对模拟准确度和性能的图像质量评估的制作方法
【专利说明】对模拟准确度和性能的图像质量评估
[0001]描述
[0002]优先权
[0003]本申请案要求于2014年I月24日提交的美国申请案第14/163，589号(其要求于2013年3月15日提交的美国临时申请案第61/793，162号的优先权的权益)的优先权，所述申请案中的每一个以引用的方式整体并入。
技术领域
[0004]本公开的实施方案涉及用于评估医学图像质量的方法和系统，且更具体而言，涉及用于评估关于解剖和/或血流的患者特定建模的医学图像质量的方法和系统。
【背景技术】
[0005]医学成像是一项被用来获取有关患者的身体、器官、组织或其一部分的解剖结构和生理学数据以供临床诊断和治疗计划的重要技术。医学成像包括(但不限于)放射照相术、计算机化断层摄影术(CT)、核磁共振成像(MRI)、荧光透视、单光子发射计算机化断层摄影术(SPECT)、正电子发射断层摄影术(PET)、闪烁摄影术、超声波和特定技术，诸如心回波描记术、乳房摄影术、血管内超声波和血管造影术。可通过非侵入式或侵入式程序获取成像数据。心脏病学、神经系统科学、肿瘤学、矫形术的领域以及许多其它领域受益于医学成像中获取的ig息。
[0006]具体而言，在心脏病学领域中，众所周知，冠状动脉疾病可导致向心脏提供血液的血管生成病变，诸如狭窄(血管的异常变窄)。因此，流向心脏的血流可能受到限制。罹患冠状动脉疾病的患者可在身体用力期间经历胸痛(称为慢性稳定性心绞痛)或当患者在休息时经历不稳定性心绞痛。较严重的疾病表现可引起心肌梗塞或心脏病发作。需要提供有关冠状动脉病变的较精确数据，诸如大小、形状、位置、功能意义(例如，病变是否会影响血流)等。可对罹患胸痛和/或显示冠状动脉疾病症状的患者进行一种或多种测试(诸如基于医学成像)，所述测试可提供一些有关冠状动脉病变的间接证据。
[0007]除了 CT、SPECT和PT，对用于非侵入式冠状评价的医学成像的使用还可包括心电图、来自血液测试的生物标记评价、平板测试(treadmill test)和心回波描记术(echocard1graphy)。然而，这些非侵入式测试通常不提供冠状动脉病变的直接评估或评估血流率。非侵入式测试可通过寻找以下的变化来提供冠状动脉病变的间接证据:心脏电活动(例如，使用心电描记术(ECG))、心肌活动(例如，使用应力心回波描记术)、心肌灌注(例如，使用PET或SPECT)或代谢变化(例如，使用生物标记)。
[0008]例如，解剖学数据可使用冠状动脉计算机化断层摄影血管造影术(CCTA)以侵入方式获取。CCTA可用于对患有胸痛的患者进行成像，并且涉及使用CT技术以在静脉内输注对比剂之后对心脏和冠状动脉进行成像。然而，CCTA也无法提供有关冠状动脉病变的功能意义(例如，病变是否会影响血流)的直接信息。此外，因为CCTA纯粹是一种诊断性测试，所以它不能用于预测以下的变化:在其它生理状态(例如，运动)下的冠状动脉血流、压力、心肌灌注的变化，它也不能用于预测介入的结果。
[0009]因此，患者可能需要侵入式测试，诸如诊断性心导管插入术以使冠状动脉病变可视化。诊断性心导管插入术可包括执行常规冠状动脉血管造影术(CCA)以收集有关冠状动脉病变的解剖学数据，所述解剖学数据是由医生用动脉的大小和形状的图像来提供。然而，CCA不提供用于评估冠状动脉病变的功能意义的数据。例如，医生在没有确定病变是否具有功能意义情况下不能诊断冠状动脉病变是否有害。因此，CCA已引起被称为“眼狭窄反射(oculostenotic reflex) ”的程序，其中介入性心脏病专家对使用CCA发现的每一病变都插入支架，无论病变是否具有功能意义。因此，CCA可导致对患者执行不必要的操作，所述不必要的操作可对患者造成增加的风险，并且可对患者引起不必要的健康护理成本。
[0010]在诊断性心导管插入术期间，冠状动脉病变的功能意义可能通过测量观察到的病变的血流储备分数(FRR)以侵入方式评估。FFR被定义为在冠状动脉血流量增大(例如由静脉内施用腺苷诱导)的条件下，病变下游的平均血压除以病变上游的平均血压(例如主动脉压)的比率。血压可通过将压力线插入患者体内而得以测量。因此，可在诊断性心导管插入术的初始成本和风险已生成之后基于所确定的FFR做出治疗病变的决定。
[0011]为了填补上述纯医学成像和侵入式程序中的每一个留下的间隙，HeartFlow公司已基于患者特定成像数据研发出模拟与建模技术。例如，各种模拟、建模和计算技术包括(但不限于):计算力学、计算流体动力学(CFD)、数值模拟、多尺度建模、蒙特卡罗模拟、机器学习、人工智能和各种其它计算方法以求解数学模型。这些技术可提供有关下列项的信息:生物力学、流体力学、解剖学和生理学随时间发生的变化、电生理学、对组织的应力与应变、器官功能和神经功能等。该信息可在进行成像研究或预测由于医学程序或时间流逝和疾病发展而随时间发生的变化时提供。
[0012]计算模拟与建模的一个说明性应用由HeartFlow公司描述用于从非侵入式成像数据对血管的血流建模，包括评估各种医药治疗、介入治疗或手术治疗的效果(参见美国专利号 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)。具体而言，HeartFlow公司已经研发了用于非侵入式地评估冠状动脉解剖、心肌灌注和冠状动脉流的方法，以减少侵入式FFR测量的上述缺点。特定而言，CFD模拟已经成功地用于预测动脉中的血液的流速和压力的时空变化，包括FFR0这种方法和系统使执行下列项的心脏病专家受益:对患有疑似冠状动脉疾病的患者进行诊断并计划治疗，以及预测在无法被直接测量的条件(例如，运动)下的冠状动脉血流和心肌灌注，且预测对冠状动脉血流和心肌灌注的医药治疗、介入治疗和手术治疗的结果。
[0013]对于上述技术和基于图像的建模和模拟的许多其它应用，图像数据的特性和质量是重要的。在医学成像数据的采集期间，可能存在各种影响图像的质量的伪影或限制。例如，下列项的设置和能力可影响所得的图像质量:时空分辨率、能量-组织相互作用、患者或器官运动、重构算法、硬件故障、时序或采集、检测器敏感度、药物或对比剂施用、患者准备和各种其它因素。效果包括(但不限于)分辨率低、运动伪影或模糊伪影、高噪声、组织对比度低、不良灌注、部分容积效应、失真、结构的裁剪、阴影等。因为这些质量问题可影响基于成像数据的模型和模拟的性能和准确度，所以需要确定图像质量是否合适或确定图像质量对建模和模拟结果的影响。
[0014]因此，需要用于评估并量化医学图像质量的方法和系统，且更具体而言，需要用于评估并量化关于血流的患者特定建模的医学图像质量的方法和系统。前述一般描述和以下详细描述仅是示例性和解释性的，且不限制本公开。
【发明内容】
[0015]根据实施方案，公开了用于使用计算机系统评估患者的解剖结构的至少一部分的医学图像的质量。一种方法包括:接收患者的解剖结构的至少一部分的一个或多个图像；使用计算机系统的处理器确定所接收的图像的一个或多个图像属性；使用计算机系统的处理器基于所所接收的图像执行患者的解剖结构的至少一部分的解剖学定位或建模；基于解剖学定位或建模获取与患者的解剖结构的解剖学特征相关联的一个或多个图像特性的识别；以及使用计算机系统的处理器基于所述一个或多个图像属性和所述一个或多个图像特性计算图像质量分数。
[0016]根据另一实施方案，公开了用于评估患者的解剖结构的至少一部分的医学图像的质量的系统。一种系统包括:数字存储设备，其存储用于评估患者的解剖结构的至少一部分的医学图像的质量的指令；和处理器，其被配置来执行所述指令以执行包括下列项的方法:接收患者的解剖结构的至少一部分的一个或多个图像；使用计算机系统的处理器确定所接收的图像的一个或多个图像属性；使用计算机系统的处理器基于所接收的图像执行患者的解剖结构的至少一部分的解剖学定位或建模；基于解剖学定位或建模获取与患者的解剖结构的解剖学特征相关联的一个或多个图像特性的识别；以及使用计算机系统的处理器基于所述一个或多个图像属性和所述一个或多个图像特性计算图像质量分数。
[0017]根据另一实施方案，公开了一种非临时性计算机可读介质，其在包含计算机可执行编程指令的至少一个计算机系统上使用，所述计算机可执行编程指令用于评估患者的解剖结构的至少一部分的医学图像的质量，且当所述计算机可执行编程指令被至少一个计算机系统执行时，促使执行包括下列项的方法:接收患者的解剖结构的至少一部分的一个或多个图像；使用计算机系统的处理器确定所接收的图像的一个或多个图像属性；使用计算机系统的处理器基于所接收的图像执行患者的解剖结构的至少一部分的解剖学定位或建模；基于解剖学定位或建模获取与患者的血管结构的解剖学特征相关联的一个或多个图像特性的识别；以及使用计算机系统的处理器基于所述一个或多个图像属性和所述一个或多个图像特性计算图像质量分数。
[0018]另外的实施方案和优势将在接下来的描述中部分地阐述，而部分地将从描述中显而易见，或可从本公开的实践中学习到。可通过下文特别指出的元件和组合的方式实现并获得实施方案和优势。
【附图说明】
[0019]并入并构成本说明书的一部分的附图图示了若干实施方案，且与描述一起用于解释本公开的原理。
[0020]图1是根据示例性实施方案的用于确定有关特定患者中的冠状动脉血流的各种信息的系统的示意图；
[0021]图2是根据示例性实施方案的用于确定有关特定患者中的冠状动脉血流的各种信息的方法的流程图；
[0022]图3是描述根据各种示例性实施方案的用于评估医学图像质量、生成图像质量度量并使用图像质量度量的示例性方法的流程图；
[0023]图4是描述根据示例性实施方案的用于实现并执行医学图像质量的用户指导的评估的示例性方法的流程图；
[0024]图5是描述根据各种示例性实施方案的用于执行医学图像质量的计算机自动化的评估、图像质量度量的生成和图像质量度量的使用的示例性过程的流程图；
[0025]图6是描述根据各种实施方案的用于在估计冠状动脉血流储备分数值的上下文中评估医学图像质量、生成图像质量度量并使用图像质量度量的示例性过程的流程图；
[0026]图7A是根据各种示例性实施方案的基于CT图像质量评审的血流储备误差分数与接受或拒绝的示例性箱线图；
[0027]图7B是根据各种示例性实施方案的基于CT图像质量评审的血流储备分数误差与评分的示例性箱线图；
[0028]图8是描绘根据各种示例性实施方案的基于图像质量、血管数量在血流储备分数与计算化断层摄影术的性能或准确度之间所进行的比较的示例性柱状图；
[0029]图9是描绘根据各种示例性实施方案的用于基于心血管的内腔特征对图像特性评分的示例性量规的表格；以及
[0030]图10是根据各种示例性实施方案的用于显示计算机化断层摄影术质量评级与基准性能的示例性界面的