可包括用于存儲(chǔ)從醫(yī)生裝置或系統(tǒng)102和/或第三方提供裝置或系統(tǒng)104接 收的影像和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置。服務(wù)器系統(tǒng)106還可包括用于處理存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的影像 和數(shù)據(jù)的處理裝置。
[0029] 圖2為根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于根據(jù)血管幾何形狀預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈病變 的位置、開(kāi)始、和/或變化的幾何模型200的示例性三維網(wǎng)格的框圖。例如，如上所述，第三方 提供者或醫(yī)生可獲得一個(gè)或多個(gè)患者的患者特定解剖數(shù)據(jù)。患者特定解剖數(shù)據(jù)可以包括關(guān) 于患者心臟(例如，患者主動(dòng)脈的至少一部分，連接到主動(dòng)脈的冠狀動(dòng)脈主干(和自其延伸 的分支）的近端部分，和心肌）的幾何形狀的數(shù)據(jù)。然而，如上所述，患者特定解剖數(shù)據(jù)還可 以或替代地針對(duì)所述患者的血管的任何部分(包括除所述患者的心臟之外)獲得。
[0030] 首先，例如，當(dāng)醫(yī)生確定關(guān)于患者的冠狀動(dòng)脈血流的信息是所需的，例如，如果患 者正經(jīng)歷與冠狀動(dòng)脈疾病相關(guān)聯(lián)的癥狀，諸如胸痛、心臟病發(fā)作等時(shí)，可以選擇所述患者。 所述患者特定解剖數(shù)據(jù)可例如使用非侵入性成像方法非侵入性地獲得。例如，CCTA是一種 成像方法，其中用戶可以操作計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)掃描儀來(lái)查看并創(chuàng)建例如心肌、主動(dòng)脈、 冠狀動(dòng)脈主干和連接到它們的其他血管的結(jié)構(gòu)的影像。CCTA數(shù)據(jù)可以是隨時(shí)間變化的，例 如，來(lái)展示心臟循環(huán)中血管形狀的變化。CCTA可以用于產(chǎn)生患者心臟的影像。例如，可以獲 得64切片CCTA數(shù)據(jù)，例如，與患者心臟的64個(gè)切片有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且將所述數(shù)據(jù)組合成三維 影像。
[0031] 或者，其他非侵入性成像方法(諸如磁共振成像(MRI)或超聲診斷檢查(US))或侵 入性成像方法(諸如數(shù)字減影血管造影術(shù)(DSA))可以用于產(chǎn)生患者的解剖構(gòu)造的結(jié)構(gòu)的影 像。成像方法可以涉及向患者靜脈注射造影劑來(lái)識(shí)別解剖構(gòu)造的結(jié)構(gòu)。所得成像數(shù)據(jù)（例 如，由CCTA、MRI等提供)可以由第三方供應(yīng)商(諸如放射學(xué)實(shí)驗(yàn)室或心臟病專家）、患者的醫(yī) 生等提供。
[0032] 也可以非侵入性地從患者確定其他患者特定解剖數(shù)據(jù)。例如，可以測(cè)量生理數(shù)據(jù)， 諸如患者的血壓、基線心率、身高、體重、血細(xì)胞比容、心博量等。血壓可以是患者的臂動(dòng)脈 的血壓(例如，使用壓力袖套），諸如最大壓(收縮壓)和最小壓(舒張壓）。
[0033] 可以通過(guò)安全的通信線(例如，通過(guò)圖1的電子網(wǎng)絡(luò)101)傳送如上文所述獲得的患 者特定解剖數(shù)據(jù)。例如，所述數(shù)據(jù)可傳送至服務(wù)器系統(tǒng)106或用于進(jìn)行計(jì)算分析的其他計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)，例如下文參考圖3-5B描述的計(jì)算分析。在示例性實(shí)施方案中，所述患者特定解剖數(shù) 據(jù)可以傳送到由提供基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)的服務(wù)提供者操作的服務(wù)器系統(tǒng)106或其他計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)?；蛘撸瑪?shù)據(jù)可以傳送到由患者的醫(yī)生或其他用戶操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0034] 在一個(gè)實(shí)施方案中，服務(wù)器系統(tǒng)106可基于接收的患者特定解剖數(shù)據(jù)形成三維實(shí) 體模型和/或三維網(wǎng)格200。例如，服務(wù)器系統(tǒng)106可形成三維模型和/或網(wǎng)格，這基于由 Taylor等在2012年11月20日頒發(fā)的美國(guó)專利號(hào)8,315，812中所述的技術(shù)的任一項(xiàng)，所述專 利的全部以引用的方式并入本文。
[0035]圖3A為根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的示例性方法300 的框圖，所述系統(tǒng)基于多個(gè)患者的血流特性和幾何結(jié)構(gòu)，用于根據(jù)血管幾何形狀、生理學(xué)、 以及血液動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈病變的位置、開(kāi)始、和/或變化。具體地說(shuō)，如圖3A所示，方法 300可以包括獲得患者成像數(shù)據(jù)(例如，幾何模型）和針對(duì)多個(gè)患者的生理和/或血液動(dòng)力學(xué) 信息302。方法300可以包括基于多個(gè)患者的成像和生理和/或血液動(dòng)力學(xué)信息形成特征向 量304。方法300還可以包括獲得針對(duì)多個(gè)患者的關(guān)于斑塊306的信息，并且將關(guān)于針對(duì)多個(gè) 患者的斑塊的信息格式化成學(xué)習(xí)系統(tǒng)的輸出308所需的格式。方法300通過(guò)輸入至學(xué)習(xí)系統(tǒng) 310的根據(jù)多個(gè)患者的成像數(shù)據(jù)和生理和/或血液動(dòng)力學(xué)信息而形成的特征向量304和關(guān)于 針對(duì)多個(gè)患者的斑塊的信息的輸出308二者完成訓(xùn)練模式。例如，如下文將更詳細(xì)地描述， 任何適合類型的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)可處理特征向量304和輸出308以根據(jù)所述數(shù)據(jù)識(shí)別模式和 結(jié)論，后者用于產(chǎn)生關(guān)于特定用戶的斑塊的信息的輸出。
[0036]圖3B為根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于使用經(jīng)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)310的示 例性方法350的框圖，所述系統(tǒng)針對(duì)特定患者用于根據(jù)血管幾何形狀、生理學(xué)、以及血液動(dòng) 力學(xué)預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈病變的位置、開(kāi)始、和/或變化。如圖3B所示，方法350可以包括獲得患者 成像數(shù)據(jù)(例如，幾何模型）和針對(duì)特定患者的生理和/或血液動(dòng)力學(xué)信息312,對(duì)于特定患 者而言，需要基于經(jīng)訓(xùn)練的學(xué)習(xí)系統(tǒng)310預(yù)測(cè)斑塊位置、開(kāi)始、和/或變化。當(dāng)然，方法350可 以包括獲得患者成像數(shù)據(jù)和針對(duì)任何數(shù)量的患者的生理和/或血液動(dòng)力學(xué)信息，對(duì)于患者 而言，需要基于經(jīng)訓(xùn)練的學(xué)習(xí)系統(tǒng)預(yù)測(cè)斑塊位置、開(kāi)始、和/或變化。方法350可以包括基于 一個(gè)或多個(gè)接收的生理和/或血液動(dòng)力學(xué)信息的元件，針對(duì)所述患者的幾何模型的多個(gè)點(diǎn) 的每一個(gè)形成特征向量314。方法350因此可以包括在針對(duì)患者形成的特征向量上操作機(jī)器 學(xué)習(xí)系統(tǒng)310以在患者的幾何模型中的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)處獲得估計(jì)斑塊存在或開(kāi)始的輸 出316,并且將輸出轉(zhuǎn)譯成關(guān)于患者318中的斑塊的位置、開(kāi)始、和/或變化的可用信息。 [0037]下文描述的是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練模式方法300和產(chǎn)生模式方法350的示例 性實(shí)施方案，所述機(jī)器學(xué)習(xí)用于根據(jù)血管幾何形狀、生理學(xué)、以及血液動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈 病變的位置、開(kāi)始、和/或變化，例如基于通過(guò)電子網(wǎng)絡(luò)101從醫(yī)生和/或第三方提供者接收 的影像和數(shù)據(jù)，使用服務(wù)器系統(tǒng)106。具體地說(shuō)，圖4A-5B的方法可由服務(wù)器系統(tǒng)106基于通 過(guò)電子網(wǎng)絡(luò)101從醫(yī)生裝置或系統(tǒng)102和/或第三方提供者裝置或系統(tǒng)104接收的信息來(lái)進(jìn) 行。
[0038]圖4A為根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案的用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)（例如，在服務(wù)器 系統(tǒng)106上執(zhí)行的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)310)的示例性方法400的框圖，所述系統(tǒng)用于根據(jù)因素諸如 血管幾何形狀、生理學(xué)、以及血液動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈病變的位置。具體地說(shuō)，方法400可以 包括針對(duì)一個(gè)或多個(gè)患者(步驟402 )，獲得所述患者的脈管系統(tǒng)的一部分的患者特定幾何 模型（步驟404)，獲得一個(gè)或多個(gè)患者的生理學(xué)或表型參數(shù)的估計(jì)(步驟406)，以及獲得一 個(gè)或多個(gè)患者的生物物理學(xué)血液動(dòng)力學(xué)特性的估計(jì)(步驟408)。
[0039]例如，獲得所述患者的脈管系統(tǒng)的一部分的患者特定幾何模型（步驟404)的步驟 可包括針對(duì)患者的血管、心肌、主動(dòng)脈、瓣膜、斑塊和/或腔中的一個(gè)或多個(gè)，獲得幾何形狀 的患者特定模型。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述幾何形狀可由空間中的一列表點(diǎn)(每一個(gè)點(diǎn)可能 具有一列表鄰近點(diǎn)）表示，其中所述空間可映射至點(diǎn)之間的空間單元(例如，毫米）。在一個(gè) 實(shí)施方案中，所述模型可通過(guò)在心動(dòng)周期的舒張末期中進(jìn)行患者的心臟CT成像來(lái)得出。這 個(gè)影像隨后可被手動(dòng)或自動(dòng)分段，以識(shí)別屬于主動(dòng)脈和屬于冠狀動(dòng)脈的內(nèi)腔的體素。鑒于 冠狀脈管的3D影像，許多可用方法中的任一種可用于提取心血管幾何形狀的患者特定模 型。幾何形狀中自動(dòng)提取的不確定性可通過(guò)對(duì)比提取的幾何形狀與影像并且根據(jù)需要進(jìn)行 校正的觀察者來(lái)校正。一旦識(shí)別出體素，即可得出幾何模型(例如，使用移動(dòng)立方體法）。
[0040] 獲得一個(gè)或多個(gè)患者的生理學(xué)或表型參數(shù)的估計(jì)(步驟406)的步驟可包括獲得一 列表一個(gè)或多個(gè)患者的生理學(xué)或表型參數(shù)的估計(jì)，諸如血壓、血液粘度、體外血液測(cè)試結(jié)果 (例如，LDL/甘油三酯膽固醇水平）、患者年齡、患者性別、所供應(yīng)組織的質(zhì)量等。這些參數(shù)可 以是全局的（例如，血壓)或局部的（例如，一個(gè)位置處的血管壁的估計(jì)密度）。在一個(gè)實(shí)施方 案中，生理學(xué)或表型參數(shù)可包括血壓、血細(xì)胞比容水平、患者年齡、患者性別、心肌質(zhì)量(例 如，通過(guò)對(duì)影像中的心肌進(jìn)行分段，并計(jì)算圖像中的體積并且使用1.05g/mL的估計(jì)密度以 估計(jì)心肌質(zhì)量而得出），冠狀動(dòng)脈疾病的一般危險(xiǎn)因素(例如，吸煙、糖尿病、高血壓、腹部肥 胖、飲食習(xí)慣、家族史等）、和/或體外血液測(cè)試結(jié)果(例如，LDL、甘油三酯膽固醇水平）。
[0041] 獲得一個(gè)或多個(gè)患者的生物物理學(xué)血液動(dòng)力學(xué)特性的估計(jì)(步驟408)的步驟可包 括從計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析獲得一列表一個(gè)或多個(gè)生物物理學(xué)血液動(dòng)力學(xué)特性的估計(jì)，諸如 壁面剪切應(yīng)力、振蕩剪切指數(shù)、顆粒停留時(shí)間、雷諾數(shù)、沃默斯利數(shù)(Womersl ev mmher)、屆 部流速、以及湍流動(dòng)能等。具體地說(shuō)，所述平均壁面剪切應(yīng)力可定義?
其可以是定義為表面牽引向量的面內(nèi)分量的壁面剪切應(yīng)力。所述振蕩剪切指數(shù)(0SI)可定 義：
），其為剪切應(yīng)力的單向的測(cè)量。所述顆粒停留時(shí)間可以是血液從 特定流體域沖掉所花費(fèi)的時(shí)間的測(cè)量。所述湍流動(dòng)能（"ΤΚΕ"）可以是在湍流中與渦旋相關(guān) 聯(lián)的湍流的強(qiáng)度的測(cè)量，并且可以由測(cè)量的均方根速度波動(dòng)表征，并且可以由動(dòng)能來(lái)標(biāo)準(zhǔn) 化。所述雷諾數(shù)可以定義為其中（Ρ:血液密度，U:平均流速，D:血管直徑，μ:動(dòng)態(tài)粘度） β 所述沃默斯利數(shù)可以定義為2 /5,其中(GJ:角頻率，等
2^1 μ
[0042]方法400還可以包括獲得患者特定幾何模型的一個(gè)或多個(gè)位置處的斑塊有無(wú)的指 示(步驟410)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，鈣化或非鈣化斑塊的位置可以使用CT和/或其他成 像模式(包括血管內(nèi)超聲波、或光學(xué)相干斷層攝影)來(lái)確定。例如，斑塊可以在形成自患者特 定解剖數(shù)據(jù)的三維影像（圖2的200)中檢測(cè)到?？梢栽谌S影像或模型中識(shí)別斑塊，其為比 主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈主干和/或分支的內(nèi)腔更亮的區(qū)域。因此，斑塊可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)為 具有低于設(shè)定值的強(qiáng)度值或者可以由用戶在視覺(jué)上檢測(cè)。檢測(cè)的斑塊的位置可由自心門點(diǎn) (左主干或右冠狀動(dòng)脈心門）至斑塊質(zhì)心坐標(biāo)投射到相關(guān)聯(lián)的血管中心線的距離和相對(duì)于 心肌(例如，心肌/心包側(cè))的斑塊的角度位置來(lái)參數(shù)化。檢測(cè)的斑塊的位置還可由斑塊坐標(biāo) 投射到相關(guān)聯(lián)的血管中心線的開(kāi)始和結(jié)束的點(diǎn)來(lái)參數(shù)化。如果某個(gè)位置存在斑塊，方法400 可以包括獲得一列表一個(gè)或多個(gè)冠狀斑組成的測(cè)量，例如，類型、亨氏單位（"HU"）等、負(fù)荷、 形狀(偏心或同心）、以及位置。
[0043]方法400還可以包括，針對(duì)患者特定幾何模型中的多個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)，其中具有關(guān) 于斑塊有無(wú)的信息(步驟412 )，倉(cāng)ij建針對(duì)所述點(diǎn)的特征向量(步驟414)并且將所述特征向量 與那個(gè)點(diǎn)處的斑塊有無(wú)相關(guān)聯(lián)(步驟416)。在一個(gè)實(shí)施方案中，針對(duì)點(diǎn)創(chuàng)建特征向量的步驟 可包括針對(duì)那個(gè)點(diǎn)創(chuàng)建特征向量，所述特征向量由那個(gè)點(diǎn)處的幾何形狀和生物物理學(xué)血液 動(dòng)力學(xué)特性的數(shù)值描述、和患者的生理學(xué)或表型參數(shù)的估計(jì)組成。例如，屬性值的特征向 量:至心門的距離、壁面剪切應(yīng)力、局部流速、雷諾數(shù)，并且中心曲率可以是（50mm、70達(dá)因/ cm2、1500mm3/秒、400、lmm-1)的形式。全局生理學(xué)或表型參數(shù)可在所有點(diǎn)的特征向量中使