用于从患者特定的解剖数据识别个性化的血管植入物的系统和方法
【专利说明】用于从患者特定的解剖数据识别个性化的血管植入物的系统 和方法
[0001 ]优先权
[0002] 本申请要求2014年4月16日提交的美国专利申请第14/254,544号、2014年4月16日 提交的美国专利申请第14/254，599号和2014年4月16日提交的美国专利申请第14/254，630 号的优先权的权益，所有这些申请都根据35U.S.C. §119要求2013年8月16日提交的美国临 时专利申请第61/866,758号的优先权的权益，所有这些申请都以引用方式全文并入本文 中。
技术领域
[0003] 本公开的各个实施方案大体上涉及医学成像和相关方法。更具体而言，本公开的 特定实施方案涉及用于从患者特定的解剖图像数据识别个性化的血管装置的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 冠状动脉疾病可以在向心脏提供血液的血管中产生冠状动脉病变，例如狭窄（血 管的异常变窄）。结果，到心脏的血流可能受限制。患有冠状动脉疾病的患者可能感到胸痛， 这种胸痛在体力活动期间被称为慢性稳定型心绞痛，或者当患者休息时被称为不稳定型心 绞痛。该疾病的更严重的表现可导致心肌梗塞或心脏病发作。
[0005] 患有胸痛和/或表现出冠状动脉疾病症状的患者可以经受一次或多次试验，这些 试验可以提供与冠状动脉病变有关的一些间接证据。例如，非创伤性试验可包括心电图、来 自血液试验的生物标记评价、平板运动试验、超声心动描记术、单正电子发射计算机断层扫 描(SPECT)和正电子发射断层扫描(PET)。解剖数据可以利用冠状动脉计算机断层扫描血管 成像(CCTA)无创地获得。CCTA可以用于对患有胸痛的患者成像，并且涉及在造影剂的静脉 输注之后使用计算机断层扫描(CT)技术来对心脏和冠状动脉成像。
[0006] 通常，心脏病专家和其他保健专业人员分析创伤性试验和上述非创伤性试验之一 或两者，以确定适当的介入，以便在必要时改善患者的心血管血流。例如，心脏病专家可以 观察图像，并且基于某些指导准则和技术诀窍来选择介入方案，例如经皮冠状动脉介入 (PCI)(即，"支架"）或冠状动脉旁路移植术(CABG)，以修改患者的脉管系统和血流。医学植 入物的设计对于递送能力、长期耐久性和针对每位患者的最佳治疗结果来说是重要的。在 过去，医生和植入物设计者及制造商会例如通过使用统计分析来评价植入物设计对该植入 物的候选人的整个群体的有效性。
[0007] 然而，需要一种方法来无创地评价和预测不同的介入方案和植入物对个体患者的 冠状动脉解剖结构、心肌灌注和冠状动脉流量的影响。这样的方法和系统可以有益于为患 有疑似冠状动脉疾病的患者进行诊断和规划治疗的心脏病专家。此外，需要一种方法在不 能直接测量的情况下(例如，运动时)来预测冠状动脉流量和心肌灌注，并且预测药物治疗、 介入性治疗和手术治疗对个体患者的冠状动脉血液流量和心肌灌注的结果。此外，需要通 过分析无创地评价的冠状动脉解剖结构而从多个可行的治疗选项(例如，所有可能的PCI或 CABG选项）中自动地识别最佳的治疗选项。最后，需要一种系统和方法来通过分析无创地评 价的冠状动脉解剖结构而为特定的患者自动地设计、定义或以其它方式识别定制的或个性 化的心脏植入物或其它介入方案。
【发明内容】
[0008] 根据本公开的某些方面，公开了用于基于患者特定的几何信息来识别个性化的心 血管装置的系统和方法。一种方法包括:采集该患者的血管系统的至少一部分的解剖图像 数据;使用处理器对解剖图像数据执行计算流体动力学和结构力学分析之一或两者；以及 使用处理器基于解剖图像数据的计算流体动力学和结构力学分析之一或两者的结果识别 用于该患者的个性化的心血管装置。
[0009] 根据本公开的某些附加方面，一种基于患者特定的几何信息识别个性化的心血管 装置的方法包括:采集患者的一个或多个生理参数和该患者的血管系统的至少一部分的解 剖图像数据;使用处理器对生理参数和解剖图像数据执行计算流体动力学和结构力学分析 之一或两者；以及使用处理器基于该患者的生理参数和解剖图像数据的计算流体动力学和 结构力学分析之一或两者的结果识别用于该患者的个性化的心血管装置。
[0010] 根据本公开的某些附加方面，一种基于患者特定的几何信息识别个性化的心血管 装置的方法包括:采集患者的一个或多个生理参数和该患者的血管系统的至少一部分的几 何模型;获得该患者的血管系统的几何模型的一个或多个冠状动脉的一个或多个几何量； 确定在该患者的血管系统的几何模型中的多个位置中的每一个处存在或不存在斑块;生成 由多个装置变量和多个血液动力学和固体力学特性限定的目标函数；以及利用计算流体动 力学和结构力学分析优化目标函数，以识别导致所需的血液动力学和固体力学特性的多个 装置变量。
[0011] 根据本公开的某些附加方面，一种基于患者特定的几何信息识别个性化的心血管 装置的方法包括:采集数字格式的患者的脉管系统的图像数据以及该患者的一个或多个测 量的或估计的生理参数或表型参数;生成该患者的脉管系统的至少一部分的患者特定的模 型;从提取自该患者特定的模型的心血管几何结构确定病理特征;基于设计考量和血液动 力学及力学特性的一个或多个估计值来定义装置的目标函数;通过对装置进行扰动和利用 流体动力学或结构力学分析评价目标函数来优化目标函数；以及利用优化的目标函数来 (i)从一组可用装置中选择装置，或（ii)制造所需的装置。
[0012] 所公开的实施方案的附加目的和优点部分地将在以下描述中叙述，并且部分地将 从该描述显而易见，或者可以通过实践所公开的实施方案来习得。所公开的实施方案的目 的和优点将借助于特别地在所附权利要求中指出的要素和组合来实现和获得。
[0013] 应当理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都只是示例性的和解释性的，并 且不限制要求保护的所公开的实施方案。
【附图说明】
[0014] 被包括到此说明书中并构成其一部分的【附图说明】了各个示例性实施方案，并且与 该描述一起用来解释所公开的实施方案的原理。
[0015] 图1是根据本公开的示例性实施方案的用于从患者特定的解剖图像数据设计个性 化的血管植入物的示例性系统和网络的框图。
[0016] 图2是根据本公开的示例性实施方案的用于从患者特定的解剖图像数据设计个性 化的血管植入物的示例性方法的框图。
【具体实施方式】
[0017] 现在将详细参照本发明的示例性实施方案，其实例在附图中说明。在任何可能的 情况下，将在所有附图中使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。
[0018] 已开发出用于评价血流特性的新一代非创伤性试验。这些非创伤性试验利用患者 成像(例如，CT)来确定血管的患者特定的几何模型，该模型可以由计算机使用以利用具有 合适的生理边界条件和参数的计算流体动力学(cro)模拟血流。这些患者特定的边界条件 的输入的实例包括患者的血压、血液粘度和来自被供应的组织的血液的预计需求(来自标 度