用于冠状动脉中的血液动力学计算的方法和系统技术方案

公开了用于从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的方法和系统。从患者的医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量。从冠状动脉树的患者特定解剖学测量针对冠状动脉树中的多个分支中的每一个而估计参考半径。基于针对冠状动脉树的所述多个分支中的每一个的参考半径计算流动速率。计算针对冠状动脉树的多个总流动速率估计。每一个总流动速率估计从冠状动脉树中的特定世代分支的流动速率计算。基于所述多个总流动速率估计计算冠状动脉树的总流动速率。冠状动脉树的总流动速率可以用于导出用于模拟冠状动脉树中的血流的边界条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求享有2014年4月22日提交的美国临时申请号61/982,378的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
本专利技术涉及基于医学图像数据的冠状动脉中的血液动力学计算，并且更特别地涉及基于医学图像数据模拟冠状动脉中的血流以用于冠状动脉狭窄的非侵入式功能评价。心血管疾病（CVD）在世界范围是死亡的主要原因。在各种CVD之中，冠状动脉疾病（CAD）占据那些死亡中的接近百分之五十。尽管有医学成像和其它诊断模态中的显著改进，针对CAD患者的过早发病率和死亡率中的增加仍旧非常高。用于冠状狭窄的诊断和管理的当前临床实践涉及视觉上或通过定量冠状动脉造影术（QCA）对患病血管的评价。这样的评价为临床医生提供狭窄区段和父血管（parentvessel）的解剖学概览，包括面积减小、病变（lesion）长度和最小内腔直径，但是不提供病变对通过血管的血流的影响的功能评价。通过将压力导丝插入到狭窄的血管中来测量血流储备分数（FFR）已经示出是用于引导血管再生决定的更好选项，因为FFR在识别导致病变的局部缺血方面相比于侵入式造影术而言更加有效。QCA仅评估狭窄的形态学明显度并且具有数个其它限制。基于压力导丝的FFR测量涉及与将压力导丝插入到血管中所必要的介入相关联的风险，并且对于非常窄的狭窄，压力导丝可能引起附加的血压下降。
技术实现思路
本专利技术提供用于从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的方法和系统。本专利技术的实施例利用医学图像数据中的冠状动脉的解剖学测量来以患者特定的方式估计静息血流速率。本专利技术的实施例使用患者的所估计的静息血流速率来执行血流模拟并且计算冠状动脉中的导出的血液动力学度量。在本专利技术的一个实施例中，从患者的医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量。从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径。基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算流动速率。计算针对所述冠状动脉树的多个总流动速率估计，其中所述多个总流动速率估计中的每一个从来自多个分支世代中的相应一个的分支的流动速率计算。基于所述多个总流动速率估计计算所述冠状动脉树的总流动速率。通过参照以下详细描述和附图，本专利技术的这些和其它优点将对本领域普通技术人员是显而易见的。附图说明图1图示了根据本专利技术的实施例的从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的方法；图2图示了用于生成冠状血管树的患者特定解剖学模型的示例性结果；图3图示了具有分配到每一个分支的世代号码的冠状动脉树的示例；以及图4是能够实现本专利技术的计算机的高级框图。具体实施方式本专利技术涉及用于从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的方法和系统。在本文中描述本专利技术的实施例以给出用于计算冠状动脉中的血流的方法的视觉理解。数字图像通常包括一个或多个对象（或形状）的数字表示。对象的数字表示在本文中通常在识别和操纵对象方面来描述。这样的操纵是在计算机系统的存储器或其它电路/硬件中实现的虚拟操纵。相应地，要理解的是，本专利技术的实施例可以在计算机系统内使用存储在计算机系统内的数据来执行。基于计算流体动力学（CFD）的血流模拟可以用于估计血液动力学度量（诸如血流储备分数（FFR））以用于冠状动脉中的狭窄严重性的非侵入式功能评价。这样的血流模拟典型地要求关于由每一个冠状动脉供应的心肌的体积质量的一些信息以提供每一个冠状动脉中的血流的初始估计。本专利技术的实施例不依赖于心肌的这样的特性。本专利技术的实施例仅利用医学图像数据中的冠状动脉的解剖学测量以估计冠状动脉中的患者特定流动静息血流速率。此外，本专利技术的实施例可以在左冠状树和右冠状树中独立地应用，从而消除如在其它方法中的准备全面的冠状动脉树模型的需要。图1图示了根据本专利技术的实施例的用于从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的方法。图1的方法对表示患者的冠状区的医学图像数据进行变换以生成患者的冠状动脉的患者特定解剖学模型并且模拟患者的冠状动脉中的血流。在步骤102处，接收患者的医学图像数据。可以接收来自一个或多个成像模态的医学图像数据。例如，医学图像数据可以包括计算机断层扫描术（CT）、DynaCT、磁共振（MR）、造影术、超声、单光子发射计算机断层扫描术（SPECT）和任何其它类型的医学成像模态。医学图像数据可以是2D、3D或4D（3D+时间）医学图像数据。医学图像数据可以直接从诸如CT扫描仪、MR扫描仪、造影术扫描仪、超声设备等之类的一个或多个图像获取设备接收，或者医学图像数据可以通过加载针对患者的之前存储的医学图像数据来接收。在有利实施例中，在CT扫描仪上获取3D冠状CT造影术（CTA）图像。CTA图像确保通过使用注射到患者中的造影剂来对包括包含狭窄的（多个）血管的冠状脉管系统适当地成像。在该阶段，临床医生可以被提供有通过在图像上交互式地查看感兴趣的病变（狭窄）而识别它们的选项。该步骤还可以在从图像数据提取的患者特定解剖学模型上执行（步骤104）。可替换地，可以使用用于冠状动脉狭窄的自动检测的算法在图像数据中自动检测狭窄，诸如在美国公开专利申请号2011/0224542中描述的用于冠状动脉狭窄的动态检测的方法，其通过引用并入本文。除了医学图像数据之外，还可以获取其它非侵入式临床测量，诸如患者的心率以及心脏收缩和心脏舒张血压。在步骤104处，从医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量。在示例性实施例中，医学图像数据在静息状态获取，并且从在静息状态获取的图像数据提取冠状动脉的测量。冠状动脉树的患者特定解剖学测量可以是针对患者的完全冠状动脉树的患者特定解剖学测量，或者针对小于患者的完全冠状动脉树的任何部分的患者特定解剖学测量。在可能的实现方式中，冠状动脉树的患者特定解剖学测量可以是仅左冠状动脉（LCA）树或右冠状动脉（RCA）树的患者特定解剖学测量。在有利实施例中，冠状动脉的测量通过生成从医学图像数据生成的冠状动脉树的患者特定解剖学模型来提取，但是本专利技术不限于此。患者特定解剖学模型可以是患者的完全冠状动脉树的任何部分的患者特定解剖学模型。为了生成冠状动脉树的患者特定解剖学模型，可以使用自动化冠状动脉中心线提取算法在3D医学图像数据中对冠状动脉进行分段。例如，可以使用美国公开专利申请号2010/0067760描述的方法在CT体积中对冠状动脉进行分段，其通过引用并入本文。一旦冠状动脉中心线被提取，可以在中心线树的每一个点处生成截面轮廓。每一个中心线点处的截面轮廓给出在冠状动脉中的该点处的对应截面区域测量。然后生成针对经分段的冠状动脉的几何表面模型。例如，在美国专利号7,860,290和美国专利号7,953,266中描述用于冠状动脉的解剖学建模的方法，其二者通过引用并入本文。除了冠状之外，患者特定解剖学模型可以包括主动脉根连同主动脉的近端部分。还使用类似算法来提取每一个狭窄的详细3D模型，其包括近端血管直径和面积、末端血管直径和面积、最小内腔直径和面积以及狭窄的长度的量化。图2图示了用于生成冠状血管树的患者特定解剖学模型的示例性结果。图2的图像200示出冠状CTA数据。图像210示出从CTA数据提取的中心线树212。图像220示出在中心线树212的每一个点处提取的截面轮廓222。图像230示出冠状动脉、主动脉根和主动脉的近端部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的方法，包括：从患者的医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量；从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径；基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算流动速率；计算针对所述冠状动脉树的多个总流动速率估计，其中所述多个总流动速率估计中的每一个从来自多个分支世代中的相应一个的分支的流动速率计算；以及基于所述多个总流动速率估计计算所述冠状动脉树的总流动速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.22 US 61/9823781.一种用于从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的方法，包括：从患者的医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量；从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径；基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算流动速率；计算针对所述冠状动脉树的多个总流动速率估计，其中所述多个总流动速率估计中的每一个从来自多个分支世代中的相应一个的分支的流动速率计算；以及基于所述多个总流动速率估计计算所述冠状动脉树的总流动速率。2.根据权利要求1所述的方法，其中从患者的医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量包括：从所述患者的医学图像数据生成冠状树的患者特定解剖学模型。3.根据权利要求1所述的方法，其中从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径包括：针对所述多个分支中的每一个，计算在分支长度上的健康半径的平均值。4.根据权利要求1所述的方法，其中从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径包括：针对所述多个分支中的每一个，计算排除该分支的某百分数的最大半径值和某百分数的最小半径值的分支长度上的健康半径的平均值。5.根据权利要求1所述的方法，其中从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径包括：针对所述多个分支中的每一个，计算沿分支长度的健康半径的最大或最小值。6.根据权利要求1所述的方法，其中从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径包括：作为父代分支、一个或多个同代分支和一个或多个子代分支的参考半径值的函数而计算针对所述多个分支中的至少一个分支的参考半径。7.根据权利要求1所述的方法，其中计算针对所述冠状动脉树的多个总流动速率估计，其中所述多个总流动速率估计中的每一个从来自多个分支世代中的相应一个的分支的流动速率计算，包括，针对所述多个分支世代中的每一个：作为该分支世代中的所有分支和具有小于该分支世代的世代号码的所有终端分支的静息流动速率的函数而计算针对所述冠状动脉树的总流动速率的估计。8.根据权利要求7所述的方法，其中作为该分支世代中的所有分支和具有小于该分支世代的世代号码的所有终端分支的总流动速率的函数而计算针对所述冠状动脉树的总流动速率的估计包括：向该分支世代中的分支和具有小于该世代分支的世代号码的终端分支中的每一个分配权重；作为该分支世代中的分支和具有小于该世代分支的世代号码的终端分支的静息流动速率和分配到该分支世代中的分支和具有小于该世代分支的世代号码的终端分支中的每一个的权重的函数而计算针对所述冠状动脉树的总静息流动速率的估计。9.根据权利要求8所述的方法，其中向该分支世代中的分支和具有小于该世代分支的世代号码的终端分支中的每一个分配权重包括：基于分支长度或患病的分支的百分数中的至少一个来向该分支世代中的分支和具有小于该世代分支的世代号码的终端分支中的每一个分配权重。10.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述多个总流动速率估计计算所述冠状动脉树的总流动速率包括：作为所述多个总流动速率估计和对应于所述多个分支世代的权重的函数而计算所述冠状动脉树的总流动速率。11.根据权利要求10所述的方法，其中作为所述多个总流动速率估计和对应于所述多个分支世代的权重的函数而计算所述冠状动脉树的总流动速率包括：基于每一个分支世代的世代号码向所述多个分支世代中的每一个分配权重；以及作为所述多个总流动速率估计的函数而计算冠状动脉树的总流动速率，所述多个总流动速率估计中每一个按分配到从其计算该总流动速率估计的分支世代的权重加权。12.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用所述冠状动脉树的总流动速率作为入口边界条件基于所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量而模拟所述冠状动脉树中的血流和压力。13.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于所述冠状动脉树中的模拟的血流和压力计算至少一个血液动力学度量。14.根据权利要求1所述的方法，其中基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算流动速率包括：基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径而计算静息流动速率，其中所述多个总流动速率估计是多个总静息流动速率估计，并且针对所述冠状动脉树计算的总流动速率是所述冠状动脉树的总静息流动速率。15.根据权利要求14所述的方法，其中基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算静息流动速率包括：针对所述多个分支中的每一个作为针对该分支估计的参考半径和分配到该分支的幂系数的函数而计算静息流动速率。16.根据权利要求14所述的方法，还包括：使用所述冠状动脉树的总静息流动速率作为入口边界条件基于所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量而模拟所述冠状动脉树中的静息血流和压力。17.根据权利要求14所述的方法，还包括：基于所述冠状动脉树的总静息流动速率确定充血边界条件；基于所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量和所述充血边界条件而模拟所述冠状动脉树中的充血血流和压力；以及基于模拟的充血血流和压力计算针对所述冠状动脉树中的狭窄的血流储备分数（FFR）。18.根据权利要求1所述的方法，其中基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算流动速率包括：基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算充血流动速率，其中所述多个总流动速率估计是多个总充血流动速率估计，并且针对所述冠状动脉树计算的总流动速率是所述冠状动脉树的总充血流动速率。19.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用所述冠状动脉树的总充血流动速率作为入口边界条件基于所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量而模拟所述冠状动脉树中的充血血流和压力；以及基于模拟的充血血流和压力计算针对所述冠状动脉树中的狭窄的血流储备分数（FFR）。20.根据权利要求1所述的方法，其中所述冠状动脉树是小于所述患者的完全冠状动脉树的部分。21.根据权利要求1所述的方法，所述冠状动脉树是左冠状动脉（LCA）或右冠状动脉（RCA）中的仅一个的冠状动脉树。22.一种用于从医学图像数据计算冠状动脉中的血流的设备，包括：用于从患者的医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量的装置；用于从所述冠状动脉树的患者特定解剖学测量估计针对所述冠状动脉树中的多个分支中的每一个的参考半径的装置；用于基于针对所述冠状动脉树的多个分支中的每一个的参考半径计算流动速率的装置；用于计算针对所述冠状动脉树的多个总流动速率估计的装置，其中所述多个总流动速率估计中的每一个从来自多个分支世代中的相应一个的分支的流动速率计算；以及用于基于所述多个总流动速率估计计算所述冠状动脉树的总流动速率的装置。23.根据权利要求22所述的设备，其中用于从患者的医学图像数据提取冠状动脉树的患者特定解剖学测量的装置包括：用于从患者的医学图像数据生成冠状树的患者特定解剖学模型的装置。24.根据权利要求22所述的设备，其中用于计算针对所述冠状动脉树的多个总流动速率估计的装置，其中所述多个总流动速率估计中的每一个从来自多个分支世代中的相应一个的分支的流动速率计算，包括：用于针对所述多个分支世代中的每一个，作为该分支世代中的所有分支和具有小于该分支世代的世代号码的所有终端分支的静息流动速率的函数而计算针对所述冠状动脉树的总流动速率的估计的装置。25...

【专利技术属性】
技术研发人员：L伊图，P萨尔马，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE