本申請(qǐng)要求于2016年4月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/321,441的權(quán)益，其公開(kāi)以其整體通過(guò)引用并入在本文中。

本發(fā)明涉及用于模擬患者的血管中的血流的基于醫(yī)學(xué)圖像的血流計(jì)算，并且更特別地，涉及使用侵入性生理測(cè)量來(lái)增強(qiáng)基于醫(yī)學(xué)圖像的血流計(jì)算。

背景技術(shù)：

心血管疾病(cvd)是全世界死亡的主要原因。原發(fā)性高血壓是最常見(jiàn)的年齡相關(guān)慢性心血管障礙之一，其影響超過(guò)10億人。世界衛(wèi)生組織認(rèn)為在其列出的19種影響全球健康的主要風(fēng)險(xiǎn)因素之中，高血壓是發(fā)病率和死亡率的最重要來(lái)源。由于使人易患心力衰竭、腎病、中風(fēng)、及癡呆，以及對(duì)于社會(huì)的后續(xù)成本，高血壓是用于改進(jìn)低、中和高收入國(guó)家中的老年人的健康和幸福的主要治療目標(biāo)。高血壓占中風(fēng)的54％和全部缺血性心臟事件的47％。通常在肱動(dòng)脈處使用振動(dòng)測(cè)定法測(cè)量血壓。不幸的是，由于動(dòng)脈波反射的存在，中心動(dòng)脈收縮壓(casp)常常顯著地低于肱動(dòng)脈收縮bp(basp)。壓力放大的人員特定性質(zhì)導(dǎo)致casp和basp之間的僅中度的相關(guān)性。

下肢的外周動(dòng)脈疾病(pad)是影響近似1200萬(wàn)美國(guó)人民的常見(jiàn)疾病。動(dòng)脈粥樣硬化是下肢的pad的主要原因。pad的流行基于調(diào)查的人口和計(jì)算踝臂指數(shù)(abi)的方法而不同。abi是用以幫助診斷腿中的外周動(dòng)脈疾病(pad)的嚴(yán)重性并對(duì)其分等級(jí)的最初篩選測(cè)試。

主動(dòng)脈縮窄(coa)是先天性心臟缺陷，其通常由主動(dòng)脈中層(aorticmedia)至主動(dòng)脈管腔中的離散平層狀(shelflike)變窄構(gòu)成，發(fā)生在具有先天性心臟病的全部患者中的5至8％中。出生時(shí)具有coa的患者需要終身醫(yī)學(xué)/外科護(hù)理，其包括侵入性和無(wú)創(chuàng)性成像、藥物治療，以及如果coa復(fù)發(fā)，則包括侵入性導(dǎo)管插入或外科介入以減小升主動(dòng)脈中的血壓。用于評(píng)估主動(dòng)脈縮窄的功能?chē)?yán)重性的一種技術(shù)是測(cè)量臂和腿之間的血壓差異。

近年來(lái)，在用于對(duì)人體心血管系統(tǒng)中的血流建模的計(jì)算途徑方面已經(jīng)存在相當(dāng)多關(guān)注。使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)算法執(zhí)行的血流計(jì)算，在結(jié)合從醫(yī)學(xué)圖像提取的患者特定解剖模型使用時(shí)，已經(jīng)被提出用于診斷、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)、以及手術(shù)規(guī)劃。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供用于基于從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的患者數(shù)據(jù)執(zhí)行個(gè)人化(personalize)血流計(jì)算和提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例利用整個(gè)體循環(huán)的患者特定血流模型，其根據(jù)從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)出的連續(xù)測(cè)量結(jié)果的集合和初始臨床測(cè)量結(jié)果的集合而是個(gè)人化的。由于可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠連續(xù)地獲取數(shù)據(jù)，血流模型能夠針對(duì)多種患者狀態(tài)而個(gè)人化。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基于患者數(shù)據(jù)來(lái)生成患者的血管的個(gè)人化解剖模型。從患者身上的可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)接收患者的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)心血管測(cè)量結(jié)果?；趤?lái)自所述可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的所述一個(gè)或多個(gè)連續(xù)心血管測(cè)量結(jié)果來(lái)使用于模擬患者的血管的患者特定解剖模型中的血流的計(jì)算血流模型個(gè)人化。使用個(gè)人化計(jì)算血流模型來(lái)模擬患者的血管的所述患者特定解剖模型中的血流和血壓?；谀M的血流和血壓來(lái)計(jì)算針對(duì)患者的一個(gè)或多個(gè)感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，基于患者數(shù)據(jù)來(lái)生成患者的血管的個(gè)人化解剖模型。從患者身上的可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)接收患者的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)心血管測(cè)量結(jié)果?；诨颊叩难艿膫€(gè)人化解剖模型和來(lái)自可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)心血管測(cè)量結(jié)果使用訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)預(yù)測(cè)針對(duì)患者的一個(gè)或多個(gè)感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。

通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。

附圖說(shuō)明

圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法；

圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的系統(tǒng)；

圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的執(zhí)行個(gè)人化全身血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法；

圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型；

圖5圖示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法；

圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法；以及

圖7是能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供用于基于從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的患者數(shù)據(jù)執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法和系統(tǒng)。在本文中描述本發(fā)明的實(shí)施例以給出對(duì)用于個(gè)人化血流建模的方法的直觀理解。數(shù)字圖像常常由一個(gè)或多個(gè)對(duì)象(或形狀)的數(shù)字表示組成。在本文中常常在識(shí)別和操縱對(duì)象方面描述對(duì)象的數(shù)字表示。這樣的操縱是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器或其他電路/硬件中完成的虛擬操縱。因此，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)使用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行。

本發(fā)明的實(shí)施例基于從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的患者數(shù)據(jù)執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。由于這些可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠連續(xù)地獲取患者數(shù)據(jù)，所以用于執(zhí)行血流計(jì)算的血流模型能夠針對(duì)多種患者狀態(tài)被個(gè)人化。當(dāng)在臨床環(huán)境下獲取用于使模型個(gè)人化的數(shù)據(jù)時(shí)，通常僅可獲得對(duì)應(yīng)于一種患者狀態(tài)的一個(gè)測(cè)量結(jié)果的集合，并且該患者測(cè)量結(jié)果的集合由于比如白衣綜合癥的征候而不可以反映真實(shí)患者狀態(tài)。白衣綜合癥是一種其中臨床環(huán)境中的患者展現(xiàn)高于他們的正常血壓的血壓水平的征候，這歸因于臨床就診期間患者所經(jīng)受的焦慮。本發(fā)明的實(shí)施例基于從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的連續(xù)測(cè)量結(jié)果來(lái)調(diào)整患者特定血流模型的個(gè)人化，這允許患者特定血流模型在多種患者狀態(tài)處個(gè)人化并且允許校正患者特定模型以補(bǔ)償由于比如白衣綜合癥的征候而引起的不精確臨床測(cè)量結(jié)果。

本發(fā)明的實(shí)施例利用整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)或循環(huán)系統(tǒng)的部分的患者特定計(jì)算血流模型，其根據(jù)從可穿戴傳感器導(dǎo)出的連續(xù)測(cè)量結(jié)果的集合和初始患者測(cè)量結(jié)果的集合而是個(gè)人化的。圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法。

在步驟102處，接收患者的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和臨床測(cè)量結(jié)果。能夠接收來(lái)自一種或多種成像模態(tài)的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)。例如，醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)能夠包括磁共振成像(mri)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(ct)、dynact、血管造影術(shù)、超聲、超聲心動(dòng)圖、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(spect)、以及任何其他類(lèi)型的無(wú)創(chuàng)性醫(yī)學(xué)成像模態(tài)。醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)能夠是2d、3d、或4d(3d+時(shí)間)醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)能夠從一個(gè)或多個(gè)圖像獲取設(shè)備諸如mr掃描器、ct掃描器、超聲設(shè)備等直接接收，或醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)可以通過(guò)加載針對(duì)患者的先前存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)來(lái)接收。也能夠獲取諸如身高、體重、體重指數(shù)(bmi)、臂、腿、頸、頭的長(zhǎng)度等的基本患者測(cè)量結(jié)果，以及諸如性別和年齡的人口統(tǒng)計(jì)信息。另外，還可以獲取初始無(wú)創(chuàng)性臨床測(cè)量結(jié)果，諸如患者的心率、收縮和舒張血壓、ecg等。

在步驟104處，基于患者的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或臨床測(cè)量結(jié)果生成血管的患者特定解剖模型?；卺槍?duì)患者獲取的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)或基礎(chǔ)測(cè)量結(jié)果來(lái)執(zhí)行初始化測(cè)量，并且這些測(cè)量結(jié)果通過(guò)限定患者特定系統(tǒng)動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)而被用于執(zhí)行動(dòng)脈模型的初始個(gè)人化。接下來(lái)，在步驟106處，從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)接收患者數(shù)據(jù)的連續(xù)測(cè)量結(jié)果。這些測(cè)量結(jié)果能夠包括數(shù)量，比如心率、血壓、脈搏血氧測(cè)量結(jié)果、ecg等。這些測(cè)量結(jié)果能夠是連續(xù)地接收的或在預(yù)定時(shí)間間隔處(諸如每分鐘或每n分鐘)接收的。在步驟108處，使患者特定計(jì)算血流模型個(gè)人化并運(yùn)行以執(zhí)行患者特定血流模擬。從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)接收的測(cè)量結(jié)果與先前個(gè)人化的動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)一起用于使計(jì)算血流模型個(gè)人化并運(yùn)行完全個(gè)人化血流計(jì)算。能夠在該階段中使用任何類(lèi)型的計(jì)算血流模型，其分布在從集總參數(shù)模型到一維、二維或三維模型的范圍內(nèi)。計(jì)算血流模型還可以是多尺度模型。血流動(dòng)力學(xué)計(jì)算(血流模擬)的輸出能夠包括系統(tǒng)動(dòng)脈樹(shù)中的所有位置處的時(shí)變流速、壓力、和橫截面積、壁剪切應(yīng)力等。

在步驟108處，基于患者特定血流模擬的結(jié)果來(lái)提取感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。所提取的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量可以包括中心動(dòng)脈血壓、外周動(dòng)脈疾病(pad)的嚴(yán)重性(通過(guò)根據(jù)模擬的血壓計(jì)算踝臂指數(shù)(abi)提取的)、高血壓的發(fā)作、心血管疾病(cvd)的風(fēng)險(xiǎn)、縮窄(跨縮窄(trans-coarctation)壓降)的嚴(yán)重性、冠狀動(dòng)脈疾病的嚴(yán)重性(例如，根據(jù)冠狀動(dòng)脈中的模擬血壓測(cè)量的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(ffr))、等。所提取的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量可以通過(guò)在計(jì)算機(jī)設(shè)備的顯示器上顯示來(lái)輸出。所提取的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量還可以經(jīng)由電子郵件、文本消息、或任何其他電子通信協(xié)議來(lái)電子地發(fā)送至患者(例如，至指定的患者設(shè)備)和/或至醫(yī)生或其他專(zhuān)家(例如，至醫(yī)生的指定設(shè)備)。在可能的實(shí)施例中，例如響應(yīng)于所提取的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量中的一個(gè)或多個(gè)高于規(guī)定閾值，可以自動(dòng)地得出針對(duì)臨床調(diào)查研究的建議。因此，該方法可以允許從主要反應(yīng)性藥物到更加預(yù)測(cè)性藥物的范式轉(zhuǎn)變，其中在疾病達(dá)到高/臨界水平的嚴(yán)重性之前基于來(lái)自血流模擬的預(yù)測(cè)來(lái)治療患者。這不僅可以改善患者預(yù)后，而且引起減少的醫(yī)療保健相關(guān)成本。

在步驟108處執(zhí)行個(gè)人化血流模擬之后，該方法返回至步驟106并從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)接收新的連續(xù)測(cè)量結(jié)果。然后通過(guò)基于從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)新獲取的測(cè)量結(jié)果調(diào)整患者特定計(jì)算血流模型的參數(shù)來(lái)再次使患者特定計(jì)算血液模型個(gè)人化。在有利的實(shí)現(xiàn)中，能夠規(guī)定時(shí)間段(例如，1小時(shí))并且能夠在每次規(guī)定時(shí)間段過(guò)去后使用該時(shí)間段期間從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的連續(xù)患者測(cè)量結(jié)果來(lái)使患者特定計(jì)算血流模型再次個(gè)人化并運(yùn)行。以下結(jié)合圖3的實(shí)施例更詳細(xì)地描述圖1的方法的步驟。

圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的系統(tǒng)。如圖2中示出的，可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200用于獲取患者的各種連續(xù)測(cè)量結(jié)果?？纱┐鱾鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)200能夠是可穿戴無(wú)線(xiàn)體域網(wǎng)(ban)，其用于獲取與穿戴該ban的人員以及可能地穿戴該ban的人員周?chē)沫h(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)。ban是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的子類(lèi)，其被用于監(jiān)測(cè)受檢者的健康和身體狀態(tài)。圖2的可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200包括控制單元202和多個(gè)傳感器204。盡管在圖2中示出3個(gè)傳感器204，但是本發(fā)明不限于任何特定數(shù)量的傳感器?？刂茊卧?02能夠包括用以控制可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)202的操作的微處理器，用以從傳感器204接收數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)至用戶(hù)設(shè)備210的收發(fā)器，以及用以提供功率至控制單元202并且可能地至傳感器204的功率源(例如，電池)。傳感器204放置于患者的身體上的各種位置處并獲取患者的連續(xù)測(cè)量結(jié)果。在有利實(shí)施例中，傳感器204可以包括心率傳感器、一個(gè)或多個(gè)血壓傳感器、ecg傳感器、及脈搏血氧計(jì)。可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200的傳感器204還可以包括其他傳感器，諸如用于測(cè)量患者的呼吸、大腦活動(dòng)(例如，腦電圖(eeg))、肌電圖(emg)、皮膚溫度、皮膚電導(dǎo)、眼動(dòng)電圖(eog)、血液ph、葡萄糖水平等的傳感器。傳感器204還可以包括用以檢測(cè)患者運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器(例如，加速度計(jì))。傳感器204中的一個(gè)或多個(gè)可以由控制單元供電并控制。然而，傳感器204中的一個(gè)或多個(gè)可以包括它們自己的功率源(例如，電池)、微處理器和收發(fā)器。控制單元202從各種傳感器204接收患者測(cè)量結(jié)果并發(fā)送該患者測(cè)量結(jié)果至用戶(hù)設(shè)備210?？刂茊卧?02和傳感器204能夠經(jīng)由無(wú)線(xiàn)ban(wban)通信協(xié)議諸如ieee.802.15.6來(lái)通信?？刂茊卧?02能夠使用無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議如藍(lán)牙或zigabee、或經(jīng)由wban通信協(xié)議來(lái)發(fā)送該測(cè)量結(jié)果至用戶(hù)設(shè)備210。在圖2的實(shí)施例中，可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200包括控制單元202，其發(fā)送由傳感器204獲取的所有測(cè)量結(jié)果至用戶(hù)設(shè)備210。然而，本發(fā)明不限于此，并且在可替換實(shí)施例中，可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器可以發(fā)送它們的相應(yīng)測(cè)量結(jié)果直接至用戶(hù)設(shè)備。

計(jì)算血流模型的個(gè)人化和使用個(gè)人化計(jì)算血流模型的血流計(jì)算能夠在用戶(hù)設(shè)備210上或通過(guò)可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200來(lái)在本地執(zhí)行，或所獲取的數(shù)據(jù)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)送至中央服務(wù)器(云)220，在這里執(zhí)行處理。即，在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)設(shè)備210從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200接收連續(xù)測(cè)量結(jié)果(圖1的步驟106)，執(zhí)行計(jì)算血流模型的個(gè)人化和血流模擬(步驟108)，并且提取并輸出感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量(步驟110)。用戶(hù)設(shè)備210是對(duì)于患者而言本地的計(jì)算機(jī)設(shè)備。用戶(hù)設(shè)備210能夠包括處理器、存儲(chǔ)器、儲(chǔ)存器、用戶(hù)輸入端、顯示器、和網(wǎng)絡(luò)接口。在有利的實(shí)施例中，用戶(hù)設(shè)備210是移動(dòng)設(shè)備，諸如智能電話(huà)、輸入板、個(gè)人數(shù)字助理等。用戶(hù)設(shè)備210能夠通過(guò)其顯示器的顯示感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量和/或電子地發(fā)送感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量至遠(yuǎn)程設(shè)備諸如與醫(yī)生關(guān)聯(lián)的設(shè)備來(lái)輸出所提取的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。用戶(hù)設(shè)備210還能夠顯示和/或發(fā)送血流模擬的結(jié)果，諸如示出系統(tǒng)動(dòng)脈樹(shù)中的各種位置處的時(shí)變壓力、流速、橫截面積、壁剪切應(yīng)力等的曲線(xiàn)。

在另一實(shí)施例中，可以全部或部分通過(guò)可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200來(lái)執(zhí)行患者特定計(jì)算血流模型的個(gè)人化以及使用個(gè)人化計(jì)算血流模型的模擬。由于可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200的無(wú)線(xiàn)電元件需要大量能量，高效的本地處理對(duì)于獲得低功率系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是重要的。在可能的實(shí)施例中，可以在使計(jì)算血流模型個(gè)人化和運(yùn)行時(shí)使用霧(fog)計(jì)算或薄霧(mist)計(jì)算。霧計(jì)算已經(jīng)被引入以解決物聯(lián)網(wǎng)(iot)中的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，諸如帶寬需求、應(yīng)用可管理性等。在霧計(jì)算中，應(yīng)用在網(wǎng)關(guān)(例如，控制單元202)上運(yùn)行，引起更簡(jiǎn)單的協(xié)調(diào)和管理。然而，網(wǎng)關(guān)可以變成單個(gè)故障點(diǎn)。薄霧計(jì)算使霧計(jì)算更進(jìn)一步，而是在網(wǎng)絡(luò)的邊緣上(即在嵌入節(jié)點(diǎn)(例如，傳感器204)中的微控制器層級(jí)處)執(zhí)行計(jì)算。因此，進(jìn)一步減少延時(shí)并增加系統(tǒng)的自主性(它不再依賴(lài)于穩(wěn)定和連續(xù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò))。

在另一實(shí)施例中，用戶(hù)設(shè)備210發(fā)送從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200接收的連續(xù)測(cè)量結(jié)果至中央服務(wù)器220。例如，用戶(hù)設(shè)備210能夠經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)215諸如因特網(wǎng)發(fā)送該連續(xù)測(cè)量結(jié)果至中央服務(wù)器220。中央服務(wù)器220接收從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)200獲取的患者的連續(xù)測(cè)量結(jié)果(圖1的步驟106)，執(zhí)行計(jì)算血流模型的個(gè)人化和血流模擬(步驟108)，并且提取并輸出感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量(步驟110)。中央服務(wù)器220可以是計(jì)算機(jī)設(shè)備，其包括處理器、存儲(chǔ)器、儲(chǔ)存器、網(wǎng)絡(luò)接口，并使用輸入端/輸出端。在可能的實(shí)現(xiàn)中，中央服務(wù)器220可以是基于云的計(jì)算設(shè)備，其控制其他基于云的計(jì)算設(shè)備。因此，用以執(zhí)行計(jì)算血流模型的個(gè)人化、使用該計(jì)算血流模型的血流模擬、以及感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的提取的處理可以?xún)H通過(guò)中央服務(wù)器220執(zhí)行，或可以分布在多個(gè)基于云的計(jì)算機(jī)設(shè)備之間。中央服務(wù)器220能夠通過(guò)發(fā)送感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量至用戶(hù)設(shè)備210、和一個(gè)或多個(gè)其他遠(yuǎn)程設(shè)備諸如與醫(yī)生關(guān)聯(lián)的設(shè)備來(lái)輸出感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量和可能地血流模擬的結(jié)果。

中央服務(wù)器能夠?qū)⑺崛〉尼槍?duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果和模擬結(jié)果連同針對(duì)其他患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果和模擬結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)222中。中央服務(wù)器220能夠通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)222中的所有患者數(shù)據(jù)執(zhí)行連續(xù)數(shù)據(jù)分析來(lái)執(zhí)行人口研究。在可能的實(shí)施例中，中央服務(wù)器220能夠?qū)崟r(shí)地將針對(duì)特定患者提取的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果與在大群受檢者上獲取的對(duì)應(yīng)測(cè)量結(jié)果相比較。該信息能夠用于發(fā)送關(guān)于從人口平均值的潛在偏差的反饋至患者和/或醫(yī)生。亞組分析能夠由中央服務(wù)器220執(zhí)行以識(shí)別具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上相似的感興趣血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果的患者亞群，并基于該識(shí)別的亞群使該感興趣的血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果與健康狀態(tài)、病史、或其他人口統(tǒng)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)。

在另一個(gè)可能的實(shí)施例中，能夠采用混合途徑，在其中簡(jiǎn)化模型在用戶(hù)設(shè)備210上本地地運(yùn)行，并且如果感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量處于某個(gè)范圍內(nèi)(例如，接近閾值)，則該數(shù)據(jù)可以然后被發(fā)送至中央服務(wù)器/云220以用于使用更詳細(xì)的計(jì)算模型來(lái)處理。例如，中央服務(wù)器/云220上的更復(fù)雜計(jì)算模型可能能夠提供不同于從簡(jiǎn)化本地模型提取的那些的附加的感興趣度量。在示例性實(shí)現(xiàn)中，在其中不能夠基于預(yù)限定算法在本地做出決定的情況下，僅感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的輸出可以被離線(xiàn)地發(fā)送以由專(zhuān)家分析。在一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)中，簡(jiǎn)化的本地模型是比中央服務(wù)器/云220上的復(fù)雜計(jì)算模型較不詳細(xì)的計(jì)算血流模型。在另一個(gè)可能實(shí)現(xiàn)中，簡(jiǎn)化的本地模型能夠是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型(以下更詳細(xì)地描述)并且中央服務(wù)器上的模型是計(jì)算血流模型。

圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的執(zhí)行個(gè)人化全身血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法。在圖3的實(shí)施例中，應(yīng)用圖1的方法來(lái)執(zhí)行個(gè)人化全身血流計(jì)算。圖3的步驟302、304、306、308和310分別對(duì)應(yīng)于圖1的步驟102、104、106、108和110，并且圖3的方法的描述提供關(guān)于如應(yīng)用于有利實(shí)施例(在其中執(zhí)行全身流量計(jì)算)的圖1的相應(yīng)方法步驟的附加細(xì)節(jié)。

在步驟302處，接收患者的初始測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)。初始化測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)能夠包括醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或非成像患者測(cè)量結(jié)果。在有利實(shí)施例中，醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)能夠是在全身mri掃描中獲取的mri圖像數(shù)據(jù)，因?yàn)槿韒ri篩選已經(jīng)被報(bào)道為對(duì)于在無(wú)癥狀一般人群中檢測(cè)嚴(yán)重病理而言是安全且準(zhǔn)確的。非成像患者測(cè)量結(jié)果能夠包括身高、體重、bmi、性別、年齡、臂、腿、頸、及頭的長(zhǎng)度，以及其他可能的患者測(cè)量結(jié)果。

在步驟304處，執(zhí)行系統(tǒng)動(dòng)脈模型(即動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu))的初始個(gè)人化?？傮w平均全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型可以用作用于使動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)個(gè)人化的起點(diǎn)。例如，總體平均全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型可以基于地圖集模型或先前公開(kāi)的動(dòng)脈模型。系統(tǒng)動(dòng)脈模型中的動(dòng)脈的長(zhǎng)度和半徑然后基于患者的初始化測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)(例如，醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)和/或初始非成像測(cè)量結(jié)果)來(lái)個(gè)人化，從而產(chǎn)生系統(tǒng)動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)的患者特定解剖模型。圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型。如圖4中示出的，全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型400包括51條動(dòng)脈(編號(hào)1-51)。

在一個(gè)實(shí)施例中，總體平均全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型中的動(dòng)脈的長(zhǎng)度和半徑能夠基于患者的包括身高、體重、bmi、性別、臂長(zhǎng)、腿長(zhǎng)、頸長(zhǎng)、及頭長(zhǎng)等的基礎(chǔ)測(cè)量結(jié)果而自動(dòng)調(diào)整。在另一實(shí)施例中，全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型中的動(dòng)脈的長(zhǎng)度和半徑能夠基于醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)諸如全身mri掃描來(lái)個(gè)人化。例如，系統(tǒng)動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)的患者特定解剖模型可以從醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)地提取。為了生成系統(tǒng)動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)的患者特定解剖模型，系統(tǒng)動(dòng)脈模型中的動(dòng)脈的中心線(xiàn)能夠使用自動(dòng)血管中心線(xiàn)提取算法以3d醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)來(lái)提取，諸如在美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?010/0067760中描述的方法，其通過(guò)引用并入在本文中。一旦提取了動(dòng)脈的中心線(xiàn)，就能夠在中心線(xiàn)樹(shù)的每個(gè)點(diǎn)處生成橫截面輪廓。在每個(gè)中心線(xiàn)點(diǎn)處的橫截面輪廓給出動(dòng)脈中的該點(diǎn)處的對(duì)應(yīng)半徑和橫截面積測(cè)量結(jié)果。

返回到圖3，在步驟306處，獲取來(lái)自可穿戴傳感器的連續(xù)測(cè)量結(jié)果。來(lái)自可穿戴傳感器的連續(xù)測(cè)量結(jié)果能夠包括心率、ecg信號(hào)、在一個(gè)或多個(gè)位置處的血壓測(cè)量結(jié)果、和/或在一個(gè)或多個(gè)位置處的脈搏血氧測(cè)量結(jié)果。在有利實(shí)現(xiàn)中，連續(xù)測(cè)量結(jié)果包括臂踝脈搏血氧或壓力測(cè)量結(jié)果并且還可以包括其他動(dòng)脈位置(諸如股動(dòng)脈和頸動(dòng)脈)處的脈搏血氧和/或壓力測(cè)量結(jié)果?？色@得的測(cè)量結(jié)果越多，則個(gè)人化將越可靠。測(cè)量結(jié)果能夠包括與多個(gè)不同患者狀態(tài)關(guān)聯(lián)的測(cè)量結(jié)果，所述患者狀態(tài)諸如休息、躺下、坐著、直立、體育鍛煉的不同水平、睡覺(jué)、介入前和介入后等?？纱┐鱾鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)能夠基于傳感器的相對(duì)位置以及患者的心率、ecg、呼吸等中的改變而自動(dòng)地區(qū)分不同狀態(tài)。

在步驟308處，基于初始個(gè)人化系統(tǒng)動(dòng)脈模型(動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu))和從可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的連續(xù)測(cè)量結(jié)果來(lái)使患者特定計(jì)算血流模型個(gè)人化。在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，基于降階計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)的模型，其主成分是一維模型，可以用于執(zhí)行全身血流計(jì)算。時(shí)變流速分布能夠用作入口邊界條件，而三元彈性腔(windkessel)模型能夠耦合在最高階模型的出口處。為了執(zhí)行患者特定計(jì)算，必須使計(jì)算血流模型個(gè)人化。在有利的實(shí)現(xiàn)中，使計(jì)算血流模型的以下成分個(gè)人化：動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)、動(dòng)脈壁屬性、入口邊界條件、和出口邊界條件。在步驟304中的初始個(gè)人化期間使動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)個(gè)人化。

使用連續(xù)脈搏血氧測(cè)量結(jié)果測(cè)量的脈搏波能夠提供時(shí)間相關(guān)信息，諸如血管內(nèi)壓力傳輸，以及關(guān)于動(dòng)脈血液容積改變的信息。動(dòng)脈壁屬性可以使用臂踝脈搏血氧或血壓測(cè)量結(jié)果來(lái)個(gè)人化。在其他動(dòng)脈位置(諸如股動(dòng)脈或頸動(dòng)脈)處執(zhí)行的脈搏血氧或壓力測(cè)量結(jié)果也能夠用于使動(dòng)脈壁屬性個(gè)人化?；趶倪@些測(cè)量結(jié)果和ecg信號(hào)估計(jì)的傳導(dǎo)時(shí)間，可以確定數(shù)個(gè)局部化的脈搏波速度，然后將其用于限定動(dòng)脈壁屬性?？色@得的測(cè)量結(jié)果越多，個(gè)人化將越可靠。

在有利的實(shí)施例中，通過(guò)生成主動(dòng)脈入口(在圖4的系統(tǒng)動(dòng)脈模型400中的點(diǎn)a處示出)處的個(gè)人化時(shí)變流速分布來(lái)使入口邊界條件個(gè)人化。可以使用脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間(pwtt)來(lái)連續(xù)地導(dǎo)出心輸出量，所述脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間通過(guò)來(lái)自每個(gè)循環(huán)的ecg和外周脈搏波的脈搏血氧測(cè)量和ecg信號(hào)來(lái)獲得。這提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、且無(wú)創(chuàng)性的心輸出量測(cè)量結(jié)果連同ecg和spo2(外周毛細(xì)管血氧飽和度)的生命體征參數(shù)。該估計(jì)的心輸出量能夠與所測(cè)量的心率一起用來(lái)定標(biāo)(scale)總體平均主動(dòng)脈入口分布，以便提供升主動(dòng)脈的入口處的個(gè)人化流量分布。

在有利的實(shí)施例中，計(jì)算血流模型利用耦合在系統(tǒng)動(dòng)脈模型的出口處的三元彈性腔模型。例如，三元彈性腔模型能夠耦合至圖4的全身系統(tǒng)動(dòng)脈模型400中的動(dòng)脈6、8、10、11、12、13、16、17、20、22、24、25、26、28、29、31、32、34、36、40、42、43、44、47、49、50、和51的出口。通過(guò)找出針對(duì)出口彈性腔模型中的每個(gè)的個(gè)人化參數(shù)(順應(yīng)性和阻力)來(lái)使出口邊界條件個(gè)人化。可以根據(jù)從臂踝脈搏血氧或壓力測(cè)量結(jié)果導(dǎo)出的脈搏壓力信息來(lái)確定針對(duì)系統(tǒng)動(dòng)脈模型的總順應(yīng)性。總順應(yīng)性然后能夠基于末端動(dòng)脈段的尺寸來(lái)分布至各出口。每個(gè)出口處的阻力能夠根據(jù)先驗(yàn)限定的流量分布來(lái)確定，其然后可以基于患者的身體活動(dòng)而更改。例如，在身體鍛煉的情況下，取決于活動(dòng)類(lèi)型，更多的血液可以朝著臂和/或腿引導(dǎo)。

總的來(lái)說(shuō)，模型個(gè)人化框架包括兩個(gè)順序步驟。首先，直接計(jì)算一系列參數(shù)，然后，利用基于完全自動(dòng)優(yōu)化的校準(zhǔn)方法來(lái)估計(jì)剩余參數(shù)的值。參數(shù)估計(jì)問(wèn)題公式化為數(shù)值優(yōu)化問(wèn)題，其目的是找到滿(mǎn)足目標(biāo)的參數(shù)數(shù)值的集合。關(guān)于全身系統(tǒng)動(dòng)脈血流模型的個(gè)人化的附加的細(xì)節(jié)在標(biāo)題為“personalizedwhole-bodycirculationinmedicalimaging”的美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?016/0196384中描述，其公開(kāi)以其整體通過(guò)引用并入在本文中。

一旦使動(dòng)脈幾何結(jié)構(gòu)、動(dòng)脈壁屬性、入口邊界條件、和出口邊界條件個(gè)人化，產(chǎn)生個(gè)人化計(jì)算血流模型，就使用個(gè)人化計(jì)算血流模型執(zhí)行血流模擬。特別地，個(gè)人化計(jì)算血流模型在多個(gè)時(shí)間步驟上計(jì)算患者特定系統(tǒng)動(dòng)脈模型中的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)處的血流和血壓值。在有利的實(shí)現(xiàn)中，個(gè)人化計(jì)算血流模型基于個(gè)人化入口流量分布、個(gè)人化壁屬性、和個(gè)人化出口邊界條件來(lái)在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上執(zhí)行患者特定系統(tǒng)動(dòng)脈模型中的每個(gè)點(diǎn)處的血流和血壓值的cfd計(jì)算。

返回到圖3，在步驟310處，從模擬結(jié)果和輸出提取感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量可以包括中心動(dòng)脈血壓、高血壓的發(fā)作、外周動(dòng)脈疾病(pad)的嚴(yán)重性、縮窄的嚴(yán)重性、心血管疾病(cvd)的風(fēng)險(xiǎn)、冠狀動(dòng)脈疾病的嚴(yán)重性、和/或其他感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。中心動(dòng)脈血壓根據(jù)主動(dòng)脈中的模擬血壓來(lái)計(jì)算。外周動(dòng)脈疾病(pad)的嚴(yán)重性能夠通過(guò)根據(jù)模擬血壓計(jì)算踝臂指數(shù)(abi)來(lái)計(jì)算。abi將踝處的血壓與臂處的血壓相比較。abi能夠通過(guò)計(jì)算踝處的模擬血壓與臂處的模擬血壓的比值來(lái)計(jì)算?？s窄的嚴(yán)重性能夠通過(guò)根據(jù)模擬血壓計(jì)算跨縮窄壓降來(lái)計(jì)算。冠狀動(dòng)脈疾病的嚴(yán)重性能夠通過(guò)基于模擬血壓計(jì)算冠狀動(dòng)脈中的各種位置處的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(ffr)或跨狹窄壓降來(lái)計(jì)算。

在可能的實(shí)施例中，風(fēng)險(xiǎn)因素，諸如cvd風(fēng)險(xiǎn)因素和/或高血壓風(fēng)險(xiǎn)因素，能夠使用訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型來(lái)計(jì)算，所述訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型基于根據(jù)通過(guò)個(gè)人化計(jì)算血流模型的血流和血壓計(jì)算而計(jì)算的其他血流動(dòng)力學(xué)度量。例如，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的回歸量能夠基于感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)訓(xùn)練，所述感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量是從針對(duì)大群患者的血流模擬提取的，以預(yù)測(cè)cvd或高血壓的風(fēng)險(xiǎn)得分。各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，諸如深度學(xué)習(xí)、支持向量機(jī)、概率提升樹(shù)、隨機(jī)森林等能夠用于訓(xùn)練基于機(jī)器學(xué)習(xí)的回歸量。在使用個(gè)人化計(jì)算模型針對(duì)特定患者提取感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量時(shí)，感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量被輸入作為訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的回歸量的特征，并且訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的回歸量計(jì)算針對(duì)患者的高血壓的cvd的風(fēng)險(xiǎn)得分。

圖3的實(shí)施例利用基于降階的cfd的計(jì)算模型，其包括在出口處耦合至集總彈性腔模型的系統(tǒng)動(dòng)脈的一維模型。諸如多尺度模型、3d模型等的其他計(jì)算模型也能夠用于全身系統(tǒng)動(dòng)脈血流計(jì)算。例如，關(guān)于針對(duì)全身系統(tǒng)血流計(jì)算的多尺度模型的細(xì)節(jié)在標(biāo)題為“personalizedwhole-bodycirculationinmedicalimaging”的美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?016/0196384中描述，其公開(kāi)以其整體通過(guò)引用并入在本文中。

圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于執(zhí)行個(gè)人化血流計(jì)算并提取針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的方法。由于由可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行的測(cè)量在大的時(shí)間段上可以具有某種不確定性或可以不足以可靠地使計(jì)算血流模型個(gè)人化，所以可以在某些時(shí)間點(diǎn)處執(zhí)行臨床測(cè)量。圖5的方法提供與圖1的方法相似的方法，圖1的方法被修改以反映其中獲取附加的臨床測(cè)量結(jié)果的實(shí)施例。圖5的步驟502、504、506、508、和510分別與圖1的步驟102、104、106、108、和110相似。步驟507是每次該方法重復(fù)步驟506和508時(shí)不都執(zhí)行的可選的步驟。在步驟507處，在臨床環(huán)境中獲取患者測(cè)量結(jié)果。這些臨床測(cè)量可以周期性地執(zhí)行或在任何時(shí)間點(diǎn)處執(zhí)行，并可以不同于針對(duì)動(dòng)脈模型的初始化所執(zhí)行的臨床測(cè)量。在獲取了附加的臨床測(cè)量結(jié)果時(shí)，除了來(lái)自可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)測(cè)量結(jié)果之外還基于這些臨床測(cè)量結(jié)果來(lái)使患者特定計(jì)算血流模型個(gè)人化(在步驟508處)。與初始測(cè)量相似，這些臨床測(cè)量可以涉及或可以不涉及醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。例如如果血流模型還并入用于疾病演變的模型(例如，流體-固體-生長(zhǎng)建模)時(shí)，可以使用隨后的臨床測(cè)量結(jié)果獲取，并且周期臨床測(cè)量在該情況下可以用于校準(zhǔn)針對(duì)疾病演變的參數(shù)。此外，臨床測(cè)量可以用于校準(zhǔn)由可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行的測(cè)量(例如，用以消除任何偏差/偏移等)。周期的臨床測(cè)量還能夠用于檢測(cè)可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器中的故障(例如，降低的測(cè)量準(zhǔn)確性)。在可能的實(shí)施例中，可以響應(yīng)于基于使用可穿戴傳感器測(cè)量結(jié)果的計(jì)算生成的指示(例如，超過(guò)內(nèi)部閾值，其指示疾病嚴(yán)重性的水平中的改變)執(zhí)行臨床測(cè)量。在該情況下，臨床測(cè)量結(jié)果可以用于確定、無(wú)效或進(jìn)一步調(diào)查研究該發(fā)現(xiàn)。因此獲取的數(shù)據(jù)然后還能夠用于重新校準(zhǔn)個(gè)人化計(jì)算血流模型。

在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型可以代替計(jì)算血流模型而使用來(lái)預(yù)測(cè)感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的模型可以在離線(xiàn)訓(xùn)練階段基于患者或綜合數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的模型可以使用各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)訓(xùn)練，諸如深度學(xué)習(xí)、支持向量機(jī)等。例如，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型可以如在標(biāo)題為“syntheticdata-drivenhemodynamicdeterminationinmedicalimaging”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)9,349,178中描述的那樣來(lái)訓(xùn)練，其公開(kāi)以其整體通過(guò)引用并入在本文中。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型具有它們與計(jì)算模型相比在計(jì)算上更高效的優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算模型通常基于復(fù)雜等式系統(tǒng)的數(shù)值解。該方面是有利的，如果該應(yīng)用運(yùn)行在可穿戴系統(tǒng)上的話(huà)，其功率效率需要被最大化。在其中所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型用于預(yù)測(cè)感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的情況下，對(duì)于重新計(jì)算感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的每個(gè)時(shí)間段，針對(duì)該時(shí)間段的來(lái)自可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)測(cè)量結(jié)果被輸入作為所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型的特征，并且所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型基于更新的特征集合重新計(jì)算感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型可以被訓(xùn)練以直接預(yù)測(cè)相應(yīng)的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量，或可以被訓(xùn)練以預(yù)測(cè)患者特定解剖模型(例如，系統(tǒng)動(dòng)脈模型)中的血流和血壓，并且所預(yù)測(cè)的血流和血壓然后能夠用于計(jì)算所預(yù)測(cè)的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。

圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法。圖6的步驟602、604、和606與圖1的步驟102、104、和106相似。在步驟608處，基于來(lái)自可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)測(cè)量結(jié)果和患者特定解剖模型使用訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型來(lái)預(yù)測(cè)針對(duì)患者的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。在一個(gè)實(shí)施例中，感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量(例如，中心動(dòng)脈血壓、高血壓的發(fā)作、外周動(dòng)脈疾病(pad)的嚴(yán)重性、縮窄的嚴(yán)重性、心血管疾病(cvd)的風(fēng)險(xiǎn)、冠狀動(dòng)脈疾病的嚴(yán)重性)使用針對(duì)每個(gè)感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量的相應(yīng)所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型來(lái)直接預(yù)測(cè)。在該情況下，來(lái)自可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)心血管測(cè)量結(jié)果和患者的動(dòng)脈的幾何結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果被輸入作為每個(gè)相應(yīng)所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型的特征，所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型基于輸入特征計(jì)算相應(yīng)所預(yù)測(cè)的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。在另一實(shí)施例中，來(lái)自可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)心血管測(cè)量結(jié)果和患者的動(dòng)脈的幾何結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果被輸入作為所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型的特征，所述所訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型基于這些特征被訓(xùn)練以預(yù)測(cè)患者特定解剖模型中的各位置處的血流和血壓值。然后基于所預(yù)測(cè)血流和血壓值計(jì)算感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。在步驟610處，輸出所預(yù)測(cè)的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量。例如每次規(guī)定時(shí)間段過(guò)去時(shí)該方法重復(fù)步驟606和608，并且每次重復(fù)步驟606和608時(shí)，在該時(shí)間段期間由可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的新接收的連續(xù)測(cè)量結(jié)果被添加到特征集合，產(chǎn)生由基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型所使用的更新的特征集合。

在可能的實(shí)施例中，以上描述的方法和系統(tǒng)能夠用作“個(gè)人訓(xùn)練機(jī)”，其基于可獲得的測(cè)量結(jié)果和使用個(gè)人化血流模型從模擬血流計(jì)算的感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量來(lái)自動(dòng)地建議健身計(jì)劃。在另一可能的實(shí)施例中，以上描述的方法和系統(tǒng)能夠用作急救輔助設(shè)備，其在事件后立即建議最佳行動(dòng)過(guò)程(例如，響應(yīng)于由于靜脈炎引起的腿部增加疼痛或腫脹，能夠生成采用抗炎藥物并求助醫(yī)生的建議)。能夠基于可獲得的測(cè)量結(jié)果、計(jì)算建模結(jié)果/感興趣的血流動(dòng)力學(xué)度量、和來(lái)自中心服務(wù)器的人口數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析(包括預(yù)后)來(lái)生成建議。

本文中在以上描述的實(shí)施例中描述的方法可以相似地應(yīng)用于非血流相關(guān)醫(yī)學(xué)應(yīng)用。例如，專(zhuān)注于ecg信號(hào)的可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于使計(jì)算電生理(ep)模型個(gè)人化。

以上描述的實(shí)施例可以用于檢測(cè)系統(tǒng)高血壓的發(fā)作，特別是在易患高血壓(例如，由于家族史)的受檢者中。以上描述的實(shí)施例可以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)原發(fā)性系統(tǒng)高血壓的更好理解，由于其病因不很理解并且本發(fā)明的實(shí)施例能夠幫助更好地理解高血壓和動(dòng)脈粥樣硬化之間的關(guān)系，并且解答哪是原因以及哪是效果。以上描述的實(shí)施例可以用于提供中心動(dòng)脈血壓的可靠估計(jì)，其具有作為預(yù)測(cè)心血管事件方面的裝置的生成的益處。此外，結(jié)合動(dòng)脈粥樣硬化的其他度量，所估計(jì)的中心動(dòng)脈血壓能夠用于估計(jì)未來(lái)事件的風(fēng)險(xiǎn)。以上描述的實(shí)施例還能夠用于估計(jì)外周動(dòng)脈疾病在介入前和后條件下的功能?chē)?yán)重性和/或估計(jì)主動(dòng)脈縮窄在介入前和后條件下的功能?chē)?yán)重性。

以上描述的方法可以在使用公知的計(jì)算機(jī)處理器、存儲(chǔ)器單元、儲(chǔ)存器設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟件、和其他部件的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。在圖7中圖示這樣的計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖。計(jì)算機(jī)702包含處理器704，其通過(guò)執(zhí)行限定整體操作的計(jì)算機(jī)程序指令來(lái)控制計(jì)算機(jī)702的這樣的操作。計(jì)算機(jī)程序指令可以存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器設(shè)備712(例如，磁盤(pán))中并在期望執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令時(shí)加載到存儲(chǔ)器710中。因此，圖1、3、5和6的方法的步驟可以由存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器710和/或儲(chǔ)存器712中的計(jì)算機(jī)程序指令限定并由執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令的處理器704控制。圖像獲取設(shè)備720，諸如ct掃描設(shè)備、mr掃描設(shè)備、超聲設(shè)備等，能夠連接至計(jì)算機(jī)702以輸入圖像數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)702。圖像獲取設(shè)備720和計(jì)算機(jī)702可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)地通信。計(jì)算機(jī)702還包括一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口706用于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備通信。計(jì)算機(jī)702還包括其他輸入/輸出設(shè)備708，其實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)702(例如，顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、揚(yáng)聲器、按鈕等)的用戶(hù)交互。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，實(shí)際計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)也能夠包含其他部件，并且圖7是用于說(shuō)明的目的的這樣的計(jì)算機(jī)的部件中的一些的高級(jí)表示。

以上描述的方法可以使用以客戶(hù)-服務(wù)器關(guān)系操作的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，在這樣的系統(tǒng)中，客戶(hù)端計(jì)算機(jī)與服務(wù)器計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程地定位并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)交互?？蛻?hù)-服務(wù)器關(guān)系可以由在相應(yīng)客戶(hù)端和服務(wù)器計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序來(lái)限定和控制。

以上描述的方法可以在基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在這樣的基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中，連接至網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器或另一處理器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與一個(gè)或多個(gè)客戶(hù)端計(jì)算機(jī)通信。例如，客戶(hù)端計(jì)算機(jī)可以經(jīng)由在客戶(hù)端計(jì)算機(jī)上駐留并操作的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器應(yīng)用來(lái)與服務(wù)器通信。客戶(hù)端計(jì)算機(jī)可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于服務(wù)器上并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)該數(shù)據(jù)?？蛻?hù)端計(jì)算機(jī)可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求、或在線(xiàn)服務(wù)請(qǐng)求至服務(wù)器。服務(wù)器可以執(zhí)行所請(qǐng)求的服務(wù)并提供數(shù)據(jù)至(一個(gè)或多個(gè))客戶(hù)端計(jì)算機(jī)。服務(wù)器還可以發(fā)送適配成使客戶(hù)端計(jì)算機(jī)執(zhí)行規(guī)定功能的數(shù)據(jù)，例如以執(zhí)行計(jì)算、在屏幕上顯示規(guī)定的數(shù)據(jù)等。例如，服務(wù)器可以發(fā)送適配成使客戶(hù)端計(jì)算機(jī)執(zhí)行本文中描述的方法步驟中的一個(gè)或多個(gè)(包括圖1、3、5和6步驟中的一個(gè)或多個(gè))的請(qǐng)求。本文中描述的某些方法步驟，包括圖1、3、5和6的步驟中的一個(gè)或多個(gè)，可以通過(guò)服務(wù)器或通過(guò)基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中的另一處理器來(lái)執(zhí)行。本文中描述的某些方法步驟，包括圖1、3、5和6的步驟的一個(gè)或多個(gè)，可以通過(guò)基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中的客戶(hù)端計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。本文中描述的某些方法步驟，包括圖1、3、5和6的步驟中的一個(gè)或多個(gè)，可以在基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中通過(guò)服務(wù)器和/或通過(guò)客戶(hù)端計(jì)算機(jī)(以任何組合)來(lái)執(zhí)行。

上述詳細(xì)描述應(yīng)該理解為在每個(gè)方面中都是說(shuō)明性和示例性的，而不是限制性的，并且本文中所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍不從詳細(xì)描述來(lái)確定，而是從如根據(jù)由專(zhuān)利法允許的完整幅度所解釋的權(quán)利要求書(shū)確定。應(yīng)該理解的是，本文中示出和描述的實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明的原理，并且在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)實(shí)現(xiàn)各種修改。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下實(shí)現(xiàn)各種其他特征組合。