JP2018522653A - 造影剤分布予測及び測定を使用してプラーク及び/または狭窄性病変の重症度を評価するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
本出願は、2015年7月17日に出願された米国仮出願第62/193,994号への優先権を主張し、その全体の開示は、本明細書によりその全体に参照により本明細書に援用される。
Claims (20)
- 造影剤分布予測及び測定を使用してプラーク及び/または狭窄性病変の重症度を評価するために血流特性を非侵襲的に推定するコンピュータ実装方法であって、
患者の血管構造の少なくとも一部の1つ以上の患者固有の画像、及び前記患者の血管構造を介して送達される造影剤の測定された分布を受信し、
前記患者の血管構造の複数の点での前記造影剤の前記測定された分布を、前記受信した患者固有の画像を使用して生成される前記患者の血管構造の患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点と関連付け、
前記患者の血流及び血圧を非侵襲的に推定するために血流モデルの1つ以上の生理学的及び境界条件を定義し、前記患者の血管構造の前記患者固有の解剖学的モデルを介して前記造影剤の分布をシミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記定義された1つ以上の生理学的及び境界条件を使用して前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点を介して前記造影剤の前記分布をシミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記造影剤の前記測定された分布、及び前記患者固有の解剖学的モデルを介して前記造影剤の前記シミュレーションされた分布を比較し、相似条件が満たされているかどうかを判定し、
前記定義された生理学的及び境界条件を更新し、前記相似条件が満たされるまで、前記患者固有の解剖学的モデルの前記1つ以上の点を介して前記造影剤の前記分布を再シミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記更新された生理学的及び境界条件に基づき前記患者固有の解剖学的モデルを介して血流の1つ以上の血流特性を計算し、
前記シミュレーションされた造影剤分布、前記1つ以上の計算された血流特性、及び前記患者固有の解剖学的モデルのうちの1つ以上を電子記憶媒体またはディスプレイへ出力する、
ことを備える、前記方法。 - 前記第一時間に前記患者固有の解剖学的モデル内に前記造影剤の前記分布をシミュレーションする前に、1つ以上の生理学的及び境界条件を定義することは、前記解剖学的モデルにより表現される前記血管の解剖学的構造、及び相似の血管の解剖学的構造を有する患者の母集団内にみられる生理学的特性間の形態または機能上の関係を見出すことを備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。
- 前記第一時間に前記患者固有の解剖学的モデル内に前記造影剤の前記分布をシミュレーションする前に、1つ以上の生理学的及び境界条件を定義することは、
初期造影剤分布を割り当てること、ならびに
前記血管壁、流出口境界、流入口境界、及びプラーク及び/または狭窄性病変付近のうちの1つ以上に前記造影剤の前記流束に関する境界条件を割り当てること、
のうちの1つ以上を備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 前記血流特性は、血流速度、血圧、心拍数、冠血流予備量比(FFR)値、冠血流予備能(CFR)値、せん断応力、または軸方向プラーク応力のうちの1つ以上を備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。
- 1つ以上の患者固有の画像を受信することは、冠動脈血管造影法、バイプレーン血管造影法、3D回転血管造影法、コンピュータ断層撮影(CT)撮像法、磁気共鳴(MR)撮像法、超音波撮像法、またはそれらの組み合わせから1つ以上の画像を受信することを備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。
- 前記受信した患者固有の画像を使用して患者固有の解剖学的モデルを構築することは、
平滑化演算子、中央値フィルタリング、平均フィルタリング、バイラテラル・フィルタリング、異方性拡散フィルタリング、ノイズ除去、若しくは造影剤強調のうちの1つ以上を使用して、前記測定された造影剤値若しくは分布をフィルタリングする、若しくは強調すること、
3次元若しくは2次元解剖学的領域内の1つ以上の点へ1つ以上の造影剤値を関連付けることにより、前記画像データから構築される前記患者固有の解剖学的モデルへ前記画像データからの前記造影剤の前記測定された分布を投影すること、または
血管の1つ以上の断面積にわたる1つ以上の造影剤値を平均すること、ここで次元を下げたモデルは患者の解剖学的構造を表現するために使用されている、
のうちの1つ以上を備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 前記患者固有の解剖学的モデルは、
前記長さまたは直径を有する、血管の幾何学的記述、
血管の分岐パターン、
任意の狭窄性病変、プラーク、閉塞、または罹患した区域の1つ以上の位置、及び
狭窄性病変、プラーク、閉塞、または罹患した区域の前記材料特性を有する、前記血管上の、またはこれらの内の疾患の1つ以上の特性、
のうちの1つ以上を含む、前記関心の血管に関する情報を備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 前記患者固有の解剖学的モデルは、プラーク層若しくは狭窄性病変へ脆弱な血液供給用の血管に関する、冠血管モデル、脳血管モデル、末梢血管モデル、肝血管モデル、腎血管モデル、内蔵血管モデル、または任意の血管モデルのうちの1つ以上を備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。
- 前記生理学的条件は、血圧の流束、血流速度の流束、前記造影剤の前記流量、ベースライン心拍数、前記血管系の前記幾何学的及び材料特性、ならびにプラーク及び/または狭窄性病変の幾何学的及び材料特性のうちの1つ以上を含む、数値流体力学または前記患者固有の解剖学的モデルから測定され、取得され、または導かれ、
前記境界条件は、前記関心の領域の前記境界での変数間の生理学的関係を定義し、前記境界が流入境界、流出境界、血管壁境界、及びプラーク及び/または狭窄性病変の境界のうちの1つ以上を含む、
請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - プロセッサを使用して、前記定義された1つ以上の生理学的及び境界条件を使用して前記患者固有の解剖学的モデル内の1つ以上の点または面積について前記造影剤の分布をシミュレーションすることは、
前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点について血流の前記速度及び圧力を計算することと、
前記患者固有の解剖学的モデル内の前記造影剤の前記輸送を支配する前記スカラー移流拡散方程式を決定することと、前記造影剤の前記輸送を支配する前記方程式が狭窄性病変またはプラークでの、またはこの付近の流量と内腔面積の比における任意の変化を反映し、
前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点について前記造影剤の前記濃度を計算することと、この中で前記計算は初期造影剤分布、ならびに初期生理学的及び境界条件の割り当てを要求する、
のうちの1つ以上を備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 前記相似条件を満たすことは、
前記造影剤の前記分布をシミュレーションする前に、前記造影剤の前記測定された分布、及び前記造影剤の前記シミュレーションされた分布間の前記相違点を測定することが可能である公差を指定し、
前記造影剤の前記測定された分布、及び前記造影剤の前記シミュレーションされた分布間の前記相違点が前記指定された公差内に入るかどうかを判定し、前記相違点が前記指定された公差内に入る場合に前記相似条件が満たされる、
ことを備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 前記造影剤の前記測定された分布、及び前記造影剤の前記シミュレーションされた分布が相似条件を満たさない場合に、生理学的及び境界条件を定義することは、プロセッサを使用して、
流速、流圧、または両方を有する、数値流体力学から導出される特徴、
前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の血管内の前記流体の輸送を記述する前記移流拡散方程式の前記解析的近似から導出される特徴、
プラーク若しくは狭窄性病変の内腔径、プラーク若しくは狭窄性病変を罹患した区域の長さ、血管の長さ、またはプラーク若しくは狭窄性病変の前記面積のうちの1つ以上を有する前記患者固有の解剖学的モデルの前記幾何学的形状を記述する特徴、及び
前記造影剤の患者固有の分散性を記述する特徴、
のうちの1つ以上に関して前記血管に沿う前記造影剤の前記濃度をマッピングすることを備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 前記造影剤の前記測定された分布、及び前記造影剤の前記シミュレーションされた分布が相似条件を満たさない場合に、プロセッサを使用して、生理学的及び境界条件を定義することは、非線形アンサンブル・フィルタリングに基づき微分情報を用いない最適化、または有限差分若しくは随伴近似を使用する勾配法に基づく最適化のうちの1つ以上を使用することを備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。
- 前記造影剤の前記測定された分布、及び前記造影剤の前記シミュレーションされた分布が前記相似条件を満たす場合に、前記造影剤の前記シミュレーションされた分布を使用して前記受信した患者固有の画像を強調し、
1つ以上の医用画像として前記強調された画像データを電子記憶媒体またはディスプレイへ出力する、
ことをさらに備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 前記受信した患者固有の画像を強調することは、
前記ピクセル値を前記造影剤の前記シミュレーションされた濃度と置換すること、または
前記造影剤の前記シミュレーションされた分布を使用して、条件付き確率場を介して前記受信した患者固有の画像のノイズを除去すること、
のうちの1つ以上を備える、請求項14の前記コンピュータ実装方法。 - 前記造影剤の前記測定された分布、及び前記造影剤の前記シミュレーションされた分布が前記相似条件を満たす場合に、前記造影剤の前記シミュレーションされた分布と関連する前記計算された血流特性を使用して、前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の面積内の前記血液の灌流をシミュレーションし、
前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の面積内の前記血液の灌流を表現するモデルまたは医用画像を生成し、
電子記憶媒体またはディスプレイへ前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の面積内の前記血液の灌流を表現する前記モデルまたは医用画像を出力する、
ことをさらに備える、請求項1の前記コンピュータ実装方法。 - 造影剤分布予測及び測定を使用してプラーク及び/または狭窄性病変の重症度を評価するために血流特性を予測するシステムであって、
造影剤分布予測及び測定を使用してプラーク及び/または狭窄性病変の前記重症度を評価するために血流特性を予測するインストラクションを格納するデータ・ストレージ・デバイス、ならびに
患者の血管構造の少なくとも一部の1つ以上の患者固有の画像、及び前記患者の血管構造を介して送達される造影剤の測定された分布を受信し、
前記患者の血管構造の複数の点での前記造影剤の前記測定された分布を、前記受信した患者固有の画像を使用して生成される前記患者の血管構造の患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点と関連付け、
前記患者の血流及び血圧を非侵襲的に推定する血流モデルの1つ以上の生理学的及び境界条件を定義し、前記患者の血管構造の前記患者固有の解剖学的モデルを介して前記造影剤の分布をシミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記定義された1つ以上の生理学的及び境界条件を使用して前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点を介して前記造影剤の前記分布をシミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記造影剤の前記測定された分布、及び前記患者固有の解剖学的モデルを介して前記造影剤の前記シミュレーションされた分布を比較し、相似条件が満たされるかどうかを判定し、
前記定義された生理学的及び境界条件を更新し、前記相似条件が満たされるまで、前記患者固有の解剖学的モデルの前記1つ以上の点を介して前記造影剤の前記分布を再シミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記更新された生理学的及び境界条件に基づき前記患者固有の解剖学的モデルを介して血流の1つ以上の血流特性を計算し、
電子記憶媒体またはディスプレイへ、前記シミュレーションされた造影剤分布、前記1つ以上の計算された血流特性、及び前記患者固有の解剖学的モデルのうちの1つ以上を出力する、
ことを備える方法を実行するために前記インストラクションを実行するように構成されるプロセッサ、
を備える、前記システム。 - 前記第一時間に前記患者固有の解剖学的モデル内に前記造影剤の前記分布をシミュレーションする前に、1つ以上の生理学的及び境界条件を定義することは、前記解剖学的モデルにより表現される前記血管の解剖学的構造、及び相似の血管の解剖学的構造に関して患者の母集団内にみられる生理学的特性間の形態または機能上の関係を見出すことを備える、請求項17の前記システム。
- 前記第一時間に前記患者固有の解剖学的モデル内に前記造影剤の前記分布をシミュレーションする前に、1つ以上の生理学的及び境界条件を定義することは、
初期造影剤分布を割り当てること、ならびに
前記血管壁、流出口境界、流入口境界、及びプラーク及び/または狭窄性病変付近のうちの1つ以上での前記造影剤の前記流束に関する境界条件を割り当てること、
のうちの1つ以上を備える、請求項17の前記システム。 - 造影剤分布予測及び測定を使用してプラーク及び/または狭窄性病変の重症度を評価するために血流特性を予測するコンピュータ実行可能プログラミング・インストラクションを含むコンピュータ・システム上での使用のための非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
患者の血管構造の少なくとも一部の1つ以上の患者固有の画像、及び前記患者の血管構造を介して送達される造影剤の測定された分布を受信し、
前記患者の血管構造の複数の点での前記造影剤の前記測定された分布を、前記受信した患者固有の画像を使用して生成される前記患者の血管構造の患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点と関連付け、
前記患者の血流及び血圧を非侵襲的に推定するための血流モデルの1つ以上の生理学的及び境界条件を定義し、前記患者の血管構造の前記患者固有の解剖学的モデルを介して前記造影剤の分布をシミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記定義された1つ以上の生理学的及び境界条件を使用して前記患者固有の解剖学的モデルの1つ以上の点を介して前記造影剤の前記分布をシミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記造影剤の前記測定された分布、及び前記患者固有の解剖学的モデルを介して前記造影剤の前記シミュレーションされた分布を比較し、相似条件が満たされるかどうかを判定し、
前記相似条件が満たされるまで、前記定義された生理学的及び境界条件を更新し、前記患者固有の解剖学的モデルの前記1つ以上の点を介して前記造影剤の前記分布を再シミュレーションし、
プロセッサを使用して、前記更新された生理学的及び境界条件に基づき前記患者固有の解剖学的モデルを介して血流の1つ以上の血流特性を計算し、
電子記憶媒体またはディスプレイへ、前記シミュレーションされた造影剤分布、前記1つ以上の計算された血流特性、及び前記患者固有の解剖学的モデルのうちの1つ以上を出力する、
ことを備える、前記非一時的なコンピュータ可読媒体。
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