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首页 / 专利分类库 / 医学或兽医学;卫生学 / 血液流场信息确定方法、模型获得方法、装置、计算设备

血液流场信息确定方法、模型获得方法、装置、计算设备

申请号 CN202410101640.5 申请日 2024-01-24 公开(公告)号 CN117912699A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 数坤科技股份有限公司; 发明人 高鑫; 阳光; 肖月庭; 郑超; 毛新生; 马春娥;
摘要 提供了血液流场信息确定方法、获得血液流场信息确定模型的方法、装置、计算设备及存储介质。方法可以包括:获得针对目标血管段的图像;基于所述图像获得经 降维 的图像数据;基于所述经降维的图像数据,通过预训练的神经网络,获得至少一个 特征向量 ;以及基于所述至少一个特征向量获得针对所述目标血管段的至少一个血液流场信息。
权利要求

1.一种血液流场信息确定方法,包括:
获得针对目标血管段的图像;
基于所述图像获得经降维的图像数据;
基于所述经降维的图像数据,通过预训练的神经网络,获得至少一个特征向量;以及基于所述至少一个特征向量获得针对所述目标血管段的至少一个血液流场信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述至少一个特征向量是经正交分解的向量表征。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述至少一个特征向量是经过本征正交分解POD的向量表征。
4.根据权利要求1‑3中任一项所述的方法,其中,获得至少一个特征向量包括将所述经降维的图像数据投射到与所述预训练的神经网络相关联的预定维度。
5.根据权利要求1‑4中任一项所述的方法,还包括基于所述血液流场信息确定针对所述目标血管段的血流储备分数FFR信息。
6.一种获得血液流场信息确定模型的方法,包括:
获得针对目标血管段的图像;
基于所述图像获得经降维的图像;
基于所述经降维的图像,通过神经网络获得至少一个特征向量;
基于所述至少一个特征向量获得预测的血液流场信息;
基于所述预测的血液流场信息和参考血液流场信息对所述神经网络的参数进行调整;
以及
在满足调整结束条件后,获得经调整的所述神经网络作为所述血液流场信息确定模型。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述至少一个特征向量是经正交分解的向量表征。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述至少一个特征向量是经过本征正交分解POD的向量表征。
9.根据权利要求6‑8中任一项所述的方法,还包括在满足调整结束条件后,获得与对应于所述经调整的所述神经网络的所述至少一个特征向量相关联的维度,作为与血液流场信息确定模型相关联的向量模态。
10.根据权利要求6‑9中任一项所述的方法,还包括基于所述血液流场信息确定针对所述目标血管段的血流储备分数FFR信息。
11.根据权利要求6‑10中任一项所述的方法,其中,所述参考血液流场信息是通过对所述针对目标血管段的图像进行流体学仿真而获得的。
12.一种血液流场信息确定装置,包括:
图像获得单元,用于获得针对目标血管段的图像;
降维单元,用于基于所述图像获得经降维的图像数据;
特征向量获得单元,用于基于所述经降维的图像数据,通过预训练的神经网络,获得至少一个特征向量;以及
血液流场信息获得单元,用于基于所述至少一个特征向量获得针对所述目标血管段的至少一个血液流场信息。
13.一种获得血液流场信息确定模型的装置,包括:
图像获得单元,用于获得针对目标血管段的图像;
降维单元,用于基于所述图像获得经降维的图像数据;
特征向量获得单元,用于基于所述经降维的图像数据,通过神经网络获得至少一个特征向量;
预测单元,用于基于所述至少一个特征向量获得预测的血液流场信息;
调整单元,用于基于所述预测的血液流场信息和参考血液流场信息对所述神经网络的参数进行调整;以及
模型获得单元,用于在满足调整结束条件后,获得经调整的所述神经网络作为所述血液流场信息确定模型。
14.一种计算设备,包括:
存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序
其中,所述处理器被配置为执行所述计算机程序以实现权利要求1‑5或6‑11中任一项所述方法的步骤。
15.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其中,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1‑5或6‑11中任一项所述方法的步骤。
16.一种计算机程序产品,包括计算机程序,其中,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1‑5或6‑11中任一项所述方法的步骤。

说明书全文

血液流场信息确定方法、模型获得方法、装置、计算设备

技术领域

[0001] 本公开涉及数据处理领域,特别是涉及一种血液流场信息确定方法、获得血液流场信息确定模型的方法、装置、计算设备及存储介质。

背景技术

[0002] 在医学领域,与血液有关的各种流场信息能够反映很多有效信息.。期望一种能够对血液流场信息进行分析或确定的方法。
[0003] 在此部分中描述的方法不一定是之前已经设想到或采用的方法。除非另有指明,否则不应假定此部分中描述的任何方法仅因其包括在此部分中就被认为是现有技术。类似地,除非另有指明,否则此部分中提及的问题不应认为在任何现有技术中已被公认。发明内容
[0004] 根据本公开的一方面,提供了一种血液流场信息确定方法,包括:获得针对目标血管段的图像;基于所述图像获得经降维的图像数据;基于所述经降维的图像数据,通过预训练的神经网络,获得至少一个特征向量;以及基于所述至少一个特征向量获得针对所述目标血管段的至少一个血液流场信息。
[0005] 根据本公开的另一方面,提供了一种获得血液流场信息确定模型的方法,包括:获得针对目标血管段的图像;基于所述图像获得经降维的图像数据;基于所述经降维的图像数据,通过神经网络获得至少一个特征向量;基于所述至少一个特征向量获得预测的血液流场信息;基于所述预测的血液流场信息和参考血液流场信息对所述神经网络的参数进行调整;以及在满足调整结束条件后,获得经调整的所述神经网络作为所述血液流场信息确定模型。
[0006] 根据本公开的又另一方面,提供了一种血液流场信息确定装置,包括:图像获得单元,用于获得针对目标血管段的图像;降维单元,用于基于所述图像获得经降维的图像数据;特征向量获得单元,用于基于所述经降维的图像数据,通过预训练的神经网络,获得至少一个特征向量;以及血液流场信息获得单元,用于基于所述至少一个特征向量获得针对所述目标血管段的至少一个血液流场信息。
[0007] 根据本公开的再另一方面,提供了一种获得血液流场信息确定模型的装置,包括图像获得单元,用于获得针对目标血管段的图像;降维单元,用于基于所述图像获得经降维的图像数据;特征向量获得单元,用于基于所述经降维的图像数据,通过神经网络获得至少一个特征向量;预测单元,用于基于所述至少一个特征向量获得预测的血液流场信息;调整单元,用于基于所述预测的血液流场信息和参考血液流场信息对所述神经网络的参数进行调整;以及模型获得单元,用于在满足调整结束条件后,获得经调整的所述神经网络作为所述血液流场信息确定模型。
[0008] 根据本公开的另一方面,提供了一种计算设备,包括:存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序,其中,所述处理器被配置为执行所述计算机程序以实现根据本公开的一个或多个实施例的血液流场信息确定方法或获得血液流场信息确定模型的方法。
[0009] 根据本公开的另一方面,提供了一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其中,所述计算机程序被处理器执行时实现根据本公开的一个或多个实施例的血液流场信息确定方法或获得血液流场信息确定模型的方法。
[0010] 根据本公开的另一方面,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,其中,所述计算机程序在被处理器执行时实现根据本公开的一个或多个实施例的血液流场信息确定方法或获得血液流场信息确定模型的方法。
[0011] 根据本公开的一个或多个实施例,能够基于降维的数据通过神经网络生成能够用于计算流场信息的特征向量,从而实现对血液流场信息的确定。
[0012] 根据本公开的一个或多个实施例,能够丢弃对流场信息结果不产生作用的部分的计算,从而实现更高的计算效率。
[0013] 根据在下文中所描述的实施例,本公开的这些和其它方面将是清楚明白的,并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。附图说明
[0014] 在下面结合附图对于示例性实施例的描述中,本公开的更多细节、特征和优点被公开,在附图中:
[0015] 图1是图示出根据示例性实施例的可以在其中实施本文描述的各种方法的示例系统的示意图;
[0016] 图2是图示出根据示例性实施例的血液流场信息确定方法的流程图
[0017] 图3是图示出根据示例性实施例的获得血液流场信息确定模型的方法的流程图;
[0018] 图4是图示出根据示例性实施例的数据流的示意图;
[0019] 图5是图示出可以适用根据示例性实施例的方法的血管段的示意图;
[0020] 图6是图示出根据示例性实施例的血液流场信息确定装置的示意性框图
[0021] 图7是图示出根据示例性实施例的获得血液流场信息确定模型的装置的示意性框图;
[0022] 图8是图示出能够应用于示例性实施例的示例性计算机设备的框图。

具体实施方式

[0023] 在本公开中,除非另有说明,否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系,这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中,第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例,而在某些情况下,基于上下文的描述,它们也可以指代不同实例。
[0024] 在本公开中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的,而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明,如果不特意限定要素的数量,则该要素可以是一个也可以是多个。如本文使用的,术语“多个”意指两个或更多,并且术语“基于”应解释为“至少部分地基于”。此外,术语“和/或”以及“……中的至少一个”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。
[0025] 下面结合附图详细描述本公开的示例性实施例。
[0026] 图1是图示出根据示例性实施例的可以在其中实施本文描述的各种方法的示例系统100的示意图。
[0027] 参考图1,该系统100包括客户端设备110、服务器120、以及将客户端设备110与服务器120通信地耦合的网络130。
[0028] 客户端设备110包括显示器114和可经由显示器114显示的客户端应用(APP)112。客户端应用112可以为运行前需要下载和安装的应用程序或者作为轻量化应用程序的小程序(liteapp)。在客户端应用112为运行前需要下载和安装的应用程序的情况下,客户端应用112可以被预先安装在客户端设备110上并被激活。在客户端应用112为小程序的情况下,用户102可以通过在宿主应用中搜索客户端应用112(例如,通过客户端应用112的名称等)或扫描客户端应用112的图形码(例如,条形码、二维码等)等方式,在客户端设备110上直接运行客户端应用112,而无需安装客户端应用112。在一些实施例中,客户端设备110可以是任何类型的移动计算机设备,包括移动计算机、移动电话、可穿戴式计算机设备(例如智能手表、头戴式设备,包括智能眼镜,等)或其他类型的移动设备。在一些实施例中,客户端设备110可以替换地是固定式计算机设备,例如台式机、服务器计算机或其他类型的固定式计算机设备。在一些可选的实施例中,客户端设备110还可以是或者可以包括医学图像打印设备。
[0029] 服务器120典型地为由互联网服务提供商(ISP)或互联网内容提供商(ICP)部署的服务器。服务器120可以代表单台服务器、多台服务器的集群、分布式系统、或者提供基础服务(诸如云数据库、云计算、云存储、云通信)的云服务器。将理解的是,虽然图1中示出服务器120与仅一个客户端设备110通信,但是服务器120可以同时为多个客户端设备提供后台服务。
[0030] 网络130的示例包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、个域网(PAN)、和/或诸如互联网之类的通信网络的组合。网络130可以是有线或无线网络。在一些实施例中,使用包括超文本标记语言(HTML)、可扩展标记语言(XML)等的技术和/或格式来处理通过网络130交换的数据。此外,还可以使用诸如安全套接字层(SSL)、传输层安全(TLS)、虚拟专用网络(VPN)、网际协议安全(IPsec)等加密技术来加密所有或者一些链路。在一些实施例中,还可以使用定制和/或专用数据通信技术来取代或者补充上述数据通信技术。
[0031] 系统100还可以包括图像采集设备140。在一些实施例中,图1所示出的图像采集设备140可以是医学扫描设备,包括但不限于在正子发射断层扫描计算机成像系统(Positron emission tomography,PET)、正子发射电脑断层扫描计算机成像系统(Positron emission tomography with computerized tomography,PET/CT)、单一光子发射电脑断层扫描计算机成像系统(Single photon emission computed tomography with computerized tomography,SPECT/CT)、计算机断层扫描系统(Computerized tomography,CT)、医学超音波检查计算机成像系统(Medical ultrasonography)、核磁共振成像系统(Nuclear magnetic resonance imaging,NMRI)、磁共振成像系统(Magnetic Resonance Imaging,MRI)、心血管造影成像系统(Cardiac angiography,CA)、数字放射显影系统(Digital radiography,DR)等中使用的扫描或成像设备。例如,图像采集设备140可以包括数字减影血管造影扫描仪、磁共振血管造影扫描仪、断层血管扫描仪、正子发射断层扫描仪、正子发射电脑断层扫描仪、单一光子发射电脑断层扫描仪、计算机断层扫描仪、医学超音波检查设备、核磁共振成像扫描仪、磁共振成像扫描仪、数字放射显影扫描仪等。图像采集设备140可以与服务器(例如,图1中的服务器120或者图中未示出的、成像系统的单独服务器)相连接,以实现图像数据的处理,包括但不限于将扫描数据进行转换(例如,转换为医学图像序列)、压缩、像素修正、三维重建等。
[0032] 图像采集设备140可以例如通过网络130与客户端设备110相连接,或者以其他方式直接连接到客户端设备以与客户端设备通信。
[0033] 可选地,系统还可以包括智能计算设备或者计算卡150。图像采集设备140可以包括或者连接(例如,可拆除地连接)到这样的计算卡150等。作为一个示例,计算卡150可以实现图像数据的处理,包括但不限于转换、压缩、像素修正、重建等。作为另一个示例,计算卡150可以实现根据本公开的实施例的血液流场信息确定方法或获得血液流场信息确定模型的方法。
[0034] 系统还可以包括其他未示出的部分,例如数据存储部。数据存储部可以是数据库、数据存储库或其他形式的用于数据存储的一个或多个装置,可以是常规数据库,也可以包括云端数据库、分布式数据库等。例如,由图像采集设备140形成的直接图像数据或者经过图像处理获得的医学图像序列或三维影像数据等可存储到数据存储部中,以供后续服务器120以及客户端设备110从数据存储部中调取。另外,上述图像采集设备140还可直接图像数据或者经过图像处理获得的医学图像序列或三维影像数据等直接提供给服务器120或者客户端设备110等。
[0035] 用户可以使用客户端设备110控制对图像或影像的采集,查看采集到的图像或影像(包括初步图像数据或者经过分析处理的图像等),查看分析结果,与采集图像或分析结果进行交互,输入采集指令,配置数据等等。客户端设备110可以将配置数据、指令或者其他信息发送到图像采集设备140以控制图像采集设备的采集、对数据进行处理等。
[0036] 为了本公开实施例的目的,在图1的示例中,客户端应用112可以为图像序列管理应用程序,该图像序列管理应用程序可以提供各种功能,例如,对采集到的图像序列进行存储管理、索引、排序、分类等等。与此相应,服务器120可以是与图像序列管理应用程序一起使用的服务器。该服务器120可以基于用户请求或者根据本公开的实施例所生成的指令等向客户端设备110中运行的客户端应用112提供图像序列管理服务,例如管理云端的图像序列存储,按照指定索引(包括例如但不限于序列类型、病人标识、人体部位、采集目标、采集阶段、采集机器、是否有病灶检出、严重程度等等)对图像序列进行存储与归类,以及按照指定索引检索并向客户端设备提供图像序列,等等。替换地,服务器120也可以将这样的服务能或者存储空间提供或分配给客户端设备110,由客户端设备110中运行的客户端应用112根据用户请求或者根据本公开的实施例所生成的指令等提供对应的图像序列管理服务,等等。可以理解的是,以上仅给出了一个示例,并且本公开不限于此。
[0037] 图2是图示出根据示例性实施例的血液流场信息确定方法200的流程图。方法200可以在客户端设备(例如,图1中所示的客户端设备110)处执行,也即,方法200的各个步骤的执行主体可以是图1中所示的客户端设备110。在一些实施例中,方法200可以在服务器(例如,图1中所示的服务器120)处执行。在一些实施例中,方法200可以由客户端设备(例如,客户端设备110)和服务器(例如,服务器120)相组合地执行。
[0038] 在下文中,以执行主体为客户端设备110为例,详细描述方法200的各个步骤。
[0039] 参考图2,在步骤210处,获得针对目标血管段的图像。
[0040] 在步骤220处,基于所述图像获得经降维的图像数据。
[0041] 在步骤230处,基于所述经降维的图像数据,通过预训练的神经网络,获得至少一个特征向量。
[0042] 在步骤240处,基于所述至少一个特征向量获得针对所述目标血管段的至少一个血液流场信息。
[0043] 通过上述方法,能够基于降维后的图像数据获得血液流场信息。
[0044] 针对血管段采集的图像可能会带来大量的计算量。一方面,因为血管本身是动态的,其中的血液在不断流动,血管的形态不固定,并且随着心脏跳动会出现一定程度的充盈现象等。另一方面,在某些位置的血管可能具有复杂的拓扑结构,并且采集的图像可能存在遮挡(例如,被其他血管或其他组织或器官遮挡),等等。尤其是,在某些情况下,需要针对血管段随时间采集图像序列,例如在施加了造影剂的情况下更是如此。这样的图像序列或视频流会包含大量的数据量,即使是引入人工智能和神经网络,对其原始数据进行分析仍将会消耗大量资源并且带来令人不期望的漫长的分析时间。
[0045] 根据本公开的实施例,能够首先对图像进行降维,之后基于降维的数据通过神经网络生成能够用于计算流场信息的特征向量,从而实现对血液流场信息的确定。
[0046] 在某些疾病的诊断过程期间,需要对血管、血流等的健康程度进行分析,并且在这样的分析过程中,血液流场信息能够反应很多有效信息。可以理解的是,血液流场信息这样的用词可以涵盖本领域技术人员能够理解或者将来能够设想的各种与血管段有关的流场信息,包括且不限于血液流速、血液压力、血液密度等等,并且可以涵盖局部值、采样值、极值、平均值等各种统计量,并且本公开不限于此。
[0047] 可以理解的是,针对目标血管段的图像可以是针对待分析的目标血管段采集的原始的图像、经图像处理(例如,修补、增强、旋转)后获得的图像数据等等,并且本公开不限于此。
[0048] 可以理解的是,可以采用各种降维方法。作为一个示例,在对数据进行降维时,可以采取这样的策略,即确保降维特征对流场起主要作用。示例性地,可以采用变分自编码器(Variational AutoEncoder,VAE)进行降维,并且本公开不限于此。
[0049] 根据一些实施例,所述至少一个特征向量可以是经正交分解的向量表征。在这样的情况下,可以通过对经降维的图像数据进行正交分解,来获得降维图像数据的向量表示。
[0050] 示例性地,所述至少一个特征向量可以是经过本征正交分解的向量表征。
[0051] 本征正交分解(Proper orthogonal decomposition,POD),也称为主成分分析法(Principal Components Analysis,PCA),其可以采用本领域技术人员一致的方法进行求解,并且其具体原理在本公开中不再赘述。根据一些其他的示例性实施例,所述至少一个特征向量可以是经过以下各项中的至少一项而获得的:动态模态分解、扩展特征正交分解、主成分分析、奇异值分解、共扼分析。
[0052] 根据一些实施例,获得至少一个特征向量可以包括将所述经降维的图像数据投射到与所述预训练的神经网络相关联的预定维度。
[0053] 示例性地,这里的预定维度可以被称为模态,例如在主成分分析的情况下,可以被称为POD模态。预定维度可以是与神经网络一起训练的。示例性地,POD模态可以对应于是主导的空间流动模式或结构。
[0054] 作为一个具体的非限制性示例,在对冠心病进行诊断时,往往需要看冠脉健康程度。示例性地,可以在功能学方面基于血流储备分数(FFR)来判断。FFR指在冠状动脉存在狭窄病变的情况下,该血管所供心肌区域能获得的最大血流与同一区域理论上正常情况下所能获得的最大血流之比,即心肌最大充血状态下的狭窄远端冠状动脉内平均压(Pd)与冠状动脉口部主动脉平均压(Pa)的比值。针对这样的使用场景,本公开的实施例提供了一种能够无创进行FFR测量的方法,并且通过对数据进行降维,能够极大地减少计算量。示例性地,方法还可以包括基于所述血液流场信息确定针对所述目标血管段的血流储备分数FFR信息。
[0055] 示例性地,针对目标血管段的图像可以是通过数字减影血管造影(DSA)方法采集的图像,并且本公开不限于此。
[0056] 下面结合图3来详细描述根据本公开的示例性实施例的获得血液流场信息确定模型的方法300的各个步骤。
[0057] 在步骤310处,获得针对目标血管段的图像。
[0058] 在步骤320处,基于所述图像获得经降维的图像数据。
[0059] 在步骤330处,基于所述经降维的图像数据,通过神经网络获得至少一个特征向量。
[0060] 在步骤340处,基于所述至少一个特征向量获得预测的血液流场信息。
[0061] 在步骤350处,基于所述预测的血液流场信息和参考血液流场信息对所述神经网络的参数进行调整。
[0062] 在步骤360处,在满足调整结束条件后,获得经调整的所述神经网络作为所述血液流场信息确定模型。
[0063] 根据本公开的一个或多个实施例,提供了一种训练方法,从而能够获得血液流场信息确定模型,这样的模型能够基于降维的数据获得血液流场信息。
[0064] 示例性地,参考血液流场信息可以是基于降维前的图像数据获得的。由于基于降维前的数据获得血液流场信息发生在离线训练阶段,因而不会影响应用中实时处理和计算的效率。在这样的示例中,根据本公开的训练方法,一方面对数据进行了降维,减少了训练神经网络模型所需的计算量,另一方面,通过与非降维的数据生成的参考数据进行对比来调整神经网络,可以直接对降维所引起的误差进行弥补,仍然能获得与非降维数据进行计算可比拟的准确效果。
[0065] 作为一个具体的非限制性示例,预测的血液流场信息和参考血液流场信息能够用于表征所述目标血管段的FFR结果,例如分别表征预测的FFR结果和参考FFR结果。参考FFR结果例如可以是基于非降维的数据获得的,例如可以是通过流体力学等方法获得的,例如可以是其它方式获得的测量值等等,例如可以在此处作为训练神经网络的真值来使用,并且可以理解的是,本公开不限于此。
[0066] 尤其是,根据本公开的一个或多个实施例,能够丢弃对流场信息结果不产生作用的部分的计算,从而实现更高的计算效率。这可以是通过这样的技术特征获得的:根据本公开的一个或多个实施例,直接基于非降维的参考数据进行对比,从而保证基于降维后的特征所获得的信息对于生成最终流场信息(例如,FFR结果)而言是准确的,而对结果不产生影响的部分可以被简化掉,从而无论是在训练侧还是在应用侧,均能保证准确度与计算效率两者。
[0067] 可以理解的是,调整结束条件可以是本领域技术人员能够理解或将来能够设想的各种调整结束条件,例如预测值和参考值之间的差满足阈值、满足预定迭代次数,等等,并且本公开不限于此。例如,方法还包括在对所述神经网络的参数进行调整后基于所述经降维的图像数据,通过经调整的所述神经网络获得至少一个更新的向量表征,基于所述至少一个更新的向量表征获得更新的预测的血液流场信息,并且基于更新的预测的血液流场信息和参考血液流场信息对所述神经网络的参数进行再次调整,等等,并且本公开不限于此。
[0068] 根据一些实施例,所述至少一个特征向量可以是经正交分解的向量表征。
[0069] 根据一些实施例,所述至少一个特征向量可以是经过本征正交分解POD的向量表征。
[0070] 根据一些实施例,方法300还可以包括在满足调整结束条件后,获得与对应于所述经调整的所述神经网络的所述至少一个特征向量相关联的维度,作为与所述血液流场信息确定模型相关联的向量模态。关于向量模态的具体示例算法将在下文中进行进一步展开。
[0071] 根据一些实施例,方法还可以包括基于所述血液流场信息确定针对所述目标血管段的血流储备分数FFR信息。
[0072] 根据一些实施例,所述参考血液流场信息可以是通过对所述针对目标血管段的图像数据进行流体力学仿真而获得的。
[0073] 下面结合图4描述根据本公开的一个具体的非限制性实施例的数据流的示意图。在图4中,上半部分示出离线侧数据流,下半部分示出在线侧数据流。
[0074] 在离线运行过程中,示例性地,获得血管段数据集401,其可以例如是血管段分割数据集,例如血管段3D分割数据集。通过对血管段数据集401进行降维,例如通过变分自编码器VAE进行降维,获得降维特征402。可以将降维特征402输入到全连接神经网络403,从而获得POD系数404,例如预测的POD系数。另一方面,可以基于血管段数据集401,通过流体力学(CFD)计算模拟408,获得流场数据集407。可以通过对流场数据集进行本征正交分解(POD),获得POD系数和POD模态406。在训练过程中,可以通过比较全连接神经网络的输出和基于流场数据集407的结果,对神经网络的参数进行调整。
[0075] 在在线运行过程中,示例性地,可以基于图像数据411获得降维特征412。降维过程可以示例性地基于变分自编码器VAE,也可以基于本领域技术人员能够理解的其他方法。可以将降维特征412输入到全连接神经网络413,从而获得预测的POD系数414。可以基于POD系数414获得血管段流场信息417。示例性地,可以基于获得血管段流场信息417获得进一步的信息,例如血管段压降Δp等,并且本公开不限于此。
[0076] 血管段的示例性模型可以如图5所示。假设有M个不同形状的血管段,在每个血管段上有选取N个数据点。可以计算空间中各个点上的P种血液动力学参数(如压力、流速),例如利用仿真模拟,例如3D CFD仿真模拟,或者可以其他本领域技术人员已知的手段。对每种参数可以构建一个数据集(D),可以写成如下矩阵形式
[0077] D∈RN×M
[0078] 通过奇异值分解,D可以写成如下形式:
[0079]
[0080] 其中,ΦN×M是正交模态矩阵,ΣM×M是对矩阵,其对角线上的数值按照降序排列,每个值表示一个特征值, 是系数矩阵。
[0081] 一般情况下,取前k阶模态(k远小于D的秩)即可近似表示数据集D,即[0082]
[0083] 其中,ΦN×k可以对应于如本公开的一个或多个实施例中所记载的向量模态,其也可以称为模态、基或维度。此外, 可以对应于如本公开的一个或多个实施例中所记载的特征向量,在POD分解的情况下其也可以被称为POD系数。
[0084] 可以理解的是,虽然各个操作在附图中被描绘为按照特定的顺序,但是这不应理解为要求这些操作必须以所示的特定顺序或者按顺行次序执行,也不应理解为要求必须执行所有示出的操作以获得期望的结果。例如,在本文中依照次序描述的两个步骤可以以相反的顺序执行,或者可以并发地执行。又例如,可以省略本公开的各个实施例中的一个或多个步骤。
[0085] 可以理解的是,贯穿本公开,图像或图像序列可以是或可以包括二维图像数据,也可以是或者包括三维图像数据。可以理解的是,本公开不限于此。
[0086] 图6是图示出根据示例性实施例的血液流场信息确定装置600的示意性框图。血液流场信息确定装置600可以包括图像获得单元610、降维单元620、特征向量获得单元630和血液流场信息获得单元640。图像获得单元610可以用于获得针对目标血管段的图像。降维单元620可以用于基于所述图像获得经降维的图像数据。特征向量获得单元630可以用于基于所述经降维的图像数据,通过预训练的神经网络,获得至少一个特征向量。血液流场信息获得单元640可以用于基于所述至少一个特征向量获得针对所述目标血管段的至少一个血液流场信息。
[0087] 应当理解,图6中所示装置600的各个模可以与参考图2描述的方法200中的各个步骤相对应。由此,上面针对方法200描述的操作、特征和优点同样适用于装置600及其包括的模块。为了简洁起见,某些操作、特征和优点在此不再赘述。
[0088] 图7是图示出根据示例性实施例的获得血液流场信息确定模型的装置700的示意性框图。获得血液流场信息确定模型的装置700可以包括:图像获得单元710、降维单元702、特征向量获得单元730、预测单元740、调整单元750以及模型获得单元760。
[0089] 图像数据获得单元710可以用于获得针对目标血管段的图像。降维单元702可以用于基于所述图像获得经降维的图像数据。特征向量获得单元730可以用于基于所述经降维的图像数据,通过神经网络获得至少一个特征向量。预测单元740可以用于基于所述至少一个特征向量获得预测的血液流场信息。调整单元750,用于基于所述预测的血液流场信息和参考血液流场信息对所述神经网络的参数进行调整。模型获得单元760可以用于在满足调整结束条件后,获得经调整的所述神经网络作为所述血液流场信息确定模型。
[0090] 应当理解,图7中所示装置700的各个模块可以与参考图2描述的方法200中的各个步骤相对应。由此,上面针对方法300描述的操作、特征和优点同样适用于装置700及其包括的模块。为了简洁起见,某些操作、特征和优点在此不再赘述。
[0091] 根据本公开的实施例,还公开了一种计算设备,包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序,其中,处理器被配置为执行计算机程序以实现根据本公开的实施例的血液流场信息确定方法或获得血液流场信息确定模型的方法及其变型例的步骤。
[0092] 根据本公开的实施例,还公开了一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其中,计算机程序被处理器执行时实现根据本公开的实施例的血液流场信息确定方法或获得血液流场信息确定模型的方法及其变型例的步骤。
[0093] 根据本公开的实施例,还公开了一种计算机程序产品,包括计算机程序,其中,计算机程序被处理器执行时实现根据本公开的实施例的血液流场信息确定方法或获得血液流场信息确定模型的方法及其变型例的步骤。
[0094] 虽然上面参考特定模块讨论了特定功能,但是应当注意,本文讨论的各个模块的功能可以分为多个模块,和/或多个模块的至少一些功能可以组合成单个模块。本文讨论的特定模块执行动作包括该特定模块本身执行该动作,或者替换地该特定模块调用或以其他方式访问执行该动作(或结合该特定模块一起执行该动作)的另一个组件或模块。因此,执行动作的特定模块可以包括执行动作的该特定模块本身和/或该特定模块调用或以其他方式访问的、执行动作的另一模块。例如,根据本公开的一个或多个实施例描述的各个模块或单元在一些实施例中可以组合成单个模块或单元。又例如,在本公开的一个或多个实施例中可能会以并列方式描述两个或多个模块或单元,而在其他一些实施例中,这些模块和单元之间可以具有一个或多个包含关系。如本文使用的,短语“实体A发起动作B”或“实体A使得执行动作B”可以是指实体A发出执行动作B的指令,但实体A本身并不一定执行该动作B。例如,短语“显示模块使得显示……”可以是指显示模块指示显示器(未示出)或其他可能的显示装置进行显示,而显示模块本身不需要执行“显示”的动作。
[0095] 还应当理解,本文可以在软件硬件元件或程序模块的一般上下文中描述各种技术。上面关于图6描述的各个模块可以在硬件中或在结合软件和/或固件的硬件中实现。例如,这些模块可以被实现为计算机程序代码/指令,该计算机程序代码/指令被配置为在一个或多个处理器中执行并存储在计算机可读存储介质中。可替换地,这些模块可以被实现为硬件逻辑/电路。例如,在一些实施例中,根据本公开的一个或多个实施例描述的模块或单元中的一个或多个可以一起被实现在片上系统(System on Chip,SoC)中。SoC可以包括集成电路芯片(其包括处理器(例如,中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)、微控制器微处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)等)、存储器、一个或多个通信接口、和/或其他电路中的一个或多个部件),并且可以可选地执行所接收的程序代码和/或包括嵌入式固件以执行功能。
[0096] 根据本公开的一方面,提供了一种计算设备,其包括存储器、处理器以及存储在存储器上的计算机程序。该处理器被配置为执行计算机程序以实现上文描述的任一方法实施例的步骤。
[0097] 根据本公开的一方面,提供了一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上文描述的任一方法实施例的步骤。
[0098] 根据本公开的一方面,提供了一种计算机程序产品,其包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上文描述的任一方法实施例的步骤。
[0099] 在下文中,结合图8描述这样的计算机设备、非暂态计算机可读存储介质和计算机程序产品的说明性示例。
[0100] 图8示出了可以被用来实施本文所描述的方法的计算机设备800的示例配置。举例来说,图1中所示的服务器120和/或客户端设备110可以包括类似于计算机设备800的架构。上述用于血流储备分数FFR或获得血液流场信息确定模型的设备/装置也可以全部或至少部分地由计算机设备800或类似设备或系统实现。
[0101] 计算机设备800可以是各种不同类型的设备,例如服务提供商的服务器、与客户端(例如,客户端设备)相关联的设备、片上系统、和/或任何其它合适的计算机设备或计算系统。计算机设备800的示例包括但不限于:台式计算机、服务器计算机、笔记本电脑或上网本计算机、移动设备(例如,平板电脑、蜂窝或其他无线电话(例如,智能电话)、记事本计算机、移动台)、可穿戴设备(例如,眼镜、手表)、娱乐设备(例如,娱乐器具、通信地耦合到显示设备的机顶盒、游戏机)、电视或其他显示设备、汽车计算机等等。因此,计算机设备800的范围可以从具有大量存储器和处理器资源的全资源设备(例如,个人计算机、游戏控制台)到具有有限的存储器和/或处理资源的低资源设备(例如,传统的机顶盒、手持游戏控制台)。
[0102] 计算机设备800可以包括能够诸如通过系统总线814或其他适当的连接彼此通信的至少一个处理器802、存储器804、(多个)通信接口806、显示设备808、其他输入/输出(I/O)设备810以及一个或更多大容量存储设备812。
[0103] 处理器802可以是单个处理单元或多个处理单元,所有处理单元可以包括单个或多个计算单元或者多个核心。处理器802可以被实施成一个或更多微处理器、微型计算机、微控制器数字信号处理器、中央处理单元、状态机、逻辑电路和/或基于操作指令来操纵信号的任何设备。除了其他能力之外,处理器802可以被配置成获取并且执行存储在存储器804、大容量存储设备812或者其他计算机可读介质中的计算机可读指令,诸如操作系统816的程序代码、应用程序818的程序代码、其他程序820的程序代码等。
[0104] 存储器804和大容量存储设备812是用于存储指令的计算机可读存储介质的示例,所述指令由处理器802执行来实施前面所描述的各种功能。举例来说,存储器804一般可以包括易失性存储器和非易失性存储器二者(例如RAM、ROM等等)。此外,大容量存储设备812一般可以包括硬盘驱动器、固态驱动器、可移除介质、包括外部和可移除驱动器、存储器卡、闪存、软盘、光盘(例如CD、DVD)、存储阵列、网络附属存储、存储区域网等等。存储器804和大容量存储设备812在本文中都可以被统称为存储器或计算机可读存储介质,并且可以是能够把计算机可读、处理器可执行程序指令存储为计算机程序代码的非暂态介质,所述计算机程序代码可以由处理器802作为被配置成实施在本文的示例中所描述的操作和功能的特定机器来执行。
[0105] 多个程序模块可以存储在大容量存储设备812上。这些程序包括操作系统816、一个或多个应用程序818、其他程序820和程序数据822,并且它们可以被加载到存储器804以供执行。这样的应用程序或程序模块的示例可以包括例如用于实现包括方法200和/或方法300(包括方法200、300的任何合适的步骤)和/或本文描述的另外的实施例的部件/功能的计算机程序逻辑(例如,计算机程序代码或指令)。
[0106] 虽然在图8中被图示成存储在计算机设备800的存储器804中,但是模块816、818、820和822或者其部分可以使用可由计算机设备800访问的任何形式的计算机可读介质来实施。如本文所使用的,“计算机可读介质”至少包括两种类型的计算机可读介质,也就是计算机存储介质和通信介质。
[0107] 计算机存储介质包括通过用于存储信息的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质,所述信息诸如是计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其他数据。计算机存储介质包括而不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术,CD‑ROM、数字通用盘(DVD)、或其他光学存储装置,磁盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储设备,或者可以被用来存储信息以供计算机设备访问的任何其他非传送介质。
[0108] 与此相对,通信介质可以在诸如载波或其他传送机制之类的已调数据信号中具体实现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。本文所定义的计算机存储介质不包括通信介质。
[0109] 计算机设备800还可以包括一个或更多通信接口806,以用于诸如通过网络、直接连接等等与其他设备交换数据,正如前面所讨论的那样。这样的通信接口可以是以下各项中的一个或多个:任何类型的网络接口(例如,网络接口卡(NIC))、有线或无线(诸如IEEE 802.11无线LAN(WLAN))无线接口、全球微波接入互操作(Wi‑MAX)接口、以太网接口、通用串TM
行总线(USB)接口、蜂窝网络接口、Bluetooth 接口、近场通信(NFC)接口等。通信接口806可以促进在多种网络和协议类型内的通信,其中包括有线网络(例如LAN、电缆等等)和无线网络(例如WLAN、蜂窝、卫星等等)、因特网等等。通信接口806还可以提供与诸如存储阵列、网络附属存储、存储区域网等等中的外部存储装置(未示出)的通信。
[0110] 在一些示例中,可以包括诸如监视器之类的显示设备808,以用于向用户显示信息和图像。其他I/O设备810可以是接收来自用户的各种输入并且向用户提供各种输出的设备,并且可以包括触摸输入设备、手势输入设备、摄影机、键盘、遥控器、鼠标打印机、音频输入/输出设备等等。
[0111] 虽然在附图和前面的描述中已经详细地说明和描述了本公开,但是这样的说明和描述应当被认为是说明性的和示意性的,而非限制性的;本公开不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附的权利要求书,本领域技术人员在实践所要求保护的主题时,能够理解和实现对于所公开的实施例的变型。在权利要求书中,词语“包括”不排除未列出的其他元件或步骤,并且词语“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不表明这些措施的组合不能用来获益。