CT)扫描器14)。CT扫描器14包括非旋转机架16。X射线管或另一X射线源18被安装到旋转机架20。膛22定义CT扫描器14的检查区域24。辐射探测器的阵列26被设置在旋转机架20上，以在X射线贯穿检查区域24后接收来自X射线管18的辐射。备选地，探测器的阵列26可以被定位在非旋转机架16上。同样地，一些扫描器设计能够包括一个或多个固定的X射线源。当然，也预期磁共振和其他成像模态。也预期使用仅是功能性模态的成像系统，而不具有第二成像系统。在图示的实施例中，功能性成像系统或核成像系统12包括正电子发射断层摄影(PET)扫描器30，所述正电子发射断层扫描(PET)扫描器30可以被安装在轨道32上，以便于对象进入。当然，也预期SPECT、CT、核医学成像以及其他成像模态。轨道32平行于对象支撑台或床榻34的纵轴延伸，由此使CT扫描器14和PET扫描器12能够形成封闭的系统。提供电动机和驱动器36以将PET扫描器12移动到封闭位置之中和之外。探测器38被布置在膛40的周围，所述膛40定义检查区域42。在图示的PET系统中，探测器38被布置在固定的环中，尽管也预测可转动或固定的头部或部分的环。在SPECT系统中，探测器38通常被并入个体头部，所述个体头部被安装以相对于对象旋转移动和径向移动。电动机和驱动器44等提供在检查区域24、42中的对象支撑台34的纵向移动和垂直调节。也预期被安装的具有共同检查区域的CT和PET系统。例如是MRI/PET系统、CT或MR/SPECT系统、C型臂X射线CT/PET或SPECT系统，等等。承载对象的对象支撑台34被移动到CT扫描器14的检查区域24中。CT扫描器14生成CT图像数据，然后重建处理器46使用所述CT图像数据来生成CT图像。重建图像被存储在图像存储器56中，并且在显示设备58上向用户显示，打印、保存以供后续使用，等等。CT扫描器14也生成以衰减图形式的辐射衰减数据，然后重建处理器46使用所述辐射衰减数据，来生成衰减校正图像。对象支撑台34本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计参数值的方法，包括：利用成像装置获得图像数据；根据所述图像数据拟合参数化的模型函数；生成N维网格，其中，N是导出的模型函数的参数中非线性的一个或多个项的数目；给定参数模型函数和所述非线性参数的指定值，预计算所述一个或多个非线性项；计算所述参数模型函数的一个或多个剩余的模型项；以及显示所述一个或多个非线性项和剩余的线性模型项中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.13 US 61/597,8561.一种用于估计参数值的方法，包括：利用成像装置获得图像数据；根据所述图像数据拟合参数模型函数；生成N维网格，其中，N是导出的参数模型函数的参数中非线性的一个或多个项的数目；给定所述参数模型函数和非线性参数的指定值，预计算一个或多个非线性项；计算所述参数模型函数的一个或多个剩余的线性模型项；以及显示所述一个或多个非线性项和所述剩余的线性模型项中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数模型函数用于估计心肌血流量。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在时间t处的所述参数模型函数被表示为：其中，y(t)是所述图像数据模型，u(T)是输入活动，v(t)是溢出活动，fv是溢出值，K1是涌入值，并且k2是涌出值。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述导出的参数模型函数的所述一个或多个非线性项包括k2的值，并且针对所述k2的值中的每个计算所述K1值和fv值。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，还包括：通过使误差最小化来优化所述非线性项。6.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，利用标准化的显示模型显示所述一个或多个非线性项和所述一个或多个剩余的线性模型项中的至少一个。7.一种用于估计参数的系统，所述系统包括：成像装置，其获得被重建以获得图像的数据；参数估计处理器，其被配置为：根据图像数据导出参数模型函数；生成N维网格，其中，N是导出的参数模型函数中的非线性参数或非线性项的数目，并且沿着每个维度指定多个值；给定参数模型函数和所述非线性参数的指定值，预计算一个或多个非线性项；计算所述参数模型函数的一个或多个剩余的线性模型项；以及显示所述一个或多个非线性项和所述剩余的线性模型项中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·科尔特姆尔，R·F·小穆西奇，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，医科大学集团公司，凯斯西储大学，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL