分案說明

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年7月29日、國家申請(qǐng)?zhí)枮?01180048878.7、發(fā)明名稱為“用于患者特異性血流建模的方法和系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

優(yōu)先權(quán)

本申請(qǐng)要求2010年8月12日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/401,462、2010年8月20日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/401,915、2010年8月26日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/402,308、2010年8月27日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/402,345，以及2010年10月1日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/404,429的優(yōu)先權(quán)益，所述美國臨時(shí)申請(qǐng)以引用的方式整體并入本文中。

實(shí)施方案包括用于流體流量建模的方法和系統(tǒng)，以及更具體來說用于患者特異性血流建模的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

冠狀動(dòng)脈病可在向心臟提供血液的血管中產(chǎn)生冠狀動(dòng)脈病變，如狹窄(血管異常變窄)。因此，流向心臟的血流可能受到限制。罹患冠狀動(dòng)脈病的患者可在身體用力期間經(jīng)歷胸痛(稱為慢性穩(wěn)定絞痛)或當(dāng)患者在休息時(shí)經(jīng)歷不穩(wěn)定絞痛。較嚴(yán)重的疾病表現(xiàn)可引起心肌梗塞或心臟病發(fā)作。

需要提供與冠狀動(dòng)脈病變有關(guān)的較精確數(shù)據(jù)，例如尺寸、形狀、位置、功能意義(例如病變是否影響血流)等?？蓪?duì)罹患胸痛和/或顯示冠狀動(dòng)脈病癥狀的患者進(jìn)行一種或多種測(cè)試，所述測(cè)試可提供一些有關(guān)冠狀動(dòng)脈病變的間接證據(jù)。舉例來說，非侵入性測(cè)試可包括心電圖、由血液測(cè)試進(jìn)行生物標(biāo)記評(píng)價(jià)、平板測(cè)試(treadmilltest)、心回波描記術(shù)(echocardiography)、單正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)(spect)，和正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)(pet)。然而，這些非侵入性測(cè)試通常不提供冠狀動(dòng)脈病變的直接評(píng)估或評(píng)估血液流動(dòng)速率。非侵入性測(cè)試可通過尋找以下的變化來提供冠狀動(dòng)脈病變的間接證據(jù)：心臟電活動(dòng)(例如使用心電描記術(shù)(ecg))、心肌運(yùn)動(dòng)(例如使用應(yīng)力心回波描記術(shù))、心肌灌注(例如使用pet或spect)，或代謝變化(例如使用生物標(biāo)記)。

舉例來說，解剖學(xué)數(shù)據(jù)可使用冠狀動(dòng)脈計(jì)算斷層攝影血管造影術(shù)(ccta)以非侵入方式獲得。ccta可用于對(duì)患有胸痛的患者進(jìn)行成像，并且涉及使用計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)(ct)技術(shù)以在靜脈內(nèi)輸注對(duì)比劑之后對(duì)心臟和冠狀動(dòng)脈進(jìn)行成像。然而，ccta也不能提供關(guān)于冠狀動(dòng)脈病變的功能意義(例如病變是否影響血流)的直接信息。另外，因?yàn)閏cta純粹是一種診斷性測(cè)試，所以它不能用以預(yù)測(cè)以下的變化：在其它生理學(xué)狀態(tài)(例如運(yùn)動(dòng))下的冠狀動(dòng)脈血流、壓力或心肌灌注，它也不能用以預(yù)測(cè)介入的結(jié)果。

因此，患者還可需要侵入性測(cè)試，如診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)以使冠狀動(dòng)脈病變可視化。診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)可包括進(jìn)行常規(guī)冠狀動(dòng)脈血管造影術(shù)(cca)以收集關(guān)于冠狀動(dòng)脈病變的解剖學(xué)數(shù)據(jù)，所述解剖學(xué)數(shù)據(jù)是由醫(yī)生用動(dòng)脈的尺寸和形狀圖像來提供。然而，cca不提供用于評(píng)估冠狀動(dòng)脈病變的功能意義的數(shù)據(jù)。舉例來說，醫(yī)生在沒有確定病變是否具有功能意義的情況下不能診斷冠狀動(dòng)脈病變是否有害。因此，cca已引起已稱為“眼狹窄反射(oculostenoticreflex)”的現(xiàn)象，即一些介入的心臟病專家對(duì)用cca發(fā)現(xiàn)的每一病變而言不論病變是否具有功能意義都插入血管內(nèi)支架。因此，cca可引起對(duì)患者不必要的操作，所述不必要的操作可對(duì)患者造成增加的風(fēng)險(xiǎn)并且可對(duì)患者引起不必要的健康護(hù)理成本。

在診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)期間，冠狀動(dòng)脈病變的功能意義可通過測(cè)量所觀察的病變的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(fractionalflowreserve；ffr)以侵入方式評(píng)估。ffr定義為在冠狀動(dòng)脈血流量增大(例如由靜脈內(nèi)施用腺苷誘導(dǎo))的條件下，病變下游的平均血壓除以病變上游的平均血壓(例如主動(dòng)脈壓)的比率。血壓可通過將壓力線插入患者體內(nèi)來測(cè)量。因此，可在診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)的初始成本和風(fēng)險(xiǎn)已產(chǎn)生之后依據(jù)所確定的ffr作出治療病變的決定。

因此，需要一種用于以非侵入方式評(píng)估冠狀動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)、心肌灌注和冠狀動(dòng)脈流的方法。所述方法和系統(tǒng)可能有利于診斷疑患有冠狀動(dòng)脈疾病的患者并且為所述患者訂治療計(jì)劃的心臟病專家。另外，需要一種在不能直接測(cè)量的條件(例如運(yùn)動(dòng))下預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈流量和心肌灌注，并且預(yù)測(cè)對(duì)冠狀動(dòng)脈血流和心肌灌注的醫(yī)藥治療、介入治療和手術(shù)治療的結(jié)果的方法。

應(yīng)了解，前述一般描述和以下詳細(xì)描述都僅具有示例性和說明性并且不限制公開內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，用于確定患者心血管信息的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成接收關(guān)于患者心臟幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)并且依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者心臟的至少一部分的三維模型。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成創(chuàng)建有關(guān)患者心臟血流特征的基于物理學(xué)的模型，并且依據(jù)三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定患者心臟內(nèi)的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)。

根據(jù)另一實(shí)施方案，使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用于確定患者心血管信息的方法包括將關(guān)于患者心臟的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)輸入至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者心臟的至少一部分的三維模型。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建有關(guān)患者心臟血流特征的基于物理學(xué)的模型，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定患者心臟內(nèi)的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種用于確定患者特異性心血管信息的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括接收關(guān)于患者心臟幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，以及依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者心臟的至少一部分的三維模型。方法還包括創(chuàng)建有關(guān)患者心臟中血流特征的基于物理學(xué)的模型，以及依據(jù)三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定患者心臟內(nèi)血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于為患者訂治療計(jì)劃的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，并且依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步被配置成依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第一信息、修改三維模型，以及依據(jù)經(jīng)過修改的三維模型來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第二信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種為患者訂治療計(jì)劃方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，以及依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第一信息，以及依據(jù)所需的患者解剖結(jié)構(gòu)幾何形狀變化來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第二信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用于為患者訂治療計(jì)劃的方法包括將關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)輸入至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第一信息。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來修改三維模型，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)經(jīng)過修改的三維模型來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第二信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于為患者訂治療計(jì)劃的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，并且依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成依據(jù)三維模型和關(guān)于患者生理?xiàng)l件的信息來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第一信息、修改患者的生理?xiàng)l件，以及依據(jù)經(jīng)過修改的患者生理?xiàng)l件來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第二信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于為患者訂治療計(jì)劃的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，以及依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括依據(jù)三維模型和關(guān)于患者生理?xiàng)l件的信息來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第一信息，以及依據(jù)所需的患者生理?xiàng)l件變化來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第二信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用于為患者訂治療計(jì)劃的方法包括將關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)輸入至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)三維模型和有關(guān)患者生理?xiàng)l件的信息來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第一信息。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來修改患者生理?xiàng)l件，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)經(jīng)過修改的患者生理?xiàng)l件來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的第二信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于確定患者特異性心血管信息的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，并且依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成確定與經(jīng)過患者解剖結(jié)構(gòu)的部分的總流量相關(guān)的總阻力，并且依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型、基于物理學(xué)的模型以及所確定的總阻力來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來確定患者特異性心血管信息的方法包括將關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)輸入至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)來確定與經(jīng)過患者解剖結(jié)構(gòu)的部分的總流量相關(guān)的總阻力，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)、依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型、基于物理學(xué)的模型以及所確定的總阻力來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種用于確定患者特異性心血管信息的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，以及依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括確定與經(jīng)過患者解剖結(jié)構(gòu)的部分的總流量相關(guān)的總阻力，以及依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型、基于物理學(xué)的模型以及所確定的總阻力來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，一種用于使用網(wǎng)址來提供患者特異性心血管信息的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成允許遠(yuǎn)程用戶訪問網(wǎng)址、接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)幾何形狀的至少一部分的患者特異性數(shù)據(jù)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型，并且依據(jù)患者的三維模型和生理?xiàng)l件來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成使用網(wǎng)址向遠(yuǎn)程用戶傳達(dá)關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少所述部分的第一個(gè)三維模擬的顯示信息。三維模擬包括所確定的關(guān)于血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，一種用于使用網(wǎng)址來提供患者特異性心血管信息的方法包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許遠(yuǎn)程用戶訪問網(wǎng)址，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)三維模型和患者的生理?xiàng)l件來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向使用網(wǎng)址的遠(yuǎn)程用戶傳達(dá)關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少所述部分的第一個(gè)三維模擬的顯示信息。三維模擬包括所確定的關(guān)于血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種用于使用網(wǎng)址來提供患者特異性心血管信息的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括允許遠(yuǎn)程用戶訪問網(wǎng)址、接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)，以及依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息，以及向使用網(wǎng)址的遠(yuǎn)程用戶傳達(dá)關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少所述部分的第一個(gè)三維模擬的顯示信息。三維模擬包括所確定的關(guān)于血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于確定患者特異性的時(shí)變心血管信息的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成在不同時(shí)刻接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的幾何形狀的時(shí)變患者特異性數(shù)據(jù)，并且依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征隨時(shí)間變化的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來確定患者特異性的時(shí)變心血管信息的方法包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在不同時(shí)刻接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)幾何形狀的時(shí)變患者特異性數(shù)據(jù)。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和關(guān)于基于物理學(xué)的模型的信息來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征隨時(shí)間變化的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種用于確定患者特異性的時(shí)變心血管信息的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括在不同時(shí)刻接收隨時(shí)間變化的關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的三維模型，以及依據(jù)有關(guān)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和關(guān)于基于物理學(xué)的模型的信息來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征隨時(shí)間變化的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于確定患者心血管信息的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的幾何形狀和至少一種物質(zhì)性質(zhì)的患者特異性數(shù)據(jù)。解剖結(jié)構(gòu)包括血管的至少一部分。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型，并且依據(jù)三維模型和患者的生理?xiàng)l件來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成鑒別血管內(nèi)斑塊的位置。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來確定患者心血管信息的方法包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的幾何形狀和至少一種物質(zhì)性質(zhì)的患者特異性數(shù)據(jù)。解剖結(jié)構(gòu)包括血管的至少一部分。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)三維模型和患者的生理?xiàng)l件來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)鑒別血管內(nèi)的斑塊。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種用于確定患者心血管信息的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的幾何形狀和至少一種物質(zhì)性質(zhì)的患者特異性數(shù)據(jù)。解剖結(jié)構(gòu)包括血管的至少一部分。方法還包括依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型、依據(jù)三維模型和患者的生理?xiàng)l件來確定關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)血流特征的信息，以及鑒別血管內(nèi)斑塊的位置。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于確定患者心血管信息的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)。解剖結(jié)構(gòu)包括多條動(dòng)脈的至少一部分和與多條動(dòng)脈的至少一部分連接的組織。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型、將呈現(xiàn)組織的三維模型的至少一部分分成片段，并且依據(jù)三維模型和患者的生理?xiàng)l件來確定關(guān)于與至少一個(gè)片段相關(guān)的血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來確定患者心血管信息的方法包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)。解剖結(jié)構(gòu)包括多條動(dòng)脈的至少一部分和與多條動(dòng)脈的至少一部分連接的組織。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來擴(kuò)展三維模型以形成擴(kuò)充模型。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將呈現(xiàn)組織的擴(kuò)充模型的至少一部分分成片段，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)擴(kuò)充模型和患者的生理?xiàng)l件來確定關(guān)于與至少一個(gè)片段相關(guān)的血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種用于確定患者心血管信息的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括接收關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)。解剖結(jié)構(gòu)包括多條動(dòng)脈的至少一部分和與多條動(dòng)脈的至少一部分連接的組織。方法還包括依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建呈現(xiàn)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型、將呈現(xiàn)組織的三維模型的至少一部分分成片段，以及依據(jù)有關(guān)解剖結(jié)構(gòu)的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于與至少一個(gè)片段相關(guān)的血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于確定患者心血管信息的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成接收關(guān)于患者腦部幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者腦部的至少一部分的三維模型，并且依據(jù)有關(guān)患者腦部的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者腦內(nèi)血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，用于使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來確定患者特異性心血管信息的方法包括將關(guān)于患者多根腦動(dòng)脈的至少一部分的幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)輸入至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。方法還包括使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者腦動(dòng)脈的至少所述部分的三維模型，以及使用至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、依據(jù)有關(guān)患者腦動(dòng)脈的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者腦動(dòng)脈內(nèi)血流特征的信息。

根據(jù)另一實(shí)施方案，提供一種用于至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其含有用于進(jìn)行一種用于確定患者特異性心血管信息的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行編程指令。方法包括接收關(guān)于患者腦部幾何形狀的患者特異性數(shù)據(jù)、依據(jù)患者特異性數(shù)據(jù)來創(chuàng)建呈現(xiàn)患者腦部的至少一部分的三維模型，以及依據(jù)有關(guān)患者腦部的三維模型和基于物理學(xué)的模型來確定關(guān)于患者腦內(nèi)血流特征的信息。

其它實(shí)施方案和優(yōu)勢(shì)將在以下說明書的部分中加以闡述，并且部分地將根據(jù)說明書而顯而易見，或可通過所述公開內(nèi)容的實(shí)踐得到學(xué)習(xí)。實(shí)施方案和優(yōu)勢(shì)將借助于下文詳細(xì)指出的要素和組合來實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。

附圖說明

并入本說明書中并且構(gòu)成本說明書的一部分的隨附圖式說明幾個(gè)實(shí)施方案，并且連同說明書一起用以解釋公開內(nèi)容的原理。

圖1是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)用于提供有關(guān)特定患者的冠狀動(dòng)脈血流的各種信息；

圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的血流的各種信息；

圖3是展示圖2的方法的子步驟的流程圖；

圖4展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案以非侵入方式從患者獲得的成像數(shù)據(jù)；

圖5展示使用圖4的成像數(shù)據(jù)產(chǎn)生的示例性三維模型；

圖6展示一層圖4的成像數(shù)據(jù)的一部分，包括用于形成第一初始模型的種子；

圖7展示通過擴(kuò)展圖6的種子形成的第一初始模型的一部分；

圖8展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的經(jīng)過修剪的實(shí)體模型；

圖9展示當(dāng)患者休息時(shí)的示例性計(jì)算ffr(cffr)模型；

圖10展示當(dāng)患者處于最大充血時(shí)的示例性cffr模型；

圖11展示當(dāng)患者處于最大運(yùn)動(dòng)時(shí)的示例性cffr模型；

圖12展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，提供用于形成集中參數(shù)模型的經(jīng)過修剪的實(shí)體模型的一部分；

圖13展示提供用于形成集中參數(shù)模型的圖12的經(jīng)過修剪的實(shí)體模型的中線的一部分；

圖14展示提供用于形成集中參數(shù)模型的依據(jù)圖12的經(jīng)過修剪的實(shí)體模型形成的片段；

圖15展示提供用于形成集中參數(shù)模型的以電阻器替代的圖14的片段；

圖16展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的示例性集中參數(shù)模型，所述集中參數(shù)模型呈現(xiàn)在實(shí)體模型邊界的流入和流出處的上游結(jié)構(gòu)和下游結(jié)構(gòu)；

圖17展示依據(jù)圖8的實(shí)體模型準(zhǔn)備的三維網(wǎng)；

圖18和圖19展示圖17的三維網(wǎng)的部分；

圖20展示患者解剖結(jié)構(gòu)的包括血流信息的模型，其中模型上的某些點(diǎn)由個(gè)別參考標(biāo)簽鑒別；

圖21是在主動(dòng)脈中以及在圖20中鑒別的一些點(diǎn)處的模擬血壓隨時(shí)間變化的圖；

圖22是在圖20中鑒別的各點(diǎn)處的模擬血流隨時(shí)間變化的圖；

圖23是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的定稿報(bào)道；

圖24是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的冠狀動(dòng)脈血流的各種信息；

圖25展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的經(jīng)過修改的cffr模型，其依據(jù)通過加寬左前降支(lad)動(dòng)脈的一部分和lcx動(dòng)脈的一部分創(chuàng)建的實(shí)體模型來確定；

圖26展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，在加寬lad動(dòng)脈的一部分和左旋支(lcx)動(dòng)脈的一部分之后，經(jīng)過修改的模擬血流模型的一個(gè)實(shí)施例；

圖27是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于使用降階模型來模擬各種治療選擇；

圖28是根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于使用降階模型來模擬各種治療選擇；

圖29是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的心肌灌注的各種信息；

圖30是根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的心肌灌注的各種信息；

圖31展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種患者特異性模型，所述模型提供有關(guān)心肌灌注的各種信息；

圖32是根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的心肌灌注的各種信息；

圖33是沿血管壁積累的斑塊的截面圖；

圖34展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種患者特異性模型，所述模型提供有關(guān)斑塊脆弱性的各種信息；

圖35是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)評(píng)估特定患者的斑塊脆弱性、心肌容量風(fēng)險(xiǎn)和心肌灌注風(fēng)險(xiǎn)的各種信息；

圖36是展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的信息的示意圖，所述信息獲自圖35的方法；

圖37是腦動(dòng)脈圖；

圖38是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的顱內(nèi)血流和顱外血流的各種信息；

圖39是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的大腦灌注的各種信息；

圖40是根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的大腦灌注的各種信息；

圖41是根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的大腦灌注的各種信息；以及

圖42是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的流程圖，所述方法用于提供有關(guān)評(píng)估特定患者的斑塊脆弱性、大腦容量風(fēng)險(xiǎn)和大腦灌注風(fēng)險(xiǎn)的各種信息。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將詳細(xì)參考示例性實(shí)施方案，所述示例性實(shí)施方案的實(shí)施例在隨附圖式中得到說明。只要可能，相同參考數(shù)字將遍及圖式被使用以指相同或類似部分。這個(gè)描述是根據(jù)以下大綱來組織：

i.概述

ii.獲得并預(yù)處理患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)

iii.依據(jù)所得解剖學(xué)數(shù)據(jù)來創(chuàng)建三維模型

iv.使模型為分析做準(zhǔn)備以及確定邊界條件

a.使模型為分析做準(zhǔn)備

b.確定邊界條件

i.確定降階模型

ii.示例性集中參數(shù)模型

c.創(chuàng)建三維網(wǎng)

v.進(jìn)行計(jì)算分析以及輸出結(jié)果

a.進(jìn)行計(jì)算分析

b.顯示血壓、流量和cffr的結(jié)果

c.驗(yàn)證結(jié)果

d.用于提供冠狀動(dòng)脈血流信息的系統(tǒng)和方法的另一實(shí)施方案

vi.提供患者特異性治療計(jì)劃

a.使用降階模型來比較不同治療選擇

vii.其它結(jié)果

a.評(píng)估心肌灌注

b.評(píng)估斑塊脆弱性

viii.其它應(yīng)用

a,為顱內(nèi)和顱外血流建模

i.評(píng)估大腦灌注

ii.評(píng)估斑塊脆弱性

i.概述

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，方法和系統(tǒng)使用以非侵入方式從患者取得的信息來確定有關(guān)特定患者的血流的各種信息。所確定的信息可涉及患者冠狀動(dòng)脈血管結(jié)構(gòu)中的血流?；蛘撸缦挛母敿?xì)地描述，所確定的信息可涉及患者血管結(jié)構(gòu)(如頸動(dòng)脈血管結(jié)構(gòu)、周邊血管結(jié)構(gòu)、腹部血管結(jié)構(gòu)、腎血管結(jié)構(gòu)和大腦血管結(jié)構(gòu))的其它區(qū)域中的血流。冠狀動(dòng)脈血管結(jié)構(gòu)包括在大動(dòng)脈到小動(dòng)脈、毛細(xì)管、小靜脈、靜脈等的范圍內(nèi)的復(fù)雜血管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。冠狀動(dòng)脈血管結(jié)構(gòu)使血液循環(huán)到心臟并在心臟內(nèi)循環(huán)，并且包括主動(dòng)脈2(圖5)，其向多條主要冠狀動(dòng)脈4(圖5)(例如左前降支(lad)動(dòng)脈、左旋支(lcx)動(dòng)脈、右冠狀(rca)動(dòng)脈等)提供血液，其還可分成動(dòng)脈的分支，或主動(dòng)脈2和主要冠狀動(dòng)脈4下游的其它類型血管的分支。因此，示例性方法和系統(tǒng)可確定有關(guān)主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或主要冠狀動(dòng)脈下游的其它冠狀動(dòng)脈或血管內(nèi)血流的各種信息。盡管下文討論了主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)，但所公開的方法和系統(tǒng)也可適用于其它類型血管。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，通過公開的方法和系統(tǒng)確定的信息可包括但不限于主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或主要冠狀動(dòng)脈下游的其它冠狀動(dòng)脈或血管中各種位置的各種血流特征或參數(shù)，如血液流動(dòng)速度、壓力(或其比率)、流動(dòng)速率和ffr。這信息可用以確定病變是否具有功能意義和/或是否要治療病變。這信息可使用以非侵入方式從患者獲得的信息來確定。因此，是否要治療病變的決定可在沒有與侵入性程序相關(guān)的成本和風(fēng)險(xiǎn)下作出。

圖1展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種系統(tǒng)的方面，所述系統(tǒng)用于提供有關(guān)特定患者的冠狀動(dòng)脈血流的各種信息?；颊呓馄式Y(jié)構(gòu)的三維模型10可使用以非侵入方式從患者獲得的數(shù)據(jù)創(chuàng)建，如下文較詳細(xì)描述。其它患者特異性信息也可以非侵入方式獲得。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，由三維模型10表示的患者解剖結(jié)構(gòu)的部分可包括主動(dòng)脈的至少一部分，和與主動(dòng)脈連接的主要冠狀動(dòng)脈(和由此延伸或發(fā)源的分支)的鄰近部分。

有關(guān)冠狀動(dòng)脈血流的各種生理規(guī)律或關(guān)系20可例如從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)，如下文較詳細(xì)描述。使用三維解剖模型10和所推導(dǎo)的生理規(guī)律20，有關(guān)冠狀動(dòng)脈血流的多個(gè)等式30可如下文較詳細(xì)描述來確定。舉例來說，等式30可使用任何數(shù)值方法(例如有限差分方法、有限體積方法、光譜方法、晶格波耳茲曼(latticeboltzmann)方法、基于顆粒的方法、水平集(levelset)方法、有限元方法等)來確定和求解。等式30可能是可求解的以便確定關(guān)于在由模型10表示的解剖結(jié)構(gòu)中各種點(diǎn)的患者解剖結(jié)構(gòu)中冠狀動(dòng)脈血流的信息(例如壓力、速度、ffr等)。

等式30可使用計(jì)算機(jī)40來求解。依據(jù)已求解的等式，計(jì)算機(jī)40可輸出一個(gè)或多個(gè)圖像或模擬結(jié)果，其指示有關(guān)由模型10表示的患者解剖結(jié)構(gòu)中血流的信息。舉例來說，圖像可包括模擬血壓模型50、模擬血液流量或速度模型52、計(jì)算ffr(cffr)模型54等，如下文將更詳細(xì)地描述。模擬血壓模型50、模擬血流模型52和cffr模型54提供關(guān)于以下的信息：在由模型10表示的患者解剖結(jié)構(gòu)中沿三維的各種位置的各別壓力、速度和cffr。在冠狀動(dòng)脈血流增大(例如常規(guī)地由靜脈內(nèi)施用腺苷所誘導(dǎo))的條件下，cffr可計(jì)算為模型10中具體位置的血壓除以主動(dòng)脈中(例如在模型10的流入邊界處)的血壓的比率。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)40可包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)設(shè)備，所述指令當(dāng)由處理器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等執(zhí)行時(shí)可進(jìn)行任一本文所述的用于提供有關(guān)患者血流的各種信息的行為。計(jì)算機(jī)40可包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)或便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、服務(wù)器、個(gè)人數(shù)字助理或任何其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)40可包括處理器，只讀存儲(chǔ)器(rom),隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram),用于連接外圍設(shè)備(例如輸入設(shè)備，輸出設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備等)的輸入/輸出(i/o)適配器，用于連接輸入設(shè)備，如鍵盤，鼠標(biāo)，觸摸屏，語音輸入，和/或其他設(shè)備的用戶界面適配器，用于連接計(jì)算機(jī)40至網(wǎng)絡(luò)的通訊適配器，用于連接計(jì)算機(jī)40至顯示器的顯示器適配器等。舉例來說，顯示器可用以顯示三維模型10和/或通過求解等式30產(chǎn)生的任何圖像，如模擬血壓模型50、模擬血流模型52和/或cffr模型54。

圖2展示根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的一種方法的方面，所述方法用于提供有關(guān)特定患者的血流的各種信息。方法可包括獲得患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)，如關(guān)于以下的信息：患者解剖結(jié)構(gòu)(例如主動(dòng)脈的至少一部分和與主動(dòng)脈連接的主要冠狀動(dòng)脈的鄰近部分(和由此延伸的分支))，以及預(yù)處理所述數(shù)據(jù)(步驟100)?；颊咛禺愋越馄蕦W(xué)數(shù)據(jù)可以非侵入方式，例如通過ccta獲得，如下文將描述。

患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型可依據(jù)所得解剖學(xué)數(shù)據(jù)創(chuàng)建(步驟200)。舉例來說，三維模型可為上文關(guān)于圖1描述的患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型10。

可使三維模型為分析做準(zhǔn)備，并且可確定邊界條件(步驟300)。舉例來說，上文關(guān)于圖1描述的患者解剖結(jié)構(gòu)的三維模型10可被修剪并且離散化成體積網(wǎng)(volumetricmesh)，例如有限元網(wǎng)或有限體積網(wǎng)。體積網(wǎng)可用以產(chǎn)生上文關(guān)于圖1描述的等式30。

邊界條件也可被賦值并且并入上文關(guān)于圖1描述的等式30中。邊界條件提供關(guān)于三維模型10在它邊界處的信息，例如流入邊界322(圖8)、流出邊界324(圖8)、血管壁邊界326(圖8)，等。流入邊界322可包括流被引入三維模型的解剖結(jié)構(gòu)中所經(jīng)過的邊界，如在接近主動(dòng)脈根的主動(dòng)脈末端(例如圖16中所示的a端)。各流入邊界322可例如用速度、流動(dòng)速率、壓力或其它特征的指定值或值域、通過將心臟模型和/或集中參數(shù)模型與邊界偶合等來賦值。流出邊界324可包括流被向外引出三維模型的解剖結(jié)構(gòu)所經(jīng)過的邊界，如在接近主動(dòng)脈弓的主動(dòng)脈末端(例如圖16中所示的b端)，以及主要冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支的下游末端(例如圖16中所示的a-m端)。各流出邊界可例如通過偶合集中參數(shù)或分布(例如一維波傳播)模型來賦值，所述模型將在下文詳細(xì)描述。流入和/或流出邊界條件的指定值可通過以非侵入方式測(cè)量患者生理學(xué)特征來確定，患者生理學(xué)特征如但不限于心輸出量(來自心臟的血流體積)、血壓、心肌質(zhì)量，等。血管壁邊界可包括三維模型10的主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或其它冠狀動(dòng)脈或血管的實(shí)體邊界。

計(jì)算分析可使用所準(zhǔn)備的三維模型和所確定的邊界條件來進(jìn)行(步驟400)以確定患者的血流信息。舉例來說，計(jì)算分析可用等式30并且使用上文關(guān)于圖1描述的計(jì)算機(jī)40來進(jìn)行，以產(chǎn)生上文關(guān)于圖1描述的圖像，如模擬血壓模型50、模擬血流模型52和/或cffr模型54。

方法還可包括使用結(jié)果來提供患者特異性治療選擇(步驟500)。舉例來說，在步驟200中創(chuàng)建的三維模型10和/或在步驟300中賦值的邊界條件可得到調(diào)整，以便為一種或多種治療(例如將冠狀動(dòng)脈血管內(nèi)支架放在三維模型10中呈現(xiàn)的冠狀動(dòng)脈之一中)或其它治療選擇建模。接著，計(jì)算分析可如上在步驟400中所述來進(jìn)行，以產(chǎn)生新圖像，如更新版本的血壓模型50、血流模型52和/或cffr模型54。如果采用所述治療選擇，那么這些新圖像可用以確定血液流動(dòng)速度和壓力的變化。

本文公開的系統(tǒng)和方法可并入醫(yī)師可得的軟件工具中，以提供定量冠狀動(dòng)脈中的血流并且評(píng)估冠狀動(dòng)脈疾病的功能意義的非侵入性手段。另外，醫(yī)師可使用軟件工具來預(yù)測(cè)醫(yī)藥治療、介入治療和/或手術(shù)治療對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的影響。軟件工具可預(yù)防、診斷、管理和/或治療心血管系統(tǒng)的其它部分的疾病，所述其它部分包括頸部動(dòng)脈(例如頸動(dòng)脈)、頭部動(dòng)脈(例如腦動(dòng)脈)、胸部動(dòng)脈、腹部動(dòng)脈(例如腹主動(dòng)脈和它的分支)、臂動(dòng)脈或腿動(dòng)脈(例如大腿動(dòng)脈和腿彎部動(dòng)脈)。軟件工具可具有互動(dòng)性以使醫(yī)師能夠?yàn)榛颊弋a(chǎn)生最優(yōu)的個(gè)人化療法。

舉例來說，軟件工具可至少部分并入醫(yī)師或其它用戶使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，例如圖1中所示的計(jì)算機(jī)40中。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可接收以非侵入方式從患者獲得的數(shù)據(jù)(例如用以創(chuàng)建三維模型10的數(shù)據(jù)、用以應(yīng)用邊界條件或進(jìn)行計(jì)算分析的數(shù)據(jù)，等)。舉例來說，數(shù)據(jù)可由醫(yī)師輸入或可從能夠存取和提供所述數(shù)據(jù)的另一來源(如放射實(shí)驗(yàn)室或其它醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室)接收。數(shù)據(jù)可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或用于傳遞數(shù)據(jù)的其它系統(tǒng)傳輸，或直接傳入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。軟件工具可使用所述數(shù)據(jù)以產(chǎn)生并顯示三維模型10或其它模型/網(wǎng)和/或任何模擬或其它結(jié)果(通過求解上文關(guān)于圖1描述的等式30來確定)，如模擬血壓模型50、模擬血流模型52和/或cffr模型54。因此，軟件工具可進(jìn)行步驟100-500。在步驟500中，醫(yī)師可向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供其它輸入以選擇可能的治療選擇，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可向醫(yī)師顯示依據(jù)所選可能的治療選擇的新模擬。此外，圖2中所示的步驟100-500中每一個(gè)都可使用單獨(dú)軟件包或軟件模塊來進(jìn)行。

或者，軟件工具可作為基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)或其它服務(wù)(例如與醫(yī)師分開的實(shí)體提供的服務(wù))的部分來提供。服務(wù)提供者可例如操作基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，并且可提供網(wǎng)絡(luò)入口或其它基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序(例如在服務(wù)器或由服務(wù)提供者操作的其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行)，所述網(wǎng)絡(luò)入口或其它基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序?yàn)獒t(yī)師或其它用戶經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)的其它方法可得。舉例來說，以非侵入方式從患者獲得的數(shù)據(jù)可提供給服務(wù)提供者，并且服務(wù)提供者可使用所述數(shù)據(jù)來產(chǎn)生三維模型10或其它模型/網(wǎng)和/或任何模擬或其它結(jié)果(通過求解上文關(guān)于圖1描述的等式30來確定)，如模擬血壓模型50、模擬血流模型52和/或cffr模型54。接著，基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)可傳輸有關(guān)三維模型10或其它模型/網(wǎng)和/或模擬的信息，以便三維模型10和/或模擬可在醫(yī)師的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上向醫(yī)師顯示。因此，基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)可進(jìn)行步驟100-500和用于提供患者特異性信息的下述任何其它步驟。在步驟500中，醫(yī)師可提供其它輸入，例如以選擇可能的治療選擇或?qū)τ?jì)算分析進(jìn)行其它調(diào)整，并且輸入可被傳輸?shù)接煞?wù)提供者操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(例如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)入口)。基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)可依據(jù)所選的可能治療選擇來產(chǎn)生新的模擬或其它結(jié)果，并且可將有關(guān)新模擬的信息傳回醫(yī)師，以便新模擬可向醫(yī)師顯示。

應(yīng)了解，本文所述的步驟中一個(gè)或多個(gè)可由以下進(jìn)行：一個(gè)或多個(gè)人操作員(例如心臟病專家或其它醫(yī)師、患者、提供基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)或其它由第三方提供的服務(wù)的服務(wù)提供者的員工、其它用戶等)，或一個(gè)或多個(gè)由所述人操作員使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)或手提式計(jì)算機(jī)、工作站、服務(wù)器、個(gè)人數(shù)字助理，等?？山?jīng)由網(wǎng)絡(luò)或傳遞數(shù)據(jù)的其它方法來連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

圖3展示示例性方法的其它方面，所述示例性方法用于提供有關(guān)特定患者的血流的各種信息。圖3中所示的方面可并入軟件工具中，所述軟件工具可至少部分并入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中和/或作為基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)的部分。

ii.獲得并預(yù)處理患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)

如上關(guān)于圖2中所示的步驟100所述，示例性方法可包括獲得患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)，如關(guān)于患者心臟的信息，以及預(yù)處理所述數(shù)據(jù)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，步驟100可包括以下步驟。

最初，可選擇患者。舉例來說，當(dāng)醫(yī)師確定需要關(guān)于患者冠狀動(dòng)脈血流的信息時(shí)，例如，如果患者經(jīng)歷與冠狀動(dòng)脈疾病相關(guān)的癥狀，如胸痛、心臟病發(fā)作等，那么患者可由醫(yī)師選擇。

可獲得患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)，如關(guān)于患者心臟的幾何形狀的數(shù)據(jù)，所述幾何形狀例如為患者主動(dòng)脈的至少一部分、與主動(dòng)脈連接的主要冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的鄰近部分，以及心肌?；颊咛禺愋越馄蕦W(xué)數(shù)據(jù)可以非侵入方式，例如使用非侵入性成像方法獲得。舉例來說，ccta是一種成像方法，其中用戶可操作計(jì)算機(jī)斷層攝影(ct)掃描儀來觀察和創(chuàng)建結(jié)構(gòu)圖像，所述結(jié)構(gòu)例如是心肌、主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和與其連接的其它血管。ccta數(shù)據(jù)可隨時(shí)間變化，例如來展示血管形狀在心動(dòng)周期內(nèi)的變化。ccta可用以產(chǎn)生患者心臟的圖像。舉例來說，可獲得64層ccta數(shù)據(jù)，例如有關(guān)患者心臟的64層的數(shù)據(jù)，并且將所述數(shù)據(jù)收集到三維圖像中。圖4展示由64層ccta數(shù)據(jù)產(chǎn)生的三維圖像120的一個(gè)實(shí)施例。

或者，其它非侵入性成像方法，如磁共振成像(mri)或超聲波(us)，或侵入性成像方法，如數(shù)字減影血管造影(dsa)可用以產(chǎn)生患者解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的圖像。成像方法可涉及向患者靜脈內(nèi)注射對(duì)比劑以實(shí)現(xiàn)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的鑒別。所得成像數(shù)據(jù)(例如由ccta、mri等提供)可由第三方供應(yīng)者提供，如由放射學(xué)實(shí)驗(yàn)室或心臟病專家，由患者醫(yī)師等提供。

其它患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)還可以非侵入方式從患者確定。舉例來說，可測(cè)量生理學(xué)數(shù)據(jù)，如患者的血壓、基線心率、身高、體重、血細(xì)胞比容、心搏量等。血壓可為患者肱動(dòng)脈中的血壓(例如使用壓力袖套)，如最大(收縮)壓力和最小(舒張)壓力。

如上所述獲得的患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)可經(jīng)安全通信線(例如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò))轉(zhuǎn)移。舉例來說，數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)移到服務(wù)器或用于進(jìn)行計(jì)算分析(例如上文在步驟400中描述的計(jì)算分析)的其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)移到服務(wù)器或由提供基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)的服務(wù)提供者操作的其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；蛘撸瑪?shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)移到由患者的醫(yī)師或其它用戶操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

回頭參考圖3，可檢查所轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)以確定數(shù)據(jù)是否為可接受的(步驟102)。所述確定可由用戶和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。舉例來說，所轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)(例如ccta數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù))可由用戶和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證，例如以確定ccta數(shù)據(jù)是否完整(例如包括主動(dòng)脈和主要冠狀動(dòng)脈的足夠部分)并且對(duì)應(yīng)于正確患者。

所轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)(例如ccta數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù))還可得到預(yù)處理和評(píng)估。預(yù)處理和/或評(píng)估可由用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行，并且可包括例如檢查ccta數(shù)據(jù)中的重合失調(diào)(misregistration)、不一致或模糊、檢查ccta數(shù)據(jù)中所示的血管內(nèi)支架、檢查可能妨礙血管內(nèi)腔可視性的其它人工制品、檢查患者的結(jié)構(gòu)(例如主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和其它血管)與其它部分之間的足夠?qū)Ρ?，等?/p>

可評(píng)價(jià)所轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)以依據(jù)上述驗(yàn)證、預(yù)處理和/或評(píng)估來確定數(shù)據(jù)是否可接受。在上述驗(yàn)證、預(yù)處理和/或評(píng)估期間，用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也許能校正數(shù)據(jù)的某些錯(cuò)誤或問題。然而，如果有太多錯(cuò)誤或問題，那么可確定數(shù)據(jù)為不可接受，并且用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可產(chǎn)生拒絕報(bào)告，所述拒絕報(bào)告解釋錯(cuò)誤或問題迫使拒絕所轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)。任選地，可進(jìn)行新的ccta掃描和/或可再次從患者測(cè)量上述生理學(xué)數(shù)據(jù)。如果確定所轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)為可接受的，那么所述方法可往下進(jìn)行到下述步驟202。

因此，圖3中所示并且上文描述的步驟102可被視為圖2的步驟100的子步驟。

iii.依據(jù)所得解剖學(xué)數(shù)據(jù)來創(chuàng)建三維模型

如上文關(guān)于圖2中所示的步驟200所述，示例性方法可包括依據(jù)所得解剖學(xué)數(shù)據(jù)來創(chuàng)建三維模型。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，步驟200可包括以下步驟。

可使用ccta數(shù)據(jù)來產(chǎn)生冠狀血管的三維模型。圖5展示使用ccta數(shù)據(jù)產(chǎn)生的三維模型220的表面的一個(gè)實(shí)施例。舉例來說，模型220可包括例如主動(dòng)脈的至少一部分、一根或多根與主動(dòng)脈的所述部分連接的主要冠狀動(dòng)脈的至少鄰近部分，一根或多根與主要冠狀動(dòng)脈連接的分支的至少鄰近部分，等。主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或分支的建模部分可互連并且為枝狀以使沒有哪部分從模型220的其余部分?jǐn)嚅_。形成模型220的方法稱為分割。

回頭參考圖3，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)分割主動(dòng)脈的至少一部分(步驟202)并且分割心肌(或其它心臟組織，或與待建模的動(dòng)脈連接的其它組織)的至少一部分(步驟204)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可分割與主動(dòng)脈連接的主要冠狀動(dòng)脈的至少一部分。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可允許用戶選擇一個(gè)或多個(gè)冠狀動(dòng)脈根或起始點(diǎn)(步驟206)以分割主要冠狀動(dòng)脈。

分割可使用各種方法進(jìn)行。分割可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)用戶輸入或在無用戶輸入下自動(dòng)進(jìn)行。舉例來說，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，用戶可向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供輸入以產(chǎn)生第一初始模型。舉例來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可向用戶顯示從ccta數(shù)據(jù)產(chǎn)生的三維圖像120(圖4)或其層。三維圖像120可包括變化強(qiáng)度的光的部分。舉例來說，較亮區(qū)域可指示主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或分支的內(nèi)腔。較暗區(qū)域可指示患者心臟的心肌和其它組織。

圖6展示可向用戶顯示的三維圖像120的層222的一部分，并且層222可包括具有相對(duì)亮度的區(qū)域224。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可允許用戶通過添加一種或多種種子226來選擇相對(duì)亮度的區(qū)域224，并且種子226可充當(dāng)用于分割主要冠狀動(dòng)脈的冠狀動(dòng)脈根或起始點(diǎn)。在用戶作出指令時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則可使用種子226作為起始點(diǎn)以形成第一初始模型。用戶可將種子226加入主動(dòng)脈和/或個(gè)別主要冠狀動(dòng)脈中一根或多根中。任選地，用戶還可將種子226加入與主要冠狀動(dòng)脈連接的分支中一根或多根中?；蛘?，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可例如使用提取的中線信息來自動(dòng)放置種子。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可確定圖像120的強(qiáng)度值，其中種子226已被放置并且可如下形成第一初始模型：沿具有相同強(qiáng)度值(或在集中于所選強(qiáng)度值的強(qiáng)度值的范圍或臨限值內(nèi))的圖像120的部分?jǐn)U展種子226。因此，這種分割方法可被稱作“基于臨限值的分割”。

圖7展示通過擴(kuò)展圖6的種子226形成的第一初始模型的一部分230。因此，用戶輸入種子226作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開始形成第一初始模型的起始點(diǎn)?？芍貜?fù)這種方法直到整個(gè)目標(biāo)部分(例如主動(dòng)脈和/或主要冠狀動(dòng)脈的部分)被分割為止?；蛘撸谝怀跏寄Ｐ涂捎捎?jì)算機(jī)系統(tǒng)在沒有用戶輸入下產(chǎn)生。

或者，分割可使用一種稱為“基于邊緣的分割”的方法進(jìn)行。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，基于臨限值的割方法和基于邊緣的分割方法可如下文將描述來進(jìn)行，以形成模型220。

第二初始模型可使用基于邊緣的分割方法來形成。用這種方法可使主動(dòng)脈和/或主要冠狀動(dòng)脈的內(nèi)腔邊緣定位。舉例來說，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，用戶可向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供輸入，例如，如上所述的種子226，以產(chǎn)生第二初始模型。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可沿圖像120的部分?jǐn)U展種子226直到達(dá)到邊緣為止。內(nèi)腔邊緣可例如由用戶以視覺定位，和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定位(例如在強(qiáng)度值變化在設(shè)定臨限值以上的位置)?；谶吘壍姆指罘椒捎捎?jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或用戶進(jìn)行。

心肌或其它組織也可在步驟204中依據(jù)ccta數(shù)據(jù)來分割。舉例來說，可分析ccta數(shù)據(jù)來確定心肌(例如左心室和/或右心室)內(nèi)表面和外表面的位置。表面位置可依據(jù)在ccta數(shù)據(jù)中，心肌相比心臟其它結(jié)構(gòu)的對(duì)比度(例如相對(duì)明暗度)來確定。因此，可確定心肌的幾何形狀。

必要時(shí)可檢查和/或校正主動(dòng)脈、心肌和/或主要冠狀動(dòng)脈的分割(步驟208)。檢查和/或校正可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或用戶進(jìn)行。舉例來說，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，如果有任何錯(cuò)誤，例如，如果模型220中主動(dòng)脈、心肌和/或主要冠狀動(dòng)脈的任何部分被遺漏或不精確，那么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)檢查分割，并且用戶可手動(dòng)校正分割。

舉例來說，可比較上述第一初始模型和第二初始模型以確保主動(dòng)脈和/或主要冠狀動(dòng)脈的分割是精確的。第一初始模型和第二初始模型之間的差異的任何區(qū)域都可加以比較以校正分割并且形成模型220。舉例來說，模型220可為第一初始模型和第二初始模型之間的平均。或者，可進(jìn)行上述分割方法中的僅一種，并且通過所述方法形成的初始模型可用作模型220。

可計(jì)算心肌質(zhì)量(步驟240)。計(jì)算可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。舉例來說，心肌體積可依據(jù)如上所述確定的心肌表面位置來計(jì)算，并且所計(jì)算的心肌體積可乘以心肌密度來計(jì)算心肌質(zhì)量。心肌密度可預(yù)設(shè)。

模型220(圖5)的各種血管(例如主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈等)的中線可得到確定(步驟242)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述確定可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行。

必要時(shí)可檢查和/或校正在步驟242中確定的中線(步驟244)。檢查和/或校正可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或用戶進(jìn)行。舉例來說，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，如果有任何錯(cuò)誤，例如，如果任何中線被遺漏或不精確，那么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)檢查中線，并且用戶可手動(dòng)校正中線。

可檢測(cè)到鈣或斑塊(導(dǎo)致血管變窄)(步驟246)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)斑塊。舉例來說，斑塊可在三維圖像120中檢測(cè)到并且從模型220去除。斑塊可三維圖像120中的鑒別出，因?yàn)榘邏K顯現(xiàn)為比主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈和/或分支的內(nèi)腔甚至更亮的區(qū)域。因此，斑塊可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)為具有低于設(shè)定值的強(qiáng)度值，或可由用戶視覺檢測(cè)到。在檢測(cè)到斑塊之后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可從模型220去除斑塊，以便斑塊不會(huì)被認(rèn)為是血管中內(nèi)腔或開放空間的部分?；蛘?，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可使用不同于主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或分支的顏色、色調(diào)(shading)或其它視覺指示物來指示模型220上的斑塊。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也可自動(dòng)分割檢測(cè)到的斑塊(步驟248)。舉例來說，斑塊可依據(jù)ccta數(shù)據(jù)來分割?？煞治鯿cta數(shù)據(jù)以依據(jù)ccta數(shù)據(jù)中斑塊相比心臟其它結(jié)構(gòu)的對(duì)比(例如相對(duì)明暗度)來定位斑塊(或其表面)。因此，也可確定斑塊的幾何形狀。

必要時(shí)可檢查和/或校正斑塊的分割(步驟250)。檢查和/或校正可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或用戶進(jìn)行。舉例來說，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，如果有任何錯(cuò)誤，例如，如果任何斑塊被遺漏或展示不精確，那么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)檢查分割，并且用戶可手動(dòng)校正分割。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)分割與主要冠狀動(dòng)脈連接的分支(步驟252)。舉例來說，分支可使用類似于用于分割主要冠狀動(dòng)脈(例如圖6和圖7中所示)并且上文關(guān)于步驟206描述的方法來分割。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也可使用與上文關(guān)于步驟248和步驟250所述類似的方法自動(dòng)分割經(jīng)過分割的分支中的斑塊?；蛘?，分支(和其中所含的任何斑塊)可與主要冠狀動(dòng)脈同時(shí)被分割(例如在步驟206中)。

必要時(shí)可檢查和/或校正分支的分割(步驟254)。檢查和/或校正可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或用戶進(jìn)行。舉例來說，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，如果有任何錯(cuò)誤，例如，如果模型220中分支的任何部分被遺漏或不精確，那么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)檢查分割，并且用戶可手動(dòng)校正分割。

如果定位任何重合失調(diào)、血管內(nèi)支架或其它人工制品(例如在步驟102中檢查ccta數(shù)據(jù)期間)，那么都可校正模型220(步驟256)。所述校正可由用戶和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。舉例來說，如果定位重合失調(diào)或其它人工制品(例如影響內(nèi)腔可視性的不一致、模糊、人工制品，等)，那么可檢查和/或校正模型220以避免血管截面積的人為變化或錯(cuò)誤變化(例如人為變窄)。如果定位血管內(nèi)支架，那么可檢查和/或校正模型220以指示血管內(nèi)支架的位置和/或例如依據(jù)血管內(nèi)支架的尺寸來校正定位血管內(nèi)支架的血管的截面積。

也可獨(dú)立檢查模型220的分割(步驟258)。所述檢查可由用戶和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。舉例來說，用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也許能鑒別模型220的某些錯(cuò)誤，如可校正錯(cuò)誤和/或可能需要模型220至少部分重做或重分割的錯(cuò)誤。如果鑒別出所述錯(cuò)誤，那么分割可確定為不可接受，并且某些步驟，例如步驟202-208、步驟240-256中一個(gè)或多個(gè)會(huì)取決于錯(cuò)誤而被重復(fù)。

如果模型220的分割被獨(dú)立地驗(yàn)證為可接受，那么任選地，模型220可被輸出并且光滑化(步驟260)。所述光滑化可由用戶和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。舉例來說，隆起、點(diǎn)或其它不連續(xù)部分可得到光滑化?？蓪⒛Ｐ?20輸出到準(zhǔn)備用于計(jì)算分析等的單獨(dú)軟件模塊。

因此，可將圖3中展示并且上文描述的步驟202-208和步驟240-260視為圖2的步驟200的子步驟。

iv.使模型為分析做準(zhǔn)備以及確定邊界條件

如上文關(guān)于圖2中所示的步驟300所述，示例性方法可包括使模型為分析做準(zhǔn)備以及確定邊界條件的模型。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，步驟300可包括以下步驟。

a.使模型為分析做準(zhǔn)備

回頭參考圖3，也可確定模型220(圖5)的各種血管(例如主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或分支)的截面積(步驟304)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述確定可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。

可修剪(步驟306)模型220(圖5)并且可產(chǎn)生實(shí)體模型。圖8展示依據(jù)類似于圖5中所示的模型220的模型所準(zhǔn)備的經(jīng)過修剪的實(shí)體模型320的一個(gè)實(shí)施例。實(shí)體模型320是三維患者特異性幾何模型。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，修剪可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在有或無用戶輸入下進(jìn)行?？尚藜袅魅脒吔?22和流出邊界324中每一個(gè)，以便表面形成垂直于在步驟242中確定的中線的各別邊界。流入邊界322可包括流被引入模型320的解剖結(jié)構(gòu)中所經(jīng)過的邊界，如在主動(dòng)脈的上游端，如圖8中所示。流出邊界324可包括流被向外引出模型320的解剖結(jié)構(gòu)中所經(jīng)過的邊界，如在主動(dòng)脈的下游端和主要冠狀動(dòng)脈和/或分支的下游端。

b.確定邊界條件

可提供邊界條件以描述在模型(例如圖8的三維實(shí)體模型320)的邊界處在發(fā)生什么。舉例來說，邊界條件可涉及至少一個(gè)與患者建模解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)、例如在建模解剖結(jié)構(gòu)的邊界處的血流特征，并且血流特征可包括血液流動(dòng)速度、壓力、流動(dòng)速率、ffr等。通過適當(dāng)確定邊界條件，可進(jìn)行計(jì)算分析以確定在模型內(nèi)各種位置的信息?，F(xiàn)將描述邊界條件和用于確定所述邊界條件的方法的實(shí)施例。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所確定的邊界條件可將由實(shí)體模型320表示的血管的部分的上游結(jié)構(gòu)和下游結(jié)構(gòu)簡化成一維或二維降階模型。用于確定邊界條件的一組示例性等式和其它細(xì)節(jié)公開于例如美國專利申請(qǐng)公布號(hào)2010/0241404和美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/210,401中，這兩個(gè)專利的標(biāo)題都是“心血管系統(tǒng)的患者特異性血液動(dòng)力學(xué)(patient-specifichemodynamicsofthecardiovascularsystem)”并且以引用的方式整體并入本文中。

邊界條件可取決于患者生理?xiàng)l件而變化，因?yàn)榻?jīng)過心臟的血流可取決于患者生理?xiàng)l件而不同。舉例來說，ffr通常在充血生理?xiàng)l件下測(cè)量，充血一般在患者例如因應(yīng)激等而經(jīng)歷心臟血流增大時(shí)發(fā)生。ffr是在最大應(yīng)激條件下冠狀動(dòng)脈壓與主動(dòng)脈壓的比率。充血也可以藥理學(xué)方式，例如用腺苷誘導(dǎo)。圖9-11展示計(jì)算ffr(cffr)模型的實(shí)施例，其指示模型320中冠狀動(dòng)脈壓與主動(dòng)脈壓的比率變化，所述變化取決于患者生理?xiàng)l件(在休息時(shí)、在最大充血下，或在最大運(yùn)動(dòng)下)。圖9展示在整個(gè)模型320中，當(dāng)患者休息時(shí)，冠狀動(dòng)脈壓與主動(dòng)脈壓的比率的最小變化。圖10展示在整個(gè)模型320中，當(dāng)患者經(jīng)歷最大充血時(shí)，冠狀動(dòng)脈壓與主動(dòng)脈壓的比率的較大變化。圖11展示在整個(gè)模型320中，當(dāng)患者經(jīng)歷最大運(yùn)動(dòng)時(shí)，冠狀動(dòng)脈壓與主動(dòng)脈壓的比率的甚至更大變化。

回頭參考圖3，可確定充血條件的邊界條件(步驟310)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，腺苷的作用可使冠狀動(dòng)脈阻力降為1/5-1、主動(dòng)脈血壓降低約0-20％并且使心跳速率增大約0-20％來建模。舉例來說，腺苷的作用可使冠狀動(dòng)脈阻力降為1/4、主動(dòng)脈血壓降低約10％并且使心跳速率增大約10％來建模。盡管在示例性實(shí)施方案中確定了充血條件的邊界條件，但應(yīng)了解，也可確定其它生理狀態(tài)的邊界條件，其它生理狀態(tài)如為休息、不同程度充血、不同程度運(yùn)動(dòng)、用力、應(yīng)激或其它條件。

邊界條件提供關(guān)于三維實(shí)體模型320在它邊界處的信息，例如流入邊界322、流出邊界324、血管壁邊界326等，如圖8中所示。血管壁邊界326可包括模型320的主動(dòng)脈、主要冠狀動(dòng)脈和/或其它冠狀動(dòng)脈或血管的實(shí)體邊界。

各流入邊界322或流出邊界324可被賦予速度、流動(dòng)速率、壓力或其它血流特征的指定值或值域?；蛘?，各流入邊界322或流出邊界324可通過使心臟模型與邊界偶合、集中參數(shù)或分布(例如一維波傳播)模型、另一類型的一維或二維模型或其它類型模型來賦值。特定邊界條件可依據(jù)以下來確定：例如從所得患者特異性信息確定的流入邊界322或流出邊界324的幾何形狀，或其它測(cè)量參數(shù)，如心輸出量、血壓、在步驟240中計(jì)算的心肌質(zhì)量，等。

i.確定降階模型

與實(shí)體模型320連接的上游結(jié)構(gòu)和下游結(jié)構(gòu)可呈現(xiàn)為降階模型，所述降階模型呈現(xiàn)上游結(jié)構(gòu)和下游結(jié)構(gòu)。舉例來說，圖12-15展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的一種方法的方面，所述方法用于從在流出邊界324之一的三維患者特異性解剖學(xué)數(shù)據(jù)來準(zhǔn)備集中參數(shù)模型。方法可與圖2和圖3中所示的方法分開進(jìn)行以及在圖2和圖3中所示的方法之前進(jìn)行。

圖12展示主要冠狀動(dòng)脈之一或由此延伸的分支的實(shí)體模型320的一部分330，并且圖13展示圖12中所示的部分330的在步驟242中確定的中線的部分。

部分330可分成片段332。圖14展示片段332的一個(gè)實(shí)施例，片段332可由部分330形成。片段332的長度選擇可由用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。取決于例如片段332的幾何形狀，片段332的長度可變化。使用各種技術(shù)可來分割部分330。舉例來說，可在一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)片段332中提供患病部分(例如截面相對(duì)較窄的部分)、病變和/或狹窄(血管異常變窄)。患病部分和狹窄可例如通過沿中線長度測(cè)量截面積以及計(jì)算局部最小截面積來鑒別。

片段332可由電路圖來近似，所述電路圖包括一個(gè)或多個(gè)(線性或非線性)電阻器334和/或其它電路元件(例如電容器、感應(yīng)器等)。圖15展示以一系列線性和非線性電阻器334替代的片段332的一個(gè)實(shí)施例。電阻器334的個(gè)別電阻可例如依據(jù)在相應(yīng)片段332上的估計(jì)流量和/或壓力來確定。

阻力可為恒定、線性或非線性的，例如取決于經(jīng)過相應(yīng)片段332的估計(jì)流動(dòng)速率。對(duì)復(fù)雜幾何形狀(如狹窄)來說，阻力可隨流動(dòng)速率而變化。各種幾何形狀的阻力可依據(jù)計(jì)算分析(例如有限差分方法、有限體積方法、光譜方法、晶格波耳茲曼方法、基于顆粒的方法、水平集方法、等幾何方法或有限元方法，或其它計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)分析技術(shù))來確定，并且在不同流量和壓力條件下進(jìn)行的計(jì)算分析的多重解可用以得出患者特異性阻力、血管特異性阻力和/或病變特異性阻力。結(jié)果可用以確定可被建模的任何片段的各種類型特征和幾何形狀的阻力。因此，如上所述得出患者特異性阻力、血管特異性阻力和/或病變特異性阻力可允許計(jì)算機(jī)系統(tǒng)識(shí)別并評(píng)價(jià)較復(fù)雜幾何形狀，如不對(duì)稱狹窄、多種病變、在分叉和分支和扭曲血管等處的病變。

還可包括電容器，并且電容可例如依據(jù)相應(yīng)片段的血管壁的彈性來確定?？砂ǜ袘?yīng)器，并且感應(yīng)系數(shù)可例如依據(jù)慣性作用來確定，所述慣性作用與流經(jīng)相應(yīng)片段的血體積的加速度或減速度有關(guān)。

電阻、電容、感應(yīng)系數(shù)和與集中參數(shù)模型中所用的其它電組件相關(guān)的其它變量的個(gè)別值可依據(jù)來自許多患者的數(shù)據(jù)得出，并且類似血管幾何形狀可具有類似值。因此，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蓮拇罅炕颊咛禺愋詳?shù)據(jù)產(chǎn)生，從而創(chuàng)建對(duì)應(yīng)于特定幾何特征的值的文庫，所述值文庫可在未來分析中應(yīng)用于類似患者。幾何形狀可在兩個(gè)不同血管片段之間匹配以自動(dòng)選擇來自先前模擬的患者的片段332的值。

ii.示例性集中參數(shù)模型

或者，代替進(jìn)行上文關(guān)于圖12-15描述的步驟，可預(yù)設(shè)集中參數(shù)模型。舉例來說，圖16展示集中參數(shù)模型340、350、360的實(shí)施例，所述集中參數(shù)模型呈現(xiàn)在實(shí)體模型320的流入邊界322和流出邊界324處的上游結(jié)構(gòu)和下游結(jié)構(gòu)。a端位于流入邊界322，并且a-m端和b端位于流出邊界。

集中參數(shù)心臟模型340可用以確定在實(shí)體模型320的流入邊界322的a端的邊界條件。集中參數(shù)心臟模型340可用以呈現(xiàn)在充血條件下來自心臟的血流。集中參數(shù)心臟模型340包括各種參數(shù)(例如pla、rav、lav、rv-art、lv-art和e(t))，所述各種參數(shù)可依據(jù)關(guān)于患者的已知信息來確定，所述已知信息例如是關(guān)于主動(dòng)脈壓、患者的收縮血壓和舒張血壓(例如在步驟100中測(cè)定)、患者的心輸出量(來自心臟的血流的體積，例如依據(jù)在步驟100中測(cè)定的患者的心搏量和心率來計(jì)算)，和/或用實(shí)驗(yàn)方式確定的常數(shù)。

集中參數(shù)冠狀動(dòng)脈模型350可用以確定在實(shí)體模型320的流出邊界324的a-m端的邊界條件，所述實(shí)體模型320位于主要冠狀動(dòng)脈和/或由此延伸的分支的下游末端。集中參數(shù)冠狀動(dòng)脈模型350可用以呈現(xiàn)在充血條件下經(jīng)過a-m端離開建模血管的血流。集中參數(shù)冠狀動(dòng)脈模型350包括各種參數(shù)(例如ra、ca、ra-micro、cim和rv)，所述各種參數(shù)可依據(jù)關(guān)于患者的已知信息來確定，所述已知信息例如是計(jì)算心肌質(zhì)量(例如在步驟240中確定)和a-m端終端阻抗(例如依據(jù)在步驟304中確定的血管在a-m端的截面積來確定)。

舉例來說，計(jì)算心肌質(zhì)量可用以估計(jì)經(jīng)過多個(gè)流出邊界324的基線(休息)平均冠狀動(dòng)脈流。這種關(guān)系可依據(jù)用實(shí)驗(yàn)方式得出的生理規(guī)律(例如圖1的生理規(guī)律20)，所述生理規(guī)律將平均冠狀動(dòng)脈流q與心肌質(zhì)量m(例如在步驟240中確定)關(guān)聯(lián)為q∝qom^α，其中α是預(yù)設(shè)標(biāo)度指數(shù)并且qo是預(yù)設(shè)常數(shù)。在基線(休息)條件下流出邊界324的總冠狀動(dòng)脈流q以及患者的血壓(例如在步驟100中測(cè)定)則可用以依據(jù)預(yù)設(shè)的用實(shí)驗(yàn)方式得出的等式來確定在流出邊界324的總阻力r。

總阻力r可依據(jù)a-m端的各別截面積(例如在步驟304中測(cè)定)在a-m端分布。這種關(guān)系可依據(jù)用實(shí)驗(yàn)方式得出的生理規(guī)律(例如圖1的生理規(guī)律20)，所述生理規(guī)律將a-m端的各別阻力關(guān)聯(lián)為ri∝ri,odi^β，其中ri是在i-th出口的流動(dòng)阻力，并且ri,o是預(yù)設(shè)常數(shù)，di是出口直徑，并且β是預(yù)設(shè)冪律指數(shù)，例如在-3與-2之間，冠狀動(dòng)脈流為-2.7，大腦流為-2.9，等。經(jīng)過個(gè)別a-m端的冠狀動(dòng)脈流以及在個(gè)別a-m端的平均壓力(例如依據(jù)血管a-m端的個(gè)別截面積來確定，如在步驟304中測(cè)定)可用以確定集中參數(shù)冠狀動(dòng)脈模型350在相應(yīng)a-m端的阻力的和(例如ra+ra-micro+rv)。其它參數(shù)(例如ra/ra-micro、ca、cim)可為用實(shí)驗(yàn)方式確定的常數(shù)。

彈性貯器(windkessel)模型360可用以確定在實(shí)體模型320的流出邊界324的b端的邊界條件，所述實(shí)體模型320位于朝著主動(dòng)脈弓的主動(dòng)脈的下游端。彈性貯器模型360可用以呈現(xiàn)在充血條件下經(jīng)過b端離開建模主動(dòng)脈的血流。彈性貯器模型360包括各種參數(shù)(例如rp、rd和c)，所述各種參數(shù)可依據(jù)關(guān)于患者的已知信息來確定，所述已知信息例如是上文關(guān)于集中參數(shù)心臟模型340描述的患者的心輸出量、上文關(guān)于集中參數(shù)冠狀動(dòng)脈模型350描述的基線平均冠狀動(dòng)脈流、主動(dòng)脈壓(例如依據(jù)主動(dòng)脈b端的截面積確定，如在步驟304中確定)，和/或用實(shí)驗(yàn)方式確定的常數(shù)。

邊界條件，例如集中參數(shù)模型340、350、360(或其中包括的任一常數(shù))或其它降階模型可依據(jù)其它因素做調(diào)整。舉例來說，如果患者的流量與血管尺寸比因在生理應(yīng)激下血管擴(kuò)張能力相對(duì)減小而較低，那么可調(diào)整(例如增大)阻力值。如果患者患有糖尿病、處于醫(yī)藥治療、以往已經(jīng)歷心臟事件等，那么也可調(diào)整阻力值。

替代性集中參數(shù)模型或分布模型、一維網(wǎng)絡(luò)模型可用以呈現(xiàn)實(shí)體模型320下游的冠狀血管。使用mri、ct、pet或spect進(jìn)行的心肌灌注成像可用以對(duì)所述模型的參數(shù)賦值。而且，替代性成像來源，例如磁共振血管造影術(shù)(mra)、回顧性電影門控或前瞻性電影門控計(jì)算機(jī)斷層攝影血管造影術(shù)(cta)等可用以對(duì)所述模型的參數(shù)賦值?；仡櫺噪娪伴T控可與圖像處理方法組合以在心動(dòng)周期內(nèi)獲得心室腔容量變化，以便為集中參數(shù)心臟模型的參數(shù)賦值。

使用集中參數(shù)模型340、350、360或其它降階一維或二維模型來簡化患者解剖結(jié)構(gòu)的一部分使得計(jì)算分析(例如下述圖3的步驟402)較快速地進(jìn)行，特別是當(dāng)計(jì)算分析進(jìn)行多次時(shí)，如當(dāng)除未經(jīng)處理的狀態(tài)(例如圖2和圖3的步驟400)以外，還評(píng)價(jià)可能的治療選擇(例如圖2的步驟500)，同時(shí)使最終結(jié)果維持高精度時(shí)。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，邊界條件的確定可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)用戶輸入(如在步驟100中獲得的患者特異性生理學(xué)數(shù)據(jù))來進(jìn)行。

c.創(chuàng)建三維網(wǎng)

回頭參考圖3，可依據(jù)在步驟306中產(chǎn)生的實(shí)體模型320產(chǎn)生三維網(wǎng)(步驟312)。圖17-19展示三維網(wǎng)380的一個(gè)實(shí)施例，所述三維網(wǎng)380是依據(jù)在步驟306中產(chǎn)生的實(shí)體模型320來準(zhǔn)備。網(wǎng)380沿實(shí)體模型320的表面和在實(shí)體模型320的整個(gè)內(nèi)部包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)382(網(wǎng)點(diǎn)或格點(diǎn))。如圖18和圖19中所示，網(wǎng)380可創(chuàng)建為具有四面體元(具有形成節(jié)點(diǎn)382的點(diǎn))?；蛘?，可使用具有其它形狀的元，例如六面體或其它多面體、曲線元，等。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，節(jié)點(diǎn)382的數(shù)目可為百萬，例如五百萬至五千萬。節(jié)點(diǎn)382的數(shù)目隨著網(wǎng)380變細(xì)而增大。節(jié)點(diǎn)382數(shù)目越多，則可在模型320內(nèi)更多點(diǎn)提供信息，但計(jì)算分析可能要運(yùn)行更久，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)382的較大數(shù)目會(huì)增大待求解等式(例如圖1中所示的等式30)的數(shù)目。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，網(wǎng)380的產(chǎn)生可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在有或無用戶輸入(例如規(guī)定節(jié)點(diǎn)382的數(shù)目、元形狀，等)下進(jìn)行。

回頭參考圖3，可驗(yàn)證網(wǎng)380和所確定的邊界條件(步驟314)。所述驗(yàn)證可由用戶和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。舉例來說，用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也許能鑒別網(wǎng)380和/或邊界條件的某些錯(cuò)誤，例如，如果網(wǎng)380扭曲或不具有足夠空間分辨率、如果邊界條件不足以進(jìn)行計(jì)算分析、如果在步驟310中確定的阻力不正確等，那么所述錯(cuò)誤需要網(wǎng)380和/或邊界條件被重做。如果是這樣的話，那么可確定網(wǎng)380和/或邊界條件為不可接受，并且可重復(fù)步驟304-314中一個(gè)或多個(gè)。如果網(wǎng)380和/或邊界條件確定為可接受，那么所述方法可往下進(jìn)行到下述步驟402。

另外，用戶可檢查所得患者特異性信息或其它測(cè)量參數(shù)，如心輸出量、血壓、身高、體重、在步驟240中計(jì)算的心肌質(zhì)量得到正確輸入和/或正確計(jì)算。

因此，圖3中所示并且上文描述的步驟304-314可被視為圖2的步驟300的子步驟。

v.進(jìn)行計(jì)算分析以及輸出結(jié)果

如上文關(guān)于圖2中所示的步驟400所述，示例性方法可包括進(jìn)行計(jì)算分析以及輸出結(jié)果。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，步驟400可包括以下步驟。

a.進(jìn)行計(jì)算分析

參考圖3，計(jì)算分析可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行(步驟402)。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，步驟402可持續(xù)數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)，取決于例如網(wǎng)380中節(jié)點(diǎn)382(圖17-19)的數(shù)目，等。

分析涉及產(chǎn)生一系列等式，所述等式描述產(chǎn)生網(wǎng)380的模型320中的血流。如上所述，在示例性實(shí)施方案中，所需信息涉及在充血條件下經(jīng)過模型320的血流的模擬。

分析還涉及使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來使用數(shù)值方法來求解血流的三維等式。舉例來說，數(shù)值方法可為已知方法，如有限差分方法、有限體積方法、光譜方法、晶格波耳茲曼方法、基于顆粒的方法、水平集方法、等幾何方法或有限元方法，或其它計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)數(shù)值技術(shù)。

使用這些數(shù)值方法，可將血液建模為牛頓流體、非牛頓流體或多相流體。在步驟100中測(cè)量的患者的血細(xì)胞比容或其它因素可用以確定用于并入分析中的血液粘度。可假設(shè)血管壁是剛性或順從的。在后一情況下，壁動(dòng)力學(xué)的等式，例如彈性動(dòng)力學(xué)等式可連同血流等式一起求解。在步驟100中獲得的時(shí)變?nèi)S成像數(shù)據(jù)可用作輸入，以便為血管形狀在心動(dòng)周期內(nèi)的變化建模。用于進(jìn)行計(jì)算分析的一組示例性等式和步驟更詳細(xì)地公開于以下中：例如標(biāo)題為“methodforpredictivemodelingforplanningmedicalinterventionsandsimulatingphysiologicalconditions”的美國專利號(hào)6,236,878，和標(biāo)題都為“patient-specifichemodynamicsofthecardiovascularsystem”的美國專利申請(qǐng)公布號(hào)2010/0241404和美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/210,401，所有這些專利都以引用的方式整體并入本文中。

使用所準(zhǔn)備的模型和邊界條件的計(jì)算分析可確定呈現(xiàn)三維實(shí)體模型320的網(wǎng)380的節(jié)點(diǎn)382中每一處的血液流量和壓力。舉例來說，計(jì)算分析的結(jié)果可包括節(jié)點(diǎn)382中每一處的各種參數(shù)的值，所述各種參數(shù)如但不限于各種血流特征或參數(shù)，如血液流動(dòng)速度、壓力、流動(dòng)速率，或計(jì)算參數(shù)，如cffr，如下所述。參數(shù)也可在三維實(shí)體模型320上內(nèi)插。因此，計(jì)算分析的結(jié)果可向用戶提供通?？赡芤郧秩敕绞酱_定的信息。

回頭參考圖3，可驗(yàn)證計(jì)算分析的結(jié)果(步驟404)。所述驗(yàn)證可由用戶和/或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行。舉例來說，用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也許能鑒別出某些錯(cuò)誤，例如，如果節(jié)點(diǎn)382的數(shù)目不足導(dǎo)致信息不足、如果節(jié)點(diǎn)382的數(shù)目過量導(dǎo)致分析費(fèi)時(shí)太久，那么結(jié)果是需要網(wǎng)380和/或邊界條件重做或修正。

如果計(jì)算分析的結(jié)果在步驟404中確定為不可接受，那么用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可確定例如是否以及如何修正或改進(jìn)在步驟306中產(chǎn)生的實(shí)體模型320和/或在步驟312中產(chǎn)生的網(wǎng)380、是否以及如何修正在步驟310中確定的邊界條件，或是否對(duì)用于計(jì)算分析的任一輸入進(jìn)行其它修正。接著，可依據(jù)所確定的修正或改進(jìn)來重復(fù)一個(gè)或多個(gè)上述步驟，例如步驟306-314、402和404。

b.顯示血壓、流量和cffr的結(jié)果

回頭參考圖3，如果計(jì)算分析的結(jié)果在步驟404中確定為可接受，那么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可輸出計(jì)算分析的某些結(jié)果。舉例來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可顯示依據(jù)計(jì)算分析結(jié)果產(chǎn)生的圖像，如上文關(guān)于圖1描述的圖像，如模擬血壓模型50、模擬血流模型52和/或cffr模型54。如上所述，例如因?yàn)樵诓襟E310中確定的邊界條件是關(guān)于充血條件所確定，所以這些圖像指示在模擬充血條件下的模擬血壓、血流和cffr。

模擬血壓模型50(圖1)展示在整個(gè)患者解剖結(jié)構(gòu)中的局部血壓(例如以毫米汞柱或mmhg表示)，如由圖17-19的在模擬充血條件下的網(wǎng)380表示。計(jì)算分析可確定網(wǎng)380的各節(jié)點(diǎn)382處的局部血壓，并且模擬血壓模型50可將相應(yīng)顏色、色調(diào)或其它視覺指示物賦予各別壓力，以使模擬血壓模型50可以視覺方式指示在整個(gè)模型50中的壓力變化，而不用必須規(guī)定各節(jié)點(diǎn)382的個(gè)別值。舉例來說，圖1中所示的模擬血壓模型50展示，對(duì)這個(gè)具體患者來說，在模擬充血條件下，主動(dòng)脈中的壓力一般可為均一并且較高的(如由較暗色調(diào)指示)，并且壓力隨著血液向下游流到主要冠狀動(dòng)脈中并且流到分支中而逐漸并不斷地降低(如由朝著分支的下游端，色調(diào)逐漸并連續(xù)變亮所示)。模擬血壓模型50可伴有指示特定血壓數(shù)值的標(biāo)度，如圖1中所示。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，模擬血壓模型50可以顏色形式提供，并且可使用色譜來指示整個(gè)模型50中的壓力變化。依序從最高壓力到最低壓力，色譜可包括紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、靛藍(lán)和紫色。舉例來說，上限(紅色)可指示約110mmhg或更大(或80mmhg、90mmhg、100mmhg等)，并且下限(紫色)可指示約50mmhg或更小(或20mmhg、30mmhg、40mmhg等)，其中綠色指示約80mmhg(或約在上下限之間一半的其它值)。因此，對(duì)一些患者來說，模擬血壓模型50可將大部分或所有主動(dòng)脈展示為紅色或朝著光譜高端的其它顏色，并且朝著冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支的遠(yuǎn)端，顏色可在整個(gè)光譜上逐漸變化(例如朝著光譜下端(下至紫色))。對(duì)一個(gè)具體患者來說，冠狀動(dòng)脈的遠(yuǎn)端可具有不同顏色，例如從紅色到紫色之間的任何顏色，這取決于對(duì)各別遠(yuǎn)端測(cè)定的局部血壓。

模擬血流模型52(圖1)展示在整個(gè)患者解剖結(jié)構(gòu)中的局部血液速度(例如以厘米/秒或cm/s表示)，這由圖17-19的在模擬充血條件下的網(wǎng)380表示。計(jì)算分析可確定網(wǎng)380的各節(jié)點(diǎn)382處的局部血液速度，并且模擬血流模型52可將相應(yīng)顏色、色調(diào)或其它視覺指示物賦予各別速度，以使模擬血流模型52可以視覺方式指示在整個(gè)模型52中的速度變化，而不用必須規(guī)定各節(jié)點(diǎn)382的個(gè)別值。舉例來說，圖1中所示的模擬血流模型52展示，對(duì)這個(gè)具體患者來說，在模擬充血條件下，在主要冠狀動(dòng)脈和分支的某些區(qū)域中速度一般較高(如由圖1中區(qū)域53中的較暗色調(diào)指示)。模擬血流模型52可伴有指示特定血液速度數(shù)值的標(biāo)度，如圖1中所示。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，模擬血流模型52可以顏色形式提供，并且可使用色譜來指示整個(gè)模型52中的速度變化。依序從最高速度到最低速度，色譜可包括紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、靛藍(lán)和紫色。舉例來說，上限(紅色)可指示約100(或150)cm/s或更大，并且下限(紫色)可指示約0cm/s，其中綠色指示約50cm/s(或約在上下限之間一半的其它值)。因此，對(duì)一些患者來說，模擬血流模型52可將大部分或所有主動(dòng)脈展示為朝著光譜下端的顏色(例如綠色至紫色)的混合色，并且在測(cè)定血液速度增大的某些位置，顏色可在整個(gè)光譜上逐漸變化(例如朝著光譜高端(上至紅色))。

cffr模型54(圖1)展示在整個(gè)患者解剖結(jié)構(gòu)中的局部cffr，這由圖17-19的在模擬充血條件下的網(wǎng)380表示。如上所述，cffr可計(jì)算為通過計(jì)算分析(例如模擬血壓模型50中所示)確定的在具體節(jié)點(diǎn)382的局部血壓除以在主動(dòng)脈中(例如在流入邊界322(圖8))的血壓的比率。計(jì)算分析可確定網(wǎng)380的各節(jié)點(diǎn)382處的cffr，并且cffr模型54可將相應(yīng)顏色、色調(diào)或其它視覺指示物賦予各別cffr值，以使cffr模型54可以視覺方式指示在整個(gè)模型54中的cffr變化，而不用必須規(guī)定各節(jié)點(diǎn)382的個(gè)別值。舉例來說，圖1中所示的cffr模型54展示，對(duì)這個(gè)具體患者來說，在模擬充血條件下，主動(dòng)脈中的cffr一般可為均一的并且為約1.0，并且隨著血液向下游流到主要冠狀動(dòng)脈中并且流到分支中，cffr逐漸并不斷降低。cffr模型54也可指示在整個(gè)cffr模型54中某些點(diǎn)處的cffr值，如圖1中所示。cffr模型54可伴有指示特定cffr數(shù)值的標(biāo)度，如圖1中所示。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，cffr模型54可以顏色形式提供，并且可使用色譜來指示整個(gè)模型54中的壓力變化。依序從最低cffr(指示功能上有意義的病變)到最高cffr，色譜可包括紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、靛藍(lán)和紫色。舉例來說，上限(紫色)可指示cffr為1.0，并且下限(紅色)可指示約0.7(或0.75或0.8)或更小，其中綠色指示約0.85(或約在上下限之間一半的其它值)。舉例來說，下限可依據(jù)用于確定cffr測(cè)量值是否指示功能上有意義的病變或可能需要介入的其它特征的下限(例如0.7、0.75或0.8)來確定。因此，對(duì)一些患者來說，cffr模型54可將大部分或所有主動(dòng)脈展示為紫色或朝著光譜高端的其它顏色，并且朝著冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支的遠(yuǎn)端，顏色可在整個(gè)光譜上逐漸變化(例如朝著光譜高端(上至紅色到紫色之間的任何顏色))。對(duì)一個(gè)具體患者來說，冠狀動(dòng)脈的遠(yuǎn)端可具有不同顏色，例如從紅色到紫色之間的任何顏色，這取決于對(duì)各別遠(yuǎn)端測(cè)定的局部cffr值。

在確定cffr已降到下限以下的程度之后，可評(píng)估動(dòng)脈或分支以定位功能上有意義的病變，所述下限是用于確定功能上有意義的病變或可能需要介入的其它特征的存在。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或用戶可依據(jù)動(dòng)脈或分支的幾何形狀(例如使用cffr模型54)來定位功能上有意義的病變。舉例來說，可如下定位功能上有意義的病變：找到在具有局部最小cffr值的cffr模型54的位置附近(例如上游)定位的變窄或狹窄。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可向用戶指示或顯示包括功能上有意義的病變的cffr模型54(或其它模型)的部分。

也可依據(jù)計(jì)算分析結(jié)果產(chǎn)生其它圖像。舉例來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可提供關(guān)于具體主要冠狀動(dòng)脈的其它信息，例如圖20-22中所示。舉例來說，如果具體冠狀動(dòng)脈包括最低cffr，那么冠狀動(dòng)脈可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇?；蛘撸脩艨蛇x擇具體冠狀動(dòng)脈。

圖20展示患者解剖結(jié)構(gòu)的模型，其包括計(jì)算分析結(jié)果，其中模型上的某些點(diǎn)由個(gè)別參考標(biāo)簽(例如lm、lad1、lad2、lad3等)鑒別。在圖21中所示的示例性實(shí)施方案中，在lad動(dòng)脈中提供點(diǎn)，所述lad動(dòng)脈是在模擬充血條件下具有對(duì)這個(gè)具體患者來說最低的cffr的主要冠狀動(dòng)脈。

圖21和圖22展示在一些或所有這些點(diǎn)(例如lm、lad1、lad2、lad3，等)處和/或在模型上某些其它位置(例如在主動(dòng)脈中，等)處某些變量隨時(shí)間變化的圖。圖21是主動(dòng)脈中和在圖20中指示的點(diǎn)lad1、lad2和lad3處的壓力(例如以毫米汞柱或mmhg表示)隨時(shí)間變化的圖。所述圖的頂部曲線指示主動(dòng)脈中的壓力，從上往下第二條曲線指示在點(diǎn)lad1的壓力，從上往下第三條曲線指示在點(diǎn)lad2的壓力，并且底部曲線指示在點(diǎn)lad3的壓力。圖22是在圖20中指示的點(diǎn)lm、lad1、lad2和lad3處的流量(例如以立方厘米/秒或cc/s表示)隨時(shí)間變化的圖。另外，可提供其它圖，如在一些或所有這些點(diǎn)和/或在其它點(diǎn)處剪應(yīng)力隨時(shí)間變化的圖。所述圖的頂部曲線指示在點(diǎn)lm的流量，從上往下第二條曲線指示在點(diǎn)lad1的流量，從上往下第三條曲線指示在點(diǎn)lad2的流量，并且底部曲線指示在點(diǎn)lad3的流量。也可提供展示這些變量沿具體主要冠狀動(dòng)脈和/或由此延伸的分支的長度的變化的圖：例如血壓、流量、速度或cffr。

任選地，上述各種圖和其它結(jié)果可在報(bào)告中定稿(步驟406)。舉例來說，上述圖像和其它信息可插入具有設(shè)置模板的文件中。模板可預(yù)設(shè)并且對(duì)多個(gè)患者來說是通用的，并且可用于向醫(yī)師和/或患者報(bào)道計(jì)算分析結(jié)果。在計(jì)算分析完成之后，文件或報(bào)告可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成。

舉例來說，定稿報(bào)告可包括圖23中所示的信息。圖23包括圖1的cffr模型54，并且還包括概述信息，如主要冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支中每一個(gè)中的最低cffr值。舉例來說，圖23指示lad動(dòng)脈中的最低cffr值是0.66，lcx動(dòng)脈中的最低cffr值是0.72，rca動(dòng)脈中的最低cffr值是0.80。其它概述信息可包括患者的名字、患者的年齡、患者的血壓(bp)(例如在步驟100中獲得)、患者的心率(hr)(例如在步驟100中獲得)，等。定稿報(bào)告還可包括如上述產(chǎn)生的圖像和其它信息的版本，醫(yī)師或其它用戶可得到所述版本以確定其它信息?？墒褂捎?jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像有一定格式以使醫(yī)師或其它用戶在任一點(diǎn)上定位光標(biāo)，以確定任一上述變量的值，所述變量例如是在所述點(diǎn)的血壓、速度、流量、cffr等。

定稿報(bào)告可被傳輸?shù)结t(yī)師和/或患者。定稿報(bào)告可使用任何已知通信方法(例如無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)，通過郵件等)傳輸。或者，可通知醫(yī)師和/或患者定稿報(bào)告可下載或提取得到。接著，醫(yī)師和/或患者可登錄到基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)中經(jīng)由安全通信線來下載定稿報(bào)告。

c.驗(yàn)證結(jié)果

回頭參考圖3，可獨(dú)立地驗(yàn)證計(jì)算分析的結(jié)果(步驟408)。舉例來說，用戶和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也許能鑒別出計(jì)算分析結(jié)果(例如在步驟406中產(chǎn)生的圖像和其它信息)的某些錯(cuò)誤，所述錯(cuò)誤需要任一上述步驟重做。如果鑒別出所述錯(cuò)誤，那么計(jì)算分析結(jié)果可確定為不可接受，并且可重復(fù)某些步驟，例如步驟100、200、300、400、子步驟102、202-208、240-260、304-314和402-408等。

因此，圖3中所示并且上文描述的步驟402-408可被視為圖2的步驟400的子步驟。

用于驗(yàn)證計(jì)算分析結(jié)果的另一方法可包括使用另一方法測(cè)量來自患者的結(jié)果中包括的任一變量，例如血壓、速度、流量、cffr等。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可測(cè)量(例如以侵入方式)變量，接著與通過計(jì)算分析確定的結(jié)果相比。舉例來說，ffr可例如使用插入如上所述的患者中的壓力線來測(cè)定，測(cè)定點(diǎn)在由實(shí)體模型320和網(wǎng)380表示的患者解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)?？蓪⒃谝粋€(gè)位置測(cè)量的ffr與在同一位置的cffr相比，并且可在多個(gè)位置進(jìn)行比較。任選地，計(jì)算分析和/或邊界條件可依據(jù)比較做調(diào)整。

d.用于提供冠狀動(dòng)脈血流信息的系統(tǒng)和方法的另一實(shí)施方案

圖24中展示一種方法600的另一實(shí)施方案，所述方法600用于提供有關(guān)特定患者的冠狀動(dòng)脈血流的各種信息。方法600可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如是用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。方法600可使用一個(gè)或多個(gè)輸入610來進(jìn)行，并且可包括依據(jù)輸入610來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)模型620、依據(jù)輸入610和/或模型620對(duì)一個(gè)或多個(gè)條件630賦值，以及依據(jù)模型620和條件630得出一個(gè)或多個(gè)解640。

輸入610可包括患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)和心臟的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)611，如ccta數(shù)據(jù)(例如在圖2的步驟100中獲得)。輸入610還可包括患者臂血壓的測(cè)量值612和/或其它測(cè)量值(例如在圖2的步驟100中獲得)。測(cè)量值612可以非侵入方式獲得。輸入610可用以產(chǎn)生模型620和/或確定下述條件630。

如上所述，一個(gè)或多個(gè)模型620可依據(jù)輸入610來產(chǎn)生。舉例來說，方法600可包括依據(jù)成像數(shù)據(jù)611來產(chǎn)生患者解剖結(jié)構(gòu)(例如主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支)的一個(gè)或多個(gè)患者特異性三維幾何模型(步驟621)。舉例來說，幾何模型可為在圖3的步驟306中產(chǎn)生的圖8的實(shí)體模型320，和/或在圖3的步驟312中產(chǎn)生的圖17-19的網(wǎng)380。

回頭參考圖24，方法600還可包括產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)基于物理學(xué)的血流模型(步驟622)。血流模型可包括涉及以下的模型：經(jīng)過在步驟621中產(chǎn)生的患者特異性幾何模型的血流、心臟和主動(dòng)脈循環(huán)、遠(yuǎn)端冠狀循環(huán)等。血流模型可涉及至少一個(gè)與患者經(jīng)過建模的解剖結(jié)構(gòu)(例如血液流動(dòng)速度、壓力、流動(dòng)速率、ffr等)相關(guān)的血流特征。血流模型可賦值為在三維幾何模型的流入邊界322和流出邊界324的邊界條件。血流模型可包括降階模型或其它邊界條件(上文關(guān)于圖3的步驟310所述)，例如集中參數(shù)心臟模型340、集中參數(shù)冠狀動(dòng)脈模型350、彈性貯器模型360，等。

如上所述，一個(gè)或多個(gè)條件630可依據(jù)輸入610和/或模型620來確定。條件630包括針對(duì)在步驟622(和圖3的步驟310)中確定的邊界條件所計(jì)算的參數(shù)。舉例來說，方法600可包括如下確定條件：依據(jù)成像數(shù)據(jù)611(例如在圖3的步驟240中確定)來計(jì)算患者特異性心室質(zhì)量或心肌質(zhì)量(步驟631)。

方法600可包括如下確定條件：使用在步驟631中計(jì)算的心室質(zhì)量或心肌質(zhì)量、休息時(shí)冠狀動(dòng)脈流依據(jù)關(guān)系q＝qom^α(其中α是預(yù)設(shè)標(biāo)度指數(shù)，m是心室質(zhì)量或心肌質(zhì)量，并且qo是預(yù)設(shè)常數(shù))進(jìn)行計(jì)算(例如上文在圖3的步驟310中關(guān)于確定集中參數(shù)模型所述)(步驟632)。或者，所述關(guān)系可具有形式q∝qom^α，如上文在圖3的步驟310中關(guān)于確定集中參數(shù)模型所述。

方法600還可包括如下確定條件：使用在步驟632中計(jì)算的所得冠狀動(dòng)脈流量和患者的測(cè)量血壓612、總的休息時(shí)冠狀動(dòng)脈阻力進(jìn)行計(jì)算(例如上文在圖3的步驟310中關(guān)于確定集中參數(shù)模型所述)(步驟633)。

方法600還可包括如下確定條件：使用在步驟633和模型620中計(jì)算的總的休息時(shí)冠狀動(dòng)脈阻力、個(gè)別冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的個(gè)別阻力進(jìn)行計(jì)算(步驟634)。舉例來說，如上文關(guān)于圖3的步驟310所述，依據(jù)個(gè)別冠狀動(dòng)脈和分支的遠(yuǎn)端的尺寸(例如從步驟621中產(chǎn)生的幾何模型確定)，并且依據(jù)關(guān)系r＝rod^β(其中r是在具體遠(yuǎn)端的流動(dòng)阻力，并且ro是預(yù)設(shè)常數(shù)，d是尺寸(例如所述遠(yuǎn)端的直徑)，并且β是預(yù)設(shè)冪律指數(shù)，如上文關(guān)于確定圖3的步驟310中的集中參數(shù)模型所述)，在步驟633中計(jì)算的總的休息時(shí)冠狀動(dòng)脈阻力可分布到個(gè)別冠狀動(dòng)脈和分支。

回頭參考圖24，方法600可包括依據(jù)患者的一個(gè)或多個(gè)身體條件來調(diào)整邊界條件(步驟635)。舉例來說，在步驟631-634中確定的參數(shù)可依據(jù)解640是否意圖模擬休息、不同程度的充血、不同程度的運(yùn)動(dòng)或用力、不同藥物治療等來修改。依據(jù)輸入610、模型620和條件630，計(jì)算分析可例如如上文關(guān)于圖3的步驟402所述來進(jìn)行以確定解640，所述解640包括關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流在步驟635中選擇的身體條件下的信息(步驟641)?，F(xiàn)將描述可從解640提供的信息的實(shí)例。

組合的患者特異性解剖學(xué)(幾何)模型和生理學(xué)(基于物理學(xué)的)模型可用以確定不同藥物治療或生活方式變化(例如停止吸煙、改變膳食或增加身體活動(dòng))對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的作用，所述藥物治療或生活方式變化會(huì)改變心率、心搏量、血壓或冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能。所述信息可用以最優(yōu)化醫(yī)學(xué)療法或避免可能危險(xiǎn)的藥物治療后果。組合模型還可用以確定替代形式和/或不同程度的暴露于可能的外來力(例如當(dāng)踢足球時(shí)、在太空飛行期間、當(dāng)斯庫巴潛水(scubadiving)時(shí)、在坐飛機(jī)飛行期間，等)的身體活動(dòng)或風(fēng)險(xiǎn)對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的作用。所述信息可用以鑒別對(duì)特定患者來說可能安全并有效的身體活動(dòng)的類型和程度。組合模型還可用以預(yù)測(cè)經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能益處以選擇最優(yōu)的介入策略，和/或預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能益處以選擇最優(yōu)的手術(shù)策略。

組合模型還可用以說明動(dòng)脈疾病負(fù)擔(dān)增大對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能的有害作用，并且使用機(jī)械或現(xiàn)象學(xué)疾病進(jìn)展模型或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)進(jìn)展中疾病何時(shí)可對(duì)流向心臟肌肉的血流引起損害。所述信息可實(shí)現(xiàn)確定“保證期(warrantyperiod)”，其中使用非侵入性成像觀察到最初沒有熱力學(xué)有意義的疾病的患者可能不被預(yù)期需要醫(yī)藥療法、介入療法或手術(shù)療法，或者，如果繼續(xù)有不利因素，那么可確定出現(xiàn)進(jìn)展的比率。

組合模型還可用以說明由冠狀動(dòng)脈疾病負(fù)擔(dān)減小引起的對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能的有益作用，并且使用機(jī)械或現(xiàn)象學(xué)疾病進(jìn)展模型或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)疾病消退何時(shí)可引起經(jīng)過冠狀動(dòng)脈到心臟肌肉的血流增加。所述信息可用以指導(dǎo)醫(yī)學(xué)管理程序，所述醫(yī)學(xué)管理程序包括但不限于改變膳食、增加身體活動(dòng)、開出士他汀(statin)或其它醫(yī)藥的處方，等。

vi.提供患者特異性治療計(jì)劃

如上文關(guān)于圖2中所示的步驟500所述，示例性方法可包括提供患者特異性治療計(jì)劃。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，步驟500可包括以下步驟。盡管圖3不展示以下步驟，應(yīng)了解這些步驟可與圖3中所示的步驟(例如在步驟406或408之后)結(jié)合進(jìn)行。

如上所述，圖1和圖23中所示的cffr模型54指示處于未治療狀態(tài)并且在模擬充血條件下的整個(gè)患者解剖結(jié)構(gòu)中的cffr值，所述解剖結(jié)構(gòu)由圖17-19的網(wǎng)380表示。醫(yī)師可使用這個(gè)信息來指定對(duì)患者的治療，如增加運(yùn)動(dòng)、改變膳食、開醫(yī)藥處方、對(duì)建模解剖結(jié)構(gòu)的任何部分或心臟的其它部分進(jìn)行手術(shù)(例如冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)、插入一個(gè)或多個(gè)冠狀動(dòng)脈血管內(nèi)支架，等)，等。

為確定指定哪種治療，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可用以預(yù)測(cè)如何依據(jù)所述治療來改變從計(jì)算分析確定的信息。舉例來說，某些治療(如插入血管內(nèi)支架或其它手術(shù))可引起建模解剖結(jié)構(gòu)的幾何形狀改變。因此，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可修正在步驟306中產(chǎn)生的實(shí)體模型320以指示一個(gè)或多個(gè)插有血管內(nèi)支架的內(nèi)腔的加寬。

舉例來說，圖1和圖23中所示的cffr模型54指示lad動(dòng)脈中的最低cffr值是0.66，lcx動(dòng)脈中的最低cffr值是0.72，rca動(dòng)脈中的最低cffr值是0.80。如果cffr值例如小于0.75，那么可建議進(jìn)行治療。因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可建議用戶修正實(shí)體模型320以指示lad動(dòng)脈和lcx動(dòng)脈的加寬，以模擬在這些冠狀動(dòng)脈中插入血管內(nèi)支架。用戶可被提示選擇對(duì)應(yīng)于模擬血管內(nèi)支架的位置和尺寸的加寬(例如長度和直徑)的位置和量?；蛘?，加寬的位置和量可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)各種因素(如cffr值小于0.75的節(jié)點(diǎn)位置、血管顯著變窄的位置、常規(guī)血管內(nèi)支架的尺寸，等)自動(dòng)確定。

圖25展示依據(jù)實(shí)體模型確定的經(jīng)過修改的cffr模型510的一個(gè)實(shí)施例，上述實(shí)體模型是通過加寬lad動(dòng)脈在位置512的一部分和lcx動(dòng)脈在位置514的一部分來產(chǎn)生。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，任一上述步驟，例如步驟310-314和402-408都可使用經(jīng)過修改的實(shí)體模型重復(fù)。在步驟406中，定稿報(bào)告可包括有關(guān)未經(jīng)過治療的患者(例如沒有血管內(nèi)支架)的信息，如圖23中所示的信息，和有關(guān)患者的模擬治療的信息，如圖25和圖26中所示的信息。

圖25包括經(jīng)過修改的cffr模型510并且還包括概述信息，如與建議治療相關(guān)的經(jīng)過修改的實(shí)體模型的主要冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支中的最低cffr值。舉例來說，圖25指示lad動(dòng)脈(和它的下游分支)中的最低cffr值是0.78，lcx動(dòng)脈(和它的下游分支)中的最低cffr值是0.78，rca動(dòng)脈(和它的下游分支)中的最低cffr值是0.79。因此，未經(jīng)過治療的患者(沒有血管內(nèi)支架)的cffr模型54和建議治療(有血管內(nèi)支架插入)的cffr模型510的比較指示建議治療可使lad動(dòng)脈中的最小cffr從0.66增大到0.78，并且使lcx動(dòng)脈中的最小cffr從0.72增大到0.76，同時(shí)使rca動(dòng)脈中的最小cffr將有從0.80到0.79的最小降低。

圖26展示經(jīng)過修改的模擬血流模型520的一個(gè)實(shí)施例，所述模型是如上所述在lad動(dòng)脈在位置512的加寬部分和lcx動(dòng)脈在位置514的加寬部分之后確定。圖26還包括概述信息，如與建議治療相關(guān)的經(jīng)過修改的實(shí)體模型的主要冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支中各種位置的血流值。舉例來說，圖26指示未經(jīng)過治療的患者(沒有血管內(nèi)支架)和經(jīng)過治療的患者(有血管內(nèi)支架插入)的lad動(dòng)脈中四個(gè)位置lad1、lad2、lad3和lad4以及l(fā)cx動(dòng)脈中兩個(gè)位置lcx1和lcx2的血流值。圖26還指示未經(jīng)過治療的狀態(tài)和經(jīng)過治療的狀態(tài)之間的血流值變化百分比。因此，未經(jīng)過治療的患者的模擬血流模型52和建議治療的模擬血流模型520的比較指示，在所有位置lad1-lad4、lcx1和lcx2，取決于位置，建議治療可將經(jīng)過lad動(dòng)脈和lcx動(dòng)脈的流增大9％至19％。

也可在未經(jīng)過治療的狀態(tài)和經(jīng)過治療的狀態(tài)(如冠狀動(dòng)脈血壓)之間比較其它信息。依據(jù)這個(gè)信息，醫(yī)師可與患者討論是否繼續(xù)建議治療選擇。

其它治療選擇也可涉及以不同方式修改實(shí)體模型320。舉例來說，冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)可涉及在實(shí)體模型320中創(chuàng)建新的內(nèi)腔或通路，并且去除病變還可涉及加寬內(nèi)腔或通道。其它治療選擇可能不涉及修改實(shí)體模型320。舉例來說，例如由于血管收縮、擴(kuò)張、心率降低等，因此增加運(yùn)動(dòng)或用力、改變膳食或其它生活方式變化、醫(yī)藥處方等可涉及改變?cè)诓襟E310中確定的邊界條件。舉例來說，患者的心率、心輸出量、心搏量、血壓、冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能、集中參數(shù)模型的配置等可取決于指定醫(yī)藥、所采用的運(yùn)動(dòng)(或其它用力)的類型和頻率、所采用的生活方式變化的類型(例如停止吸煙、改變膳食等)，從而以不同方式影響在步驟310中確定的邊界條件。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，經(jīng)過修改的邊界條件可用實(shí)驗(yàn)方式使用來自許多患者的數(shù)據(jù)來確定，并且類似治療選擇可能需要以類似方式修改邊界條件。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蓮拇罅炕颊咛禺愋詳?shù)據(jù)產(chǎn)生，從而創(chuàng)建邊界條件或用于計(jì)算邊界條件的函數(shù)的文庫，所述文庫對(duì)應(yīng)于可在未來分析中應(yīng)用于類似患者的特定治療選擇。

在修改邊界條件之后，上述步驟，例如步驟312、314和402-408可使用經(jīng)過修改的邊界條件來重復(fù)，并且在步驟406中，定稿報(bào)告可包括有關(guān)未經(jīng)過治療的患者的信息，如圖23中所示的信息，以及有關(guān)患者的模擬治療的信息，如圖25和圖26中所示的信息。

或者，可向醫(yī)師、患者或其它用戶提供允許與三維模型(例如圖8的實(shí)體模型320)互動(dòng)的用戶界面。模型320可分成用戶可選片段，所述片段可由用戶編輯來反映一個(gè)或多個(gè)治療選擇。舉例來說，用戶可選擇具有狹窄(或梗塞，例如急性阻塞)的部分，并且調(diào)整所述部分來去除狹窄，用戶可將一個(gè)部分加入模型320中以用作旁路等。用戶還可被提示指定其它治療選擇和/或生理學(xué)參數(shù)，這可改變上文確定的邊界條件，例如改變心輸出量、心率、心搏量、血壓、運(yùn)動(dòng)或用力程度、充血程度、藥物治療，等。在一個(gè)替代性實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可確定或建議一個(gè)治療選擇。

用戶界面可允許與三維模型320互動(dòng)以允許用戶模擬狹窄(或梗塞，例如急性梗塞)。舉例來說，用戶可選擇用于包括狹窄的部分，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可用以預(yù)測(cè)從計(jì)算分析確定的信息將如何依據(jù)狹窄的添加來變化。因此，本文所述的方法可用以預(yù)測(cè)使動(dòng)脈梗塞的影響。

用戶界面還可允許與三維模型320互動(dòng)以模擬受損動(dòng)脈或動(dòng)脈去除，所述動(dòng)脈去除可例如在某些手術(shù)程序中發(fā)生，如當(dāng)去除癌性腫瘤時(shí)發(fā)生。模型還可得到修改以模擬防止血流經(jīng)過某些動(dòng)脈的作用，以便預(yù)測(cè)并行通路向患者提供足夠血流的可能。

a.使用降階模型來比較不同治療選擇

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可允許用戶用降階模型替代三維實(shí)體模型320或網(wǎng)380來較快速地模擬各種治療選擇。圖27展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，有關(guān)使用降階模型來模擬各種治療選擇的方法700的示意圖。方法700可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施。

一個(gè)或多個(gè)呈現(xiàn)血流或其它參數(shù)的患者特異性模擬血流模型可從上述計(jì)算分析輸出(步驟701)。舉例來說，模擬血流模型可包括圖1的模擬血壓模型50、圖1的模擬血流模型52、圖1的cffr模型54等，這些模型是使用上文描述并且在圖2和圖3中所示的方法提供。如上所述，模擬血流模型可包括患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維幾何模型。

功能信息可從模擬血流模型提取以指定降階模型的條件(步驟702)。舉例來說，功能信息可包括使用上述計(jì)算分析確定的血壓、流量或速度信息。

可提供降階(例如零維或一維)模型來替代用以產(chǎn)生患者特異性模擬血流模型(在步驟701中產(chǎn)生)的三維實(shí)體模型320，并且降階模型可用以確定關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息(步驟703)。舉例來說，降階模型可為如上文關(guān)于圖3的步驟310所述產(chǎn)生的集中參數(shù)模型。因此，集中參數(shù)模型是患者的解剖結(jié)構(gòu)的簡化模型，其可用以確定關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息，而不用必須對(duì)與圖17-19的網(wǎng)380相關(guān)的較復(fù)雜等式系統(tǒng)求解。

從對(duì)步驟703中的降階模型求解所確定的信息接著可被繪制或外推到患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型(例如實(shí)體模型320)中(步驟704)，并且必要時(shí)用戶可對(duì)降階模型進(jìn)行變動(dòng)以模擬各種治療選擇和/或改為患者的生理學(xué)參數(shù)，所述生理學(xué)參數(shù)可由用戶選擇(步驟705)。可選生理學(xué)參數(shù)可包括心輸出量、運(yùn)動(dòng)或用力程度、充血程度、藥物治療類型，等?？蛇x治療選擇可包括去除狹窄、增加旁路，等。

接著，降階模型可依據(jù)治療選擇和/或用戶選擇的生理學(xué)參數(shù)加以修改，并且經(jīng)過修改的降階模型可用以確定關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息(步驟703)，所述信息與所選治療選擇和/或生理學(xué)參數(shù)相關(guān)。從對(duì)步驟703中的降階模型求解所確定的信息接著可被繪制或外推到患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型320中，以預(yù)測(cè)所選治療選擇和/或生理學(xué)參數(shù)對(duì)患者解剖結(jié)構(gòu)的冠狀動(dòng)脈血流的影響(步驟704)。

對(duì)各種不同治療選擇和/或生理學(xué)參數(shù)來說，可重復(fù)步驟703-705以比較所預(yù)測(cè)的各種治療選擇彼此之間以及對(duì)關(guān)于未經(jīng)過治療的患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息的影響。因此，各種治療選擇和/或生理學(xué)參數(shù)的預(yù)測(cè)結(jié)果可針對(duì)彼此并且針對(duì)關(guān)于未經(jīng)過治療的患者的信息來評(píng)價(jià)，而不用必須使用三維網(wǎng)380來重新進(jìn)行較復(fù)雜分析。代之以，可使用降階模型，降階模型可允許用戶更容易和快速地分析并比較不同治療選擇和/或生理學(xué)參數(shù)。

圖28展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，用于使用降階模型來模擬各種治療選擇的示例性方法的其它方面。方法700可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施。

如上文關(guān)于圖3的步驟306所述，患者特異性幾何模型可依據(jù)患者的成像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生(步驟711)。舉例來說，成像數(shù)據(jù)可包括在圖2的步驟100中獲得的ccta數(shù)據(jù)，并且?guī)缀文Ｐ涂蔀樵趫D3的步驟306中產(chǎn)生的圖8的實(shí)體模型320，和/或在圖3的步驟312中產(chǎn)生的圖17-19的網(wǎng)380。

計(jì)算分析可使用患者特異性三維幾何模型來進(jìn)行，例如上文關(guān)于圖3的步驟402所述，以確定關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息(步驟712)。計(jì)算分析可輸出一種或多種三維患者特異性模擬血流模型，所述模型呈現(xiàn)血流或其它參數(shù)，例如圖1的模擬血壓模型50、圖1的模擬血流模型52、圖1的cffr模型54，等。

可依據(jù)模型的解剖特征(步驟713)分割模擬血流模型(例如上文關(guān)于圖14所述)。舉例來說，從主要冠狀動(dòng)脈延伸的分支可提供于個(gè)別片段中(步驟714)，具有狹窄或患病區(qū)域的部分可提供于個(gè)別片段中(步驟716)，并且在分支和具有狹窄或患病區(qū)域的部分之間的部分可提供于個(gè)別片段中(步驟715)?？稍诜指钅M血流模型時(shí)提供不同分辨度，以使各血管可包括多個(gè)短的離散片段或較長片段，例如包括整根血管。而且，各種技術(shù)可提供用于分割模擬血流模型，包括產(chǎn)生中線以及依據(jù)所產(chǎn)生的中線制作切面圖，或檢測(cè)分支點(diǎn)以及依據(jù)檢測(cè)到的中線制作切面圖?；疾〔糠趾酮M窄可例如通過沿中線長度測(cè)量截面積以及計(jì)算局部最小截面積來鑒別。步驟711-716可被視為圖27的步驟701的子步驟。

片段可用集中參數(shù)模型的組件替代，所述組件如為電阻器、電容器、感應(yīng)器等，如上文關(guān)于圖15所述。電阻、電容、感應(yīng)系數(shù)和與集中參數(shù)模型中所用的其它電組件相關(guān)的其它變量的個(gè)別值可來源于步驟712中提供的模擬血流模型。舉例來說，對(duì)在分支和具有狹窄或患病區(qū)域的部分之間的分支和部分來說，來源于模擬血流模型的信息可用以將線性阻力賦予相應(yīng)片段(步驟717)。對(duì)具有復(fù)雜幾何形狀的部分(如狹窄或患病區(qū)域)來說，阻力可隨流動(dòng)速率而變化。因此，多種計(jì)算分析可用以獲得各種流量和壓力條件的模擬血流模型以得出這些復(fù)雜幾何形狀的患者特異性、血管特異性和病變特異性阻力函數(shù)，如上文關(guān)于圖15所述。因此，對(duì)具有狹窄或患病區(qū)域的部分來說，來源于這多種計(jì)算分析的信息或來源于先前數(shù)據(jù)的模型可用以將非線性流量依賴性阻力賦予相應(yīng)片段(步驟718)。步驟717和步驟718可被視為圖27的步驟702的子步驟。

使用在步驟717和步驟718中確定的阻力，可產(chǎn)生降階(例如零維或一維)模型(步驟719)。舉例來說，降階模型可為如上文關(guān)于圖3的步驟310所述產(chǎn)生的集中參數(shù)模型。因此，集中參數(shù)模型是患者的解剖結(jié)構(gòu)的簡化模型，其可用以確定關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息，而不用必須對(duì)與圖17-19的網(wǎng)380相關(guān)的較復(fù)雜等式系統(tǒng)求解。

可提供一種用戶界面，其允許用戶與在步驟719中創(chuàng)建的降階模型互動(dòng)(步驟720)。舉例來說，用戶可選擇并編輯降階模型的不同片段以模擬不同治療選擇和/或可編輯各種生理學(xué)參數(shù)。舉例來說，介入，如插入血管內(nèi)支架以修復(fù)患病區(qū)域可通過減小插有血管內(nèi)支架的片段的阻力來建模。形成旁路可通過增加具有平行于患病片段的低阻力的片段來建模。

經(jīng)過修改的降階模型可被求解以確定關(guān)于在治療和/或在步驟720中選擇的生理學(xué)參數(shù)變化下患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息(步驟721)。在步驟721中確定的各片段中流量和壓力的解值接著可與在步驟712中確定的三維解相比，并且任何差異都可通過調(diào)整片段的阻力函數(shù)(例如在步驟717和步驟718中確定)以及求解降階模型(例如步驟721)直到解匹配為止而減到最小。因此，可創(chuàng)建降階模型，接著用簡化等式組對(duì)所述降階模型求解，所述簡化等式組允許相對(duì)快速的計(jì)算(例如與完整三維模型相比)，并且可用以求出流動(dòng)速率和壓力，這結(jié)果可密切接近完整三維計(jì)算解的結(jié)果。降階模型允許相對(duì)快速迭代以為各種不同治療選擇建模。

從對(duì)步驟721中的降階模型求解所確定的信息接著可被繪制或外推到患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型(例如實(shí)體模型320)(步驟722)。步驟719-722可能類似于圖27的步驟703-705，并且必要時(shí)可由用戶重復(fù)以模擬治療選擇和/或生理學(xué)參數(shù)的不同組合。

或者，不從三維模型沿片段計(jì)算阻力(例如上文關(guān)于步驟717和步驟718所述)，沿中線相隔一定間隔的流量和壓力可被指定到集中參數(shù)模型或一維模型中。有效阻力或損失系數(shù)可在邊界條件和指定流量和壓力的限制下求出。

而且，在個(gè)別片段上的流動(dòng)速率和壓力梯度可用以使用來源于降階模型的解(例如上關(guān)于步驟721所述)來計(jì)算心外膜冠狀動(dòng)脈阻力。心外膜冠狀動(dòng)脈阻力可計(jì)算為心外膜冠狀動(dòng)脈(從醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)重建的患者特異性模型中包括的冠狀動(dòng)脈和由此延伸的分支的部分)的等效阻力。這可具有臨床意義，所述臨床意義是在于解釋為什么患有冠狀動(dòng)脈擴(kuò)散性動(dòng)脈粥樣硬化的患者可顯示局部缺血的癥狀(血液供給的限制)。而且，在模擬的藥理學(xué)誘發(fā)性充血或不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的條件下每單位心肌組織體積(或質(zhì)量)的流量和/或每單位心臟作功的流量可使用來自降階模型的數(shù)據(jù)來計(jì)算。

因此，三維血流建模的精度可與一維和集中參數(shù)模型技術(shù)中固有的計(jì)算簡單性和相對(duì)速度組合。三維計(jì)算方法可用以用數(shù)字方式得出患者特異性一維模型或集中參數(shù)模型，所述模型嵌有在正常片段、狹窄、接合點(diǎn)(junction)和其它解剖特征上壓力損失的以數(shù)字方式得出的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。可向患有心血管疾病的患者提供改善的診斷，并且醫(yī)學(xué)治療、介入治療和手術(shù)治療的計(jì)劃可較快地進(jìn)行。

而且，三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的精度可與血流的集中參數(shù)和一維模型的計(jì)算簡單性和進(jìn)行能力組合。三維幾何和生理學(xué)模型可自動(dòng)分解成降階一維模型或集中參數(shù)模型。三維模型可用以計(jì)算經(jīng)過正常片段、狹窄和/或分支的血流的線性或非線性血液動(dòng)力學(xué)作用，并且可用以設(shè)置經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膮?shù)。一維模型或集中參數(shù)模型可更有效并快速地求出患者特異性模型中的血液流量和壓力，并且顯示集中參數(shù)或一維解的結(jié)果。

降階患者特異性解剖學(xué)和生理學(xué)模型可用以確定不同藥物治療或生活方式變化(例如停止吸煙、改變膳食或增加身體活動(dòng))對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的作用，所述藥物治療或生活方式變化會(huì)改變心率、心搏量、血壓或冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能。所述信息可用以最優(yōu)化醫(yī)學(xué)療法或避免可能危險(xiǎn)的藥物治療后果。降階模型還可用以確定替代形式和/或不同程度的暴露于可能的外來力(例如當(dāng)踢足球時(shí)、在太空飛行期間、當(dāng)斯庫巴潛水時(shí)、在坐飛機(jī)飛行期間，等)的身體活動(dòng)或風(fēng)險(xiǎn)對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的作用。所述信息可用以鑒別對(duì)特定患者來說可能安全并有效的身體活動(dòng)的類型和程度。降階模型還可用以預(yù)測(cè)經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能益處以選擇最優(yōu)的介入策略，和/或預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能益處以選擇最優(yōu)的手術(shù)策略。

降階模型還可用以說明動(dòng)脈疾病負(fù)擔(dān)增大對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能的有害作用，并且使用機(jī)械或現(xiàn)象學(xué)疾病進(jìn)展模型或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)進(jìn)展中疾病何時(shí)可對(duì)流向心臟肌肉的血流引起損害。所述信息可實(shí)現(xiàn)確定“保證期”，其中使用非侵入性成像觀察到最初沒有熱力學(xué)有意義的疾病的患者可能不被預(yù)期需要醫(yī)藥療法、介入療法或手術(shù)療法，或者，如果繼續(xù)有不利因素，那么可確定出現(xiàn)進(jìn)展的比率。

降階模型還可用以說明由冠狀動(dòng)脈疾病負(fù)擔(dān)減小引起的對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的可能的有益作用，并且使用機(jī)械或現(xiàn)象學(xué)疾病進(jìn)展模型或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)疾病消退何時(shí)可引起經(jīng)過冠狀動(dòng)脈到心臟肌肉的血流增加。所述信息可用以指導(dǎo)醫(yī)學(xué)管理程序，所述醫(yī)學(xué)管理程序包括但不限于改變膳食、增加身體活動(dòng)、開出士他汀或其它醫(yī)藥的處方，等。

降階模型還可并入血管造影系統(tǒng)中以允許醫(yī)師在心導(dǎo)管插入實(shí)驗(yàn)室中檢查患者的同時(shí)現(xiàn)場計(jì)算治療選擇。模型可記錄到與血管造影顯示器相同的取向，從而允許冠狀動(dòng)脈的現(xiàn)場血管造影圖與模擬血流解具有并行或重疊的結(jié)果。當(dāng)在程序期間進(jìn)行觀察時(shí)，醫(yī)師可計(jì)劃并改變治療計(jì)劃，從而允許在作出醫(yī)學(xué)決定之前有相對(duì)快速的反饋。醫(yī)師可以侵入方式獲得壓力、ffr或血流測(cè)量值，并且在進(jìn)行預(yù)測(cè)性模擬之前，測(cè)量值可用以進(jìn)一步改進(jìn)模型。

降階模型還可并入醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)或工作站中。如果來源于先前患者特異性模擬結(jié)果的文庫，那么降階模型可與幾何分割算法結(jié)合使用以在完成成像掃描之后相對(duì)快速地求出血流信息。

降階模型還可用以對(duì)新型醫(yī)學(xué)療法對(duì)大的患者群體的有效性或治療選擇對(duì)大的患者群體的成本/益處進(jìn)行建模。多種患者特異性集中參數(shù)模型(例如數(shù)百、數(shù)千或更多)的數(shù)據(jù)庫可提供在相對(duì)較短時(shí)間長度內(nèi)求解的模型。相對(duì)快速的迭代和最優(yōu)化可提供用于藥物、療法或臨床試驗(yàn)?zāi)M或設(shè)計(jì)。調(diào)適所述模型來呈現(xiàn)治療、患者的藥物反應(yīng)或手術(shù)介入可允許估計(jì)待獲得的有效性，而無需進(jìn)行可能高成本并且可能冒險(xiǎn)的大規(guī)模臨床試驗(yàn)。

vii.其它結(jié)果

a.評(píng)估心肌灌注

可計(jì)算其它結(jié)果。舉例來說，計(jì)算分析可提供定量心肌灌注(經(jīng)過心肌的血流)的結(jié)果。如由于局部缺血(血液供給的限制)、疤痕或其它心臟問題，因此定量心肌灌注可有助于鑒別心肌血流減少的區(qū)域。

圖29展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，有關(guān)方法800的示意圖，所述方法800用于提供有關(guān)特定患者的心肌灌注的各種信息。方法800可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如是用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

方法800可使用一個(gè)或多個(gè)輸入802來進(jìn)行。輸入802可包括患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)和心臟的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)803，如ccta數(shù)據(jù)(例如在圖2的步驟100中獲得)。輸入802還可包括從患者測(cè)量的其它生理學(xué)數(shù)據(jù)804，如患者的臂血壓、心率和/或其它測(cè)量值(例如在圖2的步驟100中獲得)。其它生理學(xué)數(shù)據(jù)804可以非侵入方式獲得。輸入802可用以進(jìn)行下述步驟。

患者心肌組織的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)803產(chǎn)生(步驟810)，并且?guī)缀文Ｐ涂煞殖善位蝮w積(步驟812)。舉例來說，圖31展示三維幾何模型846，所述三維幾何模型846包括分到片段842中的患者心肌組織的三維幾何模型838。個(gè)別片段842的尺寸和位置可依據(jù)以下來確定：冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的流出邊界324(圖8)的位置、個(gè)別片段842(例如鄰近血管)中的血管或與各別片段842(例如鄰近血管)連接的血管的尺寸，等。將幾何心肌模型838分到片段842中可使用各種已知方法進(jìn)行，所述已知方法如為快速行進(jìn)法、通用快速行進(jìn)法(generalizedfastmarchingmethod)、水平集方法、擴(kuò)散等式、支配經(jīng)過多孔介質(zhì)的流的等式，等。

三維幾何模型還可包括患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的一部分，所述部分可依據(jù)成像數(shù)據(jù)803來建模(步驟814)。舉例來說，圖31的三維幾何模型846包括患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的三維幾何模型837，以及在步驟810中創(chuàng)建的患者的心肌組織的三維幾何模型838。

回頭參考圖29，例如上文關(guān)于圖3的步驟402所述，可進(jìn)行計(jì)算分析以確定解，所述解包括關(guān)于在由用戶確定的身體條件下患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息(步驟816)。舉例來說，身體條件可包括休息、所選程度的充血、所選程度的運(yùn)動(dòng)或用力或其它條件。所述解可提供在步驟814中建模的患者的解剖結(jié)構(gòu)中各種位置并且在指定身體條件下的信息，如血液流量和壓力。計(jì)算分析可使用來源于集中參數(shù)模型或一維模型的在流出邊界324(圖8)的邊界條件進(jìn)行?？僧a(chǎn)生一維模型來填充片段842，如下文關(guān)于圖30所述。

依據(jù)在步驟816中確定的血流信息，可計(jì)算向在步驟812中創(chuàng)建的心肌的各別片段842中的血流灌注(步驟818)。舉例來說，灌注可如下計(jì)算：將來自流出邊界324(圖8)各出口的流量除以出口所灌注的分割心肌的體積。

在步驟818中確定的心肌各別片段的灌注可顯示在步驟810或步驟812中產(chǎn)生的心肌幾何模型(例如圖31中所示的患者心肌組織的三維幾何模型838)上(步驟820)。舉例來說，圖31展示幾何模型838的心肌的片段842可用不同色調(diào)或顏色說明以指示血流灌注到各別片段842中。

圖30展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，有關(guān)方法820的另一示意圖，所述方法820用于提供有關(guān)特定患者的心肌灌注的各種信息。方法820可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如是用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

方法820可使用一個(gè)或多個(gè)輸入832來進(jìn)行，輸入832可包括患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)和心臟的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)833，如ccta數(shù)據(jù)(例如在圖2的步驟100中獲得)。輸入832可用以進(jìn)行下述步驟。

患者心肌組織的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)833創(chuàng)建(步驟835)。模型還可包括患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的一部分，所述部分還可依據(jù)成像數(shù)據(jù)803來創(chuàng)建。舉例來說，如上所述，圖31展示三維幾何模型836，所述三維幾何模型836包括患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的幾何模型837，以及患者心肌組織的幾何模型838。步驟835可包括上述圖29的步驟810和步驟814。

回頭參考圖30，幾何心肌模型838可分成體積或片段842(步驟840)。步驟840可包括上述圖29的步驟812。如上所述，圖31展示三維幾何模型846，所述三維幾何模型846包括分到片段842中的患者心肌組織的幾何模型838。

回頭參考圖30，幾何模型846可被修改來包括冠狀動(dòng)脈樹中的下一代分支857(步驟855)。分支857(圖31中虛線所示)的位置和尺寸可依據(jù)冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的中線來確定。中線可例如依據(jù)成像數(shù)據(jù)833來確定(步驟845)。一種算法還可用以依據(jù)形態(tài)計(jì)量學(xué)模型(用以預(yù)測(cè)在流出邊界324(圖8)的已知出口下游的血管位置和尺寸的模型)和/或與血管尺寸有關(guān)的生理學(xué)分支規(guī)律來確定分支857的位置和尺寸(步驟850)。形態(tài)計(jì)量學(xué)模型可擴(kuò)充到幾何模型837中包括的冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的下游端，并且提供于心外膜表面(心臟組織的外層)上或含在心肌壁的幾何模型838內(nèi)。

心肌可依據(jù)在步驟855中創(chuàng)建的分支857進(jìn)一步分割(步驟860)。舉例來說，圖31展示可分成子體積或子段862的片段842。

可在子段862中創(chuàng)建其它分支857，并且子段862可進(jìn)一步分割成較小片段867(步驟865)。創(chuàng)建分支以及將體積分成子段的步驟可重復(fù)到獲得體積尺寸和/或分支尺寸的所需分解為止。已在步驟855和步驟865中擴(kuò)充為包括新分支857的模型846接著可用以計(jì)算向子段(如在步驟865中產(chǎn)生的子段867)中的冠狀動(dòng)脈血流和心肌灌注。

因此，擴(kuò)充模型可用以進(jìn)行上述計(jì)算分析。計(jì)算分析結(jié)果可將有關(guān)血流的信息從患者特異性冠狀動(dòng)脈模型(例如圖31的模型837)提供到所產(chǎn)生的形態(tài)計(jì)量學(xué)模型(包括在步驟855和步驟865產(chǎn)生的分支)中，所述信息可延伸到在步驟865中產(chǎn)生的灌注子段867的每一個(gè)中。計(jì)算分析可使用靜態(tài)心肌灌注體積或動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行，所述模型并有來自偶合心臟機(jī)械學(xué)模型的數(shù)據(jù)。

圖32展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，有關(guān)方法870的另一示意圖，所述方法870用于提供有關(guān)特定患者的心肌灌注的各種信息。方法870可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如是用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

方法870可使用一個(gè)或多個(gè)輸入872來進(jìn)行。輸入872可包括患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)和心臟的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)873，如ccta數(shù)據(jù)(例如在圖2的步驟100中獲得)。輸入872還可包括從患者測(cè)量的其它生理學(xué)數(shù)據(jù)874，如患者的臂血壓、心率和/或其它測(cè)量值(例如在圖2的步驟100中獲得)。其它生理學(xué)數(shù)據(jù)874可以非侵入方式獲得。輸入872還可包括從患者測(cè)量(例如使用ct、pet、spect，等)的心臟灌注數(shù)據(jù)875。輸入872可用以進(jìn)行下述步驟。

患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)873來創(chuàng)建(步驟880)。舉例來說，圖31展示患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的三維幾何模型837。步驟880可類似于上述圖29的步驟814。

計(jì)算分析例如可如上文關(guān)于圖3的步驟402所述來進(jìn)行以確定解，所述解包括關(guān)于在由用戶確定的身體條件下患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息(步驟882)。舉例來說，身體條件可包括休息、所選程度的充血、所選程度的運(yùn)動(dòng)或用力或其它條件。所述解可提供在步驟880中建模的患者的解剖結(jié)構(gòu)中各種位置并且在指定身體條件下的信息，如血液流量和壓力。步驟882可類似于上述圖29的步驟816。

而且，患者心肌組織的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)873創(chuàng)建(步驟884)。舉例來說，如上所述，圖31展示三維幾何模型836，其包括患者心肌組織的三維幾何模型838(例如在步驟884中創(chuàng)建)和患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的三維幾何模型837(例如在步驟880中創(chuàng)建)。步驟884可類似于上述圖29的步驟810。

幾何模型可分成片段或子體積(步驟886)。舉例來說，圖31展示幾何模型846，所述幾何模型846包括患者的分成片段842的心肌組織的模型838。步驟886可類似于上述圖29的步驟812。

依據(jù)在步驟882中確定的血流信息，可計(jì)算向在步驟886中創(chuàng)建的心肌的各別片段842中的血流灌注(步驟888)。步驟888可類似于上述圖29的步驟818。

心肌各別片段的計(jì)算灌注可顯示在步驟884或步驟886中產(chǎn)生的心肌幾何模型(例如圖31中所示的患者心肌組織的三維幾何模型838)上(步驟890)。舉例來說，圖31展示幾何模型838的心肌的片段842可用不同色調(diào)或顏色說明以指示血流灌注到各別片段842中。步驟890可類似于上述圖29的步驟820。

在步驟890中繪制于心肌三維幾何模型上的模擬灌注數(shù)據(jù)可與測(cè)量的心臟灌注數(shù)據(jù)875相比(步驟892)?？衫缭诨隗w元的心肌表示法或不同的心肌離散表示法(例如有限元網(wǎng))上進(jìn)行比較。比較可使用心肌三維表示上各種顏色和/或色調(diào)來指示模擬灌注數(shù)據(jù)和測(cè)量灌注數(shù)據(jù)的差異。

在步驟880中創(chuàng)建的三維幾何模型的出口處的邊界條件可調(diào)整，以減小模擬灌注數(shù)據(jù)和測(cè)量灌注數(shù)據(jù)之間的誤差(步驟894)。舉例來說，為減小誤差，可調(diào)整邊界條件，以使向一個(gè)區(qū)域(例如片段842、862或867)(其中模擬灌注低于測(cè)量灌注)供料的血管的指定流動(dòng)阻力可減小?？烧{(diào)整邊界條件的其它參數(shù)?；蛘撸尚薷哪Ｐ偷姆种ЫY(jié)構(gòu)。舉例來說，如上文關(guān)于圖30和圖31所述，可擴(kuò)充在步驟880中創(chuàng)建的幾何模型來創(chuàng)建形態(tài)計(jì)量學(xué)模型。邊界條件和/或形態(tài)計(jì)量學(xué)模型的參數(shù)可使用參數(shù)估計(jì)或數(shù)據(jù)同化方法來憑經(jīng)驗(yàn)或系統(tǒng)地調(diào)整，所述方法如為標(biāo)題為“methodfortuningpatient-specificcardiovascularsimulations”的美國專利申請(qǐng)公布號(hào)2010/0017171中所述的方法，或其它方法。

可重復(fù)圖32的步驟882、步驟888、步驟890、步驟892、步驟894和/或其它步驟，例如直到模擬灌注數(shù)據(jù)和測(cè)量灌注數(shù)據(jù)之間的誤差低于預(yù)定臨限值為止。因此，計(jì)算分析可使用有關(guān)解剖學(xué)信息、冠狀動(dòng)脈血流信息和心肌灌注信息的模型來進(jìn)行。所述模型可適用于診斷目的并且適用于預(yù)測(cè)醫(yī)藥療法、介入療法或手術(shù)療法的益處。

因此，在休息和/或應(yīng)激條件下的冠狀動(dòng)脈血流和心肌灌注可在從三維醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)構(gòu)建的患者特異性幾何模型中模擬。測(cè)量的心肌灌注數(shù)據(jù)可與模擬心肌灌注結(jié)果組合使用，以調(diào)整邊界條件直到模擬心肌灌注結(jié)果在給定容許量內(nèi)匹配測(cè)量的心肌灌注數(shù)據(jù)為止(例如上文關(guān)于圖32所述)?？商峁┹^精確的患者特異性冠狀動(dòng)脈血流計(jì)算，并且心臟病專家可能夠預(yù)測(cè)在測(cè)量數(shù)據(jù)可能不可得的情況下(如當(dāng)模擬患者在最大運(yùn)動(dòng)或用力、模擬治療或其它條件下時(shí))的冠狀動(dòng)脈血流和心肌灌注。

左心室和/或右心室心肌的患者特異性三維模型可分成灌注片段或子體積。而且，從醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)確定的冠狀動(dòng)脈的患者特異性三維幾何模型可與其余冠狀動(dòng)脈樹的一部分的形態(tài)計(jì)量學(xué)模型組合，所述其余冠狀動(dòng)脈樹是在心外膜表面上或含于由灌注子體積表示的左心室和/或右心室心肌壁中以形成擴(kuò)充模型?？捎?jì)算擴(kuò)充模型中給定(例如患病)位置下游的總心肌體積的百分比。還可計(jì)算在擴(kuò)充模型中給定(例如患病)位置的總心肌血流的百分比。擴(kuò)充模型可用以計(jì)算冠狀動(dòng)脈血流和心肌灌注。還可修改冠狀動(dòng)脈血流模型直到模擬灌注在指定容許量內(nèi)匹配測(cè)量的灌注數(shù)據(jù)為止。

b.評(píng)估斑塊脆弱性

計(jì)算分析還可提供定量作用于斑塊的患者特異性生物力學(xué)力的結(jié)果，所述斑塊可在患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)中積累，例如冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。生物力學(xué)力可由脈動(dòng)壓力、流量和心臟運(yùn)動(dòng)引起。

圖33展示沿血管壁902積累的斑塊900的一個(gè)實(shí)施例，所述血管壁902如為主要冠狀動(dòng)脈之一或由此延伸的分支之一的壁。斑塊上游端和下游端的壓力和/或表面積的差異可產(chǎn)生力904，所述力904至少沿血流方向作用于斑塊900，例如由血液流經(jīng)血管引起。另一力906可至少沿朝著并且垂直于血管壁902的方向作用于斑塊900的表面。力906可由流經(jīng)血管的血液的血壓所引起。又一力908可至少沿血流方向作用于斑塊900的表面，并且可歸因于在休息、運(yùn)動(dòng)等期間的血液動(dòng)力學(xué)力。

結(jié)果還可評(píng)估斑塊破裂(例如當(dāng)在血管壁上累積的斑塊變得不穩(wěn)定并且脫落或破開時(shí))的風(fēng)險(xiǎn)以及可能受所述破裂影響的心肌體積?？稍诟鞣N模擬生理?xiàng)l件(如休息、運(yùn)動(dòng)等)下評(píng)估結(jié)果。斑塊破裂風(fēng)險(xiǎn)可定義為模擬斑塊應(yīng)力與斑塊強(qiáng)度的比率，所述斑塊強(qiáng)度是使用來源于ccta或mri的物質(zhì)組成數(shù)據(jù)(例如在圖2的步驟100中測(cè)定)來估計(jì)。

舉例來說，圖34展示計(jì)算分析可輸出的結(jié)果的一個(gè)實(shí)施例。結(jié)果可包括圖31的三維幾何模型846，所述三維幾何模型846可包括患者的主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)的三維幾何模型837，以及患者的分成片段842的心肌組織的三維幾何模型838。結(jié)果還可指示冠狀動(dòng)脈(由此延伸的分支)之一中的位置910，其中斑塊可被確定為脆弱的，并且位置910可依據(jù)斑塊破裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(將在下文更詳細(xì)地描述)和/或依據(jù)用戶輸入而被鑒別出。而且，如圖34中所示，由于在位置910鑒別出的斑塊破裂，因此心肌片段912(片段842的多個(gè)的)可鑒別為具有高的低灌注概率。

圖35和圖36是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案展示方法920的方面的示意圖，所述方法920用于提供有關(guān)評(píng)估特定患者的斑塊脆弱性、心肌體積風(fēng)險(xiǎn)和心肌灌注風(fēng)險(xiǎn)的各種信息。方法920可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如是用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。方法920可使用一個(gè)或多個(gè)輸入922來進(jìn)行，并且可包括依據(jù)輸入922來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)模型930、依據(jù)一個(gè)或多個(gè)模型930進(jìn)行一種或多種生物力學(xué)分析940，以及依據(jù)模型930和生物力學(xué)分析940提供各種結(jié)果。

輸入922可包括患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)和心臟的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)923，如ccta數(shù)據(jù)(例如在圖2的步驟100中獲得)。輸入922還可包括從患者測(cè)量的其它生理學(xué)數(shù)據(jù)924，如患者的臂血壓、心率和/或其它測(cè)量值(例如在圖2的步驟100中獲得)。其它生理學(xué)數(shù)據(jù)924可以非侵入方式獲得。輸入922可用以產(chǎn)生模型930和/或進(jìn)行下述生物力學(xué)分析940。

如上所述，一個(gè)或多個(gè)模型930可依據(jù)輸入922來產(chǎn)生。舉例來說，方法920可包括產(chǎn)生血液動(dòng)力學(xué)模型932，所述血液動(dòng)力學(xué)模型932包括在整個(gè)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維幾何模型中各種位置的計(jì)算血液流量和壓力信息?；颊呓馄式Y(jié)構(gòu)的模型可使用以下創(chuàng)建：醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)923，例如在圖3的步驟306中產(chǎn)生的圖8的實(shí)體模型320，和/或在圖3的步驟312中產(chǎn)生的圖17-19的網(wǎng)380，并且在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，血液動(dòng)力學(xué)模型932可為模擬血壓模型50(圖1)、模擬血流模型52(圖1)、cffr模型54(圖1)，或在進(jìn)行計(jì)算分析之后產(chǎn)生的其它模擬，例如上文關(guān)于圖3的步驟402所述。固體力學(xué)模型(包括流體結(jié)構(gòu)互動(dòng)模型)可以用已知數(shù)值方法的計(jì)算分析求解。斑塊和血管的性質(zhì)可建模成線性或非線性、各向同性或各向異性。解可提供斑塊以及斑塊和血管之間的界面的應(yīng)力和應(yīng)變。在圖36中所示的示例性實(shí)施方案中，血液動(dòng)力學(xué)模型932是cffr模型54。

方法920可包括使用血液動(dòng)力學(xué)模型932如下來進(jìn)行生物力學(xué)分析940：計(jì)算在各種生理狀態(tài)(如休息、不同程度的運(yùn)動(dòng)或用力等)下因血液動(dòng)力學(xué)力而作用于斑塊腔面的壓力906(圖33)和剪應(yīng)力908(圖33)(步驟942)。壓力906和剪應(yīng)力908可依據(jù)來自血液動(dòng)力學(xué)模型932的信息(例如血液壓力和流量)來計(jì)算。

任選地，方法920還可包括產(chǎn)生用于從四維成像數(shù)據(jù)定量血管變形的幾何分析模型934，所述四維成像數(shù)據(jù)例如是在心動(dòng)周期的多個(gè)階段(如收縮階段和舒張階段)獲得的成像數(shù)據(jù)。成像數(shù)據(jù)可使用各種已知成像方法獲得。幾何分析模型934可包括關(guān)于在心動(dòng)周期的不同階段，例如由心臟運(yùn)動(dòng)造成的血管位置、變形、取向和尺寸的信息。舉例來說，可通過幾何分析模型934模擬患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)和斑塊的各種類型的變形，如縱向變長(伸長)或縮短、扭曲(扭轉(zhuǎn))、徑向膨脹或壓縮和彎曲。

方法920可包括使用幾何分析模型934如下進(jìn)行生物力學(xué)分析940：計(jì)算患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)和斑塊由心臟誘導(dǎo)性脈動(dòng)壓力造成的各種變形特征，如縱向變長(伸長)或縮短、扭曲(扭轉(zhuǎn))、徑向膨脹或壓縮，和彎曲等(步驟944)。這些變形特征可依據(jù)來自幾何分析模型934的信息來計(jì)算，所述信息例如是在心動(dòng)周期的多個(gè)階段內(nèi)，血管位置、取向和尺寸的改變。

計(jì)算變形特征可通過確定所建模幾何形狀(例如患者的主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈(和由此延伸的分支)、斑塊等的幾何形狀)的中線或表面網(wǎng)來簡化。為確定所建模幾何形狀在不同階段之間的變化，分支口、鈣化病變和軟斑塊可用作陸標(biāo)(landmark)。在不具有陸標(biāo)的區(qū)域中，沿所建模幾何形狀的長度的截面積概況可用以鑒別在兩個(gè)圖像幀之間的相應(yīng)位置(以“記錄(register)”兩個(gè)圖像幀)。依據(jù)原始圖像數(shù)據(jù)的可變形記錄算法可用以提取三維變形場。計(jì)算的三維變形場接著可投射到與所建模幾何形狀(例如血管長度)對(duì)準(zhǔn)的曲線軸以計(jì)算變形場的切線分量和法向分量。所建模幾何形狀(例如血管長度)、分支分開的角度和收縮和心臟舒張之間曲率的所得差異可用以確定血管經(jīng)歷的應(yīng)變。

方法920還可包括產(chǎn)生用于從醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)923確定斑塊組成和性質(zhì)的斑塊模型936。舉例來說，斑塊模型936可包括關(guān)于斑塊的密度和其它物質(zhì)性質(zhì)的信息。

方法920還可包括產(chǎn)生血管壁模型938，所述血管壁模型938是用于計(jì)算關(guān)于斑塊、血管壁和/或斑塊和血管壁之間的界面的信息。舉例來說，血管壁模型938可包括關(guān)于應(yīng)力和應(yīng)變的信息，所述信息可依據(jù)斑塊模型936中包括的斑塊組成和性質(zhì)、在步驟942中計(jì)算的壓力906和剪應(yīng)力908和/或在步驟944中計(jì)算的變形特征來計(jì)算。

方法920可包括使用血管壁模型938如下進(jìn)行生物力學(xué)分析940：計(jì)算血液動(dòng)力學(xué)力和心臟運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)性應(yīng)變?cè)斐傻陌邏K上應(yīng)力(例如急性應(yīng)力或積累應(yīng)力)(步驟946)。舉例來說，可計(jì)算作用于斑塊的流量誘導(dǎo)力904(圖33)。由血液動(dòng)力學(xué)力和心臟運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)性應(yīng)變?cè)斐傻陌邏K上應(yīng)力或力可依據(jù)來自血管壁模型938的信息(例如斑塊上應(yīng)力和應(yīng)變)來計(jì)算。

方法920可包括依據(jù)上述模型930中一個(gè)或多個(gè)和生物力學(xué)分析940中一個(gè)或多個(gè)來確定其它信息。

可計(jì)算斑塊破裂脆弱性指數(shù)(步驟950)。斑塊破裂脆弱性指數(shù)可例如依據(jù)總血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)力、應(yīng)力頻率、應(yīng)力方向和/或斑塊強(qiáng)度或其它性質(zhì)來計(jì)算。舉例來說，包圍目標(biāo)斑塊的區(qū)域可與斑塊的三維模型930(如斑塊模型936)分離。斑塊強(qiáng)度可從斑塊模型936中提供的物質(zhì)性質(zhì)確定。由脈動(dòng)壓力、流量和心臟運(yùn)動(dòng)造成的目標(biāo)斑塊上的血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)力和組織應(yīng)力可在模擬基線和運(yùn)動(dòng)(或用力)條件下通過使用以下來計(jì)算：在步驟946中預(yù)先計(jì)算的血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)性應(yīng)變。斑塊脆弱性可依據(jù)斑塊應(yīng)力與斑塊強(qiáng)度的比率來評(píng)估。

還可計(jì)算心肌容量風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(mvri)(步驟952)。mvri可定義為在動(dòng)脈樹中給定位置，受斑塊破裂和血管梗塞(閉塞或阻塞)影響的總心肌容量的百分比。mvri可依據(jù)給定斑塊下游血管提供的心肌的部分來計(jì)算，這可相對(duì)于下游血管的尺寸來考慮斑塊尺寸，以及依據(jù)三維血液動(dòng)力學(xué)解，斑塊可流入不同血管中的概率。

心肌可被建模并分成由血液動(dòng)力學(xué)模擬中的各血管提供的片段842(例如關(guān)聯(lián)圖30的步驟835和步驟840所述)。幾何模型可被修改為包括冠狀動(dòng)脈樹中分支857的下一代(例如關(guān)聯(lián)圖30的步驟855所述)，并且心肌可被進(jìn)一步分割(例如關(guān)聯(lián)圖30的步驟860所述)?？稍谧佣?62中產(chǎn)生其它分支857，并且子段862可進(jìn)一步分割成較小片段867(例如關(guān)聯(lián)圖30的步驟865所述)。如先前描述的生理學(xué)關(guān)系可用以關(guān)聯(lián)血管尺寸與成比例量的所提供的心肌。

可確定破裂斑塊所行進(jìn)的可能路徑。血液動(dòng)力學(xué)解可用以確定斑塊片段或栓塞物可流入不同下游血管中的機(jī)會(huì)百分比。

可將破裂斑塊的尺寸與下游血管的尺寸相比以確定斑塊可在哪里最終產(chǎn)生流障礙。這個(gè)信息可與脆弱性指數(shù)組合以提供可能受破裂斑塊影響的心肌容量的概率圖。mvri在各可能的受影響的片段都可被賦值。圖34展示片段912的一個(gè)實(shí)施例，在所述片段912處，在遠(yuǎn)端血管中位置910的脆弱斑塊影響小面積心肌的概率較高。

還可計(jì)算心肌灌注風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(mpri)(步驟954)。mpri可定義為在動(dòng)脈樹中給定位置，受斑塊破裂和血管梗塞影響的總心肌血流的百分比。舉例來說，相比lad動(dòng)脈的鄰近部分中的斑塊破裂，lad動(dòng)脈的遠(yuǎn)端部分中的斑塊破裂將得到較低mvri和較低mpri。然而，如果受進(jìn)料血管中的脆弱斑塊影響的心肌容量的一部分不可行(例如由于可在心肌梗塞之后形成的疤痕組織)，那么這些指數(shù)可不同。因此，mpri指示向心肌片段的可能灌注損失，而非如mvri指示的受影響容量?？捎?jì)算向圖31的各片段842、862或867的灌注率，并且灌注損失可依據(jù)脆弱性指數(shù)、血液動(dòng)力學(xué)解，和斑塊和血管的尺寸來計(jì)算。

因此，可計(jì)算由脈動(dòng)血壓、脈動(dòng)血流、脈動(dòng)血液剪應(yīng)力和/或脈動(dòng)心臟運(yùn)動(dòng)造成的斑塊應(yīng)力，并且斑塊強(qiáng)度可依據(jù)醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)來估計(jì)，并且可定量有關(guān)斑塊脆弱性、心肌容量風(fēng)險(xiǎn)和心肌灌注風(fēng)險(xiǎn)的指數(shù)。

viii.其它應(yīng)用

上述實(shí)施方案與評(píng)估關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息相關(guān)?；蛘撸瑢?shí)施方案還可針對(duì)身體其它區(qū)域的血流來調(diào)適，所述身體其它區(qū)域如但不限于頸動(dòng)脈、周邊動(dòng)脈、腹部動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、大腿動(dòng)脈、腿彎部動(dòng)脈和腦動(dòng)脈。

a.為顱內(nèi)和顱外血流建模

現(xiàn)將描述有關(guān)腦動(dòng)脈的實(shí)施方案。眾多疾病可影響顱外或顱內(nèi)動(dòng)脈中的血液流量和壓力或受顱外或顱內(nèi)動(dòng)脈中的血液流量和壓力的影響。顱外(例如頸動(dòng)脈和脊椎)動(dòng)脈中的動(dòng)脈粥樣硬化疾病可限制血液流向腦部。動(dòng)脈粥樣硬化疾病的嚴(yán)重表現(xiàn)可導(dǎo)致短暫性缺血性發(fā)作或缺血性中風(fēng)。顱內(nèi)或顱外動(dòng)脈中的動(dòng)脈瘤疾病可造成以下風(fēng)險(xiǎn)：導(dǎo)致缺血性中風(fēng)的栓塞或?qū)е鲁鲅灾酗L(fēng)的動(dòng)脈瘤破裂。其它病狀(如頭外傷、高血壓、頭頸癌、動(dòng)靜脈畸形、直立耐受不能等)也可影響腦血流量。此外，腦血流量減小可誘發(fā)如昏厥的癥狀，或影響慢性神經(jīng)病癥，如繼阿茲海默氏病(alzheimer'sdisease)或帕金森氏病(parkinson'sdisease)之后的癡呆。

已知患有或懷疑患有顱外或顱內(nèi)動(dòng)脈疾病的患者通常可接受一種或多種以下非侵入性診斷性測(cè)試：us、mri、ct、pet。然而，這些測(cè)試不能有效提供用于大多數(shù)患者的顱外和顱內(nèi)動(dòng)脈的解剖學(xué)數(shù)據(jù)和生理學(xué)數(shù)據(jù)。

圖37是腦動(dòng)脈圖，所述腦動(dòng)脈包括顱內(nèi)(在顱骨內(nèi))和顱外(在顱骨外)動(dòng)脈。用于確定關(guān)于患者特異性顱內(nèi)和顱外血流的信息的方法一般可類似于如上所述用于確定關(guān)于患者特異性冠狀動(dòng)脈血流的信息的方法。

圖38是展示方法1000的方面的示意圖，所述方法1000用于提供有關(guān)特定患者的顱內(nèi)血流量和顱外血流的各種信息。方法1000可在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如類似于用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。方法1000可使用一個(gè)或多個(gè)輸入1010來進(jìn)行，并且可包括依據(jù)輸入1010來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)模型1020、依據(jù)輸入1010和/或模型1020對(duì)一個(gè)或多個(gè)條件1030賦值，以及依據(jù)模型1020和條件1030得出一個(gè)或多個(gè)解1040。

輸入1010可包括患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈(例如患者的主動(dòng)脈、頸動(dòng)脈(圖37中所示)、脊椎動(dòng)脈(圖37中所示)和腦部)的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)1011，如ccta數(shù)據(jù)(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。輸入1010還可包括測(cè)量1012患者的臂血壓、頸動(dòng)脈血壓(例如使用張力測(cè)定法)和/或其它測(cè)量(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。測(cè)量1012可以非侵入方式獲得。輸入1010可用以產(chǎn)生模型1020和/或確定下述條件1030。

如上所述，一個(gè)或多個(gè)模型1020可依據(jù)輸入1010來產(chǎn)生。舉例來說，方法1000可包括依據(jù)成像數(shù)據(jù)1011來產(chǎn)生患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的一個(gè)或多個(gè)患者特異性三維幾何模型(步驟1021)。三維幾何模型1021可使用如上關(guān)于產(chǎn)生圖8的實(shí)體模型320和圖17-19的網(wǎng)380所述的類似方法來產(chǎn)生。舉例來說，與圖3的步驟306和步驟312類似的步驟可用以產(chǎn)生呈現(xiàn)患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的三維實(shí)體模型和網(wǎng)。

回頭參考圖38，方法1000還可包括產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)基于物理學(xué)的血流模型(步驟1022)。舉例來說，血流模型可為呈現(xiàn)以下的模型：經(jīng)過在步驟1021中產(chǎn)生的患者特異性幾何模型的流、心臟和主動(dòng)脈循環(huán)、遠(yuǎn)端顱內(nèi)和顱外循環(huán)，等。在三維幾何模型1021的流入邊界和/或流出邊界，血流模型可包括如上文關(guān)于圖3的步驟310所述的降階模型，例如集中參數(shù)模型或分布(一維波傳播)模型等?；蛘撸魅脒吔绾?或流出邊界可被賦予速度、流動(dòng)速率、壓力或其它特征等的各別指定值或值域。作為另一替代方案，流入邊界可與心臟模型(例如包括主動(dòng)脈弓)偶合。流入邊界和/或流出邊界的參數(shù)可調(diào)整來匹配所測(cè)量或選擇的生理?xiàng)l件，生理?xiàng)l件包括但限于心輸出量和血壓。

如上所述，一個(gè)或多個(gè)條件1030可依據(jù)輸入1010和/或模型1020來確定。條件1030包括針對(duì)在步驟1022(和圖3的步驟310)中確定的邊界條件所計(jì)算的參數(shù)。舉例來說，方法1000可包括如下確定條件：依據(jù)成像數(shù)據(jù)1011(例如以與上文關(guān)于圖3的步驟240所述類似的方式獲得)來計(jì)算患者特異性腦容量或頭容量(步驟1031)。

方法1000可包括如下確定條件：使用在步驟1031中計(jì)算的腦容量或頭容量、依據(jù)關(guān)系q＝qom^α的休息腦血流量q(其中α是預(yù)設(shè)標(biāo)度指數(shù)，m是從腦容量或頭容量確定的腦質(zhì)量，并且qo是預(yù)設(shè)常數(shù))進(jìn)行計(jì)算(例如類似于上文關(guān)于在圖3的步驟310中確定集中參數(shù)模型描述的生理關(guān)系)(步驟1032)?；蛘?，所述關(guān)系可具有形式q∝qom^α，如上文在圖3的步驟310中關(guān)于確定集中參數(shù)模型所述。

方法1000還可包括如下確定條件：使用在步驟1032中計(jì)算的所得冠狀動(dòng)脈流量和患者的測(cè)量血壓1012、總休息大腦阻力進(jìn)行計(jì)算(例如類似于上文關(guān)于在圖3的步驟310中確定集中參數(shù)模型描述的方法)(步驟1033)。舉例來說，在基線(休息)條件下在步驟1032中確定的在三維幾何模型1021的流出邊界的總腦血流量q以及測(cè)量血壓1012可用以依據(jù)預(yù)設(shè)的用實(shí)驗(yàn)方式得出的等式來確定在流出邊界的總阻力r。阻力、電容、感應(yīng)系數(shù)和與集中參數(shù)模型中所用的各種電組件相關(guān)的其它變量可并入邊界條件中(例如上文在圖3的步驟310中關(guān)于確定集中參數(shù)模型所述)。

方法1000還可包括如下確定條件：使用在步驟1033和模型1020中計(jì)算的總休息大腦阻力、個(gè)別顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的個(gè)別阻力進(jìn)行計(jì)算(步驟1034)。舉例來說，類似于上文關(guān)于圖3的步驟310描述的方法，在步驟1033中計(jì)算的總休息大腦阻力r可依據(jù)個(gè)別顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的遠(yuǎn)端的尺寸(例如從在步驟1021中產(chǎn)生的幾何模型確定)，并且依據(jù)關(guān)系r＝rod^β(其中r是在具體遠(yuǎn)端的流動(dòng)阻力，并且ro是預(yù)設(shè)常數(shù)，d是尺寸(例如遠(yuǎn)端的直徑)，并且β是預(yù)設(shè)冪律指數(shù)，如上文關(guān)于在圖3的步驟310中確定集中參數(shù)模型所述)分布到個(gè)別顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈。

回頭參考圖38，方法1000可包括依據(jù)患者的一個(gè)或多個(gè)身體條件來調(diào)整邊界條件(步驟1035)。舉例來說，在步驟1031-1034中確定的參數(shù)可依據(jù)以下來修改：解1040是否意圖模擬休息、不同程度的應(yīng)激、不同程度的壓力感受性反應(yīng)或其它自主反饋控制、不同程度的充血、不同程度的運(yùn)動(dòng)、用力、高血壓或低血壓、不同藥物治療、體位變化和/或其它條件。參數(shù)(例如有關(guān)在流出邊界的邊界條件的參數(shù))還可依據(jù)以下來調(diào)整：顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的舒張血管能力(血管變寬的能力)，例如歸因于微血管功能障礙或內(nèi)皮健康。

依據(jù)輸入1010、模型1020和條件1030，可進(jìn)行計(jì)算分析，例如上文關(guān)于圖3的步驟402所述，以便確定解1040，所述解1040包括關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流在步驟1035中選擇的身體條件下的信息(步驟1041)?？蓮慕?040提供的信息的實(shí)例可類似于上文關(guān)于圖1和圖21-24提供的實(shí)例，例如模擬血壓模型、模擬血流模型，等。結(jié)果還可用以確定例如流動(dòng)速率、總腦流量、血管壁剪應(yīng)力、牽引力或剪切力，所述力作用于血管壁或動(dòng)脈粥樣硬化斑塊或動(dòng)脈瘤、顆粒/血液滯留時(shí)間、血管壁活動(dòng)、血液剪切速率，等。這些結(jié)果還可用以分析離開血管系統(tǒng)中特定區(qū)域的栓塞物在哪里可很可能因血液循環(huán)而移動(dòng)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可允許用戶模擬幾何形狀的各種變化。舉例來說，模型1020，例如在步驟1021中產(chǎn)生的患者特異性幾何模型可被修改來預(yù)測(cè)動(dòng)脈梗塞(例如急性梗塞)的影響。在一些手術(shù)程序中，如當(dāng)去除癌性腫瘤時(shí)，一根或多根顱外動(dòng)脈可被損傷或去除。因此，在步驟1021中產(chǎn)生患者特異性幾何模型還可修改來模擬防止血液流到一根或一根以上顱外動(dòng)脈中的影響，以預(yù)測(cè)并行通路用于向患者提供足夠血流的可能。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可允許用戶模擬各種治療選擇的結(jié)果，所述治療選擇如為介入修復(fù)或手術(shù)修復(fù)例如急性梗塞。通過用如上文關(guān)于圖27和圖28所述的降階模型替代如上所述的呈現(xiàn)顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的三維實(shí)體模型或網(wǎng)，模擬可較快速地進(jìn)行。因此，降階模型，如一維模型或集中參數(shù)模型可較有效并快速地求出患者特異性模型中的血液流量和壓力并且顯示解的結(jié)果。

特定患者對(duì)舒張血管刺激物的反應(yīng)可依據(jù)患者休息時(shí)的血液動(dòng)力學(xué)信息或依據(jù)不同疾病病況的基于群體的數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)。舉例來說，在基線(休息)中，用依據(jù)冪律和腦質(zhì)量(例如上文關(guān)于步驟1032所述)賦值的流動(dòng)分布運(yùn)行模擬(例如上文在步驟1041中所述)?？烧{(diào)整阻力值(例如在步驟1033和步驟1034中確定)以允許足夠的灌注?；蛘?，將來自有如糖尿病、藥物治療和以往心臟事件的因素的患者群體的數(shù)據(jù)用以對(duì)不同阻力賦值。單獨(dú)或與血液動(dòng)力學(xué)信息(例如壁剪應(yīng)力，或流量和血管尺寸的關(guān)系)組合的在休息條件下的阻力的調(diào)整可用以確定遠(yuǎn)端大腦血管擴(kuò)張的剩余能力。需要阻力減小來滿足休息流量要求的患者，或流量與血管尺寸比較高的患者可具有減小的在生理應(yīng)激下進(jìn)一步擴(kuò)張其血管的能力。

在腦動(dòng)脈的個(gè)別片段上的流動(dòng)速率和壓力梯度(例如在步驟1041中確定)可用以計(jì)算大腦動(dòng)脈阻力。大腦動(dòng)脈阻力可計(jì)算為患者特異性幾何模型中包括的顱外和顱內(nèi)動(dòng)脈的部分的等效阻力，所述患者特異性幾何模型是從醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)產(chǎn)生(例如在步驟1021中產(chǎn)生)。大腦動(dòng)脈阻力的臨床意義可在于解釋為什么在顱外和/或顱內(nèi)動(dòng)脈中患有擴(kuò)散性動(dòng)脈粥樣硬化的患者可顯示昏厥(暫時(shí)性意識(shí)喪失或姿勢(shì)，例如昏暈)或局部缺血(血液供給限制)的癥狀。

而且，例如依據(jù)在步驟1041中確定的流量信息以及在步驟1031中計(jì)算的腦組織容量或質(zhì)量，可計(jì)算在基線或改變的生理學(xué)條件下每單位腦組織容量(或質(zhì)量)的流量。這個(gè)計(jì)算可適用于理解血流減少對(duì)慢性神經(jīng)病癥的影響。這個(gè)計(jì)算還可適用于選擇或改進(jìn)醫(yī)學(xué)療法，例如抗高血壓劑的劑量。其它結(jié)果可包括定量外傷、腦震蕩、外部生理應(yīng)激、過量重力、失重、太空飛行、深海減壓(例如彎曲)等的影響。

組合的患者特異性解剖學(xué)(幾何)模型和生理學(xué)(基于物理學(xué)的)模型可用以確定不同藥物治療或生活方式變化(例如停止吸煙、改變膳食或增加身體活動(dòng))對(duì)腦動(dòng)脈血流的作用，所述藥物治療或生活方式變化會(huì)改變心率、心搏量、血壓或大腦微循環(huán)功能。組合模型還可用以確定替代形式和/或不同程度的暴露于可能的外來力(例如當(dāng)踢足球時(shí)、在太空飛行期間、當(dāng)斯庫巴潛水時(shí)、在坐飛機(jī)飛行期間，等)的身體活動(dòng)或風(fēng)險(xiǎn)對(duì)腦動(dòng)脈血流的作用。所述信息可用以鑒別對(duì)特定患者來說可能安全并有效的身體活動(dòng)的類型和程度。組合模型也可用以預(yù)測(cè)經(jīng)皮介入對(duì)腦動(dòng)脈血流的可能益處以選擇最優(yōu)的介入策略，和/或預(yù)測(cè)頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)或外部頸動(dòng)脈到內(nèi)部頸動(dòng)脈旁路移植對(duì)腦動(dòng)脈血流的可能益處以選擇最優(yōu)的手術(shù)策略。

組合模型還可用以說明動(dòng)脈疾病負(fù)擔(dān)增大對(duì)腦動(dòng)脈血流的可能的有害作用，并且使用機(jī)械或現(xiàn)象學(xué)疾病進(jìn)展模型或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)進(jìn)展中疾病何時(shí)可對(duì)流向腦部的血流引起損害。所述信息可實(shí)現(xiàn)確定“保證期”，其中使用非侵入性成像觀察到最初沒有熱力學(xué)有意義的疾病的患者可能不被預(yù)期需要醫(yī)藥療法、介入療法或手術(shù)療法，或者，如果繼續(xù)有不利因素，那么可確定出現(xiàn)進(jìn)展的比率。

組合模型也可用以說明由疾病負(fù)擔(dān)減小引起的對(duì)腦動(dòng)脈血流的可能的有益作用，并且使用機(jī)械或現(xiàn)象學(xué)疾病進(jìn)展模型或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)疾病消退何時(shí)可引起到腦部的血流增加。所述信息可用以指導(dǎo)醫(yī)學(xué)管理程序，所述醫(yī)學(xué)管理程序包括但不限于改變膳食、增加身體活動(dòng)、開出士他汀或其它醫(yī)藥的處方，等。

組合模型還可用以預(yù)測(cè)動(dòng)脈梗塞的影響。在一些手術(shù)程序(如去除癌性腫瘤)中，一些顱外動(dòng)脈可被損傷或去除。模擬防止血液流到顱外動(dòng)脈之一的作用可允許預(yù)測(cè)并行通路向特定患者提供足夠血流的可能。

i.評(píng)估大腦灌注

可計(jì)算其它結(jié)果。舉例來說，計(jì)算分析可提供定量大腦灌注(經(jīng)過大腦的血流)的結(jié)果。定量大腦灌注可有助于鑒別腦血流量減少的區(qū)域。

圖39展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，有關(guān)方法1050的示意圖，所述方法1050用于提供有關(guān)特定患者的大腦灌注的各種信息。方法1050可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如類似于用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

方法1050可使用一個(gè)或多個(gè)輸入1052來進(jìn)行。輸入1052可包括患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈(例如患者的主動(dòng)脈、頸動(dòng)脈(圖37中所示)、脊椎動(dòng)脈(圖37中所示)和腦部)的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)1053，如ccta數(shù)據(jù)(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。輸入1052還可包括從患者測(cè)量的其它生理學(xué)數(shù)據(jù)1054，如患者的臂血壓、心率和/或其它測(cè)量值(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。其它生理學(xué)數(shù)據(jù)1054可以非侵入方式獲得。輸入1052可用以進(jìn)行下述步驟。

患者腦組織的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)1053創(chuàng)建(步驟1060)，并且?guī)缀文Ｐ涂煞殖善位蝮w積(步驟1062)(例如用與如上文關(guān)于圖29-32所述類似的方式)。個(gè)別片段的尺寸和位置可依據(jù)以下來確定：顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的流出邊界的位置、在各別片段(例如鄰近血管)中或與各別片段(例如鄰近血管)連接的血管的尺寸，等。將幾何模型分成片段可使用各種已知方法進(jìn)行，所述已知方法如為快速行進(jìn)法、通用快速行進(jìn)法、水平集方法、擴(kuò)散等式、經(jīng)過多孔介質(zhì)的等式支配流，等。

三維幾何模型還可包括患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的一部分，所述部分可依據(jù)成像數(shù)據(jù)1053來建模(步驟1064)。舉例來說，在步驟1062和步驟1064中，可創(chuàng)建包括腦組織和顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的三維幾何模型。

計(jì)算分析例如可如上文關(guān)于圖3的步驟402所述來進(jìn)行以確定解，所述解包括關(guān)于在由用戶確定的身體條件下患者的腦血流量的信息(步驟1066)。舉例來說，身體條件可包括休息、不同程度的應(yīng)激、不同程度的壓力感受性反應(yīng)或其它自主反饋控制、不同程度的充血、不同程度的運(yùn)動(dòng)或用力、不同藥物治療、體位變化和/或其它條件。所述解可提供在步驟1064中建模的患者的解剖結(jié)構(gòu)中各種位置并且在指定身體條件下的信息，如血液流量和壓力。計(jì)算分析可使用來源于集中參數(shù)模型或一維模型的在流出邊界的邊界條件來進(jìn)行?？僧a(chǎn)生一維模型來填充腦組織的片段，如下文關(guān)于圖40所述。

依據(jù)在步驟1066中確定的血流信息，可計(jì)算向在步驟1062中創(chuàng)建的腦部的各別片段中的血流灌注(步驟1068)。舉例來說，灌注可如下計(jì)算：將來自流出邊界各出口的流量除以出口所灌注的被分割腦部的容量。

在步驟1068中確定的腦部各別片段的灌注可顯示在步驟1060或步驟1062中產(chǎn)生的腦部幾何模型上(步驟1070)。舉例來說，在步驟1060中創(chuàng)建的幾何模型中所示的腦部片段可用不同色調(diào)或顏色說明以指示血流灌注到各別片段中。

圖40展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，有關(guān)方法1100的另一示意圖，所述方法1100用于提供有關(guān)特定患者的大腦灌注的各種信息。方法1100可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如類似于用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

方法1100可使用一個(gè)或多個(gè)輸入1102來進(jìn)行，輸入1102可包括患者的主動(dòng)脈、頸動(dòng)脈(圖37中所示)、脊椎動(dòng)脈(圖37中所示)和腦部的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)1103，如ccta數(shù)據(jù)(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。輸入1102可用以進(jìn)行下述步驟。

患者腦組織的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)1103創(chuàng)建(步驟1110)。模型還可包括患者的主動(dòng)脈、頸動(dòng)脈(圖37中所示)和脊椎動(dòng)脈(圖37中所示)的一部分，所述部分還可依據(jù)成像數(shù)據(jù)1103創(chuàng)建。舉例來說，如上所述，可創(chuàng)建包括腦組織和顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的三維幾何模型。步驟1110可包括上述圖39的步驟1060和步驟1064。

在步驟1110中創(chuàng)建的幾何腦組織模型可分成體積或片段(步驟1112)。步驟1112可包括上述圖39的步驟1062。幾何腦組織模型還可進(jìn)一步修改來包括大腦樹中分支的下一代(步驟1118)(例如用與如上文關(guān)于圖29-32所述類似的方式)。分支的位置和尺寸可依據(jù)顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的中線來確定。中線可例如依據(jù)成像數(shù)1103來確定(步驟1114)。一種算法還可用以依據(jù)形態(tài)計(jì)量學(xué)模型(用以預(yù)測(cè)在流出邊界的已知出口下游的血管位置和尺寸的模型)和/或與血管尺寸有關(guān)的生理學(xué)分支規(guī)律來確定分支的位置和尺寸(步驟1116)。形態(tài)計(jì)量學(xué)模型可擴(kuò)充到幾何模型中包括的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的下游端，并且提供于腦組織外層上或含在腦組織幾何模型內(nèi)。

腦部可依據(jù)在步驟1118中創(chuàng)建的分支來進(jìn)一步片段(步驟1120)(例如用與如上文關(guān)于圖29-32所述類似的方式)?？稍谧佣沃袆?chuàng)建其它分支，并且子段可進(jìn)一步分割成較小片段(步驟1122)(例如用與如上文關(guān)于圖29-32所述類似的方式)。創(chuàng)建分支以及將體積分成子段的步驟可重復(fù)到獲得體積尺寸和/或分支尺寸的所需分解為止。已在步驟1118和步驟1122中擴(kuò)充為包括新分支的幾何模型接著可用以計(jì)算向子段(如在步驟1122中產(chǎn)生的子段)中的腦血流量和大腦灌注。

因此，擴(kuò)充模型可用以進(jìn)行上述計(jì)算分析。計(jì)算分析結(jié)果可將有關(guān)血流的信息從患者特異性腦動(dòng)脈模型提供到所產(chǎn)生的形態(tài)計(jì)量學(xué)模型(包括在步驟1118和步驟1122產(chǎn)生的分支)中，所述信息可延伸到在步驟1122中產(chǎn)生的灌注子段的每一個(gè)中。

圖41展示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，有關(guān)方法1150的另一示意圖，所述方法1150用于提供有關(guān)特定患者的大腦灌注的各種信息。方法1150可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如是用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

方法1150可使用一個(gè)或多個(gè)輸入1152來進(jìn)行。輸入1152可包括患者的主動(dòng)脈、頸動(dòng)脈(圖37中所示)、脊椎動(dòng)脈(圖37中所示)和腦部的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)1153，如ccta數(shù)據(jù)(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。輸入1152還可包括從患者測(cè)量的其它生理學(xué)數(shù)據(jù)1154，如患者的臂血壓、心率和/或其它測(cè)量值(例如在圖2的步驟100中獲得)。其它生理學(xué)數(shù)據(jù)1154可以非侵入方式獲得。輸入1152還可包括從患者測(cè)量(例如使用ct、pet、spect、mri，等)的腦灌注數(shù)據(jù)1155。輸入1152可用以進(jìn)行下述步驟。

患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)1153來創(chuàng)建(步驟1160)。步驟1160可類似于上述圖39的步驟1064。

計(jì)算分析例如可如上文關(guān)于圖3的步驟402所述來進(jìn)行以確定解，所述解包括關(guān)于在由用戶確定的身體條件下患者的腦血流量的信息(步驟1162)。舉例來說，身體條件可包括休息、不同程度的應(yīng)激、不同程度的壓力感受性反應(yīng)或其它自主反饋控制、不同程度的充血、不同程度的運(yùn)動(dòng)或用力、不同藥物治療、體位變化和/或其它條件。所述解可提供在步驟1160中建模的患者的解剖結(jié)構(gòu)中各種位置并且在指定身體條件下的信息，如血液流量和壓力。步驟1162可類似于上述圖39的步驟1066。

而且，患者腦組織的三維幾何模型可依據(jù)成像數(shù)據(jù)1153創(chuàng)建(步驟1164)。舉例來說，在步驟1160和步驟1164中，可創(chuàng)建包括腦組織和顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈的三維幾何模型。步驟1164可類似于上述圖39的步驟1060。

幾何模型可分成片段或子體積(步驟1166)。步驟1166可類似于上述圖39的步驟1062。

依據(jù)在步驟1162中確定的血流信息，可計(jì)算向在步驟1166中創(chuàng)建的腦組織的各別片段中的血流灌注(步驟1168)。步驟1168可類似于上述圖39的步驟1068。

腦組織各別片段的計(jì)算灌注可顯示在步驟1164或步驟1166中產(chǎn)生的腦組織幾何模型上(步驟1170)。步驟1170可類似于上述圖39的步驟1070。

在步驟1170中繪制于腦組織三維幾何模型上的模擬灌注數(shù)據(jù)可與測(cè)量的大腦灌注數(shù)據(jù)1155相比(步驟1172)。比較可使用腦組織三維表示上各種顏色和/或色調(diào)來指示模擬灌注數(shù)據(jù)和測(cè)量灌注數(shù)據(jù)的差異。

在步驟1160中創(chuàng)建的三維幾何模型的出口處的邊界條件可調(diào)整，以減小模擬灌注數(shù)據(jù)和測(cè)量灌注數(shù)據(jù)之間的誤差(步驟1174)。舉例來說，為減小誤差，可調(diào)整邊界條件，以使向一個(gè)區(qū)域(例如在步驟1166中創(chuàng)建的片段)(其中模擬灌注低于測(cè)量灌注)供料的血管的指定流動(dòng)阻力可減小?？烧{(diào)整邊界條件的其它參數(shù)?；蛘?，可修改模型的分支結(jié)構(gòu)。舉例來說，如上文關(guān)于圖40所述，可擴(kuò)充在步驟1160中創(chuàng)建的幾何模型來創(chuàng)建形態(tài)計(jì)量學(xué)模型。邊界條件和/或形態(tài)計(jì)量學(xué)模型的參數(shù)可使用參數(shù)估計(jì)或數(shù)據(jù)同化方法來憑經(jīng)驗(yàn)或系統(tǒng)地調(diào)整，所述方法如為標(biāo)題為“methodfortuningpatient-specificcardiovascularsimulations”的美國專利申請(qǐng)公布號(hào)2010/0017171中所述的方法，或其它方法。

圖41的步驟1162、1168、1170、1172、1174和/或其它步驟可重復(fù)，例如直到模擬灌注數(shù)據(jù)和測(cè)量灌注數(shù)據(jù)之間的誤差低于預(yù)定臨限值為止。因此，計(jì)算分析可使用有關(guān)解剖學(xué)信息、腦血流量信息和大腦灌注信息的模型來進(jìn)行。所述模型可適用于診斷目的并且適用于預(yù)測(cè)醫(yī)藥療法、介入療法或手術(shù)療法的益處。

因此，可計(jì)算在基線條件或改變的生理學(xué)狀態(tài)下的顱外和顱內(nèi)動(dòng)脈血流和大腦灌注。大腦灌注數(shù)據(jù)可與模擬大腦灌注結(jié)果組合使用，以調(diào)整顱內(nèi)動(dòng)脈血流計(jì)算值的邊界條件，直到模擬大腦灌注結(jié)果在給定容許量內(nèi)匹配測(cè)量的大腦灌注數(shù)據(jù)為止。因此，可提供較精確的患者特異性顱外和顱內(nèi)動(dòng)脈血流計(jì)算，并且醫(yī)師可預(yù)測(cè)在測(cè)量數(shù)據(jù)可能不可得的情況下(例如某些身體條件，如運(yùn)動(dòng)、用力、體位變化或模擬治療)的腦動(dòng)脈血流和大腦灌注。腦部的患者特異性三維模型可分成灌注片段或子體積，并且可確定患者是否接收到適當(dāng)最小的灌注到腦部的各種區(qū)域。

顱內(nèi)動(dòng)脈的患者特異性三維幾何模型可從醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)產(chǎn)生，并且與由灌注片段或子體積表示的其余顱內(nèi)動(dòng)脈樹的一部分的形態(tài)計(jì)量學(xué)模型(例如上文關(guān)于圖40所述)組合以形成擴(kuò)充模型。可計(jì)算擴(kuò)充模型中給定(例如患病)位置下游的總腦容量(或質(zhì)量)的百分比。而且，可計(jì)算在擴(kuò)充模型中給定(例如患病)位置的總腦血流量的百分比。另外，功能成像研究(例如功能性磁共振成像(fmri))、灌注ct或mri中記錄的不足接著可追蹤到進(jìn)料血管中的疾病、解剖學(xué)變體、受損自調(diào)節(jié)機(jī)制、低血壓或其它病狀，從而可適用于患有缺血性中風(fēng)、昏厥、直立耐受不能、外傷或慢性神經(jīng)病癥的患者。

ii.評(píng)估斑塊脆弱性

計(jì)算分析還可提供定量作用于斑塊的患者特異性生物力學(xué)力的結(jié)果，所述斑塊可在患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈(例如頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊)中積累。生物力學(xué)力可由脈動(dòng)壓力、流量和頸部運(yùn)動(dòng)引起。

圖42是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案展示方法1200的方面的示意圖，所述方法1200用于提供有關(guān)評(píng)估特定患者的斑塊脆弱性、大腦容量風(fēng)險(xiǎn)和大腦灌注風(fēng)險(xiǎn)的各種信息。方法1200可在上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如類似于用以實(shí)施上文描述并在圖3中展示的步驟中一個(gè)或多個(gè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。方法1200可使用一個(gè)或多個(gè)輸入1202來進(jìn)行，并且可包括依據(jù)輸入1202來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)模型1210、依據(jù)一個(gè)或多個(gè)模型1210進(jìn)行一種或多種生物力學(xué)分析1220，以及依據(jù)模型1220和生物力學(xué)分析1210提供各種結(jié)果。

輸入1202可包括患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈(例如患者的主動(dòng)脈、頸動(dòng)脈(圖37中所示)、脊椎動(dòng)脈(圖37中所示)和腦部)的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)1203，如ccta數(shù)據(jù)(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。輸入1202還可包括從患者測(cè)量的其它生理學(xué)數(shù)據(jù)1204，如患者的臂血壓、心率和/或其它測(cè)量值(例如以與上文關(guān)于圖2的步驟100所述類似的方式獲得)。其它生理學(xué)數(shù)據(jù)1204可以非侵入方式獲得。輸入1202可用以產(chǎn)生模型1210和/或進(jìn)行下述生物力學(xué)分析1220。

如上所述，一個(gè)或多個(gè)模型1210可依據(jù)輸入1202來產(chǎn)生。舉例來說，方法1200可包括產(chǎn)生血液動(dòng)力學(xué)模型1212，所述血液動(dòng)力學(xué)模型1212包括在整個(gè)患者解剖結(jié)構(gòu)的三維幾何模型中各種位置的計(jì)算血液流量和壓力信息?；颊呓馄式Y(jié)構(gòu)的模型可使用醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)1203創(chuàng)建，并且在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，血液動(dòng)力學(xué)模型1212可為模擬血壓模型、模擬血流模型或在進(jìn)行計(jì)算分析之后產(chǎn)生的其它模擬，例如上文關(guān)于圖3的步驟402所述。固體力學(xué)模型(包括流體結(jié)構(gòu)互動(dòng)模型)可以用已知數(shù)值方法的計(jì)算分析求解。斑塊和血管的性質(zhì)可建模成線性或非線性、各向同性或各向異性。解可提供斑塊以及斑塊和血管之間的界面的應(yīng)力和應(yīng)變。用于產(chǎn)生血液動(dòng)力學(xué)模型1212的步驟可類似于用于產(chǎn)生上述圖35的血液動(dòng)力學(xué)模型932的步驟。

方法1200可包括使用血液動(dòng)力學(xué)模型1212如下來進(jìn)行生物力學(xué)分析1220：計(jì)算在各種生理狀態(tài)(如休息、不同程度的運(yùn)動(dòng)或用力等)下因血液動(dòng)力學(xué)力而作用于斑塊腔面的壓力和剪應(yīng)力(步驟1222)。壓力和剪應(yīng)力可依據(jù)來自血液動(dòng)力學(xué)模型1212信息(例如血液壓力和流量)來計(jì)算。步驟1222可類似于上述圖35的步驟942。

任選地，方法1200還可包括以與上文關(guān)于圖35的幾何分析模型934所述類似的方式，產(chǎn)生用于從四維成像數(shù)據(jù)定量血管變形的幾何分析模型，所述四維成像數(shù)據(jù)例如是在心動(dòng)周期的多個(gè)階段(如收縮階段和舒張階段)獲得的成像數(shù)據(jù)。方法1200還可包括以與上文關(guān)于圖35的步驟944所述類似的方式，使用幾何分析模型如下進(jìn)行生物力學(xué)分析1220：計(jì)算患者的顱內(nèi)和顱外動(dòng)脈和斑塊由心臟誘導(dǎo)性脈動(dòng)壓力造成的各種變形特征，如縱向變長(伸長)或縮短、扭曲(扭轉(zhuǎn))、徑向膨脹或壓縮，和彎曲等。

方法1200還可包括產(chǎn)生用于從醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)1203確定斑塊組成和性質(zhì)的斑塊模型1214。舉例來說，斑塊模型1214可包括關(guān)于斑塊的密度和其它物質(zhì)性質(zhì)的信息。

方法1200還可包括產(chǎn)生血管壁模型1216，所述血管壁模型1216是用于計(jì)算關(guān)于斑塊、血管壁和/或斑塊和血管壁之間的界面的信息。舉例來說，血管壁模型1216可包括關(guān)于應(yīng)力和應(yīng)變的信息，所述信息可依據(jù)斑塊模型1214中包括的斑塊組成和性質(zhì)和在步驟1220中計(jì)算的壓力和剪應(yīng)力來計(jì)算。任選地，應(yīng)力和應(yīng)變還可使用如上所述計(jì)算的變形特征來計(jì)算。用于產(chǎn)生斑塊模型1214和/或血管壁模型1216的步驟可類似于上述圖35的用于產(chǎn)生斑塊模型936和/或血管壁模型938的步驟。

方法1200可包括使用血管壁模型1216如下進(jìn)行生物力學(xué)分析1220：計(jì)算血液動(dòng)力學(xué)力和頸部活動(dòng)誘導(dǎo)性應(yīng)變?cè)斐傻陌邏K上應(yīng)力(例如急性應(yīng)力或積累應(yīng)力)(步驟1224)。舉例來說，可計(jì)算作用于斑塊的流量誘導(dǎo)力904(圖33)。由血液動(dòng)力學(xué)力和頸部活動(dòng)誘導(dǎo)性應(yīng)變?cè)斐傻陌邏K上應(yīng)力或力可依據(jù)來自血管壁模型1216的信息(例如斑塊上應(yīng)力和應(yīng)變)來計(jì)算。步驟1224可類似于上述圖35的步驟946。

方法1200可包括依據(jù)上述模型1210中一個(gè)或多個(gè)和生物力學(xué)分析1220中一個(gè)或多個(gè)來確定其它信息。

可計(jì)算斑塊破裂脆弱性指數(shù)(步驟1230)。斑塊破裂脆弱性指數(shù)可例如依據(jù)血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)力、應(yīng)力頻率、應(yīng)力方向和/或斑塊強(qiáng)度或其它性質(zhì)來計(jì)算。舉例來說，包圍目標(biāo)斑塊的區(qū)域可與斑塊的三維模型1210(如斑塊模型1214)分離。斑塊強(qiáng)度可從斑塊模型1214中提供的物質(zhì)性質(zhì)確定。由脈動(dòng)壓力、流量和頸部運(yùn)動(dòng)造成的目標(biāo)斑塊上的血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)力和組織應(yīng)力可在模擬基線和運(yùn)動(dòng)(或用力)條件下通過使用以下來計(jì)算：在步驟1224中預(yù)先計(jì)算的血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)性應(yīng)變。斑塊脆弱性可依據(jù)斑塊應(yīng)力與斑塊強(qiáng)度的比率來評(píng)估。步驟1230可類似于上述圖35的步驟950。舉例來說，可計(jì)算位于顱外動(dòng)脈中的斑塊的斑塊破裂脆弱性指數(shù)以用于中風(fēng)評(píng)估。

還可計(jì)算大腦容量風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(cvri)(步驟1232)。cvri可定義為在動(dòng)脈樹中給定位置，血管受斑塊破裂或栓塞和梗塞(閉塞或阻塞)影響的總腦容量的百分比。cvri可依據(jù)給定斑塊下游血管提供的腦部的部分來計(jì)算，這可相對(duì)于下游血管的尺寸來考慮斑塊尺寸，以及依據(jù)三維血液動(dòng)力學(xué)解，斑塊可流入不同血管中的概率。cvri可在患病狀態(tài)評(píng)估，或在介入之前或之后評(píng)估。步驟1232可類似于上述圖35的步驟952。

腦組織可被建模并分成由血液動(dòng)力學(xué)模擬中的各血管提供的片段(例如關(guān)聯(lián)圖40的步驟1110和步驟1112所述)。幾何模型可被修改為包括大腦樹中分支的下一代(例如關(guān)聯(lián)圖40的步驟1118所述)，并且腦組織可被進(jìn)一步分割(例如關(guān)聯(lián)圖40的步驟1120所述)?？稍谧佣沃袆?chuàng)建其它分支，并且子段可進(jìn)一步分割成較小片段(例如關(guān)聯(lián)圖40的步驟1122所述)。如先前描述的生理學(xué)關(guān)系可用以關(guān)聯(lián)血管尺寸與成比例量的所提供的腦組織。

可確定破裂斑塊所行進(jìn)的可能路徑。血液動(dòng)力學(xué)解可用以確定斑塊片段或栓塞物可流入不同下游血管中的機(jī)會(huì)百分比。

可將破裂斑塊的尺寸與下游血管的尺寸相比以確定斑塊可在哪里最終產(chǎn)生流障礙。這個(gè)信息可與脆弱性指數(shù)組合以提供可能受破裂斑塊影響的腦組織的容量的概率圖。cvri在各可能的受影響的片段都可被賦值。

還可計(jì)算大腦灌注風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(cpri)(步驟1234)。cpri可定義為在動(dòng)脈樹中給定位置，受斑塊破裂和血管梗塞影響的總腦血流量的百分比。cpri指示向腦組織片段的可能灌注損失，而非如cvri指示的受影響容量。舉例來說，頸動(dòng)脈斑塊破裂或栓塞的影響可取決于患者的威利斯環(huán)(circleofwillis)(圖37中所示)的幾何形狀而變化，并且因解剖結(jié)構(gòu)的這些差異而可得到不同cvri和cpri值?？捎?jì)算向腦組織各片段的灌注率，并且灌注損失可依據(jù)脆弱性指數(shù)、血液動(dòng)力學(xué)解，和斑塊和血管的尺寸來計(jì)算。cpri可在患病狀態(tài)評(píng)估，或在介入之前或之后評(píng)估。步驟1234可類似于上述圖35的步驟954。

因此，可評(píng)估作用于頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的生物力學(xué)力，所述生物力學(xué)力由脈動(dòng)壓力、脈動(dòng)血流和/或任選地頸部運(yùn)動(dòng)引起?？啥堪邏K所經(jīng)歷的由脈動(dòng)壓力、脈動(dòng)血流和/或任選地頸部運(yùn)動(dòng)引起的總應(yīng)力。解可考慮作用于斑塊或作用于斑塊和血管壁之間的界面的患者特異性血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)力的多個(gè)來源。而且，斑塊強(qiáng)度可依據(jù)醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)來估計(jì)，并且可定量有關(guān)斑塊脆弱性、大腦容量風(fēng)險(xiǎn)和大腦灌注風(fēng)險(xiǎn)的指數(shù)。

通過確定如下文所述的顱外和顱內(nèi)動(dòng)脈的解剖學(xué)和生理學(xué)數(shù)據(jù)，可預(yù)測(cè)特定患者的動(dòng)脈或器官層面在各種身體條件下的血流變化。此外，可提供其它信息，如短暫性缺血性發(fā)作、缺血性中風(fēng)或動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)、作用于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊或動(dòng)脈瘤的力、醫(yī)學(xué)介入或手術(shù)療法對(duì)顱內(nèi)或顱外血流、壓力、壁應(yīng)力或腦灌注的預(yù)測(cè)影響?？啥匡B內(nèi)或顱外動(dòng)脈中的血流、壓力和壁應(yīng)力，以及總腦灌注和局部腦灌注，并且可確定疾病的功能意義。

除定量從成像數(shù)據(jù)構(gòu)建的三維幾何模型中的血流(例如上文在步驟1212中描述)以外，模型還可被修改來模擬疾病進(jìn)展或消退或醫(yī)藥介入、經(jīng)皮介入或手術(shù)介入的影響。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展可如下建模：隨時(shí)間對(duì)解進(jìn)行迭代，例如通過求出剪應(yīng)力或顆粒滯留時(shí)間，以及依據(jù)血液動(dòng)力學(xué)因素和/或患者特異性生物化學(xué)測(cè)量值來調(diào)適幾何模型以使動(dòng)脈粥樣硬化斑塊發(fā)展得到進(jìn)展。此外，血流、心率、血壓和其它生理學(xué)變量的變化對(duì)顱外和/或顱內(nèi)動(dòng)脈血流或大腦灌注的影響可通過改變邊界條件來建模，并且用以計(jì)算這些變量隨時(shí)間變化的積累作用。

任何實(shí)施方案中闡述的任何方面都可與本文所述的任何其它實(shí)施方案一起使用。本文所述的每一設(shè)備和裝置都可用于任何適合的醫(yī)學(xué)程序，可進(jìn)展經(jīng)過任何適合的身體內(nèi)腔和體腔，并且可用于對(duì)任何適合的身體部分進(jìn)行成像。

將對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易知的是，各種修改和變化可在公開系統(tǒng)和方法中進(jìn)行，而不背離公開內(nèi)容的范疇?？紤]本文公開的公開內(nèi)容的說明書和實(shí)踐后，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易知其它實(shí)施方案。旨在將說明書和實(shí)施例視為僅具有示例性，公開內(nèi)容的真實(shí)范疇和精神由以下權(quán)利要求指示。