[发明专利]基于知识为药动学建模定义输入感兴趣区域

说明书

本发明涉及一种为根据4维数据集估计动力学模型/输入函数的参数而 定义输入感兴趣区域(ROI)的系统、装置及方法，其中所述4维数据集包括 一系列在时间和空间上分布的示踪剂活性测量值。更具体地，本发明提供 了一种自动定义ROI的方式，其考虑基于施予剂量的输入函数的形状的先 验知识。

药动学建模根据一系列示踪剂(放射性标记的显像剂)的活性测量值 (例如，通过正电子发射断层摄影得到的)估计动力学模型的参数。由于 该模型描述了生物过程，因此其参数具有直接的功能解释(例如，示踪剂 F-氟硝基咪唑(FMISO)的缺氧)，这具有诊断价值。以四维(4D)数据集形式 的测量值代表了时间和空间中的活性分布。动力学参数估计程序需要有关 示踪剂输入活性的知识。该输入活性可被有创地测量，或者它可在预处理 步骤中根据数据进行估计。

如果对模型及其输入进行分析性描述，则估计问题能够得到有效解决。 当使用医学成像设备，例如计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MR)、正电 子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、以及超声成 像(US)来显示所研究患者的功能/形态学属性，记录若干静态扫描或者连续 时间序列的动态扫描。为了获得这些图像中编码的感兴趣医学信息，在特 定应用中必须完成对基础化学、生物和生理过程的隔室分析。为了利用成 像设备能够提供的最大分辨率，必须在每一体素的基础上完成这一分析。

典型地将在ROI，例如动脉或左心室血池上平均的数据拟合成参数化 函数(通常为指数项的和)，以便获得分析输入表达。为了获得正确的输入 函数表达，数据中用于估计输入函数的ROI十分重要。

本发明的这一系统、装置及方法提供了一种通过考虑基于施予剂量的 输入函数的形状的“先验”知识，自动定义用于估计输入函数的输入感兴 趣区域(ROI)的方式。这导致人工交互量的减少和在动态程序的估计中对操 作者依赖的减少。

本发明提供了一种使用先验数据为药动学建模程序定义无创输入函数 的方法，包括以下步骤：接收医学图像；提供先验数据，其描述了所述接 收的医学图像的至少一种属性；利用所述提供的先验数据并且对于所述接 收的医学图像，计算基准输入时间活性曲线，其具有至少一个主要参数， 其中，所述至少一个主要参数选自包含峰的大小和峰的宽度以及尾部的大 小和尾部的宽度的组；以及使用所述计算出的基准输入时间活性曲线为所 述药动学建模程序定义所述输入函数，其中，所述定义步骤还包括下列步 骤：识别所述接收的医学图像中与所述计算出的时间活性曲线最佳匹配的 最佳匹配体素；使用所述识别出的最佳匹配体素进行区域生长，以自动定 义至少一个感兴趣区域。

该方法还包括作为后诊断的使用所述计算出的时间活性曲线检验所述 定义的感兴趣区域的步骤。其中，所述定义步骤还包括下列步骤：使用预 先确定的精度准则确定所述计算出的时间活性曲线是否既可计算又准确； 以及当确定所述计算出的时间活性曲线既可计算又准确时，所述定义步骤 定义所述计算出的时间活性曲线作为所述药动学建模程序的所述输入函 数；否则，所述定义步骤使用所述计算出的时间活性曲线定义感兴趣区域 作为所述药动学建模程序的所述输入函数。其中，所述先验数据包括选自 包含示踪剂特性和施予剂量的集合、患者体重和血容量、以及医学成像设 备特性的集合的组中的至少一项。其中，所述识别步骤还包括：基于预先 确定的体素和所述计算出的时间活性曲线之间的距离测量值选择最佳匹配 体素。其中，所述先验数据还包括预定义“大致的”感兴趣区域，作为所 述区域生长步骤中的所述识别出的最佳匹配体素。

本发明还提供了一种为药动学建模程序定义无创输入函数的装置，包 括：基准输入时间活性曲线计算模块，其基于接收的包括先验数据的医学 图像数据计算基准输入时间活性曲线；感兴趣区域定义模块，其接收所述 计算出的基准输入时间活性曲线并基于其来定义感兴趣区域，其中，所述 装置执行前段所述的方法以定义所述输入函数。

本发明还提供了一种用于医学图像分析的系统，包括：数据采集预处 理模块，其采集医学图像数据，对所述采集的数据进行校正和配准，以及 根据其计算误差数据集，从而产生经处理的输入图像数据集；根据前段所 述的装置，其根据所述产生的输入图像数据集无创地定义输入函数；药动 学建模子系统，其接受所述输入函数并用其对所述数据进行建模。