屏幕截圖。
【具體實施方式】
[0031]現(xiàn)在將詳細(xì)參考示例性實施方案，其實例在附圖中圖示。盡可能地，在所有附圖中將使用相同的參考標(biāo)號表示相同或相似的部件。
[0032]綜述
[0033]本公開涉及評估并量化醫(yī)學(xué)圖像的質(zhì)量。在一個實施方案中，本公開描述用于評估圖像質(zhì)量的系統(tǒng)和方法，以用于預(yù)測或分析醫(yī)學(xué)成像模擬與建模的精確性和性能的目的。在一個實施方案中，一種用于評估醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的方法包括:接收圖像數(shù)據(jù)和可能的患者信息；通過計算機自動化、用戶指導(dǎo)或組合的手段以局部級和/或全局級執(zhí)行圖像質(zhì)量的評估；以及生成區(qū)域性(例如，針對血管)的或針對全部數(shù)據(jù)集或多個數(shù)據(jù)集的圖像質(zhì)量度量。在一個實施方案中，一種評估醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的方法包括將圖像質(zhì)量度量應(yīng)用于下列項中的一個或多個:(i)評價成像數(shù)據(jù)是否適于實現(xiàn)期望的模擬準(zhǔn)確度、精確度和/或性能；(ii)估計模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度、精確度或置信度；(iii)指導(dǎo)最適于實現(xiàn)期望的準(zhǔn)確度、精確度和/或性能的模擬或建模技術(shù)；和/或(iv)選擇、組合或校正來自接收到的各種數(shù)據(jù)的最佳數(shù)據(jù)，以便實現(xiàn)期望的準(zhǔn)確度、精確度和/或性能。
[0034]在一個實施方案中，質(zhì)量問題或異?？砂?但不限于)低對比度、噪聲、運動或模糊、誤配準(zhǔn)或錯位、低分辨率、局部容積效應(yīng)、射束硬化、從掃描中排除的剪裁解剖、條紋、掃描儀故障、缺失數(shù)據(jù)和/或不一致的對比時序。如果這些問題以使得它們可影響血流模型和模擬的質(zhì)量、準(zhǔn)確度或性能的方式影響關(guān)注信息，諸如冠狀動脈的解剖，那么可期望檢測并評分圖像質(zhì)量問題。接著，成像數(shù)據(jù)的質(zhì)量可針對其對從患者圖像提取期望信息的能力的影響而被分析。
[0035]在示例性實施方案中，所公開的方法和系統(tǒng)涉及對被配置來接收含有至少一些冠狀動脈血管的患者特定成像數(shù)據(jù)的至少一個計算機的使用。為了從成像數(shù)據(jù)對冠狀動脈血流建模，冠狀動脈解剖結(jié)構(gòu)的至少一些部分可被測量、建模、分割或估計。此外，心臟、主動脈、心肌、心室、瓣膜、靜脈或心臟的其它結(jié)構(gòu)的至少一些部分可被測量、建模、分割或估計。與解剖結(jié)構(gòu)表示一起，關(guān)于對比度、對比梯度或其它圖像分析度量的信息可被提取來通知模型。
[0036]因此，在這種示例性實施方案中，公開了用于從患者特定成像數(shù)據(jù)確定圖像質(zhì)量的方法和系統(tǒng)，以用于血流建模和模擬的目的。這種實施方案可包括對冠狀動脈計算機化斷層攝影血管造影術(shù)(cCTA)成像數(shù)據(jù)的評估，以模擬包括(但不限于)下列項的信息:冠狀動脈血流、速率、壓力、斑塊和壁應(yīng)力、以及血流儲備分?jǐn)?shù)(FFR)。所述方法和系統(tǒng)可適用于血管結(jié)構(gòu)的其它區(qū)域，包括(但不限于)頸動脈、周邊、腹部、腎和大腦，以及適用于其它成像模式，包括(但不限于)MR1、PET、SPECT、超聲波和血管造影術(shù)。
[0037]因此，在接下來的某些實施方案中，在冠狀動脈血管結(jié)構(gòu)的圖像的上下文中，描述了用于評估并量化圖像質(zhì)量的系統(tǒng)和方法，以用于實例的目的。更具體而言，在某些實施方案中，在分析用于對患者特定冠狀動脈血管結(jié)構(gòu)建模并模擬通過患者特定冠狀動脈血管結(jié)構(gòu)的血流的圖像的質(zhì)量的上下文中，描述了用于評估并量化圖像斷電系統(tǒng)和方法，以用于實例的目的。然而，應(yīng)明白，在任何其它醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)中，目前公開的用于評估并量化圖像質(zhì)量的技術(shù)同樣適用于評價并操縱關(guān)于任何解剖結(jié)構(gòu)、或關(guān)于任何心血管評價的醫(yī)學(xué)成像。
[0038]示例件心血管h下f
[0039]在一個實施方案中，本公開涉及用于在確定特定患者的血流信息的上下文中，使用以非侵入方式從患者檢索的信息來評估圖像質(zhì)量的方法和系統(tǒng)。在2011年I月25日提交、標(biāo)題為“Method and System for Patient-Specific Modeling of Blood Flow” 的美國專利第8，315，812號中更詳細(xì)地描述了這種方法和系統(tǒng)的各種實施方案，所述專利以引用的方式整體并入本文。
[0040]在一些實施方案中，通過方法和系統(tǒng)確定的信息可涉及患者的冠狀動脈血管結(jié)構(gòu)中的血流。替代地，所確定的信息可涉及患者的血管結(jié)構(gòu)(諸如，頸動脈血管結(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。冠狀動脈血管結(jié)構(gòu)包括在大動脈到小動脈、毛血管、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)，并且包括主動脈，其向多條主要冠狀動脈(例如，左前降支(LAD)動脈、左旋支(LCX)動脈、右冠狀(RCA)動脈等)提供血液，其還可分成動脈的分支，或主動脈和主要冠狀動脈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)主動脈、主要冠狀動脈和/或主要冠狀動脈下游的其它冠狀動脈或血管內(nèi)血流的信息。盡管下文討論了主動脈和冠狀動脈(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。
[0041]在示例性實施方案中，通過所公開的方法和系統(tǒng)確定的信息可包括(但不限于)主動脈、主要冠狀動脈和/或主要冠狀動脈下游的其它冠狀動脈或血管中各種位置的各種血流特性或參數(shù)，如血流速度、壓力(或其比率)、流動速率和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取的信息來確定。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)險下做出。
[0042]圖1展示根據(jù)示例性實施方案的一種用于提供給有關(guān)特定患者的冠狀動脈血流的信息的系統(tǒng)的方面?；颊叩慕馄式Y(jié)構(gòu)的三維模型10可使用以非侵入方式從患者獲取的數(shù)據(jù)創(chuàng)建，如下文較詳細(xì)描述。其它患者特定信息也可以非侵入方式獲取。在示例性實施方案中，由三維模型10表示的患者的解剖結(jié)構(gòu)的部分可包括主動脈的至少一部分，和與主動脈連接的主要冠狀動脈(和由此延伸或發(fā)源的分支)的鄰近部分。
[0043]有關(guān)冠狀動脈血流的各種生理規(guī)律或關(guān)系20可例如從實驗數(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)冠狀動脈血流的多個等式30可如下文較詳細(xì)描述來確定。例如，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(lattice Boltzmann)方法、基于顆粒的方法、水平集(level set)方法、有限元方法等)來確定和求解。等式30可被求解以確定關(guān)于在由模型10表示的解剖結(jié)構(gòu)中各種點的患者的解剖結(jié)構(gòu)中冠狀動脈血流的信息(例如壓力、速度、FFR 等)。
[0044]等式30可使用計算機系統(tǒng)40來求解?；谝亚蠼獾牡仁?，計算機系統(tǒng)40可輸出一個或多個圖像或模擬結(jié)果，其指示有關(guān)由模型10表示的患者的解剖結(jié)構(gòu)中血流的信息。例如，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表示的患者的解剖結(jié)構(gòu)中沿三維的各種位置的各自壓力、速度和CFFR0在冠狀動脈血流增大(例如常規(guī)地由靜脈內(nèi)施用腺苷所誘導(dǎo))的條件下，cFFR可計算為模型10中具體位置的血壓除以主動脈中(例如在模型10的流入邊界處)的血壓的比率。
[0045]在示例性實施方案中，計算機系統(tǒng)40可包括一個或多個存儲指令的非臨時性計算機可讀存儲設(shè)備，所述指令當(dāng)由處理器、計算機系統(tǒng)等執(zhí)行時可進(jìn)行本文所述的用于提供有關(guān)患者血流的信息的各種來源的任一行為。計算機系統(tǒng)40可包括臺式計算機或便攜式計算機、工作站、服務(wù)器、個人數(shù)字助理或任何其它計算機系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)40可包括處理器，只讀存儲器(ROM)，隨機存取存儲器(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/或其它設(shè)備)的用戶界面適配器，用于連接計算機系統(tǒng)40至網(wǎng)絡(luò)的通訊適配器，用于連接計算機系統(tǒng)40至顯示器的顯示器適配器等。例如，顯示器可用以顯示三維模型10和/或通過求解等式30生成的任何圖像，如模擬血壓模型50、模擬血流模型52和/或cFFR模型54。
[0046]圖2展示根據(jù)另一示例性實施方案的一種用于提供有關(guān)特定患者的血流的信息的各種來源的方法60的方面。所述方法可包括獲取患者特定解剖學(xué)數(shù)據(jù)，諸如關(guān)于以下的信息:患者的解剖結(jié)構(gòu)(例如主動脈的至少一部分和與主動脈連接的主要冠狀動脈的鄰近部分(和由此延伸的分支))，以及預(yù)處理所述數(shù)據(jù)(步驟62)?；颊咛囟ń馄蕦W(xué)數(shù)據(jù)可以非侵入方式，例如通過CCTA獲取。
[0047]患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維模型可基于所獲取的解剖學(xué)數(shù)據(jù)創(chuàng)建(步驟64)。例如，三維模型可為上文關(guān)于圖1描述的患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維模型10。
[0048]可制作三維模型以用于分析，并且可確定邊界條件(步驟66)。例如，上文關(guān)于圖1描述的患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維模型10可被修剪并且離散化成體積網(wǎng)(volumetric mesh)，例如有限元網(wǎng)或有限體積網(wǎng)。體積網(wǎng)可用于生成上文關(guān)于圖1描述的等式30。
[0049]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在其邊界處的信息，例如流入邊界、流出邊界、血管壁邊界等。流入邊界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，諸如在靠近主動脈根的主動脈末端。每個流入邊界可例如使用速度、流率、壓力或其它特性的規(guī)定值或值域、通過將心臟模型和/或集中參數(shù)模型與邊界耦合等來賦值。流出邊界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，諸如在靠近主動脈弓的主動脈末端，以及主要冠狀動脈和由此延伸的分支的下游末端。每個流出邊界可例如通過耦合集中參數(shù)或分布(例如，一維波傳播)模型來賦值。流入和/或流出邊界條件的規(guī)定值可通過以非侵入方式測量患者生理學(xué)特性來確定，患者生理學(xué)特性諸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的主動脈、主要冠狀動脈和/或其它冠狀動脈或血管的實體邊界。
[0050]計算分析可使用所制作的三維模型和所確定的邊界條件來執(zhí)行(步驟68)以確定患者的血流信息。例如，計算分析可用等式30并且使用上文關(guān)于圖1描述的計算機40來執(zhí)行，以生成上文關(guān)于圖1描述的圖像，諸如模擬血壓模型50、模擬血流模型52和/或cFFR模型54。
[0051]方法還可包括使用結(jié)果來提供患者特定治療選擇(步驟70)。例如，在步驟64中創(chuàng)建的三維模型10和/或在步驟66中賦值的邊界條件可被調(diào)整以為一種或多種治療(例如，將冠狀動脈支架放在三維模型10中呈現(xiàn)的冠狀動脈中的一個中)或其它治療選擇建模。接著，計算分析可諸如上在步驟68中所述來進(jìn)行，以便生成新圖像，諸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于確定血流速度和壓力的變化。
[0052]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，以提供定量冠狀動脈中的血流并且評估冠狀動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)測醫(yī)藥治療、介入治療和/或手術(shù)治療對冠狀動脈血流的影響。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脈(例如，頸動脈)、頭部動脈(例如，腦動脈)、胸部動脈、腹部動脈(例如，腹主動脈和其分支)、臂動脈或腿