對模擬準(zhǔn)確度和性能的圖像質(zhì)量評估制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)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)量的系統(tǒng)和方法。一種方法包括：接收所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的一個或多個圖像；使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器確定所述接收的圖像的一個或多個圖像屬性；使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所述接收的圖像執(zhí)行所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖學(xué)定位或建模；基于所述解剖學(xué)定位或建模獲取與所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的解剖特征相關(guān)聯(lián)的一個或多個圖像特性的識別；以及使用所述計算機(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)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】對模擬準(zhǔn)確度和性能的圖像質(zhì)量評估描述優(yōu)先權(quán)本申請案要求于2014年1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。
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)。
技術(shù)介紹
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)成像中獲取的信息。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。可對罹患胸痛和/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)。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(treadmilltest)和心回波描記術(shù)(echocardiography)。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)。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。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(oculostenoticreflex)”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。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。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。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FFR。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。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┦┯谩⒒颊邷?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。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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
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)。根據(jù)另本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于使用計算機(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)量的方法，所述方法包括：接收所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的一個或多個圖像；使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器確定所述接收的圖像的一個或多個圖像屬性；使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所述接收的圖像執(zhí)行所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖學(xué)定位或建模；基于所述解剖學(xué)定位或建模獲取與所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的解剖特征相關(guān)聯(lián)的一個或多個圖像特性的識別；以及使用所述計算機(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)。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.03.15 US 61/793,162;2014.01.24 US 14/163,5891.一種用于使用計算機(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)量的方法，所述方法包括：接收所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的一個或多個圖像；使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器確定所述接收的圖像的一個或多個圖像屬性，其中所述一個或多個圖像屬性限定所述接收的圖像之一的全部或者多個所述接收的圖像；使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所述接收的圖像執(zhí)行所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖學(xué)定位或建模；針對所述接收的圖像中被選中的一個，獲取所述接收的圖像中所述被選中的一個的一個或多個圖像特性的識別，其中所述一個或多個圖像特性基于所述解剖學(xué)定位或建模與所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的解剖特征相關(guān)聯(lián)；以及使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器基于所述一個或多個圖像屬性和所述接收的圖像中所述被選中的一個的所述一個或多個圖像特性計算所述接收的圖像中所述被選中的一個的圖像質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中基于接收自用戶的輸入識別所述一個或多個圖像特性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器識別所述一個或多個圖像特性。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一個或多個圖像特性包括下列項(xiàng)中的一個或多個：局部對比度、局部噪聲電平、誤配準(zhǔn)、錯位、局部運(yùn)動異常、局部模糊異常、部分容積效應(yīng)、浮散效應(yīng)和偽影。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一個或多個圖像屬性包括下列項(xiàng)中的一個或多個：圖像分辨率、醫(yī)學(xué)解剖切片厚度、掃描儀切片的數(shù)量、藥物參數(shù)和患者特性。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括：計算關(guān)于所述一個或多個圖像特性中的每一個的局部分?jǐn)?shù)；以及進(jìn)一步基于為所述一個或多個圖像特性中的每一個計算的所述局部分?jǐn)?shù)而計算所述圖像質(zhì)量分?jǐn)?shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括：基于所述解剖學(xué)定位或建模生成所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖模型；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預(yù)測所述解剖模型的局部不確定值；基于所述預(yù)測的局部不確定值計算模擬的血流計算的置信區(qū)間；以及將所述解剖模型的總不確定值計算為所述一個或多個圖像的圖像質(zhì)量的定量度量。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括：基于所述解剖學(xué)定位或建模生成所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的解剖模型；基于所述解剖模型創(chuàng)建血流特性的計算模型；以及基于所述患者的血管結(jié)構(gòu)的所述血流特性的所述解剖模型和所述計算模型確定所述患者的解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)的血流特性。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述患者的解剖結(jié)構(gòu)包括所述患者的血管結(jié)構(gòu)的一部分，所述方法進(jìn)一步包括：基于所述解剖學(xué)定位或建模創(chuàng)建血流特性的計算模型；以及基于所述確定的血流特性確定在所述患者的血管結(jié)構(gòu)的血管中功能性顯著狹窄的位置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中：所述血流特性是血流儲備分?jǐn)?shù)值；所述血流儲備分?jǐn)?shù)指示所述患者的血管結(jié)構(gòu)中的第一位置中的壓力與第二位置中的壓力之間的比率；以及所述血流儲備分?jǐn)?shù)是在所述患者的血管結(jié)構(gòu)中的多個位置處確定。11.一種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)，所述系統(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：接收所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分的一個或多個圖像；使用所述計算機(jī)系統(tǒng)的處理器確定所述接收的圖像的一個...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蒂莫西·A·方特，萊昂·J·格雷迪，吳仲樂，米希爾·沙普，斯坦利·C·洪利，蘇馬·森古普塔，
申請(專利權(quán))人：哈特弗羅公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US