Pet-ct動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)和分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PET?CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)和分析方法。包括醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)，與醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)相連接；用戶信息管理子系統(tǒng)；醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)，分別與用戶信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)相連接；醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)內(nèi)置有PET－CT定量分析系統(tǒng)；信息交互模塊，醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)都與信息交互模塊相連接；信息交互模塊用以顯示定量分析結(jié)果；用戶終端。本發(fā)明中可通過混合智能優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)動力學(xué)模型參數(shù)優(yōu)化。本發(fā)明可通過基于動力學(xué)特征分布的時間?放射性活度曲線集計算得到一個精準(zhǔn)的感興趣區(qū)域。本發(fā)明所述的系統(tǒng)通過更新和學(xué)習(xí)用戶的體驗提供個性化的定量分析服務(wù)。
【專利說明】
PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像服務(wù)系統(tǒng)，特別涉及一種PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析 系統(tǒng)和分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動態(tài)影像就是基于體素的數(shù)據(jù)集合，進(jìn)行體素級建模所需時間開銷很大大，且受 噪聲影響大。研究PET動態(tài)影像的動力學(xué)特征，可以獲得具有生理學(xué)意義的定量指標(biāo)。近年 來，為了提高影像診斷的精確性和準(zhǔn)確性，國際影像學(xué)界提出了影像定量分析方法。影像定 量分析囊括了解剖、功能、分子影像等成像手段，通過精確的圖像分析，準(zhǔn)確反映解剖學(xué)及 生理學(xué)的相關(guān)參數(shù)。影像定量分析方法可用于評估治療反應(yīng)、判斷臨床預(yù)后等，從而服務(wù)于 患者診治以及臨床科研。本質(zhì)上來說，這種來源于影像的客觀定量分析方法優(yōu)于傳統(tǒng)的圖 像分析，它不依賴于觀察者的水平，可以避免了觀察者本身及不同觀察者間對病變判斷的 差異。
[0003] 但現(xiàn)有醫(yī)學(xué)影像定量分析方法，針對性較弱，缺乏對不同醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)的信息系 統(tǒng)進(jìn)行連接，缺少與病人歷史信息、相似病人診療信息進(jìn)行比較的功能，智能性較弱。同時， 工作量較大，時間成本較高，并在方法的優(yōu)化選擇，結(jié)果評估分析以及歷史信息管理等方面 不能滿足醫(yī)技人員及臨床醫(yī)生的要求，且不宜推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)和分析方法， 幫助醫(yī)技人員以及臨床醫(yī)生更便捷有效地進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像診斷。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)，包括如下組成部分：
[0007]醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)，與醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)相連接，以獲取授權(quán)信息;醫(yī) 學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)在授權(quán)后可進(jìn)入醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)，對其中的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行記 錄并存儲定量分析結(jié)果，以及對授權(quán)患者的診療信息進(jìn)行記錄；
[0008]用戶信息管理子系統(tǒng)，用于記錄系統(tǒng)使用者的個人身份，并對用戶的使用習(xí)慣和 定量分析方法的個人設(shè)置進(jìn)行管理;使用習(xí)慣包括分析影像的請求、系統(tǒng)性能、操作內(nèi)容、 時間設(shè)置以及操作步驟;定量分析方法個人設(shè)置包括使用權(quán)限、優(yōu)先級以及密碼設(shè)置； [0009]醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)，分別與用戶信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像信息管理子系 統(tǒng)相連接;醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)內(nèi)置有PET - CT定量分析系統(tǒng)，用以提供PET - CT定量 分析方法;醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)通過用戶管理子系統(tǒng)，對用戶訪問內(nèi)容、訪問時間、操 作步驟進(jìn)行記錄，并對登記和使用軟件的用戶身份進(jìn)行記錄;醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根 據(jù)醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)所提供的醫(yī)學(xué)影像、醫(yī)療信息以及同一病人的歷史醫(yī)療分析結(jié) 果，對患者的診斷進(jìn)行定量分析;并將定量分析結(jié)果傳輸至信息交互模塊;醫(yī)學(xué)影像定量分 析子系統(tǒng)還包括功能擴(kuò)展添加模塊；
[0010] 信息交互模塊，醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)都與信息交 互模塊相連接;信息交互模塊用以顯示定量分析結(jié)果以及同歷史分析結(jié)果的比對情況，并 對照預(yù)警閥值，進(jìn)行預(yù)警提醒；
[0011] 用戶終端；用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)與信息交互模塊連接；用戶通過用戶終端上傳待處 理的PET-CT影像內(nèi)容，或者根據(jù)醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)的授權(quán)從該系統(tǒng)中選擇待分析處理 的影像信息；用戶終端還包括方法選擇界面，用戶根據(jù)定量分析功能選擇分析方法;用戶終 端還可向用戶反饋分析結(jié)果。
[0012] 一種使用如上所述的PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的定量分析方 法，包括以下步驟：
[0013] 步驟1、用戶通過用戶終端上傳待處理的PET - CT動態(tài)影像，或者通過醫(yī)學(xué)影像信 息管理子系統(tǒng)，經(jīng)由醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)授權(quán)，訪問指定醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)中的待 處理的PET - CT動態(tài)影像；
[0014] 步驟2、用戶通過用戶終端手動勾畫PET - CT動態(tài)影像中的定量分析目標(biāo)區(qū)域，記 為感興趣區(qū)域R〇I(Region of Interest);
[0015] 步驟3、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根據(jù)R0I區(qū)域的動力學(xué)特征分布，計算生成該區(qū) 域的時間-放射性活度曲線集TACs(Tim e-ACtivity Curve，TAC);
[0016] 步驟4、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)使用混合型智能優(yōu)化方法完成對時間-放射性活 度曲線集的示蹤劑動力學(xué)模型參數(shù)估計；
[0017] 步驟5、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根據(jù)用戶指定輸出的定量指標(biāo)，對參數(shù)估計值進(jìn) 行計算并通過信息交互模塊返回分析結(jié)果給用戶；
[0018]步驟6、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)還包括預(yù)警信息庫，檢索預(yù)警信息庫，如果該定 量指標(biāo)超過預(yù)警信息庫中該指標(biāo)的預(yù)警閥值，則生成預(yù)警提示信息通過信息交互模塊發(fā)送 用戶；
[0019] 步驟7、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)通過用戶管理子系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)，更新用戶使用 習(xí)慣以及系統(tǒng)設(shè)置。
[0020] 其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述步驟3中，時間-放射性活度曲線集的計算方法為：
[0021] 步驟31、用戶在醫(yī)學(xué)影像上勾畫定量分析目標(biāo)區(qū)域，得到感興趣區(qū)域；
[0022] 步驟32、在感興趣區(qū)域中的醫(yī)學(xué)影像中，每一個像素點(diǎn)都對應(yīng)一條時間-放射性活 度曲線yi(i = l，2, · · .，n)，曲線yi的長度為m，PET成像時間點(diǎn)?
[0023] 曲線yi和成像時間點(diǎn)Xi存在如下的p階多項式回歸關(guān)系：
[0024] yi = xip+ei，ε?~Ν(0，〇21)
[0025] 上式中，β是一個(ρ+1) XI階的回歸系數(shù)向量，￡1是附加的高斯噪音項，&是范得蒙 回歸矩陣;則的條件概率密度函數(shù)服從N(yi | ，〇21)的正態(tài)分布；
[0026] 步驟33、將時間-放射性活度曲線71(1 = 1，2, . . .，η)劃分成Μ個不同的類；引入關(guān) 聯(lián)項(.Ki，{meM}，則71的條件概率密度可用一個有限混合模型表示，是基于多項式回歸 混合模型的曲線聚類;通過對Μ個聚類分組的曲線進(jìn)行平均值計算，得到感興趣區(qū)域的時 間-放射性活度曲線集。
[0027] 其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述步驟4中，混合型智能優(yōu)化方法為，構(gòu)造人工免疫網(wǎng) 絡(luò)智能優(yōu)化算法或者遺傳優(yōu)化算法的隨機(jī)優(yōu)化算法，與基于梯度下降優(yōu)化算法的嵌套使 用，進(jìn)行全局優(yōu)化;通過基于梯度下降的優(yōu)化算法進(jìn)行局部優(yōu)化，提高搜索速度。
[0028] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0029] 1、本發(fā)明中的定量分析方法是智能的：可通過混合智能優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)動力學(xué)模型 參數(shù)優(yōu)化。
[0030] 2、本發(fā)明對用戶手工勾畫的感興趣區(qū)域R0I進(jìn)行二次分割。通過基于動力學(xué)特征 分布的時間-放射性活度曲線集計算，得到一個精準(zhǔn)的感興趣區(qū)域。
[0031] 3、本發(fā)明所述的系統(tǒng)通過更新和學(xué)習(xí)用戶的體驗提供個性化的定量分析服務(wù)，具 體的：
[0032] 3.1、本發(fā)明可從連接的醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)獲得授權(quán)，智能匹配影像及相關(guān)醫(yī) 療信息。如果匹配成功，無須用戶再上傳醫(yī)學(xué)影像，系統(tǒng)可讀取來自于醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系 統(tǒng)的授權(quán)醫(yī)學(xué)影像及相關(guān)信息。不僅節(jié)省圖像上傳時間及流量，而且增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性；
[0033] 3.2、本發(fā)明可根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化定量分析系統(tǒng)設(shè)置，如推薦最優(yōu)定量分析方法；
[0034] 3.3、本發(fā)明可比對提供歷史分析結(jié)果，給出預(yù)警信息。如某定量指標(biāo)超標(biāo)或變化 很大，提示疾病變化風(fēng)險；
[0035] 3.4、本發(fā)明可根據(jù)用戶使用習(xí)慣優(yōu)化系統(tǒng)使用體驗，并在用戶信息管理子系統(tǒng)中 記憶保存。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖2是醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)信息交換原理圖。
[0038]圖3是FDG代謝的三房室四參數(shù)模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] PET -CT(positron emission tomography-computed tomography)是指正電子發(fā) 射斷層顯像-X線計算機(jī)體層成像儀。
[0040] 本發(fā)明提供一種PET-CT醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)和分析方法，用于幫助醫(yī)技人 員以及臨床醫(yī)生更便捷有效地進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像診斷。
[0041] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明所述的系統(tǒng)包括：
[0042] (1)、醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)，與醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)相連接，以獲取授權(quán)信 息。醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)包括醫(yī)院、區(qū)域醫(yī)療中心、社區(qū)醫(yī)療服務(wù)中心等機(jī)構(gòu)。醫(yī)學(xué)影像信息管理 子系統(tǒng)用以：
[0043] (la)、對授權(quán)進(jìn)入該系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行記錄并存儲定量分析結(jié)果。
[0044] (lb)、對診療信息進(jìn)行記錄。
[0045] (2)、用戶信息管理子系統(tǒng)，用于：
[0046] (2a)、記錄系統(tǒng)使用者的個人身份，如醫(yī)技人員、臨床醫(yī)生；
[0047] (2b)、對用戶的使用習(xí)慣進(jìn)行管理，包括分析影像的請求、系統(tǒng)性能、操作內(nèi)容、時 間設(shè)置、操作步驟等提高用戶體驗；
[0048] (2c )、對定量分析方法個人設(shè)置進(jìn)行管理，包括使用權(quán)限、優(yōu)先級、密碼設(shè)置等。
[0049] (3)、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)，分別與用戶信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像信息管理 子系統(tǒng)都相連接。圖2是醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)信息交換原理圖。在醫(yī)學(xué)影像定量分析子 系統(tǒng)中：
[0050] (3a)、內(nèi)置有PET-CT定量分析系統(tǒng)，用以提供PET -CT定量分析方法;醫(yī)學(xué)影像定 量分析子系統(tǒng)還提供擴(kuò)展添加功能，有助于定量分析方法不斷豐富完善；
[0051] (3b)、通過與用戶管理子系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，對用戶訪問內(nèi)容、訪問時間、操作步 驟進(jìn)行記錄，并對登記和使用軟件的用戶身份進(jìn)行記錄，根據(jù)用戶的使用習(xí)慣、個人身份等 歷史信息進(jìn)行定量分析；
[0052] (3c)、根據(jù)醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)所提供的醫(yī)學(xué)影像、同一病人的歷史分析結(jié) 果等，將定量分析結(jié)果傳輸至信息交互模塊。
[0053] (4)、信息交互模塊，醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)都與信 息交互模塊相連接;信息交互模塊與用戶終端進(jìn)行信息交互:信息交互模塊用于：
[0054] (4a)、顯示定量分析結(jié)果；
[0055] (4b)、顯示同歷史分析結(jié)果的比對情況；
[0056] (4c)、對于異常項給與危急值顯示異常項進(jìn)行預(yù)警提醒。
[0057] (5)、用戶終端：用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)與信息交互模塊連接，網(wǎng)絡(luò)可以為廣域網(wǎng)、局域 網(wǎng)、城域網(wǎng)等。用戶終端可用于實(shí)現(xiàn)以下功能：
[0058] (5a)、用戶通過用戶終端指醫(yī)技人員以及臨床醫(yī)生；
[0059] (5b)、用戶通過用戶終端上傳待處理的PET-CT動態(tài)影像內(nèi)容，或者根據(jù)醫(yī)療服務(wù) 機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)的授權(quán)，訪問指定醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)中的某個待處理的PET - CT動態(tài)影 像；
[0060] (5c)、用戶終端提供方法選擇界面;用戶根據(jù)影像類型選擇定量分析方法，用戶終 端向用戶反饋分析后的分析結(jié)果。
[0061] 本發(fā)明還包括使用如上所述的PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的定 量分析方法，包括以下步驟：
[0062]步驟1、用戶通過用戶終端上傳待處理的PET - CT動態(tài)影像，或者通過醫(yī)學(xué)影像信 息管理子系統(tǒng)，經(jīng)由醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)授權(quán)，訪問指定醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)中的待 處理的PET - CT動態(tài)影像；
[0063]步驟2、用戶通過用戶終端，手動勾畫PET - CT動態(tài)影像中的定量分析目標(biāo)區(qū)域，記 為感興趣區(qū)域R〇I(Region of Interest);
[0064] 步驟3、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根據(jù)感興趣區(qū)域R0I的動力學(xué)特征分布，計算生 成該區(qū)域的放射濃度曲線集；
[0065] 步驟4、使用混合型智能優(yōu)化方法完成對時間-放射性活度曲線集的示蹤劑動力學(xué) 模型參數(shù)估計；
[0066] 步驟5、根據(jù)用戶指定輸出的定量指標(biāo)，對參數(shù)估計值計算并通過信息交互模塊返 回分析結(jié)果給用戶；
[0067] 步驟6、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)還包括預(yù)警信息庫，檢索預(yù)警信息庫，如果該定 量指標(biāo)超過預(yù)警信息庫中該指標(biāo)的預(yù)警閥值，則生成預(yù)警提示信息發(fā)送用戶；
[0068]步驟7、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)通過用戶管理子系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)，更新用戶使用 習(xí)慣以及系統(tǒng)設(shè)置。
[0069]在上述步驟3中，區(qū)域R0I的動力學(xué)特征分布，基于H)G示蹤劑動力學(xué)模型。示蹤劑 動力學(xué)模型是用一組數(shù)學(xué)模型描述反應(yīng)物、產(chǎn)物和生物過程的速率，定量度量了在血漿中 以及組織中的時間=放射性變化情況以評估生理參數(shù)。其中，血漿中時間-放射性活度曲線 作為模型的輸入函數(shù)，多感興趣區(qū)域的放射性曲線作為模型的多輸出函數(shù)觀測值。
[0070]以下以常用的18F-FDG不蹤劑動力學(xué)模型不例。18F-FDG全稱是2_氣_2_脫氧-D-匍 萄糖，帶有正電荷，和普通葡萄糖一樣可以參與人體代謝，是PET臨床檢查中使用的示蹤劑。 圖3是H)G代謝的三房室四參數(shù)模型圖。在圖3中，左邊的房室表示的是血液空間，用腹主動 脈TAC做為模型的輸入函數(shù)C B(t);中間的房室表示組織中的FDG，記作CE(t);右邊的房室表 示FDG在組織中被磷酸化以后的產(chǎn)物Cm( t)。三房室四參數(shù)的FDG模型中，lu代表血漿中的FDG 進(jìn)入組織的速率，其值和細(xì)胞膜表面的葡萄糖載體蛋白的數(shù)量、血液流速等因素有關(guān);1?代 表組織中的FDG返回血漿的速率，其影響因素和匕相同；k 3代表組織細(xì)胞中的FDG在己糖激酶 的作用下被磷酸化為n)G-6-P04的速率;k4代表FDG-6-P04在磷酸酯酶的作用下恢復(fù)為H)G 的速率，k3和k4的數(shù)值和己糖激酶及磷酸酯酶的數(shù)量和活性有關(guān)。不同組織的磷酸酯酶濃度 并不一致，但在大多數(shù)組織中濃度都很低。另外，在示蹤動力學(xué)研究中還有另一個參數(shù)f，表 示的是PET圖像中血液里的放射性活度對周圍組織顯像的影響系數(shù)。
[0071] 步驟3還計算了感興趣區(qū)域R0I的時間-放射性活度曲線集TACs，即時間-放射性活 度曲線(TAC，Time-Activity Curve)的集合。醫(yī)學(xué)影像通常由感興趣區(qū)和背景區(qū)構(gòu)成，相對 于背景區(qū)域來說，感興趣區(qū)包含重要的診斷信息。用戶手工勾畫的定量分析目標(biāo)區(qū)域得到 一個粗糙的感興趣區(qū)域。勾畫R0I獲得PET影像的TAC曲線是采集模型觀測值，構(gòu)建模型輸入 函數(shù)的關(guān)鍵步驟，也是模型參數(shù)估計的預(yù)處理階段，完成從四維動態(tài)影像到二維時間-放射 性活度曲線集的信息轉(zhuǎn)換過程。由于人工勾畫區(qū)域誤差大，特別需要基于動力學(xué)特征分布 的動態(tài)影像區(qū)域自動提取算法的幫助。
[0072] 時間-放射性活度曲線集的計算方法為：
[0073] 步驟31、用戶在醫(yī)學(xué)影像上勾畫定量分析目標(biāo)區(qū)域，得到感興趣區(qū)域；
[0074] 步驟32、在感興趣區(qū)域中的醫(yī)學(xué)影像中，每一個像素點(diǎn)都對應(yīng)一條時間-放射性活 度曲線yi(i = l，2,…，n)，曲線yi的長度為m，PET成像時間點(diǎn)xi: =
[0075] 曲線yi和成像時間點(diǎn)Xi存在如下的p階多項式回歸關(guān)系：
[0076] yi = Xi0+￡i，ε?~Ν(0，〇21)
[0077] 上式中，β是一個(p + l) XI階的回歸系數(shù)向量，￡1是附加的高斯噪音項，Χ,是范得 蒙回歸矩陣;則yi的條件概率密度函數(shù)服從N(yi | ，〇21)的正態(tài)分布；
[0078]步驟33、將時間-放射性活度曲線71(1 = 1，2, . . .，n)劃分成Μ個不同的類；引入關(guān) 聯(lián)項Ki，{meM}，則71的條件概率密度可用一個有限混合模型表示，時間-放射性活度曲 線 71(1 = 1，2, ...，n)是基于多項式回歸混合模型的曲線聚類;通過對Μ個聚類分組的曲線 進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)計算，如平均值計算，得到感興趣區(qū)域的時間-放射性活度曲線集TACs。
[0079]在上述步驟4中，使用混合型智能優(yōu)化方法完成對放射濃度曲線集的示蹤劑動力 學(xué)模型參數(shù)估計。即示蹤劑動力學(xué)模型的參數(shù)估計優(yōu)化方法為混合智能優(yōu)化方法，具體是 通過構(gòu)造隨機(jī)優(yōu)化算法，如人工免疫網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化算法、遺傳優(yōu)化算法等，與基于梯度下降 優(yōu)化算法的混合嵌套使用，充分發(fā)揮隨機(jī)優(yōu)化算法的全局優(yōu)化能力，同時通過基于梯度下 降的優(yōu)化算法提高局部優(yōu)化的搜索速度。之后構(gòu)造時間-放射性活度曲線集TACs的同時，使 用多參數(shù)估計方法，獲得時間-放射性活度曲線集TACs的動力學(xué)模型參數(shù)。
[0080] 在上述步驟5中，醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根據(jù)用戶指定輸出的定量指標(biāo)，對參數(shù) 估計值計算并通過信息交互模塊返回分析結(jié)果給用戶。在本實(shí)施例中，用戶指定的輸出定 量指標(biāo)為葡萄糖代謝率參數(shù)，用表示。時間-放射性活度曲線集TACs的動力學(xué)模型參數(shù) 為{1^ )，1??，1^)，1^)，0);111=1，2，...，}，計算出葡萄糖代謝率參數(shù)1(戶 )：
[0081] Ki(m) = ki(m) · k3(m)/(k2(m)+k3 (m))〇
[0082] 以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例。可以理解，本 領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變 化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)，其特征在于，包括如下組成部分： 醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)，與醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)相連接，以獲取授權(quán)信息；醫(yī)學(xué)影 像信息管理子系統(tǒng)在授權(quán)后可進(jìn)入醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)，對其中的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行記錄并 存儲定量分析結(jié)果； 用戶信息管理子系統(tǒng)，用于記錄系統(tǒng)使用者的個人身份，并對用戶的使用習(xí)慣和定量 分析方法的個人設(shè)置進(jìn)行管理;使用習(xí)慣包括分析影像的請求、系統(tǒng)性能、操作內(nèi)容、時間 設(shè)置以及操作步驟;定量分析方法個人設(shè)置包括使用權(quán)限、優(yōu)先級以及密碼設(shè)置； 醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)，分別與用戶信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)相 連接;醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)內(nèi)置有PET - CT定量分析系統(tǒng)，用以提供PET - CT定量分析 方法;醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)通過用戶管理子系統(tǒng)，對用戶訪問內(nèi)容、訪問時間、操作步 驟進(jìn)行記錄，并對登記和使用軟件的用戶身份進(jìn)行記錄;醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根據(jù)醫(yī) 學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)所提供的醫(yī)學(xué)影像、醫(yī)療信息以及同一病人的歷史醫(yī)療分析結(jié)果， 對患者的診斷進(jìn)行定量分析;并將定量分析結(jié)果傳輸至信息交互模塊;醫(yī)學(xué)影像定量分析 子系統(tǒng)還包括功能擴(kuò)展添加模塊； 信息交互模塊，醫(yī)學(xué)影像信息管理子系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)都與信息交互模 塊相連接;信息交互模塊用以顯示定量分析結(jié)果以及同歷史分析結(jié)果的比對情況，并對照 預(yù)警閾值，進(jìn)行預(yù)警提醒； 用戶終端；用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)與信息交互模塊連接；用戶通過用戶終端上傳待處理的 PET-CT影像內(nèi)容，或者根據(jù)醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)的授權(quán)從該系統(tǒng)中選擇待分析處理的影 像信息；用戶終端還包括方法選擇界面，用戶根據(jù)定量分析功能選擇分析方法;用戶終端還 可向用戶反饋分析結(jié)果。2. -種使用如權(quán)利要求1所述的PET-CT動態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能定量分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的定量分 析方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、用戶通過用戶終端上傳待處理的PET - CT動態(tài)影像，或者通過醫(yī)學(xué)影像信息管 理子系統(tǒng)，經(jīng)由醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)授權(quán)，訪問指定醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)中的待處理 的PET - CT動態(tài)影像； 步驟2、用戶通過用戶終端手動勾畫PET - CT動態(tài)影像中的定量分析目標(biāo)區(qū)域，記為感 興趣區(qū)域ROI; 步驟3、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根據(jù)ROI區(qū)域的動力學(xué)特征分布，計算生成該區(qū)域的 時間-放射性活度曲線集TACs; 步驟4、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)使用混合型智能優(yōu)化方法完成對時間-放射性活度曲 線集TACs的示蹤劑動力學(xué)模型參數(shù)估計； 步驟5、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)根據(jù)用戶指定輸出的定量指標(biāo)，對參數(shù)估計值進(jìn)行計 算并通過信息交互模塊返回分析結(jié)果給用戶； 步驟6、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)還包括預(yù)警信息庫，檢索預(yù)警信息庫，如果該定量指 標(biāo)超過預(yù)警信息庫中該指標(biāo)的預(yù)警閥值，則生成預(yù)警提示信息通過信息交互模塊發(fā)送用 戶； 步驟7、醫(yī)學(xué)影像定量分析子系統(tǒng)通過用戶管理子系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)，更新用戶使用習(xí)慣 以及系統(tǒng)設(shè)置。3. 如權(quán)利要求2所述的定量分析方法，其特征在于:所述步驟3中，放射濃度曲線集的計 算方法為： 步驟31、用戶在醫(yī)學(xué)影像上勾畫定量分析目標(biāo)區(qū)域，得到感興趣區(qū)域； 步驟32、在感興趣區(qū)域中的醫(yī)學(xué)影像中，每一個像素點(diǎn)都對應(yīng)一條時間-放射性活度曲 線yi(i = l，2，···，n)，曲線yi的長度為ni，PET成像時間點(diǎn)Xi=(·?，?， ,χ^,Υ. 曲線yi和成像時間點(diǎn)xi存在如下的Ρ階多項式回歸關(guān)系： yi = XiP+￡i，ε?~Ν(0，σ2Ι) 上式中，β是一個(P+1) XI階的回歸系數(shù)向量，^是附加的高斯噪音項，Χ:是范得蒙回歸 矩陣;則的條件概率密度函數(shù)服從N(yi | ，σ2Ι)的正態(tài)分布； 步驟33、將時間-放射性活度曲線71(1 = 1，2, . . .，η)劃分成Μ個不同的類；引入關(guān)聯(lián)項 則71的條件概率密度可用一個有限混合模型表示，是基于多項式回歸混合 模型的曲線聚類;通過對Μ個聚類分組的曲線進(jìn)行平均值計算，得到感興趣區(qū)域的時間-放 射性活度曲線集。4. 如權(quán)利要求2所述的定量分析方法，其特征在于:所述步驟4中，混合型智能優(yōu)化方法 為，構(gòu)造人工免疫網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化算法或者遺傳優(yōu)化算法的隨機(jī)優(yōu)化算法，與基于梯度下降 優(yōu)化算法的嵌套使用，進(jìn)行全局優(yōu)化;通過基于梯度下降的優(yōu)化算法進(jìn)行局部優(yōu)化，提高搜 索速度。
【文檔編號】G06F19/00GK105868537SQ201610173991
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】劉麗, 何艾玲
【申請人】江南大學(xué)附屬醫(yī)院