背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及冠狀動(dòng)脈狹窄的非侵入式功能評(píng)價(jià)，并且更特別地涉及根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和血流模擬的冠狀動(dòng)脈狹窄的非侵入式功能評(píng)價(jià)。

心血管疾病（CVD）在世界范圍是死亡的主要原因。在各種CVD之中，冠狀動(dòng)脈疾?。–AD）占據(jù)那些死亡中的接近百分之五十。盡管有醫(yī)學(xué)成像和其它診斷模態(tài)中的顯著改進(jìn)，針對(duì)CAD患者的過早發(fā)病率和死亡率中的增加仍舊非常高。用于冠狀狹窄的診斷和管理的當(dāng)前臨床實(shí)踐涉及視覺上或通過定量冠狀動(dòng)脈造影術(shù)（QCA）對(duì)患病血管的評(píng)價(jià)。這樣的評(píng)價(jià)為臨床醫(yī)生提供狹窄區(qū)段和父血管（parent vessel）的解剖學(xué)概覽，包括面積減小、病變（lesion）長度和最小內(nèi)腔直徑，但是不提供病變對(duì)通過血管的血流的影響的功能評(píng)價(jià)。通過將壓力導(dǎo)絲插入到狹窄的血管中來測量血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（FFR）已經(jīng)示出是用于引導(dǎo)血管再生決定的更好選項(xiàng)，因?yàn)镕FR在識(shí)別導(dǎo)致病變的局部缺血方面相比于侵入式造影術(shù)而言更加有效。QCA僅評(píng)估狹窄的形態(tài)學(xué)明顯度并且具有數(shù)個(gè)其它限制?；趬毫?dǎo)絲的FFR測量涉及與將壓力導(dǎo)絲插入到血管中所必要的介入相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)，并且對(duì)于非常窄的狹窄，壓力導(dǎo)絲可能引起附加的血壓下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供用于冠狀動(dòng)脈狹窄的非侵入式功能評(píng)價(jià)的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)相對(duì)嚴(yán)格的評(píng)價(jià)而執(zhí)行患病和假想正常解剖學(xué)模型中的基于醫(yī)學(xué)圖像的流計(jì)算。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，從患者的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)生成患者的患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型。針對(duì)患者的患病冠狀動(dòng)脈生成假想正常解剖學(xué)模型。在患病冠狀的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型和針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型中的每一個(gè)中模擬血流。使用患病冠狀的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的模擬的血流速率和針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型中的模擬的血流速率來計(jì)算血液動(dòng)力學(xué)指數(shù)。

本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)將通過參照以下詳細(xì)描述和附圖而對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是明顯的。

附圖說明

圖1圖示了狹窄的血管和對(duì)應(yīng)的假想正常血管；

圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的冠狀動(dòng)脈狹窄的非侵入式功能評(píng)價(jià)的方法；

圖3圖示了用于生成冠狀血管樹的患者特定解剖學(xué)模型的示例性結(jié)果；

圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于生成針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型的方法；

圖5圖示了具有被高亮（highlight）的患病部分的患病冠狀動(dòng)脈；以及

圖6是能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及用于使用醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和血流模擬的冠狀動(dòng)脈狹窄的非侵入式功能評(píng)價(jià)的方法和系統(tǒng)。在本文中描述本發(fā)明的實(shí)施例以給出用于模擬血流和評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈狹窄的方法的視覺理解。數(shù)字圖像通常包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)象（或形狀）的數(shù)字表示。對(duì)象的數(shù)字表示在本文中通常在識(shí)別和操縱對(duì)象方面來描述。這樣的操縱是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器或其它電路/硬件中實(shí)現(xiàn)的虛擬操縱。相應(yīng)地，要理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)使用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)來執(zhí)行。

血液儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)（FFR）是用于量化冠狀狹窄的血液動(dòng)力學(xué)顯著度的功能度量。FFR典型地使用基于壓力導(dǎo)絲的測量來侵入式地確定。FFR被定義為患病血管（具有狹窄或堵塞的血管）中的血流對(duì)相同、假想、正常（健康）血管中的流的分?jǐn)?shù)，其二者在最大充血時(shí)確定：

在此，“max”是指最大充血條件。正常血管是假想的（即如果不存在（一個(gè)或多個(gè)）堵塞則血管將怎樣）。由于這樣的假想正常血管不可用于測量，因此可替換的基于壓力的公式一般用于量化FFR。圖1圖示了狹窄血管100和對(duì)應(yīng)的假想正常血管110。如圖1中所示，狹窄102存在于狹窄血管100中，但是不在假想正常血管110中。Q_stenosis是指狹窄血管100中的血流，并且Q_normal是指假想正常血管110中的血流。

為了使用可替換的基于壓力的公式，當(dāng)心肌阻抗固定在其最低值處時(shí)測量最大充血時(shí)的壓力是關(guān)鍵的（非最大充血狀態(tài)中的壓力和流可變性可能相當(dāng)大并且因而影響FFR計(jì)算）。作為結(jié)果，流率項(xiàng)可以被適當(dāng)?shù)墓嘧喉?xiàng)取代，其全部可以在狹窄血管中測量：

在此，P_d和P_a分別為充血期間的平均（在心跳周期內(nèi)）末端和主動(dòng)脈壓，并且P_v是靜脈壓（其有時(shí)被假定為零；P_v≈0）。

在近些年，已經(jīng)提出用于通過利用基于醫(yī)學(xué)圖像的方法結(jié)合基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的算法的FFR的非侵入式計(jì)算（如與使用侵入式測量相對(duì)）的若干方法。這樣的方法在從患者特定醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)生成的解剖學(xué)模型中計(jì)算經(jīng)模擬的充血狀態(tài)下的流和壓力，并且計(jì)算在狹窄末端的經(jīng)時(shí)間平均的壓力相對(duì)于主動(dòng)脈中的平均壓力的比以評(píng)估FFR。所有這樣的模型的一個(gè)共同特征是將基于壓力的公式用于計(jì)算FFR。

然而，用于引起充血的血管舒張劑并不總是重復(fù)地使心肌的阻抗降低到相同水平。此外，每一種血管舒張劑不產(chǎn)生阻抗中的精確相同的降低。另外，升高的靜脈壓可能使靜脈壓幾乎為零的假設(shè)失效，從而要求比基于壓力的公式更復(fù)雜的FFR的計(jì)算以確定精確的FFR值。

為了克服用于計(jì)算FFR的基于壓力的計(jì)算方案的限制，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于基于FFR的基于流的公式的根據(jù)患者的醫(yī)學(xué)圖像的非侵入式FFR計(jì)算的方法。本發(fā)明的實(shí)施例從醫(yī)學(xué)圖像生成患者的冠狀的解剖學(xué)模型（被稱為“真實(shí)解剖學(xué)模型”），生成針對(duì)患者的假想正常血管的解剖學(xué)模型，在真實(shí)解剖學(xué)模型和假想正常血管的解剖學(xué)模型二者中執(zhí)行血流模擬，并且通過計(jì)算真實(shí)解剖學(xué)模型與假想血管的解剖學(xué)模型中的模擬的流的比來計(jì)算FFR。為了確定FFR，流計(jì)算可以在充血條件下執(zhí)行。本發(fā)明的實(shí)施例可以類似地應(yīng)用于計(jì)算其它血液動(dòng)力學(xué)指數(shù)，并且對(duì)于其它血液動(dòng)力學(xué)指數(shù)，可以在靜息或在患者的其它生理狀態(tài)執(zhí)行流計(jì)算。

圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的冠狀動(dòng)脈狹窄的非侵入式功能評(píng)價(jià)的方法。參照?qǐng)D2，在步驟202處，接收來自患者的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)。可以接收來自一個(gè)或多個(gè)成像模態(tài)的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)。例如，醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)可以包括計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)（CT）、Dyna CT、磁共振（MR）、造影術(shù)、超聲、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)（SPECT）和任何其它類型的醫(yī)學(xué)成像模態(tài)。醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)可以是2D、3D或4D（3D+時(shí)間）醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)可以直接從諸如CT掃描儀、MR掃描儀、造影術(shù)掃描儀、超聲設(shè)備等之類的一個(gè)或多個(gè)圖像獲取設(shè)備接收，或者醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)可以通過加載針對(duì)患者的之前存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)來接收。

在有利實(shí)施例中，在CT掃描儀上獲取3D冠狀CT造影術(shù)（CTA）圖像。CTA圖像確保通過使用注射到患者中的造影劑來對(duì)包括包含狹窄的（一個(gè)或多個(gè)）血管的冠狀脈管系統(tǒng)充分地成像。在該階段，臨床醫(yī)生可以被提供有通過在圖像上交互式地查看感興趣的病變（狹窄）而識(shí)別它們的選項(xiàng)。該步驟還可以在從圖像數(shù)據(jù)提取的患者特定解剖學(xué)模型上執(zhí)行（步驟204）?？商鎿Q地，可以使用用于冠狀動(dòng)脈狹窄的自動(dòng)檢測的算法在圖像數(shù)據(jù)中自動(dòng)檢測狹窄，諸如在美國公開專利申請(qǐng)?zhí)?011/0224542中描述的用于冠狀動(dòng)脈狹窄的自動(dòng)檢測的方法，其通過引用并入本文。除了醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)之外，還可以獲取其它非侵入式臨床測量，諸如患者的心率以及心臟收縮和心臟舒張血壓。

在步驟204處，從患者的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)生成患者的至少一個(gè)患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型。如本文所使用的，“真實(shí)”解剖學(xué)模型是指包括冠狀動(dòng)脈中的任何狹窄的患者的實(shí)際冠狀動(dòng)脈的解剖學(xué)模型?；疾」跔顒?dòng)脈是包含至少一個(gè)狹窄的冠狀動(dòng)脈。在示例性實(shí)施例中，從醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)生成患者的冠狀動(dòng)脈樹的患者特定解剖學(xué)模型。為了生成患者的冠狀動(dòng)脈樹的患者特定解剖學(xué)模型，可以使用自動(dòng)化冠狀動(dòng)脈中心線提取算法在3D醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行分段。可以使用任何冠狀動(dòng)脈分段方法來對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行分段。例如，可以使用美國公開專利申請(qǐng)?zhí)?010/0067760描述的方法在CT體積中對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行分段，其通過引用并入本文。一旦冠狀動(dòng)脈中心線樹被提取，可以在中心線樹的每一個(gè)點(diǎn)處生成截面輪廓。每一個(gè)中心線點(diǎn)處的截面輪廓給出在冠狀動(dòng)脈中的該點(diǎn)處的對(duì)應(yīng)截面區(qū)域測量。然后針對(duì)經(jīng)分段的冠狀動(dòng)脈生成幾何表面模型。例如，在美國專利號(hào)7,860,290和美國專利號(hào)7,953,266中描述用于冠狀動(dòng)脈的解剖學(xué)建模的方法，其二者通過引用并入本文。除了冠狀之外，患者特定解剖學(xué)模型可以包括主動(dòng)脈根連同主動(dòng)脈的近端部分。還使用類似算法來提取每一個(gè)狹窄的詳細(xì)3D模型，其包括近端血管直徑和面積、末端血管直徑和面積、最小內(nèi)腔直徑和面積以及狹窄的長度的量化。圖3圖示了用于生成冠狀動(dòng)脈樹的患者特定解剖學(xué)模型的示例性結(jié)果。圖3的圖像300示出冠狀CTA數(shù)據(jù)。圖像310示出從CTA數(shù)據(jù)提取的中心線樹312。圖像320示出在中心線樹312的每一個(gè)點(diǎn)處提取的截面輪廓322。圖像330示出冠狀動(dòng)脈、主動(dòng)脈根和主動(dòng)脈的近端部分的3D表面網(wǎng)格332。要理解的是，患者的患病冠狀和/或整個(gè)冠狀樹的真實(shí)解剖學(xué)模型可以被輸出和顯示在例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示屏上。

返回到圖2，在步驟206處，生成針對(duì)至少一個(gè)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型。如本文所使用的，假想正常解剖學(xué)模型是在沒有狹窄的假想正?；蚪】禒顟B(tài)中表示患病冠狀動(dòng)脈的解剖學(xué)模型。由于這樣的假想正常血管在患者的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中不存在，因此本文描述利用不同技術(shù)以用于生成患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型的本發(fā)明的各種實(shí)施例。要理解的是，針對(duì)患病冠狀的假想正常解剖學(xué)模型和/或針對(duì)患者的整個(gè)冠狀樹的假想正常解剖學(xué)模型可以被輸出和顯示在例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示屏上。

圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于生成針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型的方法。在圖4的實(shí)施例中，通過分析來自患者的冠狀動(dòng)脈樹的真實(shí)正常（健康）血管、從真實(shí)正常血管計(jì)算解剖學(xué)特性和使用這些特性來合成患病血管的假想正常解剖學(xué)模型而生成假想正常解剖學(xué)模型。如圖4中所圖示的，在步驟402處，接收患者的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)。圖4的步驟402類似于圖2的步驟202。在圖4的步驟404處，從患者的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)生成患者的冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型，所述患者的冠狀動(dòng)脈包括患病冠狀動(dòng)脈和至少一個(gè)正常（健康）冠狀動(dòng)脈。例如，可以通過生成患者的冠狀樹的患者特定解剖學(xué)模型來生成患者的冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型，所述患者的冠狀動(dòng)脈包括患病冠狀動(dòng)脈和至少一個(gè)健康冠狀動(dòng)脈，如以上結(jié)合圖2的步驟204描述的。

在步驟406處，從患者的冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的正常冠狀動(dòng)脈提取血管特性。首先，正常冠狀動(dòng)脈必須通過找到冠狀樹的健康分支來確定。在一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方式中，正常冠狀動(dòng)脈可以通過從用戶接收正常冠狀動(dòng)脈的輸入選擇來確定。在另一可能的實(shí)現(xiàn)方式中，正常冠狀動(dòng)脈可以通過自動(dòng)檢測醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)或患者的冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的健康冠狀動(dòng)脈來確定。例如，可以在醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)或患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型上執(zhí)行用于冠狀動(dòng)脈狹窄的自動(dòng)檢測的方法，諸如美國公開專利申請(qǐng)?zhí)?011/0224542中所描述的方法，其通過引用并入本文，并且可以將其中沒有檢測到狹窄的冠狀動(dòng)脈自動(dòng)選擇為正常冠狀動(dòng)脈。一旦確定了正常冠狀動(dòng)脈，從患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的正常冠狀動(dòng)脈提取血管特性。在有利實(shí)施例中，在正常冠狀動(dòng)脈的長度上提取正常冠狀動(dòng)脈的半徑，并且確定在冠狀動(dòng)脈的長度上的半徑的改變率。

在步驟408處，基于從患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的正常冠狀動(dòng)脈提取的血管特性而生成針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型。在有利實(shí)施例中，假想正常解剖學(xué)模型具有與患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的患病冠狀動(dòng)脈相同的長度和與患病冠狀動(dòng)脈相同的在患病冠狀動(dòng)脈的非患病部分中的半徑。通過應(yīng)用從正常冠狀動(dòng)脈提取的半徑的改變率來確定患病冠狀動(dòng)脈的患?。ɡ绐M窄）部分中的假想正常解剖學(xué)模型的半徑。例如，考慮在左前降支（LAD）動(dòng)脈中具有狹窄和鈣化的患者，其具有正常的左回旋支（LCX）動(dòng)脈。為了生成LAD動(dòng)脈的假想解剖學(xué)模型，可以提取患者的正常LCX動(dòng)脈中的半徑的改變率并且該信息然后可以用于生成LAD動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型。LAD動(dòng)脈的該合成地生成的假想正常解剖學(xué)模型可以具有與原始患病LAD相同的長度，但是不同的截面剖面圖。

在另一實(shí)施例中，可以通過基于用戶輸入而修改患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型或患病血管的底層醫(yī)學(xué)圖像來生成針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型。這可以通過移除諸如但不限于斑塊、鈣化、血栓、狹窄或其它血管縮窄和正性重構(gòu)（positive remodeling）之類的某些特性來執(zhí)行。這些特性可以在醫(yī)學(xué)圖像上或在患病冠狀動(dòng)脈的真實(shí)解剖學(xué)模型上被高亮，并且然后被自動(dòng)或基于用戶的輸入而移除以創(chuàng)建針對(duì)患病血管的假想正常解剖學(xué)模型。在該實(shí)施例中，醫(yī)學(xué)圖像和/或患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型可以例如顯示在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示屏上，并且通過用戶使用輸入設(shè)備（諸如鼠標(biāo)、觸摸屏等）而高亮要在所顯示的醫(yī)學(xué)圖像或真實(shí)解剖學(xué)模型上移除的部分而接收用戶輸入。圖5圖示了具有高亮的患病部分的患病冠狀動(dòng)脈。如圖5中所示，在患病冠狀動(dòng)脈500上高亮狹窄/斑塊502、鈣化504、血栓506和正性重構(gòu)508。

在另一實(shí)施例中，可以通過利用接近或遠(yuǎn)離患病區(qū)段的正常區(qū)段代替患病冠狀動(dòng)脈的患病（例如狹窄）區(qū)段基于患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型來生成針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型。在該實(shí)施例中，通過在患病區(qū)段的長度上內(nèi)插接近或遠(yuǎn)離患病區(qū)段的正常區(qū)段的血管幾何結(jié)構(gòu)而代替患病冠狀動(dòng)脈的每一個(gè)患病區(qū)段。

在另一實(shí)施例中，可以在醫(yī)學(xué)圖像自身中，在圖像重構(gòu)階段期間或在圖像處理階段期間生成針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型。在該實(shí)施例中，可以基于諸如鈣化和狹窄之類的患病特征的全自動(dòng)檢測來生成假想正常解剖學(xué)模型。例如，在計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)（CT）圖像的情況中，圖像體元的亨氏單位可以用于自動(dòng)檢測諸如鈣化之類的疾病特征，并且其隨后被移除以生成針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，經(jīng)分段的患病冠狀動(dòng)脈的邊界可以被自動(dòng)修改以從經(jīng)分段的患病冠狀動(dòng)脈移除所檢測到的患病特征中的一些或全部。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)可以被修改以改變被檢測為患病特征的體元的體元強(qiáng)度值。例如，所檢測到的患病特征的體元可以被修改成使體元值等于冠狀動(dòng)脈的健康區(qū)的平均強(qiáng)度。一旦醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)被修改，就可以通過對(duì)經(jīng)修改的醫(yī)學(xué)圖像中的冠狀動(dòng)脈進(jìn)行分段來生成假想正常解剖學(xué)模型。

返回到圖2，在步驟208處，在患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中模擬血流。在有利實(shí)現(xiàn)方式中，可以在患者的患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中使用基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的算法來模擬血流。在基于CFD的模擬中，將血液建模為牛頓流體，并且通過在剛性壁假定下對(duì)離散納維爾-斯托克斯方程（連續(xù)性和動(dòng)量方程）進(jìn)行數(shù)值求解來獲得針對(duì)血液的速度場。離散納維爾-斯托克斯方程用于隨時(shí)間遞增地模擬患病冠狀動(dòng)脈內(nèi)的血流的速度和壓力。還向CFD建模輸入來自患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型的患病冠狀動(dòng)脈的患者特定解剖模型以便基于患者特定解剖模型而約束血流模擬。其它邊界條件（諸如速度和/或壓力邊界條件）也從針對(duì)患者獲取的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或其它非侵入式臨床測量（諸如患者的心率以及心臟收縮和心臟舒張血壓）確定。要理解的是，可以通過模擬患者的完整冠狀動(dòng)脈樹的真實(shí)解剖學(xué)模型中的血流來估計(jì)患病冠狀動(dòng)脈的真實(shí)解剖學(xué)模型中的血流。為了確定FFR，可以在充血條件下執(zhí)行血流模擬。表示充血條件的邊界條件可以從在充血時(shí)從患者獲取的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或其它非侵入式測量確定，或者可以基于靜息狀態(tài)邊界條件來計(jì)算，所述靜息狀態(tài)邊界條件是從在靜息時(shí)從患者獲取的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或其它非侵入式測量確定的。針對(duì)可以用于基于CFD的血流模擬的各種方法的附加細(xì)節(jié)，包括用于計(jì)算邊界條件的方法，在美國公開專利申請(qǐng)?zhí)?0140058715和美國公開專利申請(qǐng)?zhí)?012/0072190中描述，其通過引用以其整體并入本文。

在步驟210處，在針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常模型中模擬血流。類似于針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型所執(zhí)行的血流模擬，可以使用基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的算法在針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型中模擬血流。在基于CFD的模擬中，將血液建模為牛頓流體，并且通過在剛性壁假定下對(duì)離散納維爾-斯托克斯方程（連續(xù)性和動(dòng)量方程）進(jìn)行數(shù)值求解來獲得針對(duì)血液的速度場。離散納維爾-斯托克斯方程用于隨時(shí)間遞增地模擬假想正常冠狀動(dòng)脈內(nèi)的血流的速度和壓力。還向CFD建模工作流輸入來自針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型的假想正常冠狀動(dòng)脈的解剖模型以便基于假想正常解剖模型約束血流模擬。其它邊界條件（諸如速度和/或壓力邊界條件）也從針對(duì)患者獲取的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或其它非侵入式臨床測量（諸如患者的心率以及心臟收縮和心臟舒張血壓）確定。要理解的是，可以通過模擬患者的完整冠狀動(dòng)脈樹的假想正常解剖學(xué)模型中的血流來估計(jì)針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型中的血流。在可替換的實(shí)現(xiàn)方式中，假想正常冠狀動(dòng)脈樹可以用于邊界條件的估計(jì)。由于邊界條件中的參數(shù)值的計(jì)算是基于血管的半徑的，因此來自假想正常冠狀動(dòng)脈樹的信息可以造成更接近患者特定值的流率分布的估計(jì)。在該情況下，針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的真實(shí)解剖學(xué)模型（步驟208）和針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型（步驟210）二者中的血流模擬的邊界條件可以使用假想正常冠狀動(dòng)脈樹來計(jì)算。為了確定FFR，可以在充血條件下執(zhí)行血流模擬。表示充血條件的邊界條件可以從在充血時(shí)從患者獲取的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或其它非侵入式測量確定，或者可以基于靜息狀態(tài)邊界條件來計(jì)算，所述靜息狀態(tài)邊界條件是從在靜息時(shí)從患者獲取的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或其它非侵入式測量確定的。針對(duì)可以用于基于CFD的血流模擬的各種方法的附加細(xì)節(jié)，包括用于計(jì)算邊界條件的方法，在美國公開專利申請(qǐng)?zhí)?0140058715和美國公開專利申請(qǐng)?zhí)?012/0072190中描述，其通過引用以其整體并入本文。

在步驟212處，基于患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的模擬的血流速率和針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型中的模擬的血流速率來計(jì)算血液動(dòng)力學(xué)指數(shù)。在有利實(shí)施例中，通過計(jì)算患病冠狀動(dòng)脈的患者特定真實(shí)解剖學(xué)模型中的模擬的血流速率與針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的假想正常解剖學(xué)模型中的模擬的血流速率之比來計(jì)算針對(duì)患病冠狀動(dòng)脈的FFR。對(duì)于FFR計(jì)算，在充血條件下模擬真實(shí)解剖學(xué)模型和假想正常解剖學(xué)模型二者中的血流。要理解的是，根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，直接從模擬的流率而不從冠狀動(dòng)脈中的壓力計(jì)算FFR。對(duì)于其它血液動(dòng)力學(xué)指數(shù)，可以在靜息狀態(tài)或其它生理狀態(tài)處執(zhí)行模擬。真實(shí)和假想正常解剖學(xué)模型中的模擬的流率可以以任何方式組合以生成用于評(píng)價(jià)患病冠狀動(dòng)脈中的冠狀動(dòng)脈狹窄的血液動(dòng)力學(xué)指數(shù)或度量。

用于冠狀動(dòng)脈狹窄的非侵入式評(píng)價(jià)的以上描述的方法可以實(shí)現(xiàn)在使用公知計(jì)算機(jī)處理器、存儲(chǔ)器單元、存儲(chǔ)設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟件和其它組件的計(jì)算機(jī)上。這樣的計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖在圖6中圖示。計(jì)算機(jī)602包含處理器604，其通過執(zhí)行定義這樣的操作的計(jì)算機(jī)程序指令來控制計(jì)算機(jī)602的總體操作。計(jì)算機(jī)程序指令可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備612（例如磁盤）中并且當(dāng)期望執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令時(shí)被加載到存儲(chǔ)器610中。因此，圖2和圖4的方法的步驟可以由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器610和/或儲(chǔ)存器612中的計(jì)算機(jī)程序指令定義并且由執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令的處理器604控制。諸如CT掃描設(shè)備、MR掃描設(shè)備、超聲設(shè)備等之類的圖像獲取設(shè)備620可以連接到計(jì)算機(jī)602以向計(jì)算機(jī)602輸入圖像數(shù)據(jù)?？赡艿氖菍D像獲取設(shè)備620和計(jì)算機(jī)602實(shí)現(xiàn)為一個(gè)設(shè)備。還可能的是圖像獲取設(shè)備620和計(jì)算機(jī)602通過網(wǎng)絡(luò)無線地通信。計(jì)算機(jī)602還包括一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口606以用于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與其它設(shè)備通信。計(jì)算機(jī)602還包括使得能夠?qū)崿F(xiàn)與計(jì)算機(jī)602的用戶交互的其它輸入/輸出設(shè)備608（例如顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、揚(yáng)聲器、按鈕等）。這樣的輸入/輸出設(shè)備608可以結(jié)合計(jì)算機(jī)程序集合來用作注釋工具以注釋從圖像獲取設(shè)備620接收的體積。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，實(shí)際計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式也可以包含其它組件，并且圖6是用于說明性目的的這樣的計(jì)算機(jī)的一些組件的高級(jí)表示。

前述具體實(shí)施方式要理解為在每一個(gè)方面都是說明性和示例性的，但是不是限制性的，并且本文所公開的發(fā)明的范圍不從具體實(shí)施方式確定，而是從如根據(jù)專利法所準(zhǔn)許的完整范圍解釋的權(quán)利要求確定。要理解的是，本文所示出和描述的實(shí)施例僅僅說明本發(fā)明的原理并且各種修改可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下實(shí)現(xiàn)各種其它特征組合。