用于在血流特性建模中進行靈敏度分析的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 優(yōu)先權(quán)
[0002] 本申請要求在2013年4月17日提交的美國申請?zhí)?3/864,996的優(yōu)先權(quán)，所述美 國申請要求在2013年3月4日提交的美國臨時申請?zhí)?1/772,401的優(yōu)先權(quán)益，所述申請 各自以引用的方式整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開的實施方案涉及用于對血流進行患者特異性建模的方法和系統(tǒng)并且更具 體地說，涉及用于在血流的患者特異性建模中進行靈敏度分析的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 冠狀動脈疾病可引起向心臟提供血液的血管發(fā)生病變，如狹窄癥（血管異常變 窄）。因此，可能限制血液流向心臟。罹患冠狀動脈疾病的患者可能經(jīng)歷胸痛，這在強體力 活動過程中被稱為慢性穩(wěn)定型心絞痛或者在患者休息時被稱為不穩(wěn)定型心絞痛。更嚴重的 疾病表現(xiàn)可能導致心肌梗死或心臟病發(fā)作。
[0005] 需要提供關(guān)于冠狀動脈病變的更準確數(shù)據(jù)，例如大小、形狀、位置、功能意義（如 病變是否影響血流）等。罹患胸痛和/或展現(xiàn)冠狀動脈疾病癥狀的患者可能經(jīng)受可提供關(guān) 于冠狀動脈病變的一些間接證明的一種或多種測試。例如，非侵入性測試可包括心電圖、來 自血液測試的生物標志物評估、平板運動測試、超聲心動描記術(shù)、單光子發(fā)射計算機斷層成 像術(shù)（SPECT)以及正電子發(fā)射斷層成像術(shù)（PET)。然而，這些非侵入性測試通常不提供冠 狀動脈病變的直接評定或評定血流速度。非侵入性測試可通過查看心臟電活動的變化（例 如，使用心電描記法（ECG))、心肌運動的變化（例如，使用負荷超聲心動描記術(shù)）、心肌灌注 的變化（例如，使用PET或SPECT)或新陳代謝變化（例如，使用生物標志物）來提供冠狀 動脈病變的間接證明。
[0006] 例如，可使用冠狀動脈計算機斷層掃描血管造影術(shù)（CCTA)非侵入性地獲得解剖 數(shù)據(jù)。CCTA可用于對患有胸疼的患者成像并且涉及在靜脈灌注造影劑之后使用計算機斷層 掃描（CT)技術(shù)對心臟和冠狀動脈成像。然而，CCTA也不能提供關(guān)于冠狀動脈病變的功能 意義的直接信息，例如，病變是否影響血液流動。另外，因為CCTA僅僅是一種診斷性測試， 所以它不能用于預測在其他生理狀態(tài)（例如，運動）下的冠狀動脈血流、壓力或心肌灌注的 變化，也不能用于預測介入結(jié)果。
[0007] 因此，患者可能需要侵入性測試，如診斷性心導管插入術(shù)，使冠狀動脈病變顯影。 診斷性心導管插入術(shù)可包括執(zhí)行常規(guī)冠狀動脈血管造影術(shù)（CCA)，以通過向醫(yī)師提供具有 動脈大小和形狀的圖像來收集關(guān)于冠狀動脈病變的解剖數(shù)據(jù)。然而，CCA不提供用于評定 冠狀動脈病變的功能意義的數(shù)據(jù)。例如，在不確定病變是否在功能上有意義的情況下醫(yī)師 可能不能診斷冠狀動脈病變是否有害。因此，CCA已導致稱為"目視狹窄反射"的程序，其中 不管病變是否在功能上有意義，介入心臟病專家為利用CCA發(fā)現(xiàn)的每個病變插入支架。因 此，CCA可能導致對患者實施不必要的手術(shù)，這可能給患者帶來增加的風險并且可能導致患 者支付不必要的衛(wèi)生保健費用。
[0008] 在診斷性心導管插入期間，可通過測量所觀察的病變的血流儲備分數(shù)（FFR)來侵 入性地評定冠狀動脈病變的功能意義。FFR被定義為在例如通過靜脈內(nèi)施用腺苷來誘導的 冠狀動脈血流增加的條件下，病變下游的平均血壓除以所述病變上游的平均血壓例如主動 脈壓之比。可通過向患者插入壓力導絲來測量血壓。因此，可在診斷性心導管插入的初始 費用和風險已經(jīng)產(chǎn)生之后決定基于所確定的FFR來治療病變。
[0009] 為了減少侵入性FFR測量的以上缺點，HeartFlow Inc.已開發(fā)了用于非侵入性地 評定冠狀動脈解剖、心肌灌注和冠狀動脈流量的方法。確切地說，計算流體動力學（CFD)模 擬已成功用于預測動脈血液的流量和壓力的空間和時間變化，包括FFR。此類方法和系統(tǒng)有 益于心臟病專家對疑有冠狀動脈疾病的患者診斷和規(guī)劃治療，并且預測在不能直接檢測的 條件（例如運動）下的冠狀動脈流量和心肌灌注，并且預測醫(yī)療、介入和外科手術(shù)治療對冠 狀動脈血流和心肌灌注的影響結(jié)果。
[0010] 然而，血液動力學的計算模型涉及到重構(gòu)患者動脈的幾何結(jié)構(gòu)，這通過高分辨率 成像來促成。例如，用于非侵入性地計算FFR的許多CFD框架假定：（i)幾何結(jié)構(gòu)為確切已 知的；（ii)臨床變量如血壓、血細胞比容、心肌質(zhì)量等為確切已知的；和/或（iii)計算模 型的入口和出口處的邊界條件為確切已知的。然而，實際上，使用CFD預測的FFR根據(jù)可用 數(shù)據(jù)的準確性和描述動脈內(nèi)的血液動力學的數(shù)學模型而變化。因此，需要用于并入并量化 可用數(shù)據(jù)中的不確定度和數(shù)學模型的影響的方法和系統(tǒng)。此外，需要用于分配置信區(qū)間給 確定的FFR值和排列FFR計算對不同參數(shù)的靈敏度等級的方法和系統(tǒng)。
[0011] 以上一般描述和以下詳細描述僅為示例性和說明性的并且不限制本公開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 根據(jù)一個實施方案，公開了用于測定患者的心血管信息的系統(tǒng)。一種系統(tǒng)包括至 少一個計算機系統(tǒng)，所述至少一個計算機系統(tǒng)被配置為：接收關(guān)于至少所述患者的冠狀脈 管系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)的患者特異性數(shù)據(jù)；基于所述患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建表示至少一部分所述 患者的冠狀脈管系統(tǒng)的三維模型；以及識別不確定參數(shù)、不確定臨床變量和不確定幾何結(jié) 構(gòu)中的一個或多個。所述計算機系統(tǒng)還被配置為基于已識別的不確定參數(shù)、不確定臨床變 量或不確定幾何結(jié)構(gòu)中的一個或多個來修改概率模型；基于所述患者的冠狀脈管系統(tǒng)的三 維模型和血流特性的模型來確定患者的冠狀脈管系統(tǒng)內(nèi)的血流特性；以及基于所述概率模 型和所確定的血流特性計算所確定的血流特性對所識別的不確定參數(shù)、不確定臨床變量或 不確定幾何結(jié)構(gòu)中的一個或多個的靈敏度。
[0013] 根據(jù)另一個實施方案，公開了用于使用至少一個計算機系統(tǒng)測定患者的心血管信 息的方法。一種方法包括：接收關(guān)于所述患者的冠狀脈管系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)的患者特異性數(shù) 據(jù)；基于所述患者特異性數(shù)據(jù)創(chuàng)建表示至少一部分所述患者的冠狀脈管系統(tǒng)的三維模型； 以及識別不確定參數(shù)、不確定臨床變量和不確定幾何結(jié)構(gòu)中的一個或多個。所述方法還包 括基于所識別的不確定參數(shù)、不確定臨床變量或不確定幾何結(jié)構(gòu)中的一個或多個來修改概 率模型；基于所述患者的冠狀脈管系統(tǒng)的三維模型和血流特性的模型來確定所述患者的冠 狀脈管系統(tǒng)內(nèi)的血流特性；以及基于所述概率模型和所確定的血流特性計算所確定的血流 儲備分數(shù)對所識別的不確定參數(shù)、不確定臨床變量或不確定幾何結(jié)構(gòu)中的一個或多個的靈 敏度。
[0014] 另外的實施方案和優(yōu)點將部分陳述在隨后的描述中，并且將部分通過所述說明而 顯而易見，或者可通過實踐本公開而學到。實施方案和優(yōu)點將借助下文中具體指出的元件 和組合來實現(xiàn)并獲得。
【附圖說明】
[0015] 并入本說明書并且構(gòu)成本說明書的一部分的【附圖說明】了若干實施方案，并且與描 述一起用于解釋本公開的原理。
[0016] 圖1為根據(jù)一個示例性實施方案的一種用于提供與特定患者的冠狀動脈血流有 關(guān)的各種信息的系統(tǒng)的示意圖；
[0017] 圖2為根據(jù)另一個示例性實施方案的一種用于提供與特定患者的血流有關(guān)的各 種信息的方法的流程圖；并且
[0018] 圖3為根據(jù)一個示例性實施方案描述一種用于定義輸入不確定度、計算分析靈敏 度和計算FFR中的置信區(qū)間的示例性過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 現(xiàn)在將詳細參考示例性實施方案，其實施例在附圖中加以說明。只要有可能，將在 全部附圖中使用相同參考數(shù)字來指示相同或相似部分。
[0020] 在一個示例性實施方案中，一種方法和系統(tǒng)使用從患者中非侵入性地獲取的信息 來確定與特定患者中的血流有關(guān)的信息。在2011年1月25日提交的并且題為"Method and System for Patient-Specific Modeling of Blood Flow" 的美國專利號 8, 315, 812 更詳 細描述了這種方法和系統(tǒng)的各種實施方案，所述專利以引用的方式整體并入本文。
[0021] 在一些實施方案中，由公開的方法和系統(tǒng)測定的信息可涉及患者的冠狀脈管系統(tǒng) 的血流?；蛘?，所測定的信息可涉及患者的脈管系統(tǒng)的其他區(qū)域（如頸動脈、外周、腹部、腎 臟和大腦脈管系統(tǒng)）內(nèi)的血流。所述冠狀脈管系統(tǒng)包括范圍為從大動脈到小動脈、毛細血 管、小靜脈、靜脈等的復雜血管網(wǎng)絡。所述冠狀脈管系統(tǒng)將血液循環(huán)到心臟并使血液在心臟 內(nèi)循環(huán)，并且包括向多個冠狀動脈主干（例如左前降枝（LAD)動脈、左回旋（LCX)動脈、右 冠狀（RCA)動脈等）供應血液的主動脈，所述主動脈還可分為在主動脈和冠狀動脈主干下 游的分支動脈或其他類型的血管。因此，示例性系統(tǒng)和方法可測定與主動脈、冠狀動脈主干 和/或冠狀動脈主干下游的其他冠狀動脈或血管內(nèi)的