[發明專利]識別和分析2D和多普勒模態超聲心動圖圖像以用于自動化心臟測量以及心臟病的診斷、預測和預后的自動化臨床工作流

在審

• 申請號: 201880100205.3
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN113194836A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 詹姆斯·奧蒂斯·黑爾二世;保羅·詹姆斯·希金斯;素萍·卡羅倫·拉姆;約倫·胡梅爾;賈斯珀·特龍普;沃特·奧威克
• 申請（專利權）人: EKO.AI私人有限公司
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;G16H30/20;G16H50/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 鄭斌;劉振佳

由在至少一個處理器上執行的軟件進行的自動化工作流包括接收通過超聲裝置拍攝的多個超聲心動圖圖像。第一過濾器基于對圖像元數據進行分析而通過2D圖像和多普勒模態圖像來分離所述多個超聲心動圖圖像。第一神經網絡按視圖類型對2D圖像進行分類，并且第二神經網絡按視圖類型對多普勒模態圖像進行分類。第三神經網絡對2D圖像中的心腔進行分割，并且第四神經網絡對多普勒模態圖像進行分割以生成波形軌跡，產生經分割2D圖像和經分割多普勒模態圖像。使用這兩種圖像集合，計算心臟左側和右側二者的心臟特征的測量值。將計算出的測量值與國際心臟指南進行比較以生成結論，并且輸出突出顯示超出指南的測量值的報告。

背景技術

本發明涉及用于疾病預測的圖像分類，并且更具體地，涉及識別和分析2D和多普勒模態超聲心動圖(Doppler modality echocardiogram)圖像以用于自動化測量以及心臟病的診斷、預測和預后的自動化臨床工作流(workflow)。

心血管病(包括心力衰竭)是主要的健康問題，占全世界人死亡的約30％。心力衰竭也是超過65歲成人住院治療的主要原因。超聲心動圖是心臟病學中用于心臟的形態和功能評估的重要的診斷輔助。在典型的患者超聲心動圖(回波)檢查中，稱為超聲醫師的臨床醫師將超聲裝置抵靠患者胸部放置，以捕獲患者心臟的許多2D圖像/視頻。反射聲波揭示了心臟壁的內部結構和血流速度。超聲裝置位置在回波檢查期間會發生變化，以從不同的視點或視圖捕獲不同的解剖部分作為心臟的2D切片。臨床醫師具有向這些2D圖像添加從多種可能的模態(包括連續波多普勒、m模式、脈沖波多普勒和脈沖波組織多普勒)捕獲的波形的選擇權。2D圖像/視頻和多普勒模態圖像通常保存在DICOM(醫學數字成像和通信(DigitalImaging and Communications in Medicine))格式的文件中。盡管在DICOM文件的元數據中部分指示了模態類型，但在模態和2D視圖中超聲裝置位置(這是對哪個心臟結構進行了成像的最終決定性因素)卻未指示。

在患者檢查之后，臨床醫師/技師檢查DICOM文件，人工調繪(annotate)心室和結構(如左心室(LV))，并對這些結構進行測量。該過程依賴于對臨床醫師識別每個圖像中的視圖并進行合適的測量值的培訓。在后續檢查中，心臟病專家查看DICOM圖像和測量，將它們與記憶的指南值進行比較，并基于由超聲心動圖作出的解釋而做出診斷。

用于分析DICOM圖像、測量圖像中的心臟結構以及確定、預測和預示心臟病的當前工作流過程是高度人工的、耗時且易于出錯的。

最近提出了自動化心臟圖像解釋以實現非專家對心臟功能低成本評估的提議。盡管與人工過程相比，所提出的自動化系統有望提高性能，但該系統仍有數個不足。一個不足是系統僅識別2D圖像。另外，雖然所提出的系統可區分正常心臟與患病心臟，但是所提出的系統不能區分患有看起來相似疾病的心臟。因此，由所提出系統鑒定的心臟病數目非常有限，并且需要人工干預來鑒定其他類型的心臟病。

例如，心力衰竭傳統上被視為收縮功能衰竭，并且左心室射血分數(leftventricular ejection fraction，LVEF)已被廣泛用于定義收縮功能、評估預后和選擇患者進行治療干預。然而，已認識到心力衰竭可在存在正常或接近正常EF的情況下發生：所謂的“射血分數保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFPEF)”，其占心力衰竭臨床病例的很大比例。伴有嚴重擴張和/或EF顯著降低的心力衰竭：所謂的“射血分數降低的心力衰竭(heart failure with reduced ejection fraction，HFREF)”是在病理生理和治療方面最易理解的心力衰竭類型。心力衰竭的癥狀可能會突然發展為“急性心力衰竭”導致入院，但其也可逐漸發展。及時診斷、心力衰竭亞型HFREF或HFPEF的分類以及改進的風險分層對于心力衰竭的管理和治療至關重要，但所提出的系統并未解決這個問題。

所提出的系統也不能基于鑒定的心臟病生成預后，而是需要心臟病專家人工形成預后。