用于对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管进行识别和建模的系统和方法技术方案

本文公开了用于对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的系统和方法。一种方法包括：将表示患者的至少一根血管的一个或多个患者特异性解剖模型接收在电子存储介质中；使用处理器来确定所述一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性；使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改所述患者特异性解剖模型；以及将所修改的患者特异性解剖模型或患者特异性形态测量特征中的一者或多者输出到电子存储介质或显示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管进行识别和建模的系统和方法相关申请本申请要求于2016年2月26日提交的美国临时申请号62/300,540的优先权，所述申请的全部公开内容特此以引用的方式整体并入本文。专利
本公开的各种实施方案总体涉及医学成像、图像匹配和相关方法。更特别地，本公开的特定实施方案涉及用于对未分辨特征和/或其作用进行识别和建模的系统和方法。
技术介绍
患者特异性血液流动模型可能需要对感兴趣的血管网络的准确的几何表示。目前的医学成像数据可以用于创建三维解剖模型，其中血管的大小范围对于大的主要动脉而言为直径10mm及以上，对于大的冠状动脉而言为2-5mm，对于大的分支血管而言为1-3mm，而对于小的分支血管而言小于一毫米。受到有限的图像分辨率和质量的约束，这些模型仅可以直接表示可以在图像中观察到的血管网络的部分。可以被分辨的血管可能包含可能正好低于图像分辨率的极限并且可能无法直接从数据中提取的侧分支。包括和/或排除这些分支以及其下游血管网络可能会显著影响可观察的解剖结构中的血液动力学计算量。例如，在分叉大部分都不对称的冠状动脉树中，具有接近图像分辨率的极限的截面尺寸的动脉可能会发出小的看不见的侧分支。另一种可能的情形可以是主要血管路径可以被建模，但是由于低图像质量、图像分辨率、操作者忽视或缺乏检测或因一种或多种自动化图像处理算法所致的夹杂物，可能并不包括一个或多个侧分支。在任一种情况下，重建的几何结构都可能包含长的、未分支的血管节段，这即使在血管没有疾病的情况下也可能会导致人为压力梯度。可选地或另外地，未分辨血管可以是可能有助于绕过疾病区域的侧副管，并且由于无法包括这些血管，经建模的横跨患病区域的压力损失可能比实际更大。对这些现象的误解可能会潜在地引发误导性诊断。因此，需要一种系统和方法，所述系统和方法可以1)估计未分辨和/或未建模血管系统的物理位置和几何构型，以及2)利用有关未建模血管系统的信息增强患者特异性血液流动模型的准确性，以减轻直接建模的感兴趣的区域中的计算伪迹。
技术实现思路
根据本公开的某些方面，公开了用于对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的系统和方法。一种方法包括：将表示患者的至少一根血管的一个或多个患者特异性解剖模型接收在电子存储介质中；使用处理器来确定一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性；使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改患者特异性解剖模型；以及将所修改的患者特异性解剖模型或患者特异性形态测量特征中的一者或多者输出到电子存储介质或显示器。根据另一个实施方案，一种用于对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的系统包括：数据存储装置，所述数据存储装置存储指令，所述指令用于对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模；以及处理器，所述处理器被配置用于：将表示患者的至少一根血管的一个或多个患者特异性解剖模型接收在电子存储介质中；使用处理器来确定一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性；使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改患者特异性解剖模型；以及将所修改的患者特异性解剖模型或患者特异性形态测量特征中的一者或多者输出到电子存储介质或显示器。根据另一个实施方案，一种用于计算机系统上的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包含计算机可执行程序指令，所述计算机可执行程序指令用于执行对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的方法，所述方法包括：将表示患者的至少一根血管的一个或多个患者特异性解剖模型接收在电子存储介质中；使用处理器来确定一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性；使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改患者特异性解剖模型；以及将所修改的患者特异性解剖模型或患者特异性形态测量特征中的一者或多者输出到电子存储介质或显示器。所公开的实施方案的其他目的和优点将在以下描述中进行部分阐述，并且部分将根据所述描述而变得显而易见，或者可以通过实践所公开的实施方案来了解。所公开的实施方案的目的和优点将借助于在所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得。应理解，前文的一般描述和以下具体实施方式仅仅是示例性和解释性的，并且像所声称的那样不对所公开的实施方案进行限制。附图说明并入本说明书且构成其一部分的附图示出了各种示例性实施方案，并且连同所述描述一起用于解释所公开的实施方案的原理。图1是根据本公开的示例性实施方案的用于对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的示例性系统和网络的框图。图2是根据本公开的示例性实施方案的对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的一般方法的框图。图3是根据本公开的示例性实施方案的对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的示例性方法的框图，其中未分辨血管可以是未观察到的冠状分支，并且其中对未观察到的冠状分支的作用进行建模可以包括添加侧分支。图4A至图4D是根据本公开的示例性实施方案的确定血管模型的未分辨和/或未建模节段的值和特性的示例性方法的框图。图5是根据本公开的示例性实施方案的利用有关未分辨和/或未建模节段的信息修改血管和/或血液流动模型的示例性方法的框图。所述方法中描述的步骤可以任何顺序，或结合任何其他步骤来执行。还可以预期的是，可以省略本公开中所描述的用于执行所述方法的步骤中的一个或多个。具体实施方式现将对在附图中示出其实例的本公开的示例性实施方案进行详细参考。只要有可能，贯穿附图将使用相同的附图标记来指代相同或相似部件。本公开的各种实施方案可以提供系统和方法，所述系统和方法用于估计不可分辨和/或未建模血管系统的物理位置、几何构型(例如，截面直径)和/或作用，并且利用有关未建模血管系统的信息增强患者特异性血液流动模型的准确性，以减轻直接建模的感兴趣的区域中的计算伪迹。根据本公开的一般实施方案，如图2所示，一种方法可以包括：从电子存储装置接收患者的一个或多个患者特异性解剖模型；确定一个或多个患者特异性解剖模型上的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性；确定与一个或多个患者特异性形态测量特征相一致的一个或多个参考形态测量特征的值和特性；基于在参考形态测量特征与患者特异性形态测量特征之间的差异而更新原始的患者特异性解剖模型；使用更新的患者特异性模型来执行对血液流动特性的计算；以及输出所计算的血液流动特性、更新的患者特异性解剖模型或患者特异性形态测量特征中的一者或多者。另外，本公开的各种实施方案还将上文论述的系统和方法应用于特定血管区域(例如，冠状血管区域和心肌)，或者获得和/或使用有关未建模血管系统(例如，未建模侧分支)的特定信息来增强患者特异性血液流动模型的准确性。例如，心肌可以分成六个不同的区；“分配血管”可以沿着区边界延伸，并且“递送血管”可以从分配血管分支并穿入心肌组织区中。冠状脉管系统可以具有可能大部分都不对称的分叉。例如，主干(例如，分配血管)可以分支为两个子血管(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的计算机实施方法，所述方法包括：将表示患者的至少一根血管的一个或多个患者特异性解剖模型接收在电子存储介质中；使用处理器来确定所述一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性；使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改所述一个或多个患者特异性解剖模型；以及将所修改的患者特异性解剖模型或患者特异性形态测量特征中的一者或多者输出到电子存储介质或显示器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.26 US 62/3005401.一种对基于图像的患者特异性血液动力学模型中的未分辨血管以及其作用进行识别和建模的计算机实施方法，所述方法包括：将表示患者的至少一根血管的一个或多个患者特异性解剖模型接收在电子存储介质中；使用处理器来确定所述一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性；使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改所述一个或多个患者特异性解剖模型；以及将所修改的患者特异性解剖模型或患者特异性形态测量特征中的一者或多者输出到电子存储介质或显示器。2.如权利要求1所述的计算机实施方法，所述计算机实施方法还包括：使用所述一个或多个所修改的患者特异性解剖模型来确定血液流动特性；以及将所确定的血液流动特性或使用所述所确定的血液流动特性进行的血液动力学模拟中的一者或多者输出到电子存储介质或显示器。3.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述一个或多个患者特异性解剖模型包括表示患者在一种或多种生理状态下的至少一根血管的患者特异性解剖模型，所述生理状态包括以下中的一者或多者：正常状态；静息状态；运动诱导的充血状态；药物诱导的充血状态；药物诱导的静息状态；位置状态；餐后状态；或引力状态。4.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述关于形态测量特征的值和特性包括以下中的一者或多者：与所述患者特异性解剖模型的所述血管中的血液流动和压力相关的数据；所述血管模型中的未分辨或未建模血管分支的存在或位置；所述血管模型中的每个位置处的未分辨或未建模血管分支的数量；所述血管模型中的每个位置处的所述未分辨或未建模血管分支的长度、直径或大小；以及所述未分辨或未建模血管节段对血液流动的流体动力学的影响。5.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中使用处理器来确定所述一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性包括：根据所述一个或多个患者特异性解剖模型测量或导出已建模或已分辨血管节段的长度、直径或两者；接收参考血管区域中的血管的长度直径比的参考值，所述血管与所述一个或多个患者特异性解剖模型中的所述已建模或已分辨血管节段相一致；以及使用来自所述一个或多个患者特异性解剖模型的已建模或已分辨血管节段的所述长度、直径或两者，以及所述血管的所述长度直径比的所述参考值来确定从所述已建模或已分辨血管节段分支的任何一个或多个未建模或未分辨血管节段的值和特性。6.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中使用处理器来确定所述一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性包括：识别患者特异性解剖模型中的感兴趣的血管；确定所述感兴趣的血管的血管容积或血管阻力中的一者或多者；将合成血管树附加到所述感兴趣的血管或用所述合成血管树取代所述感兴趣的血管；计算所述取代型合成血管树或所述感兴趣的血管和所述所附加的合成血管树的预期总血管容积或预期总血管阻力中的一者或多者；以及使用所述感兴趣的血管的所述血管容积或血管阻力与预期总血管容积或预期总血管阻力之间的差值来确定从所述感兴趣的血管分支的未分辨或未建模血管节段的值和特性。7.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中使用处理器来确定所述一个或多个患者特异性解剖模型中的一个或多个患者特异性形态测量特征的值和特性包括：沿着患者特异性解剖模型中的感兴趣的血管的长度测量或获得截面积；识别对应于所述感兴趣的血管的参考血管，所述参考血管属于与所述感兴趣的血管相同或相似的血管区域；识别从所述参考血管分支的一个或多个血管节段，从所述参考血管分支的所述一个或多个血管节段在所述患者特异性解剖模型中未经建模或未经分辨；接收从所述参考血管分支的所述一个或多个血管节段的截面积；通过添加从所述参考血管分支的所述一个或多个血管节段的所述截面积和沿着感兴趣的血管的长度的截面积来确定所述感兴趣的血管的有效截面积；以及使用所述感兴趣的血管的所确定的有效截面积与所述感兴趣的血管的所测量或获得的截面积之间的差值来确定从所述患者特异性解剖模型中的所述感兴趣的血管分支的未建模或未分辨血管节段的值和特性。8.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述患者特异性解剖模型包括来自以下中的一者或多者的至少一根血管：冠状血管模型；脑血管模型；外周血管模型；肝血管模型；肾血管模型；内脏血管模型；或具有一个或多个未建模或未分辨血管的任何血管模型。9.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改所述患者特异性解剖模型包括：使用所述患者特异性形态测量特征，用附加血管节段扩充所述患者特异性解剖模型；以及重新调整所述患者特异性解剖模型的一个或多个边界条件，以维持具有添加的血管节段的血管近侧的流速。10.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改所述患者特异性解剖模型包括：使用所述患者特异性形态测量特征来截断所述患者特异性解剖模型以至少排除所述未分辨血管节段；以及重新调整所截断的患者特异性解剖模型的一个或多个边界条件，以维持已移除了所述血管节段的血管近侧的流速。11.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中使用所确定的患者特异性形态测量特征来修改所述患者特异性解剖模型包括：定义渗透函数，由此可以沿着所述血管的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA泰勒，HJ金，L格拉迪，R汤布罗普洛斯，G崔，N肖，B斯佩恩，
申请(专利权)人：哈特弗罗公司，
类型：发明
国别省市：美国,US