药物动力学建模的方法、装置、计算机可读介质及用途制造方法及图纸

公开了一种改进用于分子成像中参数重建过程的相关初始参数的估计的有益方法、装置、计算机可读介质和用途，导致更短的处理时间和具有小置信区间的更具鲁棒性的结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及分子成像(molecular imaging)领域。更特别地，本专利技术涉及用于药物动力学建模的初始参数的数据驱动的适应(data-driven adaptation)。
技术介绍
分子成像在医学中被大量地用作一种成像(特别是体内的)各种目标或途径的技术。起探测器作用的示踪剂方便了成像，并与它们的周围环境起化学反应，并且反过来根据在感兴趣区域内发生的分子变化改变图像。分子成像被应用于许多不同的感兴趣的领域，这些领域例如在疾病典型症状的发生或检测之前发生的病前状态或分子状态的确定。其他应用包括体内基因表达的成像和新型示踪剂或生物标志物的开发。 为了实现分子成像，当前已有可获得的各种不同分子成像系统和设备，例如SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层显像)系统和PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层显像)系统。当成像例如大脑中的生理活动时或当确定体内流路(flow path)时，后者是重要的技术。 药物动力学建模是一种根据医学成像数据的时间序列来估计功能或生物参数的技术。PET是一种获取这类数据的成像形态。实施放射性标记成像剂(示踪剂)，并且测量其分布的时间进程。房室模型(compartmentmodel)描述了感兴趣组织中的示踪剂的生物/化学/物理行为。该模型的参数将被估计并具有直接的功能解释，例如PET示踪剂FMISO的乏氧(hypoxia)，这是有诊断价值的。药物动力学建模的不可或缺的部分是优化或重建过程，在该过程中拟合模型参数，以便给出所观察数据的最好描述。虽然从该拟合提取的参数估计的鲁棒性和精确性主要由所使用的模型和重建算法控制，但初始参数的选择仍然扮演着重要的角色。初始参数对重建过程的速度有着直接的影响，因为如果选择了与最终“真实的”参数相对“接近的”“好的”初始参数，则只需较少的迭代步骤。另外，如果使用的模型过于复杂，则重建的代价函数(cost-funcation)将在参数空间中呈现若干局部极小值。在这种情况下，为了避免参数重建算法运行到甚至对应于生理学或生物学上难以察觉的参数的局部极小值中，初始参数接近真实参数仍是重要的。 当以每体素(voxel)为基础执行重建时，即当针对图像数据集中的每个单独体素开始完整的重建过程时，对计算速度特别感兴趣。在现有技术中的标准重建方法中，对于每个体素初始参数集是相同的，这意味着初始参数和真实参数之间的“距离”以及作为结果的所述拟合的鲁棒性和计算速度这两者都将随着所分析的数据集的体素而改变。 当药物动力学建模被应用于来自医学成像系统的四维数据时，必须处理许多单独的数据点。典型地，特别对于核成像过程，该数据呈现出显著的噪声等级。这两个事实一起暗示了建模是消耗时间的并且建模结果可能具有大的置信区间。 因此，实现更短的计算时间以及更具鲁棒性和更精确的结果的改进方法将是有益的。
技术实现思路
因此，本专利技术优选地试图单独地或以任何组合地减轻、缓和或消除一个或多个在上面识别出的现有技术中的不足和劣势，并通过提供根据所附的专利权利要求的方法、装置、计算机可读介质和用途来解决至少上述问题。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于图像数据集的药物动力学建模的方法，所述图像数据集包括具有多个容积(volume)的感兴趣容积(volume of interest)集，每个容积包括至少一个具有至少一个相关数据值的体素。该方法包括将初始参数值集分配给描述所述图像数据集内的第一类型体素的初始参数；为包括在所述感兴趣容积集中的初始感兴趣容积集中的每个容积计算平均体素数据值；基于所述平均体素数据值和所述初始参数值集，为在所述初始感兴趣容积集中的每个容积重建参数，从而产生随后的参数集；以及将所述随后参数集作为初始参数分配给包括在所述图像数据集中的随后的感兴趣容积集。 根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于图像数据集的药物动力学建模的装置，所述图像数据集包括具有多个容积的感兴趣容积集，每个容积包括至少一个具有至少一个相关数据值的体素。该装置包括用于将初始参数值集分配给描述在所述图像数据集内的第一类型体素的初始参数的第一分配单元；用于为包括在所述感兴趣容积集中的初始感兴趣容积集中的每个容积计算平均体素数据值的计算单元；用于基于所述平均体素数据值和所述初始参数值集为在所述初始感兴趣容积集中的每个容积重建参数从而产生随后参数集的重建单元；以及用于将所述随后参数集作为初始参数分配给包括在所述图像数据集中的随后感兴趣容积集的第二分配单元。 根据本专利技术的另一个方面，提供了一种具有包含在其上由计算机处理的计算机程序的计算机可读介质，用于图像数据集的药物动力学建模，所述图像数据集包括了具有多个容积的感兴趣容积集，每个容积包括至少一个具有至少一个相关数据值的体素。该计算机程序包括用于将初始参数值集分配给描述在所述图像数据集内的第一类型体素的初始参数的第一分配代码段；用于为包括在所述感兴趣容积集中的初始感兴趣容积集中的每个容积计算平均体素数据值的计算代码段；用于基于所述平均体素数据值和所述初始参数值集为在所述初始感兴趣容积集中的每个容积重建参数从而产生随后参数集的重建代码段；以及用于将所述随后参数集作为初始参数分配给包括在所述图像数据集中的随后感兴趣容积集的第二分配代码段。 仍然根据本专利技术的另一个方面，提供了用于诊断人的不适或疾病的根据所附权利要求1-18的方法、装置或计算机可读介质的应用。 本专利技术可被应用于其中表示区域信息的数据经受提取参数映射图的重建过程的所有情况。本专利技术的另一个特征是相继的重建步骤的初始值的数据驱动的适应。 附图说明 根据本专利技术实施例的参考附图的以下描述，本专利技术的这些和其他方面、特征和优点将变得清楚明白并得以阐述，其中 图1是显示一室、二室和三室模型的图示； 图2是显示包括8个体素a-h的感兴趣容积的图示； 图3是显示根据一个实施例用于重建的初始参数适应的方法的图示； 图4是显示根据一个实施例感兴趣容积减少方案的图示； 图5是显示根据一个实施例感兴趣容积减少方案的图示； 图6是显示根据一个实施例的装置的图示；以及 图7是显示根据一个实施例感兴趣容积减少方案的图示。 具体实施例方式 图1显示了已知药物动力学房室模型的不同实例。图1a图示了一室模型，图1b图示了二室模型，图1c图示了三室模型。然而，还可以考虑更高阶的房室模型。一室模型包括一个房室，其中示踪剂浓度表示为CP。k定义了示踪剂从房室的流出量。在图1b中，CP表示血液房室中的示踪剂浓度，而CT指定了组织房室中的浓度。在药物动力学的二室模型中，针对时间t上的每一点由活动性(activity)函数A(x，t)＝·CP+β(x)·CT描述涉及与用于感兴趣区域或位置x处的单独体素的房室相关联的单独浓度的加权和的经测量的总活动性。因此活动性函数A(x，t)描述了示踪剂的生物分布(bio distributution)。在此，参数β(x)表示感兴趣区域中位置x处的组织房室和血液的划分。感兴趣区域可以例如是人的器官，例如心脏。组织房室中的浓度CT由来自具有相应示踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于图像数据集的药物动力学建模的方法，所述图像数据集包括具有多个容积的感兴趣容积集，每个容积包括至少一个具有至少一个相关数据值的体素，所述方法包括将初始参数值集分配给描述所述图像数据集中第一类型体素的初始参数，为在包括在所述感兴趣容积集中的初始感兴趣容积集中的每个容积计算平均体素数据值，基于所述平均体素数据值和所述初始参数值集，为所述初始感兴趣容积集中的每个容积重建参数，从而产生随后的参数集，以及将所述随后的参数集作为初始参数分配给包括在所述图像数据集中的随后的感兴趣容积集。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：T波卢斯，A费希尔，L斯皮斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]