對模擬準(zhǔn)確度和性能的圖像質(zhì)量評估的制作方法
【專利說明】對模擬準(zhǔn)確度和性能的圖像質(zhì)量評估
[0001]描述
[0002]優(yōu)先權(quán)
[0003]本申請案要求于2014年I月24日提交的美國申請案第14/163，589號(其要求于2013年3月15日提交的美國臨時申請案第61/793，162號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益)的優(yōu)先權(quán)，所述申請案中的每一個以引用的方式整體并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本公開的實(shí)施方案涉及用于評估醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的方法和系統(tǒng)，且更具體而言，涉及用于評估關(guān)于解剖和/或血流的患者特定建模的醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0005]醫(yī)學(xué)成像是一項(xiàng)被用來獲取有關(guān)患者的身體、器官、組織或其一部分的解剖結(jié)構(gòu)和生理學(xué)數(shù)據(jù)以供臨床診斷和治療計劃的重要技術(shù)。醫(yī)學(xué)成像包括(但不限于)放射照相術(shù)、計算機(jī)化斷層攝影術(shù)(CT)、核磁共振成像(MRI)、熒光透視、單光子發(fā)射計算機(jī)化斷層攝影術(shù)(SPECT)、正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)(PET)、閃爍攝影術(shù)、超聲波和特定技術(shù)，諸如心回波描記術(shù)、乳房攝影術(shù)、血管內(nèi)超聲波和血管造影術(shù)。可通過非侵入式或侵入式程序獲取成像數(shù)據(jù)。心臟病學(xué)、神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)、腫瘤學(xué)、矯形術(shù)的領(lǐng)域以及許多其它領(lǐng)域受益于醫(yī)學(xué)成像中獲取的ig息。
[0006]具體而言，在心臟病學(xué)領(lǐng)域中，眾所周知，冠狀動脈疾病可導(dǎo)致向心臟提供血液的血管生成病變，諸如狹窄(血管的異常變窄)。因此，流向心臟的血流可能受到限制。罹患冠狀動脈疾病的患者可在身體用力期間經(jīng)歷胸痛(稱為慢性穩(wěn)定性心絞痛)或當(dāng)患者在休息時經(jīng)歷不穩(wěn)定性心絞痛。較嚴(yán)重的疾病表現(xiàn)可引起心肌梗塞或心臟病發(fā)作。需要提供有關(guān)冠狀動脈病變的較精確數(shù)據(jù)，諸如大小、形狀、位置、功能意義(例如，病變是否會影響血流)等?？蓪︻净夹赝春?或顯示冠狀動脈疾病癥狀的患者進(jìn)行一種或多種測試(諸如基于醫(yī)學(xué)成像)，所述測試可提供一些有關(guān)冠狀動脈病變的間接證據(jù)。
[0007]除了 CT、SPECT和PT，對用于非侵入式冠狀評價的醫(yī)學(xué)成像的使用還可包括心電圖、來自血液測試的生物標(biāo)記評價、平板測試(treadmill test)和心回波描記術(shù)(echocard1graphy)。然而，這些非侵入式測試通常不提供冠狀動脈病變的直接評估或評估血流率。非侵入式測試可通過尋找以下的變化來提供冠狀動脈病變的間接證據(jù):心臟電活動(例如，使用心電描記術(shù)(ECG))、心肌活動(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)。
[0008]例如，解剖學(xué)數(shù)據(jù)可使用冠狀動脈計算機(jī)化斷層攝影血管造影術(shù)(CCTA)以侵入方式獲取。CCTA可用于對患有胸痛的患者進(jìn)行成像，并且涉及使用CT技術(shù)以在靜脈內(nèi)輸注對比劑之后對心臟和冠狀動脈進(jìn)行成像。然而，CCTA也無法提供有關(guān)冠狀動脈病變的功能意義(例如，病變是否會影響血流)的直接信息。此外，因?yàn)镃CTA純粹是一種診斷性測試，所以它不能用于預(yù)測以下的變化:在其它生理狀態(tài)(例如，運(yùn)動)下的冠狀動脈血流、壓力、心肌灌注的變化，它也不能用于預(yù)測介入的結(jié)果。
[0009]因此，患者可能需要侵入式測試，諸如診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)以使冠狀動脈病變可視化。診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)可包括執(zhí)行常規(guī)冠狀動脈血管造影術(shù)(CCA)以收集有關(guān)冠狀動脈病變的解剖學(xué)數(shù)據(jù)，所述解剖學(xué)數(shù)據(jù)是由醫(yī)生用動脈的大小和形狀的圖像來提供。然而，CCA不提供用于評估冠狀動脈病變的功能意義的數(shù)據(jù)。例如，醫(yī)生在沒有確定病變是否具有功能意義情況下不能診斷冠狀動脈病變是否有害。因此，CCA已引起被稱為“眼狹窄反射(oculostenotic reflex) ”的程序，其中介入性心臟病專家對使用CCA發(fā)現(xiàn)的每一病變都插入支架，無論病變是否具有功能意義。因此，CCA可導(dǎo)致對患者執(zhí)行不必要的操作，所述不必要的操作可對患者造成增加的風(fēng)險，并且可對患者引起不必要的健康護(hù)理成本。
[0010]在診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)期間，冠狀動脈病變的功能意義可能通過測量觀察到的病變的血流儲備分?jǐn)?shù)(FRR)以侵入方式評估。FFR被定義為在冠狀動脈血流量增大(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(例如主動脈壓)的比率。血壓可通過將壓力線插入患者體內(nèi)而得以測量。因此，可在診斷性心導(dǎo)管插入術(shù)的初始成本和風(fēng)險已生成之后基于所確定的FFR做出治療病變的決定。
[0011]為了填補(bǔ)上述純醫(yī)學(xué)成像和侵入式程序中的每一個留下的間隙，HeartFlow公司已基于患者特定成像數(shù)據(jù)研發(fā)出模擬與建模技術(shù)。例如，各種模擬、建模和計算技術(shù)包括(但不限于):計算力學(xué)、計算流體動力學(xué)(CFD)、數(shù)值模擬、多尺度建模、蒙特卡羅模擬、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和各種其它計算方法以求解數(shù)學(xué)模型。這些技術(shù)可提供有關(guān)下列項(xiàng)的信息:生物力學(xué)、流體力學(xué)、解剖學(xué)和生理學(xué)隨時間發(fā)生的變化、電生理學(xué)、對組織的應(yīng)力與應(yīng)變、器官功能和神經(jīng)功能等。該信息可在進(jìn)行成像研究或預(yù)測由于醫(yī)學(xué)程序或時間流逝和疾病發(fā)展而隨時間發(fā)生的變化時提供。
[0012]計算模擬與建模的一個說明性應(yīng)用由HeartFlow公司描述用于從非侵入式成像數(shù)據(jù)對血管的血流建模，包括評估各種醫(yī)藥治療、介入治療或手術(shù)治療的效果(參見美國專利號 8，386，188 ;8，321，150 ;8，315，814 ;8，315，813 ;8，315，812 ;8，311，750 ；8，311，748 ；8, 311,747 ;和8，157,742)。具體而言，HeartFlow公司已經(jīng)研發(fā)了用于非侵入式地評估冠狀動脈解剖、心肌灌注和冠狀動脈流的方法，以減少侵入式FFR測量的上述缺點(diǎn)。特定而言，CFD模擬已經(jīng)成功地用于預(yù)測動脈中的血液的流速和壓力的時空變化，包括FFR0這種方法和系統(tǒng)使執(zhí)行下列項(xiàng)的心臟病專家受益:對患有疑似冠狀動脈疾病的患者進(jìn)行診斷并計劃治療，以及預(yù)測在無法被直接測量的條件(例如，運(yùn)動)下的冠狀動脈血流和心肌灌注，且預(yù)測對冠狀動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。
[0013]對于上述技術(shù)和基于圖像的建模和模擬的許多其它應(yīng)用，圖像數(shù)據(jù)的特性和質(zhì)量是重要的。在醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)的采集期間，可能存在各種影響圖像的質(zhì)量的偽影或限制。例如，下列項(xiàng)的設(shè)置和能力可影響所得的圖像質(zhì)量:時空分辨率、能量-組織相互作用、患者或器官運(yùn)動、重構(gòu)算法、硬件故障、時序或采集、檢測器敏感度、藥物或?qū)Ρ葎┦┯?、患者?zhǔn)備和各種其它因素。效果包括(但不限于)分辨率低、運(yùn)動偽影或模糊偽影、高噪聲、組織對比度低、不良灌注、部分容積效應(yīng)、失真、結(jié)構(gòu)的裁剪、陰影等。因?yàn)檫@些質(zhì)量問題可影響基于成像數(shù)據(jù)的模型和模擬的性能和準(zhǔn)確度，所以需要確定圖像質(zhì)量是否合適或確定圖像質(zhì)量對建模和模擬結(jié)果的影響。
[0014]因此，需要用于評估并量化醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的方法和系統(tǒng)，且更具體而言，需要用于評估并量化關(guān)于血流的患者特定建模的醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的方法和系統(tǒng)。前述一般描述和以下詳細(xì)描述僅是示例性和解釋性的，且不限制本公開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]根據(jù)實(shí)施方案，公開了用于使用計算機(jī)系統(tǒng)評估患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的醫(yī)學(xué)圖像的質(zhì)量。一種方法包括:接收患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的一個或多個圖像；使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器確定所接收的圖像的一個或多個圖像屬性；使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所所接收的圖像執(zhí)行患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖學(xué)定位或建模；基于解剖學(xué)定位或建模獲取與患者的解剖結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)特征相關(guān)聯(lián)的一個或多個圖像特性的識別；以及使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所述一個或多個圖像屬性和所述一個或多個圖像特性計算圖像質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0016]根據(jù)另一實(shí)施方案，公開了用于評估患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的醫(yī)學(xué)圖像的質(zhì)量的系統(tǒng)。一種系統(tǒng)包括:數(shù)字存儲設(shè)備，其存儲用于評估患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的醫(yī)學(xué)圖像的質(zhì)量的指令；和處理器，其被配置來執(zhí)行所述指令以執(zhí)行包括下列項(xiàng)的方法:接收患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的一個或多個圖像；使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器確定所接收的圖像的一個或多個圖像屬性；使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所接收的圖像執(zhí)行患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖學(xué)定位或建模；基于解剖學(xué)定位或建模獲取與患者的解剖結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)特征相關(guān)聯(lián)的一個或多個圖像特性的識別；以及使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所述一個或多個圖像屬性和所述一個或多個圖像特性計算圖像質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0017]根據(jù)另一實(shí)施方案，公開了一種非臨時性計算機(jī)可讀介質(zhì)，其在包含計算機(jī)可執(zhí)行編程指令的至少一個計算機(jī)系統(tǒng)上使用，所述計算機(jī)可執(zhí)行編程指令用于評估患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的醫(yī)學(xué)圖像的質(zhì)量，且當(dāng)所述計算機(jī)可執(zhí)行編程指令被至少一個計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行時，促使執(zhí)行包括下列項(xiàng)的方法:接收患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的一個或多個圖像；使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器確定所接收的圖像的一個或多個圖像屬性；使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所接收的圖像執(zhí)行患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖學(xué)定位或建模；基于解剖學(xué)定位或建模獲取與患者的血管結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)特征相關(guān)聯(lián)的一個或多個圖像特性的識別；以及使用計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所述一個或多個圖像屬性和所述一個或多個圖像特性計算圖像質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0018]另外的實(shí)施方案和優(yōu)勢將在接下來的描述中部分地闡述，而部分地將從描述中顯而易見，或可從本公開的實(shí)踐中學(xué)習(xí)到?？赏ㄟ^下文特別指出的元件和組合的方式實(shí)現(xiàn)并獲得實(shí)施方案和優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0019]并入并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖圖示了若干實(shí)施方案，且與描述一起用于解釋本公開的原理。
[0020]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方案的用于確定有關(guān)特定患者中的冠狀動脈血流的各種信息的系統(tǒng)的示意圖；
[0021]圖2是根據(jù)示例性實(shí)施方案的用于確定有關(guān)特定患者中的冠狀動脈血流的各種信息的方法的流程圖；
[0022]圖3是描述根據(jù)各種示例性實(shí)施方案的用于評估醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量、生成圖像質(zhì)量度量并使用圖像質(zhì)量度量的示例性方法的流程圖；
[0023]圖4是描述根據(jù)示例性實(shí)施方案的用于實(shí)現(xiàn)并執(zhí)行醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的用戶指導(dǎo)的評估的示例性方法的流程圖；
[0024]圖5是描述根據(jù)各種示例性實(shí)施方案的用于執(zhí)行醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的計算機(jī)自動化的評估、圖像質(zhì)量度量的生成和圖像質(zhì)量度量的使用的示例性過程的流程圖；
[0025]圖6是描述根據(jù)各種實(shí)施方案的用于在估計冠狀動脈血流儲備分?jǐn)?shù)值的上下文中評估醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量、生成圖像質(zhì)量度量并使用圖像質(zhì)量度量的示例性過程的流程圖；
[0026]圖7A是根據(jù)各種示例性實(shí)施方案的基于CT圖像質(zhì)量評審的血流儲備誤差分?jǐn)?shù)與接受或拒絕的示例性箱線圖；
[0027]圖7B是根據(jù)各種示例性實(shí)施方案的基于CT圖像質(zhì)量評審的血流儲備分?jǐn)?shù)誤差與評分的示例性箱線圖；
[0028]圖8是描繪根據(jù)各種示例性實(shí)施方案的基于圖像質(zhì)量、血管數(shù)量在血流儲備分?jǐn)?shù)與計算化斷層攝影術(shù)的性能或準(zhǔn)確度之間所進(jìn)行的比較的示例性柱狀圖；
[0029]圖9是描繪根據(jù)各種示例性實(shí)施方案的用于基于心血管的內(nèi)腔特征對圖像特性評分的示例性量規(guī)的表格；以及
[0030]圖10是根據(jù)各種示例性實(shí)施方案的用于顯示計算機(jī)化斷層攝影術(shù)質(zhì)量評級與基準(zhǔn)性能的示例性界面的