[发明专利]用于心脏机电学的交互计算的方法和系统

说明书

公开了一种用于模拟患者的心脏功能的方法和系统。从患者的医学图像数据，生成患者心脏的至少一部分的患者特定的解剖模型。通过使用患者特定的心脏电生理学模型，针对多个时间步中的每个时间步而在由患者特定的解剖模型限定的计算域上计算心脏电生理学电势。对于每个时间步，作用于计算域的多个节点上的电生理学电势被并行地计算。通过使用耦合到心脏电生理学模型的心脏生物力学模型，针对多个时间步中的每个时间步的计算域上的生物力学的力。对于每个时间步，作用于网格域的多个节点上的生物力学的力被并行地估计。基于所计算的生物力学的力，在多个时间步中的每个时间步处计算血流和心脏移动。显示所计算的电生理学电势、生物力学的力和心脏参数，交互地接收用户输入，以改变患者特定的模型的参数中的至少一个，并且重新计算电生理学电势、生物力学的力以及血流和心脏移动。

本申请要求于2013年1月18日提交的美国临时申请No.61/754,174的权益，所述美国临时申请的公开内容通过引用被并入本文中。

背景技术

本发明涉及使用医学图像数据对心脏功能建模，并且更特别地涉及用于从临床数据和医学图像数据对心脏解剖、电生理学、生物力学和血液动力学建模的集成框架，其足够快速以致是交互性的并且被嵌入在临床设置中。

心力衰竭是具有高度社会、经济和健康护理影响的慢性病，在西方国家有估计的2％的成年人具有所述状况。在心力衰竭的可能表现中，所有情况中的几乎三分之一呈现扩张性心肌病(DCM)，其由心脏的渐进的扩大和衰弱而表征。DCM的治疗是具有挑战性的，这是由于病原学(病毒性的、遗传性的、缺血性的)的大的变异性和缺乏疾病预后的预测器。存在对于帮助临床医生预测病程并且规划治疗疗法的计算工具的需要。

发明内容

本公开提供了一种用于心脏功能的患者特定的建模的方法和系统。本发明的实施例提供了用于从临床信息和医学成像数据而对心脏解剖、电生理学、生物力学和血液动力学建模的集成框架，其足够快速以致是交互性的并且被嵌入在临床设置中。本发明的实施例利用大规模并行架构，诸如图形处理单元(GPU)，以实现与近实时的心脏电生理学模型、心脏血液动力学的高效集总的模型、和用于从医学图像数据进行心脏解剖估计的数据驱动的技术耦合的心肌组织的正交各向异性(orthotropic)模型。

在本发明的一个实施例中，从患者的医学图像数据，生成患者心脏的至少一部分的患者特定的解剖模型。通过使用患者特定的心脏电生理学模型，为多个时间步(timestep)中的每个时间步，在由患者特定的解剖模型所限定的计算域上计算患者的心脏电生理学电势，其中对于多个时间步中的每个时间步，作用于计算域的多个节点上的电生理学电势被并行地计算。通过使用耦合到心脏电生理学模型的心脏生物力学模型，为多个时间步中的每个时间步，在计算域上计算生物力学的力，其中对于多个时间步中的每个时间步，作用于网格域的多个节点上的生物力学的力被并行地估计。基于所估计的生物力学的力，在多个时间步的每个时间步处计算血流和心脏移动。显示所计算的电生理学电势、生物力学的力和心脏参数。交互地接收用户输入，以改变以下中的至少一个的参数的至少之一：患者特定的解剖模型、心脏电生理学模型和心脏生物力学模型。重新计算电生理学电势、生物力学的力以及血流和心脏移动。

通过参考以下的具体实施方式和附图，本发明的这些和其它优点将对本领域普通技术人员显而易见。

附图说明

图1图示了根据本发明的实施例的用于患者特定的心脏功能建模的框架的概述；

图2图示了根据本发明的实施例的用于患者特定的心脏功能建模的方法；

图3图示了根据本发明的实施例的用于生成左和右心室的患者特定的解剖模型的方法；

图4图示了图3的步骤的示例性结果；

图5图示了使用基于规则的方法的纤维和纤维片(sheet)的估计；

图6图示了根据本发明的实施例的一般化的并行实现方式；