用于评估对象的心脏的流出道梗阻的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于评估对象的心脏的流出道梗阻的系统、对应的方法和对应的计算机程序。本发明具体应用于评估由二尖瓣置换流程引起的流出道的潜在梗阻，特别是由二尖瓣植入物引起的流出道的潜在梗阻。然而，应当理解，本发明还可以应用于其他领域中，并且不必限于上述应用。

背景技术：

二尖瓣反流是老年患者最常见的心脏病之一，其中，二尖瓣置换是用于处置二尖瓣反流患者的黄金标准之一。然而，二尖瓣置换后的典型并发症之一是左心室流出道(lvot)梗阻。二尖瓣植入物使二尖瓣小叶向主动脉瓣扩张或移动，从而使lvot拉长并变窄，这可以极大地影响血流并因此影响左心室和主动脉之间的压降。

因此，例如期望评估以便测量或甚至预测由二尖瓣植入物引起的梗阻。到目前为止，临床医生识别计算机断层摄影(ct)体积的合适切片并在介入之前和/或之后标记流出道。此过程容易出错，因为它高度依赖于切片的选择，并且对于定量评价来说不存在明确定义的度量或标准。

us2016/0166332a1公开了一种用于评价假体心脏瓣膜在感兴趣结构中的放置的方法。该方法包括采集包括感兴趣结构的感兴趣解剖区域的一个或多个描绘，其中，每个描绘示出感兴趣结构和/或患者心脏的左心室流出道(lvot)的血池体积。该方法还包括在一个或多个描绘中的至少一个中指定一个或多个位置，其中，每个位置对应于可以放置假体瓣膜的感兴趣结构中的相应位置。该方法还包括：针对一个或多个指定位置中的每个，预测通过患者心脏的lvot的血流梗阻量，如果假体瓣膜将被放置在感兴趣结构中的对应位置处，则将会发生血流梗阻。

技术实现要素：

本发明的目的是提供这样的系统和方法：其允许改善对对象的心脏的流出道梗阻的评估。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于评估对象的心脏的流出道梗阻的系统，其中，所述系统包括：几何模型提供单元，其用于提供所述心脏的几何模型；体积图像提供单元，其用于提供所述心脏的体积图像；第一几何模型调整单元，其用于针对所述体积图像来调整所述几何模型以获得经调整的几何模型；第二几何模型调整单元，其用于提供植入物的植入物模型和用于将所述植入物模型构建到所述经调整的几何模型中以获得增强的经调整的几何模型；轨迹曲线确定单元，其用于根据所述经调整的几何模型和所述增强的经调整的几何模型中的至少一个来确定通过流出道的轨迹曲线；以及流出道梗阻评估单元，其用于基于所述经调整的几何模型、所述增强的经调整的几何模型和所述轨迹曲线来评估流出道梗阻。所述轨迹曲线逼近通过所述流出道的中心线并且包括在解剖界标之间的内插物，例如，内插的样条曲线，其中，所述解剖界标包括主动脉瓣平面的中心、挤压的二尖瓣平面的中心以及尖端，其中，所述解剖界标被包括在所述几何模型中并且/或者是基于所述几何模型来确定的。

由于流出道梗阻评估单元基于两个模型来评估流出道梗阻，其中，一个模型是经调整的几何模型，而另一个模型是增强的经调整的几何模型，因此能够通过例如两个模型的比较来促进对流出道梗阻的评估。不是选择心脏的体积图像的二维切片，而是针对体积图像来调整心脏的几何模型，即，基于体积图像的所有维度的信息来调整心脏的几何模型。

优选地，能够有利地采用体积图像的所有细节来调整几何模型。由于通过将植入物的植入物模型构建到经调整的几何模型中来进一步增强经调整的几何模型，因此获得了第二模型，第二模型与经调整的几何模型的不同之处在于第二模型还包括构建于其中的植入物模型。因此，经调整的几何模型和增强的经调整的几何模型提供了用于评估的共同基础，即，经调整的几何模型，其提供了对流出道梗阻的促进的评估。

优选地，轨迹曲线是描述通过流出道的曲线的几何函数。基于已经针对体积图像调整的心脏的几何模型和额外的解剖界标来构建轨迹曲线，所述额外的解剖界标能够被编码到几何模型中，或者，备选地或额外地，所述额外的解剖界标能够基于几何模型来计算。由于流出道梗阻评估单元基于轨迹曲线来评估流出道梗阻，因此流出道梗阻能够与通过流出道的路径相关，其中，路径与轨迹曲线重合。

总之，基于经调整的几何模型、增强的经调整的几何模型和通过流出道的轨迹曲线的组合，实现了对流出道梗阻的改善的评估。

对象优选是人类患者。然而，对象也能够是动物。

优选地，几何模型包括心脏形状的明确定义。众所周知，例如器官的几何模型能够针对图像数据来调整并用于例如分割对象。

优选地，心脏的体积图像是利用任何合适的成像模态获得的心脏的图像，其允许得到心脏的三维体积视图。优选地，但不受限制地，利用磁共振成像(mri)、计算机断层摄影(ct)或核医学(例如，单光子发射计算机断层摄影(spect))中的至少一种来获得体积图像。

在实施例中，流出道是对象的心脏的左心室流出道(lvot)。然而，在其他实施例中，流出道也能够是不同的管状结构，例如，不同的流出道，例如，右心室流出道(rvot)。

在实施例中，植入物模型包括二尖瓣植入物的模型。二尖瓣植入物是与心脏相关的手术领域中的常见植入物。然而，在其他实施例中，植入物模型还能够包括不同植入物的模型，例如，主动脉瓣植入物的模型。

在实施例中，几何模型和植入物模型中的至少一个是3d模型。

优选地，几何模型和植入物模型都被提供为3d模型。在其他实施例中，几何模型和植入物模型中的至少一个(优选是几何模型)被提供为四维模型，即，被提供用于对应于对象的跳动心脏的不同相位的至少两个不同的时间位置。由于心脏的流出道会在心脏的心跳周期内改变，因此，通过采用考虑在该周期期间的超过一个单点的几何模型，能够考虑对流出道梗阻具有最大影响的点。在其他实施例中，为不同的相位提供多个3d模型，而不是单独地考虑这些3d模型。

在一个实施例中，所述第二几何模型调整单元能够适于在所述经调整的几何模型中确定瓣膜的环形圈并且将所述植入物模型相对于所述环形圈进行定位，其中，所述环形圈限定包括中心位置和法向矢量的平面。

环形圈优选地对应于几何模型中将植入植入物(例如，二尖瓣植入物)的部分。换句话说，环形圈优选对应于二尖瓣叶源自的解剖结构。能够在几何模型中预定义环形圈，即，能够已经向几何模型提供指示几何模型中包含的解剖结构的额外信息。在其他实施例中，还能够基于几何模型的几何结构来确定环形圈。

由于环形圈限定例如通过二尖瓣的开口，因此环形圈所在的平面中的中心位置能够与法向矢量一起限定。然后能够相对于环形圈定位植入物模型。

在一个实施例中，所述第二几何模型调整单元还能够适于基于用户的输入来允许所述植入物模型的平移和/或旋转。

优选地，能够借助于任何已知的用户输入单元来提供用户的输入。通过在相对于环形圈定位植入物模型之后允许植入物模型的平移和/或旋转，能够进一步改善植入物模型在经调整的几何模型内的定位。

在一个实施例中，所述第二几何模型调整单元能够适于将所述植入物模型提供为网格模板并且/或者基于所述经调整的几何模型的环形圈几何结构或二尖瓣来构建几何结构，其中，所述网格模板基于大小、宽度和长度中的至少一个而被参数化。

在将植入物模型提供为网格模板的情况下，能够有利地针对在经调整的几何模型中确定的环形圈来调整网格模板。为此，能够采用网格模板的大小、宽度和长度中的至少一个(其作为参数而被包括)。在不同实施例中，植入物模型是基于环形圈几何结构或二尖瓣来构建的，即，是使用几何考虑来创建的。然而，在其他实施例中，也预见到两种方法的组合或用于提供植入物模型的不同的方法。

在一个实施例中，所述流出道梗阻评估单元能够适于基于所述增强的经调整的几何模型与所述经调整的几何模型之间的差异并基于所述轨迹曲线来提供指示在二尖瓣置换之前和之后的梗阻的相对量。

通常，在二尖瓣置换之后，二尖瓣植入物的部分占据流出道。由于流出道梗阻评估单元能够提供指示该相对梗阻的相对量，因此能够获得由于二尖瓣置换引起的梗阻的定量指示。

基于轨迹曲线来利用经调整的几何模型、增强的经调整的几何模型和流出道之间的相互关系。由于增强的经调整的几何模型是基于经调整的几何模型确定的并且优选共享相同的拓扑信息和/或额外信息(例如，界标信息和/或标签)，因此这些模型能够直接相关并且促进对流出道的评估。

在一个实施例中，所述轨迹曲线确定单元能够被配置为基于所述心脏的所述几何模型来确定从所述主动脉瓣平面的中心点到所述尖端的所述轨迹曲线。

优选地，主动脉瓣平面的中心点是在几何模型中以与环形圈相同的方式获得的。更具体地，主动脉瓣平面的中心点能够被编码到几何模型中或者能够基于几何模型来计算。优选地，几何模型提供单元和/或第一几何模型调整单元适于从几何模型中提取例如针对瓣膜的解剖平面以及诸如尖端的重要界标。

在一个实施例中，所述轨迹曲线能够逼近通过所述流出道的中心线并且包括在解剖界标之间的内插物，例如，内插的样条曲线，其中，所述解剖界标包括主动脉瓣平面的中心、挤压的二尖瓣平面的中心以及尖端，其中，所述解剖界标被包括在所述几何模型中或者是基于所述几何模型来确定的。

在该实施例中，解剖界标包括主动脉瓣平面的中心、挤压的二尖瓣平面的中心以及尖端。然而，在其他实施例中，还能够考虑另外的或备选的界标。通常，通过流出道的中心线并不是能够明确导出的。因此，轨迹曲线优选借助于内插物逼近通过流出道的中心线。然而，在其他实施例中，也预见到构建通过流出道的中心线的其他定义和方法。

在实施例中，轨迹曲线确定单元适于采用经修改的距离变换、中轴变换或维诺分解中的至少一个来确定轨迹，在以包括三角形顶点的网格模型的形式提供几何模型的情况下尤其如此。

在该实施例中，心脏的几何模型不必在语义上丰富，即，不必包括编码于其中的解剖界标等。例如，在该实施例中，心脏的几何模型能够被提供为由三角形和顶点组成的网格，其中，中心线是基于该网格来构建的。上面提到的示例性算法根据三维离散结构推断出骨架。然而，在其他实施例中，也能够使用其他推断算法来构建轨迹曲线，特别是通过流出道的中心线。

在实施例中，所述系统还包括：切片平面确定单元，其用于确定对应于所述轨迹曲线的点的切片平面，其中，所述切片平面的法线与所述轨迹曲线在所述点上的切线相重合。

优选地，平面以轨迹曲线为中心。由于轨迹曲线提供引导通过流出道的几何函数并且切片平面对应于垂直于轨迹曲线上的点的平面，因此切片平面包括沿着通过流出道的轨迹的流出道的横截面视图。

在实施例中，所述系统还包括：横截面确定单元，其用于基于所述切片平面来确定所述流出道的横截面。

确定横截面优选包括从模块的周围元素描画左心室结构。优选地，几何模型已经包括心室壁作为编码于其中的元素，使得促进基于切片平面来确定流出道的横截面。

在一个实施例中，所述横截面确定单元能够被配置为基于洪水填充或区域生长中的至少一个来确定流出道的横截面。

虽然平坦填充或区域生长被明确地列为用于确定任意形状的面积(例如，包括于切片平面中的流出道的横截面)的算法，但是也能够采用用于确定这样的任意形状的表面的其他算法，对于本领域技术人员来说，这样的其他算法也是众所周知的。

例如，在其他实施例中，例如在待填充的横截面可能由分段断开的边界曲线给出(即，横截面能够由多个未连接的部分组成)的情况下，能够采用直接对点集(例如，alpha形状)进行操作的算法。例如，在n.akkiraju等人的文章“alphashapes:definitionandsoftware”(载于1995年明尼阿波利斯国际计算几何软件研讨会论文集)中已经描述了对alpha形状的使用。

优选地，针对经调整的几何模型和增强的经调整的几何模型两者(即，针对包括植入物模型的模型和不包括植入物模型的模型两者)来确定横截面。

在实施例中，该系统允许用户对潜在的心脏模型和/或植入物模型进行调整。基于这些调整，横截面确定单元然后能够适于重新评价流出道的横截面。

在实施例中，所述系统还包括：高度轮廓确定单元，其用于确定与针对所述轨迹曲线的不同点的所述切片平面相关的参数的高度轮廓；以及显示单元，其中，所述显示单元被配置为同时显示所述切片平面和所述高度轮廓并在所述高度轮廓上指示出所述切片平面所对应的点。

由于显示单元被配置为将切片平面与高度轮廓一起显示，因此用户(例如，医生)能够同时评价切片平面和与该切片平面相关的相关参数。优选地，医生能够调节要在显示单元中显示的相关参数。此外，医生能够操作输入单元并沿着轨迹曲线移动，其中，对应于沿着轨迹曲线的当前位置的切片平面同时进行显示并在高度轮廓中进行指示。

横截面确定单元优选确定针对沿着轨迹曲线的预定义的等距离位置的集合的横截面。

在一个实施例中，所述参数能够是所述切片平面中的所述流出道的面积、周长或紧凑度度量中的至少一个，例如，形状因子。

形状因子包括但不限于圆形度或伸长形状因子。在其他实施例中，能够使用用于高度轮廓的备选参数或额外参数。

在一个实施例中，高度轮廓能够基于针对所述经调整的几何模型和所述增强的经调整的几何模型中的至少一个的参数。

高度轮廓能够指示针对经调整的几何模型、增强的经调整的几何模型或者针对增强的经调整的几何模型与经调整的几何模型之间的差异的参数。换句话说，并且在参数被示例性地认为是面积的情况下，高度轮廓能够指示包括植入物的增强的经调整的几何模型与没有植入物的经调整的几何模型之间的流出道的面积的差异，使得能够直接从高度轮廓中提取基于植入物模型的流出道梗阻的效果。

在实施例中，所述系统还包括：加权函数确定单元，其用于基于所述几何模型、所述经调整的几何模型和所述增强的经调整的几何模型中的至少一个来确定针对至少一个切片平面的加权函数，其中，所述加权函数考虑所述流出道的非线性流体力学，并且其中，所述流出道梗阻评估单元适于基于所述加权函数来评估所述流出道梗阻。

由于流出道梗阻是基于加权函数评估的，因此能够考虑非线性流体力学，并且通过考虑仅基于植入物模型的体积梗阻，能够更准确地评估流出道梗阻。换句话说，不是直接确定梗阻，基于加权函数来评估流出道梗阻，加权函数能够优选指示流出道上的压降。

在一个实施例中，所述流出道的体积被表示为基于沿着所述轨迹曲线的切片平面确定的横截面的集合，其中，所述流出道梗阻评估单元适于基于所述加权函数在所述流出道上的体积积分来确定流出道几何结构。

优选地，所述流出道能够被表示为沿着轨迹曲线对横截面的求和。因此，积分体积(在其上对加权函数进行积分)是整个流出道。然而，在其他示例中，流出道的部分也能够用于对加权函数进行积分。

在一个实施例中，加权函数确定单元能够适于基于第一贡献和第二贡献的求和来确定加权函数，其中，第一贡献是沿着轨迹曲线的纵向距离，第二贡献是根据沿着切片平面距轨迹曲线的距离来确定的。

加权函数的这种优选定义基于以下发现：基于流体力学，如果梗阻更接近主动脉瓣并且同样地更接近流出道的中心线(即，更接近轨迹曲线)，则该梗阻更多地影响血流。优选地，通常，非线性函数(其表示第一贡献和第二贡献两者的权重，其求和得到总加权函数)将在校准步骤的过程中得到确定。进一步优选地，能够例如通过多项式函数来逼近两个校准函数。因此，覆盖了距离与对压降的影响之间的各种可能的关系的广泛范围，其中，能够通过例如在预先选择的一组函数和参数范围上的交叉验证来学习多项式校准函数的参数。使用多项式函数作为针对加权函数的贡献的逼近允许促进的计算和校准。然而，在其他实施例中，也能够使用不同的逼近函数。

在一个实施例中，所述加权函数确定单元适于确定参数化加权函数并基于流动模拟来校准所述参数化加权函数，使得作为校准结果，所述参数化加权函数逼近所述流动模拟的结果。

优选地，流动模拟允许模拟并预测心脏的物理量。然而，(例如在临床环境中的在线使用期间)直接在用于评估流出道梗阻的系统中应用流动模拟是不可能的，因为这种任务完成起来耗时且复杂，这对于临床环境中的应用来说是不可行的。然而，使用逼近流动模拟的结果的参数化加权函数会避免在临床环境中建立和执行流动模拟的缺点。尽管如此，利用流动模拟可获得的准确度能够被移植到用于评估流动道梗阻的系统中，以及在临床过程期间的在线使用。例如，包括具有和不具有实施的植入物模型的几何模型的一组训练示例被用作输入，其中，建立模拟以预测主动脉瓣与左心室之间的压降。结果被视为基准真值并且用于基于例如回归和交叉验证来确定加权函数的参数。

在一个实施例中，几何模型提供单元、体积图像提供单元、第一几何模型调整单元、第二几何模型调整单元、流出道梗阻评估单元、轨迹曲线确定单元、切片平面确定单元、横截面确定单元、高度轮廓确定单元以及加权函数确定单元能够提供在被布置在相同或不同物理设备中的一个或多个处理器中。更确切地说，在一个实施例中，第一几何模型调整单元、第二几何模型调整单元、流出道梗阻评估单元、轨迹曲线确定单元、切片平面确定单元、横截面确定单元、高度轮廓确定单元以及加权函数确定单元能够与几何模型提供单元和/或体积图像提供单元和/或显示单元和/或输入单元一起被提供在单个设备中，或者，在不同实施例中，这些单元被分布在多个设备上。

在一个实施例中，几何模型提供单元、体积图像提供单元、第一几何模型调整单元、第二几何模型调整单元、流出道梗阻评估单元、轨迹曲线确定单元、切片平面确定单元、横截面确定单元、高度轮廓确定单元以及加权函数确定单元中的一个或多个或全部被提供在服务器处，所述服务器适于通过合适的通信手段(例如经由互联网)与系统的其余部分通信以评估流出道梗阻。

在另外的方面中，提供了一种用于评估对象的心脏的流出道梗阻的方法，所述方法包括：a)提供所述心脏的几何模型，b)提供所述心脏的体积图像，c)针对所述体积图像来调整所述几何模型以获得经调整的几何模型，d)提供植入物的植入物模型并将所述植入物模型构建到所述经调整的几何模型中以获得增强的经调整的几何模型，e)根据所述经调整的几何模型和所述增强的经调整的几何模型中的至少一个来确定通过流出道的轨迹曲线，并且f)基于所述经调整的几何模型、所述增强的经调整的几何模型和所述轨迹曲线来评估流出道梗阻。

在另外的方面中，提供了一种用于评估对象的心脏的流出道梗阻的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码单元，当所述计算机程序在根据权利要求1所述的系统上运行时，所述程序代码单元用于令所述系统执行根据权利要求13所述的方法。

应当理解，根据权利要求1所述的用于评估的系统、根据权利要求14所述的用于评估的方法以及根据权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所定义的相似和/或相同的优选实施例。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。

附图说明

在以下附图中：

图1示意性且示例性地示出了用于评估对象的心脏的流出道梗阻的系统的实施例，

图2a和图2b示意性且示例性地示出了关于增强的经调整的几何模型的透视图，

图3a和图3b示意性且示例性地示出了由于二尖瓣置换引起的流出道梗阻，

图4示意性且示例性地图示了轨迹曲线确定单元的操作，

图5示意性且示例性地图示了切片平面确定单元的操作，

图6示例性地图示了横截面确定单元的操作，

图7示意性且示例性地图示了高度轮廓确定单元的操作，

图8示意性且示例性地图示了关于增强的经调整的几何模型的透视图，

图9示意性且示例性地图示了对两个平面中的加权函数的贡献的定义，并且

图10示意性且示例性地图示了根据本发明的用于评估对象的心脏的流出道梗阻的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性且示例性地示出了用于评估对象的心脏的流出道梗阻的系统1的实施例。系统1包括几何模型提供单元10、体积图像提供单元20、第一几何模型调整单元30、第二几何模型调整单元40、流出道梗阻评估单元50、轨迹曲线确定单元60、切片平面确定单元70、横截面确定单元80、高度轮廓确定单元90以及加权函数确定单元100。系统1的所有单元都能够被提供在单个位置或不同位置和/或远程位置处，例如被实施在单个计算机上或者被实施在通过网络(例如，互联网)分布的多个计算机上。

在该示例中，几何模型提供单元10能够提供人类或动物对象的心脏的几何模型。例如，几何模型能够是丰富模型，其包括包含于模型中的解剖界标和结构。

在该示例中，体积图像提供单元20适于提供心脏的体积图像，所述心脏的体积图像被提供在体积图像提供单元20内的存储设备或不同位置上。在其他示例中，体积图像提供单元20还能够包括体积图像采集单元，其中，体积图像提供单元20然后适于提供由体积图像采集单元采集的心脏的体积图像。换句话说，体积图像提供单元20能够提供先前采集的体积图像，或者能够通过自己获得体积图像。能够预见到本领域中已知的用于获得心脏的体积图像的所有合适的医学成像技术，并且能够有利地在体积图像提供单元20中采用这些技术。

几何模型提供单元10向第一几何模型调整单元30提供几何模型。第一几何模型调整单元30还被配置为被提供有来自体积图像提供单元20的体积图像。基于几何模型和体积图像，第一几何模型调整单元30针对体积图像来调整几何模型以获得经调整的几何模型30(例如，参见图3)。

基于经调整的几何模型32，第二几何模型调整单元40提供植入物模型44(例如，参见图2)并将植入物模型44构建到经调整的几何模型32中以获得增强的经调整的几何模型42。

流出道梗阻评估单元50基于从第一几何模型调整单元30接收的经调整的几何模型32和从第二几何模型调整单元40接收的增强的经调整的几何模型42来评估流出道梗阻。虽然在该示例中轨迹曲线确定单元60、切片平面确定单元70、横截面确定单元80、高度轮廓确定单元90以及加权函数确定单元100被图示为被布置在流出道梗阻评估单元50内，但是在其他实施例中，能够独立地提供被图示为位于流出道梗阻评估单元50内的单元中的一个、多个或所有单元。

对系统1中包含的单元之间的通信没有限制，并且能够根据技术人员的需要引入未在图1中明确描绘的额外的通信路径和链路。

第二几何模型调整单元40适于将植入物模型44相对于经调整的心脏模型32的环形圈进行定位。环形圈限定二尖瓣源自的平面，并由中心位置和法向矢量给出。该中心位置和法向矢量用于将植入物模型44定位在经调整的几何模型32内。系统1能够提供在由第二几何模型调整单元40对植入物模型44进行定位之后在三维中任意地移动和/或旋转该植入物模型或者将该植入物模型与环形几何结构对齐的方法或工具。然后，流出道梗阻评估单元50适于以在线方式(即，基本上实时地)计算流出道梗阻，作为涉及在虚拟瓣膜置换之前和之后的流出道梗阻的相对量。

将参考如图2-9中所图示的示例性实施例来更详细地描述流出道梗阻评估单元50和系统1的其他单元的评估。

图2a和图2b各自示意性且示例性地图示了关于增强的经调整的几何模型42的透视图，其中，标记了心脏的主动脉瓣3、二尖瓣4、左心室5和尖端6。在示例中示出了叠加到二尖瓣4上的植入物模型44。

植入物模型44已经基于由对应于二尖瓣4的环形圈结构所限定的平面定位到合适地方。植入物模型44已经与该平面的中心和法线对齐。

图2b还图示了流出道52的方向和流出道体积56。流出道52基于主动脉瓣平面13，该主动脉瓣平面已经被放置在主动脉瓣3的平面中。例如，流出道体积56能够被计算为在从主动脉瓣平面13到尖端6的流出道52上的加权体积积分。

图3a和图3b分别示意性且示例性地图示了通过左心室5的二维切片视图中的经调整的几何模型32和增强的经调整的几何模型42之间的差异。除了图3a中描绘的经调整的几何模型32之外，图3b中示出的增强的经调整的几何模型42还包括与二尖瓣4对齐的植入物模型44。在两幅图像中都突出显示流出道52。在图3b的情况下，能够看到流出道52的部分发生梗阻，其被指示为流出道梗阻54。因此，经调整的几何模型32与增强的经调整的几何模型42之间的差异能够用于评估流出道梗阻。

接下来，更详细地描述了生成植入物模型44并将其放置到经调整的几何模型32中的一个示例。在该示例中，植入物模型44是二尖瓣植入物的模型并且被定义为二尖瓣4的挤压的d形环形，即，具有d形横截面的相当简单的几何形状。正因如此，植入物模型44能够被视为用于许多不同种类的二尖瓣植入物的通用占位器。然后能够通过大小、长度、倾斜度以及相对于二尖瓣4的相对位置对通用植入物模型44快速进行参数化。因此，没有必要获得最终植入物的特定模型，该特定模型可能很难从制造商处获得。通用植入物模型44能够有利地用于规划二尖瓣置换流程及其对lvot的影响。

图4示意性且示例性地图示了在经调整的几何模型32的示例中的轨迹曲线确定单元60的操作。轨迹曲线确定单元60确定从主动脉瓣平面13的中心到尖端6的轨迹曲线62，其中，轨迹曲线62逼近通过左心室5的流出道的中心线。

基于心脏本身的几何模型和能够被编码到模型中的或基于模型来计算的额外的解剖界标来构建轨迹曲线62。在该示例中，轨迹曲线62由内插的样条曲线来定义，其中，如简要指示的那样，控制点由主动脉瓣平面13的中心、挤压的二尖瓣平面14的中心以及尖端6给出。一旦已经针对体积图像调整了几何模型并且已经获得了经调整的几何模型32，就能够以简单直接的方式计算支撑结构。在几何模型在语义上并不丰富但仅作为网格给出的情况下，也能够通过应用算法来构建中心线，该算法根据三维离散结构推断出骨架。

应当注意，在该示例中，二尖瓣平面14是虚拟平面，所述虚拟平面优选被自动放置到模型中。所述虚拟平面用于定义测量结果，例如，二尖瓣环形的投影宽度或长度。尽管二尖瓣平面14被自动放置，但是该二尖瓣平面优选能够由用户在以后改变。

如上所述，轨迹曲线62逼近流出道的中心线。优选地，轨迹曲线62的控制点能够由用户修改和/或改进(例如上面针对二尖瓣平面14所例示的)，以便手动优化轨迹曲线62。通过对控制点的重复内插，控制点能够由用户修改(即，用户能够改变曲线的形状)，同时保持其平滑度。

图5示意性且示例性地图示了切片平面确定单元70的操作，该切片平面确定单元适于构建垂直于轨迹曲线62的切片平面。图5图示了沿着通过流出道的轨迹曲线62的不同位置处的三个切片平面72。在图5中采用经调整的几何模型32作为基础，其中，切片平面确定单元70还适于基于增强的经调整的几何模型42来确定切片平面72。

图6示例性地图示了横截面确定单元80的操作。切片平面72中的每个切片平面在流出道的范围内延伸并且在某个点处到达流出道的边缘。横截面确定单元80确定针对特定切片平面72的流出道内的横截面积。图6图示了横截面确定单元80的一个示例性实施方式，其中，确定任意形状内的面积的不同方法是技术人员公知的，并且能够容易地与图6中示例性图示的方法互换。在图6中，通过在对应于流出道52的区域内移动81盘82来确定特定切片平面72中的流出道的面积。在已经通过整个区域(如箭头83所示)之后，标记所有点或像素，其中，盘82仅接触流出道52的边界。在此之后，用箭头85所指示的，应用扩张86以补偿收缩。

图7示意性且示例性地图示了由例如通用计算机、膝上型计算机等呈现的用户接口200的示例中的高度轮廓确定单元90的操作。用户接口200包括切片视图210和高度轮廓视图220。高度轮廓确定单元90确定高度轮廓92，其被显示在高度轮廓视图220中。高度轮廓92指示与针对轨迹曲线62的不同点的切片平面72相关的参数的路线。高度轮廓视图220沿着水平轴222提供沿着轨迹曲线62的位置，并且在垂直轴224上提供高度轮廓92潜在的参数的值。例如，在图7中，参数是由横截面确定单元80获得的面积。将经调整的几何模型32(即，例如在二尖瓣植入之前)的横截面提供为曲线226。利用曲线228图示了增强的经调整的几何模型42(即，例如在二尖瓣植入之后)的横截面。从高度轮廓视图220能够看出，与曲线226相比，曲线228的横截面更小，即，流出道发生梗阻。利用箭头230指示沿着轨迹曲线62的横截面中的最小点。在切片视图210中还图示了轨迹曲线62和箭头230所示的箭头。另外，切片视图210和高度轮廓视图220两者都图示了对应的切片平面72，该切片平面能够沿着轨迹曲线62移动。在图7的示例中，例如能够用箭头240和/或250移动切片平面72。

然而，用户接口200仅是用户接口的示例，并且技术人员当然能够考虑添加、修改等。

参考图8和图9解释了加权函数确定单元100的功能。图8示意性且示例性地示出了关于增强的经调整的几何模型42的透视图，其与切片平面72相交。为了补偿流体力学的相当大的非线性的影响，加权函数w(p,x)被定义为相对于位置x的具有一组参数p的非常数函数。总体目标是基于经调整的几何模型32和增强的经调整的几何模型42两者对用于流出道内的体积的加权函数进行积分，以便根据在二尖瓣置换之前和之后的两个体积积分的差异来逼近在二尖瓣置换之前和之后的主动脉与左心室之间的相对压降。加权函数的定义是通过以下观察结果来驱动的：如果梗阻更接近主动脉瓣并且更接近流出道的中心线，则梗阻更多地影响血流。因此，加权函数的定义可以由沿着流出道体积的中心线(即，轨迹曲线62)交换的平面(即，切片平面72)来刻画，如图9所示。如前所述，轨迹曲线62是基于心脏的解剖模型的界标构建的参数曲线。该曲线例如在主动脉瓣3处开始并在尖端6处结束。

图9示意性且示例性地图示了对两个平面中的加权函数的贡献的定义。由于已经观察到梗阻能够被描述为取决于诸如纵向距离和侧向距离之类的参数化函数，因此，对于流出道52中的每个点x，纵向距离102能够被定义为沿着轨迹曲线62在主动脉瓣平面14的中心与切片平面72和轨迹曲线35的交点(如图9中的点64所示)之间的距离。在图9的右侧，示出了切片平面72的平面内视图，其图示了点x与中心点64之间的侧向距离104。然后，总加权函数能够优选被描述为两个非线性函数的求和(其被称为部分加权函数)，其中，两个函数分别取决于一组参数p以及纵向距离102和侧向距离104中的一个。

换句话说，这两个部分加权函数仅取决于纵向梗阻贡献和侧向梗阻贡献中的一个。然而，在其他实施例中并且取决于从校准获得的参数p，能够确定仅取决于参数p以及纵向距离102和侧向距离104两者的单个加权函数。

为了校准部分加权函数中的每个，在简单的情况下，能够假设多项式函数。这种函数模式涵盖了纵向距离和/或侧向距离与对主动脉和左心室5之间的压降的影响之间的各种可能的关系。一个示例将是权重与纵向距离和侧向距离之间的线性关系。能够通过对预先选择的一组函数和参数测距仪执行交叉验证来学习参数。

在不同实施例中，代替校准和调节加权函数，还能够在校准步骤内优化或调节对加权函数进行积分的间隔限制。就涉及轨迹曲线62的方法而言，能够预见到调节沿着轨迹曲线62的开始点和结束点，其定义了积分间隔，如例如在图4中能够看到的。

在一个实施例中，获得分别针对加权函数或部分加权函数的参数基于这样的构思：基于流动模拟来校准系统。将包括具有和不具有正确放置的植入物模型44的模型的一组训练示例用作流动模拟的输入。优选能够通过沿着经调整的心脏模型的主要成分应用随机变形来增强训练数据集。例如，经调整的心脏模型是经调整的几何模型32，并且在放置植入物模型44的情况下，经调整的心脏模型也是增强的调整的几何模型42。然后，设置模拟使得主动脉瓣3与左心室5之间的压降得到预测。结果被假定为基准真值并且然后被用于基于例如回归和交叉验证来确定加权函数的参数。

图10示意性且示例性地图示了根据用于评估对象的心脏的流出道梗阻的方法1000的流程图。

在步骤1010中，提供心脏的几何模型。几何模型例如由几何模型提供单元10来提供。

在步骤1020中，提供心脏的体积图像。体积图像例如由体积图像提供单元20来提供。

在步骤1030中，调整在步骤1010中提供的几何模型以获得针对体积图像调整的经调整的几何模型32。几何模型例如由第一几何模型调整单元30来调整。

在步骤1040中，提供植入物的植入物模型44。植入物模型44例如由第二几何模型调整单元40来提供。

在步骤1050中，将植入物模型44构建到经调整的几何模型42中以获得增强的经调整的几何模型42。该步骤优选也由第二几何模型调整单元40来执行。

在步骤1060中，根据经调整的几何模型32和增强的经调整的几何模型42中的至少一个来确定通过流出道52的轨迹曲线62。

在任选的步骤1070中，确定对应于在步骤1060中确定的轨迹曲线62的点的切片平面72，其中，切片平面的法线与轨迹曲线62在该点处的切线重合。

在任选的步骤1080中，基于在步骤1070中确定的切片平面来确定流出道52的横截面。

在任选的步骤1090中，确定与在步骤1070中针对轨迹曲线62的不同点确定的切片平面72相关的参数的高度轮廓92。在一个示例中，参数是在任选的步骤1080中确定的横截面。

在任选的步骤1100中，将切片平面72和高度轮廓92同时显示给用户，其中，在高度轮廓92上指示出切片平面72所对应的点。

在任选的步骤1110中，基于几何模型、经调整的几何模型32和增强的经调整的几何模型42中的至少一个来确定针对至少一个切片平面72的加权函数。

最后，在步骤1120中，至少基于经调整的几何模型32、增强的经调整的几何模型42和轨迹曲线62来评估流出道梗阻。评估优选由流出道梗阻评估单元50来执行。在其他示例中，步骤1110中的评估还能够基于在步骤1070中确定的切片平面72、在步骤1080中确定的横截面、在步骤1090中确定的高度轮廓、在步骤1100中确定的加权函数以及在加权函数上的积分中的至少一个。该列表并不是排他性的，并且本领域技术人员能够添加步骤1110中的评估所能基于的另外的参数等。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、说明书以及随附权利要求书，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

由一个或若干单元或设备执行的如提供几何模型、提供体积图像、调整几何模型、提供植入物模型、将植入物模型构建到经调整的几何模型中、评估流出道梗阻等的流程能够由任何其他数量的单元或设备来执行。根据用于评估对象的心脏的流出道梗阻的方法，用于评估对象的心脏的流出道梗阻的系统的这些流程和/或控制能够被实施为计算机程序的程序代码单元和/或被实施为专用硬件。

计算机程序可以被存储/被分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

如此描述的本发明涉及一种用于评估对象的心脏的流出道梗阻的系统、对应的方法和计算机程序，其中，所述系统包括：几何模型提供单元10，其用于提供所述心脏的几何模型；体积图像提供单元20，其用于提供所述心脏的体积图像；第一几何模型调整单元30，其用于针对所述体积图像来调整所述几何模型以获得经调整的几何模型32；第二几何模型调整单元40，其用于提供植入物的植入物模型44和用于将植入物模型44构建到经调整的模型中32以获得增强的模型42；轨迹曲线确定单元60，其用于确定通过流出道52的轨迹曲线62；以及流出道梗阻评估单元50，其用于基于经调整的模型32、增强的经调整的模型42和轨迹曲线62来评估流出道梗阻。本发明允许改善对对象的心脏的流出道梗阻的评估。