專利名稱：人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息可視化的計算機模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)學(xué)仿真及可視化領(lǐng)域，涉及一種人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息的可視化的計算機模擬方法，具體涉及一種基于代謝動力學(xué)模型和“可視人”解剖結(jié)構(gòu)的人體代謝功能信息的數(shù)學(xué)模擬和可視化仿真方法。
背景技術(shù)：
任何有關(guān)人體的信息，包括解剖信息和物質(zhì)代謝功能信息，都會對人類的保健和疾病診治產(chǎn)生積極的作用，而這些信息的科學(xué)可視化對于研究和應(yīng)用均具有重要意義。例如，美國的“可視人”計劃(Visible Human Project，VHP)提供了非常詳細(xì)的人體解剖信息，“可視人”數(shù)據(jù)在科研、臨床及產(chǎn)業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。有關(guān)人體解剖信息的研究已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，而近年來對人體物質(zhì)代謝功能信息的研究也逐漸成為了熱點。無論是對人體自身的研究還是對疾病的診療而言，物質(zhì)代謝功能信息都是人體非常重要的信息。近年來美國提出的“Physiome”研究計劃正是說明了這一點，該計劃企圖通過建立生理系統(tǒng)的數(shù)字模型將人體物質(zhì)代謝功能數(shù)字化地動態(tài)再現(xiàn)，旨在從整體上研究人的生命現(xiàn)象。生理系統(tǒng)是世界上最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，直至科學(xué)高度發(fā)達(dá)的今天，人們對生理系統(tǒng)仍知之甚少，對許多生理問題亦缺少有效的手段進(jìn)行研究。正是由于生命系統(tǒng)的高度復(fù)雜性以及研究的困難程度，生理系統(tǒng)也是較早地應(yīng)用了模擬與仿真方法的領(lǐng)域之一。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)和藥學(xué)依賴于大量動物實驗?zāi)Ｐ偷淖龇▽⒅鸩奖挥嬎銠C仿真模擬所取代，從而代替實際的復(fù)雜、長期、昂貴乃至無法實現(xiàn)的實驗，大大提高研究效率。目前，對于人體內(nèi)的各種代謝物質(zhì)或藥物，存在很多代謝動力學(xué)方面的研究，同時也出現(xiàn)了諸多比較成熟的數(shù)學(xué)模型，用于描述特定物質(zhì)在人體內(nèi)的代謝動力學(xué)過程，例如描述葡萄糖代謝過程的三房室四參數(shù)模型和描述碘代謝的三房室模型。然而，這些數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用范圍基本上局限在各種代謝參量的計算等研究中，而并沒有進(jìn)一步應(yīng)用于人體內(nèi)物質(zhì)代謝分布過程的模擬和可視化研究，尤其是基于解剖結(jié)構(gòu)的人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息的可視化仿真。建立一個分布在實際形態(tài)結(jié)構(gòu)上的人體內(nèi)物質(zhì)代謝分布過程的模擬方法，研究物質(zhì)在體內(nèi)轉(zhuǎn)運的動態(tài)規(guī)律，并實現(xiàn)模擬結(jié)果的可視化顯示，不僅可以給出物質(zhì)的代謝信息，而且還為醫(yī)學(xué)功能成像的研究提供數(shù)字化體模，并為藥物動力學(xué)研究提供新的技術(shù)平臺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為人體生理學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)成像的研究、教育、應(yīng)用等工作提供一種實施簡單、操作靈活的人體物質(zhì)代謝功能信息的可視化的計算機模擬方法，具體涉及一種基于代謝動力學(xué)模型和人體解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的人體內(nèi)物質(zhì)代謝過程的可視化模擬方法。
本發(fā)明采用房室模型作為描述物質(zhì)代謝的數(shù)學(xué)模型，從而通過數(shù)學(xué)計算模擬出人體內(nèi)物質(zhì)代謝分布的動態(tài)信息。本發(fā)明將一套已經(jīng)分割好的“可視人”男性數(shù)據(jù)作為高分辨率的人體解剖學(xué)圖像平臺，用于人體物質(zhì)代謝功能信息的高分辨率三維顯示。借助“可視人”圖像數(shù)據(jù)的高分辨率特點、良好的分割效果以及適當(dāng)?shù)娜S體數(shù)據(jù)可視化方法，可視化結(jié)果可以直觀、清晰、準(zhǔn)確地反映特定物質(zhì)或藥物在體內(nèi)進(jìn)行代謝分布的總體情況和動態(tài)變化規(guī)律。本發(fā)明方法實施簡單，操作靈活，便于在教育、臨床等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
本發(fā)明的特征在于，依次含有以下步驟步驟(1)，把包括所要研究的藥物在內(nèi)的目標(biāo)物質(zhì)注入人體，通過臨床動態(tài)測定，得到血液中目標(biāo)物質(zhì)分布密度隨時間變化的函數(shù)曲線，簡稱血液輸入曲線CB(t)，并輸入計算機；步驟(2)，向所述計算機輸入目標(biāo)組織的房室代謝動力學(xué)模型的沖激響應(yīng)函數(shù)f(K，t)，K是房室模型的動力學(xué)參數(shù)向量，t是時間，該沖激響應(yīng)函數(shù)的表達(dá)式為f(K,t)=k1α2-α1[(k3+k4-α1)e-α1t+(α2-k3-k4)e-α2t],]]>其中，α1=(k2+k3+k4-(k2+k3+k4)2-4k2k4)/2,]]>α2=(k2+k3+k4+(k2+k3+k4)2-4k2k4)/2,]]>(k1～k4)為所要研究的人體內(nèi)部組織，簡稱目標(biāo)組織的房室代謝動力學(xué)模型的動力學(xué)參數(shù)；步驟(3)，所述計算機根據(jù)步驟(1)和步驟(2)得到的結(jié)果按下式計算目標(biāo)組織中作為代謝用的目標(biāo)物質(zhì)分布密度隨時間變化的函數(shù)曲線，簡稱組織輸出曲線CT(t)CT(t)＝f(K，t)CB(t)，其中，表示卷積運算；
步驟(4)，所述計算機把步驟(3)得到的組織曲線離散化，得到一組離散數(shù)據(jù)，每一個離散值代表相應(yīng)目標(biāo)組織在相應(yīng)時刻點上的目標(biāo)物質(zhì)分布密度值；步驟(5)，在每個采樣時刻點時刻上，在“可視人”數(shù)據(jù)所表示的三維體中，相應(yīng)目標(biāo)組織區(qū)域們所對應(yīng)的元素都根據(jù)相應(yīng)組織輸出曲線的采樣值進(jìn)行賦值，使得在每一個采樣時刻點上都得到一個新的三維數(shù)據(jù)體，其中既包含了與“可視人”數(shù)據(jù)的解剖結(jié)構(gòu)相一致的解剖信息，又包含了每個采樣時刻點上相應(yīng)目標(biāo)組織中目標(biāo)物質(zhì)分布密度的信息；步驟(6)，把步驟(5)得到的按采樣時刻先后順序排列的一系列三維體數(shù)據(jù)用體繪制技術(shù)進(jìn)行可視化，直觀地顯示人體內(nèi)目標(biāo)物質(zhì)代謝分布的動態(tài)過程；本發(fā)明的特征在于，所述的“可視人”數(shù)據(jù)是“可視人”男性數(shù)據(jù)；本發(fā)明的特征在于，所述的體繪制技術(shù)應(yīng)用光線投射法；本發(fā)明的特征在于，所述的目標(biāo)組織是心肌、或肝臟、或骨骼肌中的任何一種。
本發(fā)明將高分辨率的“可視人”解剖數(shù)據(jù)和可視化技術(shù)用于體內(nèi)物質(zhì)代謝功能仿真，獲得了良好的功能信息可視化結(jié)果。也即，把“可視人”數(shù)據(jù)的解剖信息和模擬出的動態(tài)功能信息融合為一體，實現(xiàn)了真實解剖形態(tài)基礎(chǔ)上的功能動態(tài)模擬，從而較為直觀地再現(xiàn)了體內(nèi)的生理過程，獲得了良好的模擬顯示效果。


圖1為人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息可視化的計算機模擬方法的流程圖。
圖2為從組織曲線的離散序列到“可視人”解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)映射過程以及隨后的可視化過程的示意圖。其中，n表示數(shù)據(jù)映射過程中所包含的組織個數(shù)，m表示時間采樣點數(shù)。圖中，t1～tm表示采樣時刻點，組織曲線1～組織曲線n，分別表示這n個組織的組織曲線，橫坐標(biāo)代表時間，縱坐標(biāo)代表代謝物質(zhì)的分布密度。圖像1～圖像m，分別表示通過數(shù)據(jù)映射得到的新的三維體數(shù)據(jù)的可視化結(jié)果，共包含m個采樣時刻點的數(shù)據(jù)，按采樣時刻先后順序排列。
圖3為實施例1中所用到的描述FDG在人體多個組織中的代謝動力學(xué)過程的三房室四參數(shù)模型。其中，左邊的房室表示的是血液空間，中間的房室表示組織中未被磷酸化的自由FDG的空間，右邊的房室表示組織中FDG的磷酸化產(chǎn)物FDG-6-phosphate(FDG-6-P)的空間。FDG通過細(xì)胞膜進(jìn)入組織細(xì)胞中，然后在細(xì)胞中被已糖激酶磷酸化，轉(zhuǎn)化成FDG-6-P。其逆向過程也在該模型中有表示。CB(t)表示血液空間房室中的FDG密度隨時間變化的函數(shù)曲線，也即血液輸入曲線；CE(t)表示中間房室中的FDG密度隨時間變化的函數(shù)曲線；CM(t)表示右邊房室中的FDG-6-P密度隨時間變化的函數(shù)曲線。模型的動力學(xué)參數(shù)k1、k2、k3、k4表示房室之間物質(zhì)交換的速率系數(shù)。
圖4為實施例1中各目標(biāo)組織模型的沖激響應(yīng)曲線。這些曲線是根據(jù)模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)所計算出來的結(jié)果。實線表示心肌組織模型的沖激響應(yīng)曲線，點線表示骨骼肌組織模型的沖激響應(yīng)曲線，虛線表示肝臟組織的沖激響應(yīng)曲線。
圖5為實施例1中血液輸入曲線和各目標(biāo)組織的組織輸出曲線。實線表示由實驗得到的血液輸入曲線。虛線表示由血液輸入曲線和心肌沖激響應(yīng)函數(shù)所算出的心肌組織的組織輸出曲線。點線表示由血液輸入曲線和骨骼肌沖激響應(yīng)函數(shù)所算出的骨骼肌組織的組織輸出曲線。點劃線表示由血液輸入曲線和肝臟沖激響應(yīng)函數(shù)所算出的肝臟組織的組織輸出曲線。
圖6為實施例1中人體內(nèi)FDG代謝分布情況的二維斷層可視化結(jié)果。該圖反映的是注射FDG以后第56.7分鐘的代謝分布情況。其中，(a)表示某一冠狀面，(b)表示某一橫斷面，(c)表示某一側(cè)面垂直面。顏色越深，表明該區(qū)域的物質(zhì)濃度越高。
圖7為實施例1中人體內(nèi)FDG代謝分布情況的三維模擬可視化結(jié)果。該圖反映的是注射FDG以后第56.7分鐘的代謝分布情況。其中，(a)、(b)、(c)三幅圖像分別是從三個不同的觀察角度看到的結(jié)果。
圖8為實施例1中FDG在人體內(nèi)進(jìn)行代謝分布的動態(tài)過程的三維可視化結(jié)果，依次選取了注射FDG后的第5秒、15秒、35秒、4.4分、19.2分、56.7分鐘的模擬結(jié)果進(jìn)行了三維顯示，分別對應(yīng)圖中的(a)～(f)。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案是首先根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)在人體內(nèi)進(jìn)行代謝的動力學(xué)模型和血液中的物質(zhì)濃度變化函數(shù)，計算出該物質(zhì)在人體目標(biāo)組織中的動態(tài)的時間分布密度，也即得到各目標(biāo)組織中的物質(zhì)分布密度隨時間變化的曲線。然后，將這些功能曲線數(shù)據(jù)映射到人體的真實解剖數(shù)據(jù)，得到一組按時間順序排列的三維體數(shù)據(jù)，這些體數(shù)據(jù)包含了各個采樣時刻點上的人體內(nèi)物質(zhì)代謝分布信息。最后，將這一組體數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，從而實現(xiàn)基于真實解剖結(jié)構(gòu)的人體物質(zhì)代謝功能信息的模擬與可視化。
本發(fā)明方法通過下述步驟實現(xiàn)，1.代謝分布過程的數(shù)學(xué)模擬本發(fā)明通過對人體內(nèi)的目標(biāo)代謝組織進(jìn)行物質(zhì)分布的動態(tài)模擬，從而實現(xiàn)人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息的全身模擬。對于每個目標(biāo)組織，所要研究的物質(zhì)或藥物在其中的動態(tài)分布過程可以用組織中的物質(zhì)分布密度隨時間變化的函數(shù)曲線(也即組織輸出曲線)進(jìn)行描述。因此，模擬人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息的第一步是通過數(shù)學(xué)方法模擬出針對該物質(zhì)的組織曲線。對于一些研究比較多的組織及代謝物質(zhì)，可以從已有的研究成果中得到該物質(zhì)在該組織中的代謝動力學(xué)模型，該模型通常是各種結(jié)構(gòu)的房室模型。模型的動力學(xué)參數(shù)也可以在已發(fā)表的研究文獻(xiàn)中獲取得到。該模型決定血液中的物質(zhì)分布密度隨時間變化的函數(shù)曲線(也即血液輸入曲線)和組織輸出曲線之間的輸入輸出關(guān)系。該數(shù)學(xué)模型就是各組織輸出曲線的模擬中所依賴的基礎(chǔ)。對于每個特定的房室模型，可以根據(jù)各種約束條件建立微分方程組，最后得到輸入和輸出之間的沖激響應(yīng)函數(shù)。由血液輸入曲線和沖激響應(yīng)函數(shù)計算組織輸出曲線的公式為CT(t)＝f(K，t)CB(t)其中，CT(t)是組織輸出曲線，它是時間t的函數(shù)，f(K，t)是沖激響應(yīng)函數(shù)，它是房室模型的動力學(xué)參數(shù)向量K和時間t的函數(shù)，CB(t)是血液輸入曲線，符號表示卷積運算。如果給出血液輸入曲線CB(t)，而且對于所要模擬的代謝組織和物質(zhì)，其代謝動力學(xué)模型也是已知的，就可以通過上述公式模擬出組織輸出曲線CT(t)。通過模擬人體內(nèi)多個組織中的物質(zhì)濃度隨時間變化的函數(shù)曲線，也即各目標(biāo)組織的組織輸出曲線，最終實現(xiàn)人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息的全身模擬。
2.組織曲線的離散化通過模擬得到的代謝功能信息一般是以曲線數(shù)據(jù)的形式存在，沒有和人體的解剖結(jié)構(gòu)信息有機地結(jié)合起來，不能直觀地反映人體內(nèi)的生理過程。為了將數(shù)學(xué)模擬的結(jié)果通過實際的解剖結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來，需要先將曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化，然后將代謝物質(zhì)的分布密度值以解剖圖像為載體顯示出來。進(jìn)行組織曲線離散化的主要方法是，根據(jù)所需要的時間采樣序列，對連續(xù)曲線進(jìn)行抽樣，得到一組離散序列。時間采樣點可以任意選取，每一個離散值代表了相應(yīng)組織在相應(yīng)時刻點上的代謝物質(zhì)分布密度值。
3.基于解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)映射一套已經(jīng)分割好的“可視人”男性數(shù)據(jù)作為一個高分辨率的人體解剖學(xué)圖像平臺，應(yīng)用到了代謝物質(zhì)在體內(nèi)分布過程的高分辨率三維顯示。由一組離散序列到“可視人”解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)映射過程如下在每一個采樣時刻點將這些物質(zhì)分布密度值賦給“可視人”數(shù)據(jù)中的對應(yīng)的組織，得到一組按時間順序排列的三維體數(shù)據(jù)。也就是說，在每一個離散時刻點上，“可視人”數(shù)據(jù)所表示的三維矩陣中，每個目標(biāo)組織區(qū)域所對應(yīng)的元素都根據(jù)相應(yīng)的組織曲線賦予新值，最后在每個采樣時刻點上都得到一個新的三維體數(shù)據(jù)矩陣。不進(jìn)行模擬的那些組織區(qū)域，賦予零。映射的結(jié)果生成了一組新的三維數(shù)據(jù)，每一個三維數(shù)據(jù)都含有特定時刻點上所有目標(biāo)組織中的代謝物質(zhì)分布密度信息。在這里，假設(shè)了靜息狀態(tài)下各單一組織中的物質(zhì)分布密度是均勻的。借助“可視人”圖像數(shù)據(jù)的高分辨率特點和良好的分割效果，所得到的三維體數(shù)據(jù)具有較高的分辨率，并且組織之間的邊界也非常清晰。
4.三維體數(shù)據(jù)的可視化利用體數(shù)據(jù)顯示方法將一系列通過數(shù)據(jù)映射得到的新的“可視人”數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，就可以直觀地給出代謝物質(zhì)的動態(tài)分布過程，從而完成基于解剖結(jié)構(gòu)的人體代謝功能信息的可視化。體數(shù)據(jù)顯示方法選擇體繪制技術(shù)，以光線合成模型作為光照模型，用圖像空間掃描的體繪制技術(shù)顯示三維體數(shù)據(jù)，具體選用的方法是光線投射法。借助體繪制方法的優(yōu)點，通過對透明度、顏色等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，不僅可以反映三維體數(shù)據(jù)的表面信息，而且還可以同時顯示人體的內(nèi)部信息。
實施例11.以[18F]氟-2-脫氧-D-葡萄糖([18F]2-fluoro-2-deoxy-D-glucose，18F-FDG，以下簡稱FDG)注射到人體時的情況為例，對該藥物在體內(nèi)的代謝分布過程進(jìn)行模擬和可視化。FDG是臨床上最常用的反映葡萄糖代謝過程的放射性示蹤劑，以靜脈注射的方式射入到人體，可以揭示葡萄糖的代謝情況。
2.目標(biāo)組織包括心肌、肝臟和骨骼肌，通過模擬FDG在這些組織中的代謝分布過程，完成人體內(nèi)FDG代謝功能信息的可視化仿真。
3.參考已有的研究文獻(xiàn)，以經(jīng)典的三房室四參數(shù)模型作為FDG在上述組織中的代謝動力學(xué)模型，各組織模型的動力學(xué)參數(shù)也可以從文獻(xiàn)中查閱。其中，心肌組織模型的動力學(xué)參數(shù)來自Feng等人在《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》(Vol.43，No.3319-327，1996.)發(fā)表的“A new double modeling approach for dynamic cardiac PET studies using noise andspillover contaminated LV measurements”，四個動力學(xué)參數(shù)分別是k1＝0.600，k2＝1.700，k3＝0.150，k4＝0.001。肝臟組織模型的動力學(xué)參數(shù)來自O(shè)kazumi等人在《Journal of Nuclear Medicine》(Vol.33，No.3333-339，1992.)發(fā)表的“Evaluation of liver tumors usingfluorine-18-fluorodeoxyglucose PETCharacterization of tumor and assessment of effect oftreatment”，四個動力學(xué)參數(shù)分別是k1＝0.331，k2＝0.440，k3＝0.017，k4＝0.018。骨骼肌組織模型的動力學(xué)參數(shù)來自Reinhardt等人在《Journal of Nuclear Medicine》(Vol.40，No.6977-985，1999.)發(fā)表的“Quantification of glucose transport and phosphorylation in human skeletal muscleusing FDG PET”，四個動力學(xué)參數(shù)分別是k1＝0.047，k2＝0.295，k3＝0.109，k4＝0.000。
4.如果以組織中的自由FDG和被磷酸化的FDG的密度之和作為組織的輸出，則通過對模型的計算，可以導(dǎo)出沖激響應(yīng)函數(shù)的表達(dá)式為f(K,t)=k1α2-α1[(k3+k4-α1)e-α1t+(α2-k3-k4)e-α2t]]]>其中f(K，t)是沖激響應(yīng)函數(shù)，k1～k4是由步驟4確定的各對應(yīng)組織模型的動力學(xué)參數(shù)，K＝[k1k2k3k4]，即K是由模型參數(shù)組成的向量，t表示時間，且α1=(k2+k3+k4-(k2+k3+k4)2-4k2k4)/2,]]>α2=(k2+k3+k4+(k2+k3+k4)2-4k2k4)/2]]>5.血液輸入曲線通過一例臨床動態(tài)FDG-PET實驗得到。將給定的血液輸入曲線與步驟4中的各目標(biāo)組織模型的沖激響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行卷積，得到各目標(biāo)組織的組織輸出曲線。
6.分別在注射FDG后的第5秒、15秒、25秒、35秒、45秒、55秒、1.2分、1.5分、1.8分、2.2分、2.5分、2.8分、3.2分、3.5分、3.9分、4.4分、4.9分、5.4分、5.9分、6.4分、7.2分、8.2分、9.2分、10.2分、11.2分、14.2分、19.2分、24.2分、29.2分、36.7分、46.7分、56.7分鐘，對步驟5中得到的各組織曲線進(jìn)行離散抽樣，得到各組織曲線的離散序列。共包含32個時間采樣點。
7.將已分割好的“可視人”男性圖像數(shù)據(jù)抽樣減小為128×128×100像素(只是軀干部分，從頸部以下到臀部以上)，然后根據(jù)步驟6中得到的各組織曲線的離散序列，在每個采樣時刻點上，將“可視人”數(shù)據(jù)中的每個目標(biāo)組織區(qū)域用相應(yīng)的值填充。也即在“可視人”數(shù)據(jù)所表示的三維矩陣中，每個目標(biāo)組織區(qū)域所對應(yīng)的元素都根據(jù)相應(yīng)的組織曲線的采樣值進(jìn)行賦值，最后在每個采樣時刻點上都得到一個新的三維體數(shù)據(jù)。這些體數(shù)據(jù)包含的解剖信息與“可視人”數(shù)據(jù)的解剖結(jié)構(gòu)一致，同時它們又包含了每個采樣時刻點上所有目標(biāo)組織中的FDG分布密度信息。
8.將步驟7中得到的按采樣時刻先后順序排列的一系列三維體數(shù)據(jù)用體繪制技術(shù)進(jìn)行可視化，直觀地顯示人體內(nèi)FDG代謝分布的動態(tài)過程。
上述處理過程在DELL DIMENSION 4600PC(奔四2.4GHz CPU，256MB內(nèi)存)，Windows XP操作環(huán)境下運行。
權(quán)利要求
1.人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息的可視化的計算機模擬方法，其特征在于，依次含有以下步驟，步驟(1)，把包括所要研究的藥物在內(nèi)的目標(biāo)物質(zhì)注入人體，通過臨床動態(tài)測定，得到血液中目標(biāo)物質(zhì)分布密度隨時間變化的函數(shù)曲線，簡稱血液輸入曲線CB(t)，并輸入計算機；步驟(2)，向所述計算機輸入目標(biāo)組織的房室代謝動力學(xué)模型的沖激響應(yīng)函數(shù)f(K，t)，K是房室模型的動力學(xué)參數(shù)向量，t是時間，該沖激響應(yīng)函數(shù)的表達(dá)式為f(K,t)=k1α2-α1[(k3+k4-α1)eα1t+(α2-k3-k4)e-α2t],]]>其中，α1=(k2+k3+k4-(k2+k3+k4)2-4k2k4)/2,]]>α2=(k2+k3+k4+(k2+k3+k4)2-4k2k4)/2,]]>(k1～k4)為所要研究的人體內(nèi)部組織，簡稱目標(biāo)組織的房室代謝動力學(xué)模型的動力學(xué)參數(shù)；步驟(3)，所述計算機根據(jù)步驟(1)和步驟(2)得到的結(jié)果按下式計算目標(biāo)組織中作為代謝用的目標(biāo)物質(zhì)分布密度隨時間變化的函數(shù)曲線，簡稱組織輸出曲線CT(t)CT(t)＝f(K，t)CB(t)，其中，表示卷積運算；步驟(4)，所述計算機把步驟(3)得到的組織曲線離散化，得到一組離散數(shù)據(jù)，每一個離散值代表相應(yīng)目標(biāo)組織在相應(yīng)時刻點上的目標(biāo)物質(zhì)分布密度值；步驟(5)，在每個采樣時刻點時刻上，在“可視人”數(shù)據(jù)所表示的三維體中，相應(yīng)目標(biāo)組織區(qū)域們所對應(yīng)的元素都根據(jù)相應(yīng)組織輸出曲線的采樣值進(jìn)行賦值，使得在每一個采樣時刻點上都得到一個新的三維數(shù)據(jù)體，其中既包含了與“可視人”數(shù)據(jù)的解剖結(jié)構(gòu)相一致的解剖信息，又包含了每個采樣時刻點上相應(yīng)目標(biāo)組織中目標(biāo)物質(zhì)分布密度的信息；步驟(6)，把步驟(5)得到的按采樣時刻先后順序排列的一系列三維體數(shù)據(jù)用體繪制技術(shù)進(jìn)行可視化，直觀地顯示人體內(nèi)目標(biāo)物質(zhì)代謝分布的動態(tài)過程；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息可視化的計算機模擬方法，其特征在于，所述的“可視人”數(shù)據(jù)是“可視人”男性數(shù)據(jù)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息可視化的計算機模擬方法，其特征在于，所述的體繪制技術(shù)應(yīng)用光線投射法；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體內(nèi)物質(zhì)代謝功能信息可視化的計算機模擬方法，其特征在于，所述的目標(biāo)組織是心肌、或肝臟、或骨骼肌中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)數(shù)學(xué)仿真及可視化領(lǐng)域，其特征在于，首先根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)在人體內(nèi)進(jìn)行代謝的動力學(xué)模型和血液中的物質(zhì)濃度變化函數(shù)，計算出該物質(zhì)在人體目標(biāo)組織中動態(tài)的時間分布密度，得到目標(biāo)組織中的物質(zhì)分布密度隨時間變化的曲線。然后，將這功能曲線數(shù)據(jù)映射到人體的真實解剖數(shù)據(jù)，得到按時間順序排列的三維體數(shù)據(jù)，它包含了各個采樣時刻點上的人體內(nèi)物質(zhì)代謝分布信息。最后，將它實現(xiàn)基于真實解剖結(jié)構(gòu)的人體代謝功能信息的可視化。該方法實施簡單，便于臨床應(yīng)用，對多種示蹤劑和藥物具有普適性，其結(jié)果直觀、清晰地反映目標(biāo)物質(zhì)在人體內(nèi)進(jìn)行代謝分布的過程，從而為物質(zhì)代謝動力學(xué)的教育和研究工作提供新的技術(shù)平臺。
文檔編號A61B10/00GK1916923SQ20061011277
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者白凈, 崔云峰, 喬惠婷, 張永紅 申請人:清華大學(xué)