[发明专利]使用预测模型确定模型参数

说明书

系统可使用测量装置测量与样品相关联的对激励的响应。然后，所述系统可使用所述测量的响应和所述激励作为对预定预测模型的输入，在具有代表所述样品的多个体素的正演模型中在逐个体素基础上计算模型参数。所述正演模型可模拟所述样品内发生的对给定激励的响应物理学。举例来说，所述正演模型可基于近似所述响应物理学的微分或唯象方程。此外，所述系统可通过使用所述正演模型、所述模型参数和所述激励比较至少所述测量的响应和计算的所述响应的预测值来确定所述模型参数的准确度。当所述准确度超过预定义值时，所述系统可将所述模型参数作为输出提供给：用户、另一电子装置、显示器和/或存储器。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§120要求优先权至：于2019年2月15日提交的美国非临时申请系列第16/277,939号，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

所描述的实施例一般涉及确定与样品相关联的模型参数，以用于在模拟样品对激励的响应物理学的正演模型中使用。

背景技术

许多非侵入性表征技术可用于确定样品的一个或多个物理参数。举例来说，可使用磁共振或MR(经常称为‘核磁共振’或NMR)来研究磁属性，这是磁场中的核吸收并重新发射电磁辐射的一种物理现象。此外，可使用表征技术(如x射线成像、x射线衍射、计算机断层扫描、中子衍射或电子显微镜)来研究固体或刚性材料中的密度变化和短程或长程周期性结构，其中电磁波或具有小德布罗意波长的能量粒子被样品吸收或散射。此外，可使用超声波成像来研究软材料或流体中的密度变化和运动，其中超声波在样品中传输和反射。

在这些和其它非侵入性表征技术的每一种中，一个或多个外部激励(如粒子通量或入射辐射、静态或时变标量场，和/或静态或时变向量场)被施加到样品上，并且以物理现象的形式测量由此产生的样品响应，以直接或间接地确定一个或多个物理参数。例如，在MR中，磁核自旋可在施加的外部DC磁场中部分对齐(或极化)。这些核自旋可按角频率(有时称为‘拉莫尔频率’)围绕外部磁场的方向进动或旋转，角频率由一类核的旋磁比和外部磁场的大小或强度的乘积给出。通过对极化的核自旋施加微扰，如一个或多个射频(RF)脉冲(更一般地，电磁脉冲)，其脉冲宽度对应于角频率并与外部磁场方向成直角或垂直，核自旋的极化可瞬时改变。由此产生的核自旋动态响应(如随时间变化的总磁化强度)可提供关于样品的物理和材料属性的信息，如与样品相关联的一个或多个物理参数。

此外，一般而言，每种表征技术可允许在样品中以小体积或体素来确定一个或多个物理参数，其可使用张量来表示。以磁共振成像(MRI)为例，核自旋(如质子或同位素¹H)的进动角频率对外部磁场大小的依赖性可用于确定不同材料或组织类型的三维(3D)或解剖结构和/或化学成分的图像。特别是，通过对样品施加非均匀或空间变化的磁场，由此产生的¹H自旋的进动角频率的变化通常用于在空间上定位¹H自旋对体素的测量的动态响应，这可用于生成图像，如患者的内部解剖结构。

然而，样品物理属性的表征经常是耗时、复杂和昂贵的。举例来说，在具有高空间分辨率(即小体素大小)的MRI中获取MR图像经常涉及要执行的大量测量(有时称为‘扫描’)，其持续时间长于患者不同类型组织中¹H自旋的弛豫时间。此外，为了获得高空间分辨率，MRI期间通常使用大的均匀外部磁场。外部磁场通常使用超导磁体生成，超导磁体具有带窄孔的环形形状，对许多患者来说感觉受限。此外，可使用傅立叶变换技术来促进图像重建，代价是对RF脉冲序列和因此MR扫描时间的约束。

长MR扫描时间以及在MRI的情况下，磁体孔的封闭环境均会降低用户体验。此外，长MR扫描时间会降低吞吐量，从而增加执行表征的成本。这些类型的问题会约束或限制许多表征技术的使用。