用于冠狀動脈中改進的血液動力學計算的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于冠狀動脈中改進的血液動力學計算的方法及系統(tǒng)
[0001]本申請要求2014年6月16日提交的美國臨時申請N0.62/012，599的權益，所述申請的公開內(nèi)容在本文中通過引用以其全部被并入。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明一般涉及用于動脈狹窄的血液動力學指數(shù)(indices)的非侵入性計算，以及更具體地涉及基于非侵入性計算的血液動力學指數(shù)來改進臨床決策的準確性。
[0003]心血管疾病(CVD)是全世界范圍死亡的主要原因。在各種CVD之中，冠狀動脈疾病(CAD)占那些死亡的幾乎百分之五十。盡管醫(yī)學成像和其它診斷模態(tài)中有顯著改進，但對于CAD患者的過早發(fā)病率和死亡率中的增加仍然非常高。對于冠狀動脈狹窄的診斷以及管理的當前臨床實踐涉及視覺上或通過定量冠狀動脈血管造影術(QCA)對患病血管進行評估。這樣的評估為臨床醫(yī)生提供了對狹窄段以及母血管的解剖學概觀，包括面積減小、損傷(les1n)長度以及最小的管腔(lumen)直徑，但是不提供損傷對通過血管的血流造成的影響的功能評估。通過往狹窄的血管中插入壓力線來測量血流儲備分數(shù)(FFR)已經(jīng)被示出為是用于指導血管重建決策的更好的選項，因為FFR在標識局部缺血引發(fā)的損傷方面如與侵入性血管造影術相比更加有效。QCA僅評估狹窄的形態(tài)學意義并且具有許多其它限制?；趬毫€的FFR測量涉及與對于將壓力線插入到血管中所必要的干預相關聯(lián)的風險，并且對于非常窄的狹窄，壓力線可能引起附加的壓降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)實施例，用于動脈狹窄的非侵入性評估的系統(tǒng)和方法，包含包括根據(jù)醫(yī)學成像數(shù)據(jù)而分割用于患者的包括狹窄區(qū)的動脈的解剖學模型的多個網(wǎng)格侯選(meshcandidate)。在多個網(wǎng)格侯選的每一個中計算對于狹窄區(qū)的血液動力學指數(shù)。確定多個網(wǎng)格侯選的每一個中的對于狹窄區(qū)的血液動力學指數(shù)的值之間的變化相對于與關于狹窄區(qū)的臨床決策相關聯(lián)的閾值是否顯著。
[0005]根據(jù)實施例，用于支持關于感興趣的解剖學對象的臨床決策的系統(tǒng)和方法，包括根據(jù)醫(yī)學成像數(shù)據(jù)而分割用于患者的感興趣的解剖學對象的解剖學模型的多個網(wǎng)格侯選。針對多個網(wǎng)格侯選中的每一個而計算定量度量。確定對于多個網(wǎng)格侯選中每一個的定量度量的值之間的變化關于相對于與關于感興趣的解剖學對象的臨床決策相關聯(lián)的閾值是否顯著。
[0006]對于本領域普通技術人員來說通過參考下面的詳細描述以及附圖，本發(fā)明的這些以及其它優(yōu)點將會顯而易見。
【附圖說明】
[0007]圖1示出根據(jù)一個實施例的用于冠狀動脈狹窄的非侵入性評估的方法；
[0008]圖2示出根據(jù)一個實施例的用于根據(jù)醫(yī)學成像數(shù)據(jù)而分割用于患者的冠狀動脈的解剖學模型的多個網(wǎng)格侯選的方法；
[0009]圖3圖示根據(jù)一個實施例的用于生成患者特定的冠狀血管樹解剖學模型的示例性結果；
[0010]圖4示出根據(jù)一個實施例的具有灰區(qū)的FFR值的范圍；
[0011]圖5描繪根據(jù)一個實施例的MPR平面，其具有疊覆在其上的多個網(wǎng)格侯選；
[0012]圖6示出根據(jù)一個實施例的用于改進臨床決策的工作流的方法；以及
[0013]圖7示出根據(jù)一個實施例的用于基于血液動力學指數(shù)而改進臨床決策工作流的計算機的高級框圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明一般涉及基于血液動力學指數(shù)而改進臨床決策的工作流。本發(fā)明的實施例在本文中被描述以給出用于改進臨床決策工作流的方法的可視理解。數(shù)字圖像通常由一個或多個對象(或形狀)的數(shù)字表示組成。本文中通常在標識并且操縱對象的方面來描述對象的數(shù)字表示。這樣的操縱是在計算機系統(tǒng)的存儲器或者其它電路/硬件中實現(xiàn)的虛擬操縱。因此，將理解的是本發(fā)明的實施例可以通過使用被存儲在計算機系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)而在計算機系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行。
[0015]另外，應當理解的是盡管本文討論的實施例可以關于患者的醫(yī)學成像數(shù)據(jù)而進行討論，但是本原理并不如此受限。本發(fā)明的實施例可以用于任何成像數(shù)據(jù)。
[0016]血流儲備分數(shù)(FFR)是用于將動脈中狹窄的血液動力學意義量化的功能度量。FFR典型地通過使用基于侵入式壓力線的測量、基于充血的冠狀動脈狹窄上的壓降來確定。充血指的是患者具有多于正常的血流量的生理狀態(tài)。是否通過安置支架(stent)來治療冠狀動脈狹窄的臨床決策可以基于FFR值。例如，至少為0.8的FFR值可以指示狹窄在功能上并不顯著，并且不建議治療。然而，小于0.8的FFR值可以指示狹窄在功能上是顯著的，并且建議治療。
[0017]計算性FFR(cFFR)試圖經(jīng)由不太侵入性的手段來重現(xiàn)(r印licate)FFR值。在一個實施例中，通過以下來確定cFFR:利用計算的層析X射線攝影法(CT)掃描儀獲取患者心臟的醫(yī)學成像數(shù)據(jù)，分割醫(yī)學成像數(shù)據(jù)以提取冠狀動脈的幾何模型，并且應用計算性流體動力學來得出冠狀動脈狹窄的FFR值。cFFR計算可以導致由于分割結果中的變化引起的多個不同F(xiàn)FR值，所述分割結果中的變化導致多個幾何模型侯選。常規(guī)的工作流涉及用戶選擇最佳幾何模型侯選，或者編輯分割結果來確定FFR值，這增加成本并且需要來自用戶的附加時間和努力。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，如果FFR值的結果的范圍并不在臨床上影響臨床決策，那么不需要用戶輸入。例如，如果FFR值的結果的范圍在0.8以上，那么不治療狹窄的臨床決策不受影響，并且不需要用戶輸入或交互。
[0018]圖1示出根據(jù)一個或多個實施例的用于冠狀動脈狹窄的非侵入性評估的方法100。血液動力學指數(shù)是與血液流動相關的度量。例如，血液動力學指數(shù)可以包括FFR和瞬時無波比(iFR)。盡管本文關于基于血液動力學指數(shù)的有關冠狀動脈狹窄的臨床決策來描述圖1的方法100，但應該理解的是本發(fā)明并不如此受限，并且本發(fā)明的實施例可以類似地適用于任何臨床決策。圖1的方法100提供了通過減小用戶輸入和交互量的經(jīng)改進的冠狀動脈狹窄非侵入性評估。
[0019]參考圖1，在步驟102處，接收主體(例如，患者)的醫(yī)學成像數(shù)據(jù)。醫(yī)學成像數(shù)據(jù)可以包括患者的感興趣的目標解剖學區(qū)域(諸如例如，心臟的冠狀動脈)的醫(yī)學圖像或者幀。在一個實施例中，醫(yī)學成像數(shù)據(jù)為三維(3D)CT醫(yī)學成像數(shù)據(jù)。然而，本發(fā)明不限于此，并且醫(yī)學成像數(shù)據(jù)可以為任何合適的模態(tài)，諸如例如，磁共振成像(MRI)、X射線血管造影術、超聲(US)等。在一個實施例中，直接從對患者成像的圖像獲取設備(諸如例如，CT掃描儀)接收醫(yī)學成像數(shù)據(jù)。在另一個實施例中，通過從計算機系統(tǒng)的存儲器或存儲裝置中加載之前存儲的主體的成像數(shù)據(jù)而接收醫(yī)學成像數(shù)據(jù)。
[0020]在有利實施例中，在CT掃描儀上獲取3D冠狀動脈CT血管造影術(CTA)圖像。CTA圖像確保冠狀脈管系統(tǒng)(vasculature)，包括含有狹窄的(多個)血管，通過使用被注入到患者體內(nèi)的對比劑而被充分成像。在該階段處，可以向臨床醫(yī)生提供以下選項:通過在圖像上交互性地查看感興趣的損傷(狹窄)來標識它們。該步驟也可以在提取自圖像數(shù)據(jù)的患者特定的解剖學模型上執(zhí)行?？商鎿Q地，通過使用用于冠狀動脈狹窄的自動檢測的算法可以在圖像數(shù)據(jù)中自動檢測狹窄，所述算法諸如美國公布的專利申請N0.2011/0224542中所述的用于冠狀動脈狹窄的自動檢測的方法，所述專利申請題為“Method and Systemfor Automatic Detect1n and Classificat1n of Coronary Stenoses in Cardiac CTVolumes”，其公開內(nèi)容在本文中通過引用以其全部被并入。除了醫(yī)學成像數(shù)據(jù)之外，還可以獲取其它非侵入性臨床測量，諸如患者的心率以及收縮和舒張血壓。
[0021]在步驟104處，根據(jù)醫(yī)學成像數(shù)據(jù)來分割用于患者的冠狀動脈的解剖學或幾何表面模型的多個網(wǎng)格候選。在一個實施例中，通過采用不同的分割方法可以生成多個網(wǎng)格候選，所述分割方法諸如例如，區(qū)域增長、形狀模型擬合、圖形切割、基于機器學習的方法、或者任何其它合適的分割方法。采用各種方法將自然導致各種網(wǎng)格候選。另