專利名稱：基于有限數(shù)據(jù)集合的圖像生成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生成例如在臨床醫(yī)療應(yīng)用內(nèi)使用以有助于治療和診斷 的映射生物過程的圖像的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明提供一種方法、 一種信號處理器、 一種設(shè)備和一種系統(tǒng)，用于生成映射生物過程的圖 像，并且將結(jié)合掃描儀的輸出單元而使用，以用于映射示蹤劑運動。 尤其是，本發(fā)明能夠基于有限或不完整數(shù)據(jù)集合(例如生物過程圖像 的不完整時間序列)來提供圖像。
背景技術(shù)：
在采用放射性標(biāo)記生物分子作為示蹤劑以研究活體中的病理生理 機制并且使其可視化方面，分子成像形態(tài)(例如正電子發(fā)射斷層掃描
技術(shù)(PET)和單光子發(fā)射斷層掃描技術(shù)(SPECT))是獨特的。原理 上，由于解剖改變(例如腫瘤大小的改變)通常滯后于病理反應(yīng)，因 此功能成像形態(tài)將允許疾病進程的早期可視化。
PET掃描儀和SPECT掃描儀二者都可以生成局部放射性藥劑:攝取 的動態(tài)圖像，這樣允許局部測量示蹤劑運動。通?；诜渴?(compartmental )模型來估計示蹤劑運動。從動態(tài)PET或SPECT圖像 的時間序列估計的所得到的參數(shù)可以用于表征或者量化生物過程的很 多方面(例如尤其是細(xì)胞增殖、細(xì)胞死亡、藥品給藥、以及腫瘤缺氧)。
關(guān)于獲取四維(4D)動態(tài)掃描的一個問題在于被延長的獲取時間， 在某些情況下(例如PET缺氧成像的18F-FMIS0)獲取時間可能總計達(dá) 到3個小時。因此，為了改進臨床處理量以及患者舒適性，在注射放 射性示蹤劑之后 一 定時間獲取圖像。
示例將是在注射之后1小時所獲取的FDG(氟代脫氧葡萄糖)圖像。 這些晚期圖像表示在特定時間點的示蹤劑分布，雖然是有用的，但可 能無法表達(dá)出整個圖片。另 一替換方式將是測量更小的時間點子集。 調(diào)查人員已經(jīng)研究了為了惡性腫瘤損害與炎癥部位之間進行區(qū)分而通過FDG進行的雙時間點成像，參見例如[H. Zhuang， M. Pourdehnad， E. S. Lambright， A. J. Yamamoto， M. Lanuti， P. Li， P. D. Mozley， M. D. Rossman， S. M. Albelda， and A. Alavi， "Dual Time Point 18F-FDG PET Imaging for Differentiating Malignant from Inflammatory Processes", J Nucl Med 2001; 42:1412-1417]。然而，在PET和SPECT 中采用的用于探測生物過程的很多示蹤劑顯示出復(fù)雜的示蹤劑運動， 從而必須需要藥物動力學(xué)(pharmacokinetic)建模和分析。

發(fā)明內(nèi)容
因此，目的在于提供一種方法，其能夠生成映射生物過程的圖像， 并且是基于被記錄為時間的函數(shù)的生物過程圖像的有限或不完整集合 的。換句話說，所述方法必須能夠提供可靠的圖像(例如參數(shù)圖像)， 并且基于具有缺失數(shù)據(jù)的圖像序列來映射潛在(underlying)生物過 程。
在本發(fā)明第一方面中，通過提供一種方法來實現(xiàn)這個目的和若干 其它目的，所述方法基于被記錄為時間的函數(shù)的兩個或更多生物過程 圖像序列來估計映射生物過程的圖像，所述方法包括以下步驟
通過考慮至少包括預(yù)定運動參數(shù)范圍的附加數(shù)據(jù)而通過將藥物動 力學(xué)模型應(yīng)用于所述兩個或更多生物過程圖像序列來提取至少一個運 動參數(shù)，
基于所述至少一個運動參數(shù)應(yīng)用迭代算法，以得到修正后的生物 過程圖像序列，
基于所述修正后的生物過程圖像序列來估計映射所述生物過程的 圖像。
基于僅有限量的生物過程圖像的輸入序列，所述方法能夠提供映 射潛在生物過程的圖像(例如參數(shù)圖像、功能圖像或分子圖像)。因 此，例如，給定來自掃描儀的僅一些晚期時間示蹤劑攝取圖像，所述 方法可以用于可靠地估計作為接近于下述對應(yīng)參數(shù)圖像的參數(shù)圖像， 如果圖像的完整時間序列可用，則本應(yīng)推導(dǎo)出所述對應(yīng)參數(shù)圖像。由 于在注射放射性示蹤劑或造影劑之后在動態(tài)掃描序列中僅需要有限時 間段地掃描患者，而無須在掃描儀上花費長時間來記錄覆蓋長時間段 的圖像的完整序列，因此所述方法使得有可能增加患者舒適性。通過提取或者估計運動參數(shù)、或作為應(yīng)用藥物動力學(xué)模型的結(jié)果 而獲得的運動參數(shù)集合，所述方法能夠生成修正后的圖像序列，其包 括關(guān)于輸入圖像序列而增加的多個圖像。然后通過迭代方式將藥物動 力學(xué)模型應(yīng)用于所述修正后的圖像序列，并且可以進一 步估計圖像。 為了提供迭代算法的正確初始化，藥物動力學(xué)模型例如基于來自文獻(xiàn) 的有關(guān)數(shù)據(jù)而考慮預(yù)定運動參數(shù)范圍。此外，藥物動力學(xué)模型可以將 與所述生物過程有關(guān)的輸入函數(shù)進一步取作其輸入。這種輸入函數(shù)可 以包括表示血液清除曲線的數(shù)據(jù)。
在實現(xiàn)方式中，所述兩個或更多生物過程圖像序列是示蹤劑運動
圖像序列，藥物動力學(xué)模型包括使用房室模型分析示蹤劑運動，從 而提取所述至少一個運動參數(shù)。因此，可以通過描述房室模型的參數(shù) 和傳輸速率常數(shù)來描述由所述圖像映射的生物過程。這種房室模型可 以是2-房室模型、3-房室模型、4-房室模型或5-房室模型。
在一個具體實施例中，所述房室模型是二房室氟米索硝唑 (fluoromisonidazole， FMISO)運動模型，并且所述迭代算法包括 優(yōu)化二房室FMISO運動模型的K,、 k2、 k3和p參數(shù)。在實現(xiàn)方式中，由 二房室FMISO運動模型的傳輸速率常數(shù)來描述由所生成的參數(shù)圖像映 射的組織缺氧的生物過程。
所述方法適合于處理從示蹤劑運動掃描(例如放射性示蹤劑運動 掃描)得到的生物過程圖像，由掃描儀(例如CT、 MR、 PET、 SPECT和 超聲掃描儀)來記錄所迷掃描圖像。
在一個實施例中，所述迭代算法包括重復(fù)以下步驟 基于所述至少一個運動參數(shù)生成至少一個估計圖像， 通過將所述藥物動力學(xué)模型應(yīng)用于包括所述至少一個估計圖像的 修正后的生物過程圖像序列來至少提取修正后的運動參數(shù)， 直到滿足預(yù)定停止準(zhǔn)則。
所述停止準(zhǔn)則可以是基于指示得到的圖像的所實現(xiàn)的質(zhì)量的閾值 的。當(dāng)例如連續(xù)迭代之間的均方根距離小于所述閾值時，可以滿足所 述停止準(zhǔn)則。或者，所述停止準(zhǔn)則可以是基于所執(zhí)行的預(yù)定數(shù)量的迭代的。
應(yīng)理解，可以通過任何方式來組合任何兩個或更多個上述實施例 的或第一方面的子方面。在第二方面中，本發(fā)明提供一種信號處理器，其被布置為基于 被記錄為時間的函數(shù)的兩個或更多生物過程圖像序列來估計映射生物 過程的圖像，所述信號處理器包括
運動參數(shù)提取器，其被布置為通過考慮至少包括預(yù)定運動參數(shù) 范圍的附加數(shù)據(jù)而通過將藥物動力學(xué)模型應(yīng)用于所述兩個或更多生物 過程圖像序列來提取至少 一 個運動參數(shù)，
圖像估計器，其被布置為基于所述至少一個運動參數(shù)應(yīng)用迭代 算法，以得到修正后的生物過程圖像序列，
圖像生成器，其被布置為基于所述修正后的生物過程圖像序列 來估計映射所述生物過程的圖像。
通過適當(dāng)?shù)目蓤?zhí)行程序，所述信號處理器可以要么被實現(xiàn)為專用 信號處理器，要么被實現(xiàn)為通用信號處理器(例如在計算機或計算機 系統(tǒng)中)。所述信號處理器可以是基于一個單片機的基于數(shù)字的信號 處理器，或被劃分為若干處理器芯片。
應(yīng)理解，對于第一方面提到的相同優(yōu)點和相同實施例同樣應(yīng)用于 第二方面。
在第三方面中，本發(fā)明提供一種設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求10的 信號處理器。所述設(shè)備可以是計算機或計算機系統(tǒng)(例如大型計算機 或單機計算機)。所述設(shè)備可以包括顯示器監(jiān)視器，用于至少顯示映 射所述生物過程的所得到的圖像。在實現(xiàn)方式中，所述設(shè)備包括接口， 所述接口要么是有線的，要么是無線的，用于從掃描儀(例如PET掃 描儀或SPECT掃描儀)接收所記錄的圖像或圖像序列。
應(yīng)理解，對于第一方面提到的相同優(yōu)點和相同實施例等同地應(yīng)用 于笫三方面。
在笫四方面中，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，包括
掃描儀，其被布置為將兩個或更多生物過程圖像序列記錄為時 間的函數(shù)，
根據(jù)權(quán)利要求10的信號處理器，所述信號處理器可操作地連接到 所述掃描儀，用于接收被記錄為時間的函數(shù)的所述兩個或更多生物過 程圖像序列，
顯示器，可操作地連接到所述信號處理器，用于顯示映射所述生 物過程的圖像。如上所述，所述掃描儀可以是PET、 SPECT、 CT、 MR或超聲機器， 或結(jié)合第一方面的上述任何類型。此外，應(yīng)理解，對于第一方面提到 的相同優(yōu)點和相同實施例等同地應(yīng)用于第四方面。
在第五方面中，本發(fā)明提供一種計算機可執(zhí)行程序代碼，其適用 于執(zhí)行根據(jù)第一方面的方法。如上所述，可以在專用信號處理器或通 用計算硬件上執(zhí)行所述程序。應(yīng)理解，對于第一方面提到的相同優(yōu)點 和相同實施例同樣應(yīng)用于第五方面。
在第六方面中，本發(fā)明提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其包括根 據(jù)笫五方面的計算機可執(zhí)行程序代碼。存儲介質(zhì)的非排除性列表包括 存儲棒、存儲卡、CD、 DVD、藍(lán)光盤、或硬盤(例如便攜式硬盤)。應(yīng) 理解，對于第一方面提到的相同優(yōu)點和相同實施例等同地應(yīng)用于第六 方面。
注意，對于第一方面提及的優(yōu)點和實施例也應(yīng)用于本發(fā)明的第二 方面、笫三方面、第四方面、第五方面和第六方面。因此，應(yīng)理解，
本發(fā)明的任何一個方面可以與任何其它方面組合。


現(xiàn)將參照附圖僅以示例的方式描述本發(fā)明，其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實施例，
圖2示出所述方法的第一實現(xiàn)方式的流程圖，
圖3示出2房室FMIS0模型，
圖4示出所述方法的第二實現(xiàn)方式的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出設(shè)備10，其被布置為結(jié)合掃描儀1 (例如PET掃描儀) 進行操作，所述掃描儀1可以將圖像2序列記錄作為時間的函數(shù)，或 者記錄表示這種圖像2的數(shù)據(jù)。圖像2序列表示在注射放射性示蹤劑 或造影劑之后人體的局部部分的掃描。圖像2序列可以表示例如具有 缺失時間點的FMISO數(shù)據(jù)。可能的情況是，圖像在注射之后的特定時 間范圍內(nèi)(例如0-90分鐘)有缺失。然后由信號處理器11對要么直 接來自掃描儀1要么在被存儲之后的圖像2的不完整序列進行處理。 信號處理器ll還接收關(guān)于運動參數(shù)范圍的附加數(shù)據(jù)20(例如基于文獻(xiàn)的數(shù)據(jù))、并且可選地接收輸入函數(shù)(例如血液清除函數(shù)數(shù)據(jù))。信
號處理器11然后對數(shù)據(jù)2、 20執(zhí)行迭代算法，包括在迭代算法中應(yīng) 用藥物動力學(xué)模型，稍后將對其進行詳細(xì)解釋。信號處理器ll然后估 計映射潛在生物過程的參數(shù)或功能圖像30，例如具有根據(jù)FMISO數(shù)據(jù) 集合估計的k3參數(shù)的組織缺氧。然后將圖像30數(shù)據(jù)傳送到顯示屏幕12, 顯示屏幕12可以通過使用顏色使得參數(shù)值可視化而使得圖像30(例如 表示掃描過的人體局部部分的2D圖像)可視化。
圖2是所述方法的第一實現(xiàn)方式的流程圖。被記錄作為時間的函 數(shù)的生物過程圖像40序列連同附加數(shù)據(jù)41 一起被代入藥物動力學(xué)模 型42，附加數(shù)據(jù)41至少包括預(yù)定運動參數(shù)范圍(例如基于文獻(xiàn)的值)。 附加數(shù)據(jù)41還可以包括輸入函數(shù)或血液清除函數(shù)。藥物動力學(xué)模型42 用于基于可用的圖像40序列和附加數(shù)據(jù)41提取或者估計一個或多個 運動參數(shù)43 (例如在FMISO數(shù)據(jù)的情況下，1d、 k2、 t和p)。接下來， 考慮一個或多個運動參數(shù)43，將迭代算法44應(yīng)用于圖像40序列，以 更新并重新應(yīng)用藥物動力學(xué)模型，并且估計圖像序列中的缺失圖像， 從而得到修正后的具有更多圖像的圖像序列。在接下來的迭代中，將 藥物動力學(xué)模型應(yīng)用于修正后的圖像序列，因此得到修正后的或更新 后的運動參數(shù)。然后重復(fù)所述迭代算法44,直到滿足合適的停止準(zhǔn)則。 最后，將得到的修正后的圖像45序列用于估計46映射生物過程的圖 像47的處理中。
可以在迭代算法44中應(yīng)用若干不同的停止準(zhǔn)則；例如， 一種停止 準(zhǔn)則可以得自以下操作比較得到的圖像47與基于先前迭代的圖像， 并且當(dāng)?shù)玫降膱D像47與基于先前迭代的圖像之間的差小于預(yù)定閾值 時，停止迭代，然后輸出最近的估計圖像47。否則，繼續(xù)進行迭代。
將在以下部分中更詳細(xì)地描述前面提到的藥物動力學(xué)模型42以及 與圖2所示的方法有關(guān)的其它細(xì)節(jié)。
當(dāng)將設(shè)備(例如CT (計算機斷層掃描技術(shù))系統(tǒng)、MR (磁共振) 系統(tǒng)、PET (正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù))系統(tǒng)、SPECT (單光子發(fā)射計 算機斷層掃描技術(shù))系統(tǒng)、或US (超聲)系統(tǒng))用于顯示所研究的患 者的功能或形態(tài)特征時，記錄多個靜態(tài)掃描或動態(tài)掃描的鄰近時間序 列。為了獲得在這些圖像中已編碼的感興趣的醫(yī)療信息，在特定應(yīng)用 中執(zhí)行潛在化學(xué)、生物和生理過程的運動分析。房室建模是基于特殊類型的數(shù)學(xué)模型的，用于描述觀測到的數(shù)據(jù)， 其中，生理上分離的顯像劑的池(也稱為示蹤劑物質(zhì))被定義為"房 室"。這種模型于是描述不同房室中的所述顯像劑的濃度，例如在一 只手上的動脈血液的房室中以及在另一只手上的組織的房室中(然而， 應(yīng)注意，通常房室無需在空間上是緊湊或連接的)。典型地，在由具 有(未知)參數(shù)(比如交換速率)的不同方程所約束的各種房室之間 存在物質(zhì)交換。為了對于給定觀測來評估房室模型，必須求解不同方 程，并且必須估計它們的參數(shù)，從而所得到的解優(yōu)化地適合于所觀測
到的數(shù)據(jù)?？梢栽谖墨I(xiàn)中(例如S. Huang andM. Phelps, "Principles of Tracer Kinetic Modeling in Positron Emission Tomography) 找到關(guān)于房室分析的技術(shù)的更多細(xì)節(jié)。
圖3示出2房室模型作為FMISO運動的建模的示例，以用于分析 潛在示蹤劑運動并且得到感興趣的有關(guān)生物參數(shù)，所述參數(shù)在此情況 下是描述組織缺氧的參數(shù)。在該模型中，a是分支比(branching fraction) ， i]是細(xì)胞夕卜分?jǐn)?shù)(extra-eel lular fraction) , L、 k2 和k3是表征模型的傳輸速率常數(shù)。d和C2指示兩個房室，并且血液清 除曲線作為時間t的函數(shù)被表示為Cp(t)。速率常數(shù)k3描述["F] FMISO 分子的還原和進一步新陳代謝，并且由于速率常數(shù)k3與氧氣濃度成反 比，因此其被用作缺氧的測度。
一般，在從注射放射性示蹤劑的時間開始直到血漿和組織房室之 間出現(xiàn)示蹤劑的平衡的掃描時段中獲得4D動態(tài)圖像獲取。因此，這樣 的整個時段一般被劃分為多個時間點(例如等距時間點)，并且完整 圖像集合包括與每一時間點關(guān)聯(lián)的圖像。由于為了得到對于表征特定 示蹤劑的房室模型有意義的解，必須考慮多個因素，因此如果獲取的 圖像集合包括與僅整個掃描時段的時間點子集關(guān)聯(lián)的圖像，則藥物動 力學(xué)建模(或房室建模)是有挑戰(zhàn)性的。這些因素不僅包括表征特定 模型的運動參數(shù)的估計，而且還包括缺失圖像數(shù)據(jù)(PET或SPECT在時 間上的分布數(shù)據(jù))的估計。根據(jù)本發(fā)明，通過以下操作來克服這種情 況小心地合并關(guān)于例如從公開的動物和人類研究而在生理上觀測到 的運動參數(shù)范圍方面的現(xiàn)有技術(shù)，并且以迭代方式估計缺失圖像數(shù)據(jù)。
圖4是所述方法的第二實現(xiàn)方式的流程圖，包括以下步驟估計 用于動態(tài)圖像序列(例如FMIS0圖像序列)的感興趣的運動參數(shù)。對于該實施例，假設(shè)輸入函數(shù)或血液清除曲線(圖3中Cp)是可用的。 可以通過在完整時間活動分布時段上按預(yù)定間隔搜集動脈樣本(或靜 脈樣本)來獲得輸入函數(shù)。通過專用計數(shù)器對于放射性來評估這些收 集到的樣本，從而形成輸入函數(shù)曲線。鑒于這個過程的有創(chuàng)性，因此 估計輸入函數(shù)的替代方法也是可用的。所述替代方法包括無創(chuàng)的基于 圖像的輸入函數(shù)以及基于總體均值的血液輸入曲線(參見例如[AB. Olshen，F(xiàn)O.Sullivan， "Camouflaged deconvolution with Application to blood curve modeling in FDG PET studies", J. Amer. Stat. Assoc, vol. 92， no. 440， pp 1293-1303， 1997])。
圖4的流程圖包括第一步驟50:通過以合適的開始值來代替缺失 值而生成修正后的圖像序列，例如以輸入函數(shù)(或輸入函數(shù)的標(biāo)量版 本)的(缺失時間間隔內(nèi))的均值來代替缺失值。在步驟52，將房室 模型應(yīng)用于修正后的圖像序列，以估計運動參數(shù)(例如用于FMISO優(yōu) 化的Kt、 k2、 k3和(3)。所估計的運動參數(shù)受約束在于，使用明智選取 的初始條件和參數(shù)范圍(典型地，對于特定示蹤劑，從關(guān)于動物或人 類研究的公開報告選取)。在步驟54，可以計算運動參數(shù)的估計誤差。 在判斷步驟56，驗證估計誤差是否滿足停止準(zhǔn)則(例如估計誤差是否 小于5%)。如果答案為"是，，(Y)，則接下來的步驟是步驟58，用 于使得迭代停止，并且因此，當(dāng)前運動參數(shù)可以用于產(chǎn)生輸出圖像。 如果答案為"否"(N)，則接下來的步驟是步驟60，用于通過包括在 數(shù)據(jù)缺失的這些時間點的估計數(shù)據(jù)來修正數(shù)據(jù)集合?；趤碜圆襟E52 所獲得的房室模型的運動參數(shù)計算估計數(shù)據(jù)。因此，在步驟60，根據(jù) 由房室模型預(yù)測出的時間活動曲線來估計在特定時間點不可用的圖 像。在執(zhí)行步驟60之后，算法跳轉(zhuǎn)回到步驟52，并且現(xiàn)在將房室模型 應(yīng)用于修正后的數(shù)據(jù)集合，其包括步驟60中所獲得的估計數(shù)據(jù)。圖4 的算法因此描述了迭代估計，其被重復(fù)，直到滿足合適的停止準(zhǔn)則。
估計誤差的示例是模型參數(shù)的連續(xù)迭代之間的均方根距離。在第n 次迭代在步驟54計算出的這個均方根距離可以被定義為<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，求和遍歷房室模型的參數(shù)k, N是參數(shù)的數(shù)量，k")和k"-"表示在第n次和笫(n-l)次迭代時模型參數(shù)的值。
如所說明的那樣，所述方法已經(jīng)在肺癌FMISO研究中被測試過， 其中，感興趣的參數(shù)k3用于量化腫瘤中的缺氧子塊體(sub-volumes )。 完整4D FMISO數(shù)據(jù)集合包括從FMISO的0至240分鐘注射后所獲取的 33個圖像(時間幀)序列。為了對缺失數(shù)據(jù)的情況進行仿真，僅取用 一些晚期時間圖像作為對于所述方法的輸入，丟棄前29個圖像，并且 通過上述過程來估計k3圖像。基于根據(jù)本發(fā)明的方法的不完整數(shù)據(jù)集 合的所得到的k3圖像與從整個數(shù)據(jù)集合計算出的k3圖像的比較僅顯示 出不明顯的差(即關(guān)于圖像的醫(yī)療解釋，這是不重要的)。總之，已 經(jīng)驗證了由于所述方法僅需要有限量的圖像數(shù)據(jù)來提供可靠的結(jié)果， 因此所述方法能夠節(jié)省大量掃描時間。
如果出于多種原因而導(dǎo)致掃描圖像的完整時間序列不可用(例如 較長的獲取時間(這是依賴于示蹤劑的)、患者舒適性考慮、以及更 快的臨床處理量)，則可以將本發(fā)明實現(xiàn)為PET、 SPECT、 MR、 CT或超 聲成像軟件的一部分，以用于放射性示蹤劑或造影劑的示蹤劑運動的 藥物動力學(xué)建模。在理解很多疾病過程(細(xì)胞增殖、程序性細(xì)胞死亡、 血管新生、缺氧、肺瘤耐藥等等)中，希望表征局部示蹤劑運動的運 動參數(shù)的估計起關(guān)鍵作用。(在治療過程中)在貫穿順序掃描來跟蹤 患者對于治療的反應(yīng)以及將藥物動力學(xué)建模集成到臨床工作流程內(nèi)， 希望用于甚至從不完整數(shù)據(jù)來估計這些參數(shù)圖像的能力起關(guān)鍵作用。 此外，通過合并由參數(shù)圖像所提供的生物信息，還可以將所緣方法應(yīng) 用于改進對于放射治療的目標(biāo)界定。
總之，提供一種方法、信號處理器、設(shè)備和系統(tǒng)，用于在注射放 射性示蹤劑之后基于例如由PET掃描儀或SPECT掃描儀記錄為時間函 數(shù)的有限或不完整生物過程圖像40序列來估計映射生物過程的參數(shù)或 功能圖像47。通過將藥物動力學(xué)模型42(潛在示蹤劑運動的房室模型) 應(yīng)用于生物過程圖像40序列來首先提取一個或多個運動參數(shù)43。在模 型中使用附加數(shù)據(jù)41 ，其至少包括預(yù)定運動參數(shù)范圍(例如來自文獻(xiàn))， 并且可選地包括輸入函數(shù)或血液清除函數(shù)。接下來，例如通過將估計 圖像引入不完整圖像序列，利用一個或多個運動參數(shù)43，應(yīng)用迭代算 法44來得到修正后的圖像45序列。在已經(jīng)實現(xiàn)停止準(zhǔn)則之后，從修 正后的圖像序列45最終估計46所得到的圖像47。所述方法可以用于例如在僅晚期時間圖像可用的FMISO數(shù)據(jù)集合的情況下估計缺氧參數(shù) k3圖像?？梢詫⑺龇椒▽崿F(xiàn)為現(xiàn)有PET、 SPECT、 CT、 MR或超聲掃描 儀軟件的一部分，并且由于僅需要有限量的晚期時間注射后圖像來提 供可靠的結(jié)果，因此所述方法有助于增加患者舒適性和臨床處理量。
雖然已經(jīng)結(jié)合特定實施例描述了本發(fā)明，但并非意欲將本發(fā)明限 制為在此闡述的具體形式。此外，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限 定。在權(quán)利要求中，術(shù)語"包括，，并不排除其它元件或步驟的存在性。 此外，雖然在不同權(quán)利要求中可以包括單獨特征，但有可能有利地組 合這些特征，并且不同權(quán)利要求中的包括關(guān)系并不意味著特征的組合 是不可行和/或有利的。此外，單數(shù)并不排除復(fù)數(shù)。因此，對于"一個"、 "某個，，、"第一，，、"第二"的引用并不排除復(fù)數(shù)。此外，權(quán)利要 求中的標(biāo)號不應(yīng)理解為對范圍進行限制。
權(quán)利要求
1.一種基于被記錄為時間函數(shù)的兩個或更多生物過程圖像(40)序列來估計映射生物過程的圖像(47)的方法，所述方法包括以下步驟通過考慮至少包括預(yù)定運動參數(shù)范圍的附加數(shù)據(jù)(41)而將藥物動力學(xué)模型(42)應(yīng)用于所述兩個或更多生物過程圖像(40)序列來提取至少一個運動參數(shù)(43)，基于所述至少一個運動參數(shù)(43)應(yīng)用迭代算法(44)，以得到修正后的生物過程圖像(45)序列，和基于所述修正后的生物過程圖像(45)序列來估計(46)映射所述生物過程的所述圖像(47)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述迭代算法(44)包括重 復(fù)以下步驟基于所述至少一個運動參數(shù)(43)生成至少一個估計圖像，和 通過將所述藥物動力學(xué)模型應(yīng)用于包括所述至少一個估計圖像的 所述修正后的生物過程圖像序列來至少提取修正后的運動參數(shù)， 直到滿足預(yù)定停止準(zhǔn)則。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述生物過程是示蹤劑運動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述附加數(shù)據(jù)(41)還包括 與所述生物過程有關(guān)的輸入函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，與所述生物過程有關(guān)的所述輸 入函數(shù)包括表示血液清除曲線的數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述兩個或更多生物過程圖像 (40)序列是由從包括以下技術(shù)的組中選擇的掃描儀所記錄的示蹤劑運動圖像序列計算機斷層掃描、磁共振、正電子發(fā)射斷層掃描、單 光子發(fā)射計算機斷層掃描和超聲。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述兩個或更多生物過程圖像 (40)序列是示蹤劑運動圖像序列，并且其中，藥物動力學(xué)模型(42)包括使用房室模型分析示蹤劑運動，從而提取所述至少一個運動參 數(shù)(43)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，通過傳輸率常數(shù)和所述房室模 型的參數(shù)來描述由所述圖像(47)映射的所述生物過程。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述房室模型是二房室氟硝基 咪唑運動模型，并且其中，所述迭代算法(44)包括優(yōu)化所述二房 室氟硝基咪唑運動模型的K,、 k2、 k3和p參數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，從包括以下圖像的組中選擇所 述映射生物過程的圖像(47):參數(shù)圖像、功能圖像和分子圖像。
11. 一種信號處理器(11)，其被布置為基于被記錄為時間函數(shù) 的兩個或更多生物過程圖像(2)序列來估計映射生物過程的圖像(30)， 所述信號處理器(11)包括運動參數(shù)提取器，其被布置為通過考慮至少包括預(yù)定運動參數(shù) 范圍的附加數(shù)據(jù)(20)而將藥物動力學(xué)模型應(yīng)用于所述兩個或更多生 物過程圖像序列來提取至少一個運動參數(shù)，圖像估計器，其被布置為基于所述至少一個運動參數(shù)應(yīng)用迭代 算法，從而得到修正后的生物過程圖像序列，和圖像生成器，其被布置為基于所述修正后的生物過程圖像序列 估計映射所述生物過程的所述圖像(30)。
12. —種設(shè)備(10 )，包括根據(jù)權(quán)利要求11的信號處理器(11 )。
13. —種系統(tǒng)，包括掃描儀(l)，其被布置為將兩個或更多生物過程圖像(2)序 列記錄為時間的函數(shù)，根據(jù)權(quán)利要求11的信號處理器(11 )，所述信號處理器(11 )可 操作地連接到所述掃描儀(1)，用于接收被記錄為時間的函數(shù)的所述兩個或更多生物過程圖像(2)序列，和顯示器(12)，可操作地連接到所述信號處理器(11)，用于顯 示映射所述生物過程的所述圖像(30)。
14. 一種計算機可執(zhí)行程序代碼，適用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求l的 方法。
15. —種計算機可讀存儲介質(zhì)，包括根據(jù)權(quán)利要求14的計算機 可執(zhí)行程序代碼。
全文摘要
一種方法、信號處理器、設(shè)備和系統(tǒng)，用于在注射放射性示蹤劑之后例如由PET掃描儀或SPECT掃描儀基于被記錄為時間函數(shù)的有限或不完整的生物過程圖像40序列來估計映射生物過程的參數(shù)或功能圖像47。通過將藥物動力學(xué)模型42(潛在示蹤劑運動的房室模型)應(yīng)用于生物過程圖像40序列來首先提取一個或多個運動參數(shù)43。在模型中使用附加數(shù)據(jù)41，其至少包括預(yù)定運動參數(shù)范圍(例如來自文獻(xiàn))，并且可選地包括輸入函數(shù)或血液清除函數(shù)。接下來，例如通過將估計圖像插入不完整圖像序列，利用一個或多個運動參數(shù)43，應(yīng)用迭代算法44來得到修正后的圖像45序列。在已經(jīng)實現(xiàn)停止準(zhǔn)則之后，從修正后的圖像序列45最終估計46所得到的圖像47。所述方法可以用于例如在僅晚期時間圖像可用的FMISO數(shù)據(jù)集合的情況下估計缺氧參數(shù)k₃圖像?？梢詫⑺龇椒▽崿F(xiàn)為現(xiàn)有PET、SPECT、CT、MR或超聲掃描儀軟件的一部分，并且由于僅需要有限量的晚期時間注射后圖像來提供可靠的結(jié)果，因此所述方法有助于增加患者舒適性和臨床處理量。
文檔編號G06T7/00GK101542530SQ200780043535
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者M·納拉亞南 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司