改进的经导管主动脉瓣植入规划的方法和系统技术方案

公开了一种用于经导管主动脉瓣植入(TAVI)规划的方法和系统。从患者的医学图像数据估计主动脉瓣的解剖表面模型。在医学图像数据中分割主动脉瓣内的钙化病变。产生主动脉瓣和钙化病变的组合体积模型。使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型。不同的植入设备类型和尺寸可以被放置到主动脉瓣和钙化病变的3D打印模型中以选择用于TAVI过程的针对患者的植入设备类型和尺寸。所述方法可以类似地应用到其他心脏瓣膜以用于任何类型的心脏瓣膜介入规划。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及经导管主动脉瓣植入(TAVI)规划，且更特别地，涉及产生用于规划TAVI过程的主动脉瓣的个性化3D打印解剖模型。经导管主动脉瓣植入(TAVI)正成为照料遭受严重的主动脉瓣狭窄的、不可手术且高风险患者的标准选择。TAVI是最低程度侵入性的心脏介入，其中主动脉瓣植入经由导管通过患者的血管被递送到患者体内。由于在TAVI过程中没有对受影响解剖结构的直接查看或者访问，所以精确的术前规划对于成功的结果是至关重要的。计算机断层成像(CT)已经被建立作为针对TAVI过程的术前规划的最佳标准成像模态。标准的临床测量结果(例如环直径和铰链环(hinge-annulus)平面间距)可以基于得出的几何模型来估计，并且在做出临床决定期间被使用。做出临床决定的一个重要方面是选择正确的植入设备和设备尺寸。因为在市场上可以获得许多不同的设备，并且每种设备具有不同的尺寸，所以对于患者来说存在大量的选项。另外，由于主动脉瓣中的钙，为了选择正确的植入设备，仅评估患者的主动脉瓣的几何特性可能是不够的。
技术实现思路
本专利技术提供了用于经导管主动脉瓣植入(TAVI)规划的方法和系统。本专利技术的实施例提供了一种从手术医学图像数据提取包括钙的主动脉瓣的几何模型的自动化框架，该几何模型能够使用3D单一材料或多材料打印机来打印以产生患者的主动脉瓣的物理3D模型。最终打印的3D模型可以使用两种不同材料来产生，该两种不同材料表示狭窄患者的瓣膜内的两种主要组织，主动脉组织(较软的组织)和钙(较硬的组织)。本专利技术的实施例允许在最少或没有用户交互的情况中从医学图像(例如CT图像)进行到3D打印模型的无缝且快速的工作流程。基于患者的主动脉瓣的打印的3D模型，可以实施针对TAVI过程的实践(hands-on)术前规划，包括尝试不同类型的植入设备和针对每种类型植入设备的不同尺寸。在本专利技术的一个实施例中，根据患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面
模型。在医学图像数据中分割心脏瓣膜内的钙化病变。产生心脏瓣膜和钙化病变的组合的体积模型。使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型。在本专利技术的一个实施例中，一种用于心脏瓣膜介入规划的方法包括：从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型；分割医学图像数据中心脏瓣膜内的钙化病变；产生心脏瓣膜和钙化病变的组合体积模型；以及使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型。其中使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型包括：使用针对心脏瓣膜组织的第一材料和针对钙化病变的第二材料产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型。其中第二材料具有大于第一材料的硬度。其中第一材料具有与心脏瓣膜组织的硬度特性的标准值相等的硬度特性，并且第二材料具有与钙化病变的硬度特性的标准值相等的硬度特性。其中从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型包括：在医学图像数据中检测心脏瓣膜的生理模型的全局位置(global location)；基于检测到的全局位置在医学图像数据中检测心脏瓣膜的解剖界标；以及基于检测到的解剖界标将心脏瓣膜的表面模型适配到医学图像数据。其中从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型进一步包括：使用已训练的边界检测器细化心脏瓣膜的表面模型。其中所述心脏瓣膜是主动脉瓣，且基于检测到的全局位置在医学图像数据中检测心脏瓣膜的解剖界标包括：基于检测到的全局位置在约束的医学图像数据的区域中检测主动脉瓣的连合处界标、铰链界标、小叶尖界标、和口(ostia)界标。其中基于检测到的解剖界标将心脏瓣膜的表面模型适配到医学图像数据包括：基于检测到的连合处界标、铰链界标、小叶尖界标、和口界标将主动脉根和主动脉瓣小叶的表面模型适配到医学图像数据。其中分割医学图像数据中心脏瓣膜内的钙化病变包括：基于心脏瓣膜的估计的解剖表面模型限定医学图像数据中的心脏瓣膜的感兴趣区域；以及分割医学图像数据中心脏瓣膜的感兴趣区域内的钙化病变。其中分割医学图像数据中心脏瓣膜的感兴趣区域内的钙化病变包括：检测心脏瓣膜的感兴趣区域中的具有大于钙阈值的强度值的体素。其中分割医学图像数据中心脏瓣膜的感兴趣区域内的钙化病变进一步包括：基于医学图像数据的心脏瓣膜的感兴趣区域中的强度柱状图确定钙阈值。其中基于医学图像数据的心脏瓣膜的感兴趣区域中的强度柱状图确定钙阈值包括：确定医学图像数据的心脏瓣膜的感兴趣区域中的强度柱状图；以及使用已训练的回归函数基于医学图像数据的心脏瓣膜的感兴趣区域中的强度柱状图计算钙阈值。其中基于医学图像数据的心脏瓣膜的感兴趣区域中的强度柱状图确定钙阈值包括：确定医学图像数据的心脏瓣膜的感兴趣区域中的强度柱状图；基于医学图像数据的心脏瓣膜的感兴趣区域中的强度柱状图在训练图像的数据库中识别多个最近邻训练图像；以及计算与所述多个最近邻训练图像相关联的钙阈值的平均值。其中产生心脏瓣膜和钙化病变的组合体积模型包括：将分割的钙化病变映射到心脏瓣膜的解剖表面模型；以及将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到预定厚度。其中将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到预定厚度包括：在心脏瓣膜的解剖表面模型上的多个点的每个点处，在与心脏瓣膜的解剖表面模型垂直的方向上拉伸心脏瓣膜的解剖表面模型。其中所述心脏瓣膜是主动脉瓣，并且将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到预定厚度包括：在主动脉根表面上将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到第一预定厚度，和在主动脉瓣小叶表面上将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到第二预定厚度。其中将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到预定厚度包括：将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到如下之一：与心脏瓣膜相关联的标准厚度值或与3D打印机相关联的最小厚度等级。其中所述心脏瓣膜是主动脉瓣，并且将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到预定厚度包括：如果与主动脉根相关联的标准厚度大于或等于与3D打印机相关联的最小厚度等级，则将心脏瓣膜的解剖表面模型的主动脉根表面拉伸到与主动脉根相关联的标准厚度；如果与主动脉根相关联的标准厚度小于与3D打印机相关联的最小厚度等级，则将心脏瓣膜的解剖表面模型的主动脉根表面拉伸到与3D打印机相关联的最小厚度等级；如果与主动脉瓣小叶相关联的标准厚度大于或等于与3D打印机相关联的最小厚度等级，则将心脏瓣膜的解剖表面模型的主动脉瓣小叶表面拉伸到与主动脉瓣小叶相关联的标准厚度；以及如果与主动脉瓣小叶相关联的标准厚度小于与3D打印机相关联的最小厚度等级，则将心脏瓣膜的解剖表面模型的主动脉瓣小叶表面拉伸到与3D打印机相关联的最小厚度等级。其中将心脏瓣膜的解剖表面模型拉伸到预定厚度进一步包括：将分割的钙化病变中的至少一个扩展到与3D打印机相关联的最小厚度等级。其中使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型包括：使用3D打印机打印心脏瓣膜和钙化病变的组合体积模型的物理3D模型。用于心脏瓣膜介入规划的方法进一步包括：将多个不同植入设备类型和植入设备尺寸放置到心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型中以选择用于心脏瓣膜介入过程的针对患者的植入设备类型和尺寸。在本专利技术的另一实施例中，一种用于心脏瓣膜介入规划的装置，包括：处理器；存储计算机程序指令的存储器，当计算机程序指令被所述处理器执行时使得所述处理器实施包括如下各项的操作：从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型，分割医学图像数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于心脏瓣膜介入规划的方法，包括：从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型；分割医学图像数据中心脏瓣膜内的钙化病变；产生心脏瓣膜和钙化病变的组合体积模型；以及使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型。

【技术特征摘要】
2015.04.16 US 14/6881611.一种用于心脏瓣膜介入规划的方法，包括：从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型；分割医学图像数据中心脏瓣膜内的钙化病变；产生心脏瓣膜和钙化病变的组合体积模型；以及使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型。2.根据权利要求1的方法，其中使用3D打印机产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型包括：使用针对心脏瓣膜组织的第一材料和针对钙化病变的第二材料产生心脏瓣膜和钙化病变的3D打印模型。3.根据权利要求2的方法，其中第二材料具有大于第一材料的硬度。4.根据权利要求3的方法，其中第一材料具有与心脏瓣膜组织的硬度特性的标准值相等的硬度特性，并且第二材料具有与钙化病变的硬度特性的标准值相等的硬度特性。5.根据权利要求1的方法，其中从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型包括：在医学图像数据中检测心脏瓣膜的生理模型的全局位置；基于检测到的全局位置在医学图像数据中检测心脏瓣膜的解剖界标；以及基于检测到的解剖界标将心脏瓣膜的表面模型适配到医学图像数据。6.根据权利要求5的方法，其中从患者的医学图像数据估计心脏瓣膜的解剖表面模型进一步包括：使用已训练的边界检测器细化心脏瓣膜的表面模型。7.根据权利要求5的方法，其中所述心脏瓣膜是主动脉瓣，且基于检测到的全局位置在医学图像数据中检测心脏瓣膜的解剖界标包括：基于检测到的全局位置在约束的医学图像数据的区域中检测主动脉瓣的连合处界标、铰链界标、小叶尖界标、和口界标。8.根据权利要求7的方法，其中基于检测到的解剖界标将心脏瓣膜的表面模型适配到医学图像数据包括：基于检测到的连合处界标、铰链界标、小叶尖界标、和口界标将主动脉根
\t和主动脉瓣小叶的表面模型适配到医学图像数据。9.根据权利要求1的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·科马尼丘，S·格尔比克，H·C·霍勒，R·伊奥纳塞克，J·科雷布斯，J·曼西纳，T·曼西，D·诺伊曼，C·施维默，M·舍宾格，I·福伊格特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE