用于增強心房纖顫治療的計算機系統(tǒng)和方法與流程

本發(fā)明所公開的主題涉及用于治療心房纖顫的計算機系統(tǒng)和計算機實現(xiàn)的方法。

背景技術(shù)：

1、心房纖顫(af)是最常見的診斷出的持續(xù)性心律失常，其特征在于快速且不規(guī)則的心房激活。心房纖顫可以是陣發(fā)性的，持續(xù)7天或更短，無論是否進行干預(yù)，或者可以持續(xù)超過7天(持續(xù)的，ps-af)或超過12個月(長期的，ls-ps-af)。持久性af是用于長期持續(xù)性af的術(shù)語，此時恢復(fù)竇性節(jié)律的任何嘗試已被放棄或已被證明是不可能。參見例如kaba,r.a.、momin,a.和camm,j.，persistent?atrial?fibrillation:the?role?of?left?atrialposterior?wall?isolation?and?ablation?strategies(持續(xù)性心房纖顫：左心房后壁隔離和消融策略的作用)j.clin.med.，10，(2021)。

2、治療策略根據(jù)af的程度和持續(xù)時間而變化。肺靜脈隔離(pvi)是旨在恢復(fù)正常心臟節(jié)律并減少或消除與af相關(guān)聯(lián)的癥狀的醫(yī)療規(guī)程。然而，在嚴重af病例中，僅pvi可能是不夠的，并且觀察到“僅pvi”的長期失敗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、證據(jù)表明，在受影響的患者中，左心房體積的擴大與心房纖顫(af)的嚴重性和慢性性質(zhì)的惡化之間存在一致的聯(lián)系。已知心房的形狀也隨著疾病的發(fā)展而變化，從管狀變?yōu)榍蛐巍?/p>

2、圖1a和圖1b示出了兩個af患者的左心房的成像系統(tǒng)輸出。在該示例中，通過將后壁的寬度除以其長度來計算擴張值(在當前情況下，歐幾里得擴張值)。

3、本文所公開的方法和系統(tǒng)使得能夠為af患者選擇和提供合適的治療，這增加了af病癥的長期改善的可能性，從而增強了對af患者的治療。

4、本文公開了在心臟的不同子隔室的特定解剖部位中觀察到和測量到的不同子隔室(或“腔室”)中的變化(例如，擴張)可用于預(yù)測af患者中僅pvi治療和/或pvi+(pvi?plus)治療的長期成功或失敗。

5、以左心房為例，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在其解剖部位(包括后壁、前壁、左側(cè)壁、右側(cè)壁、頂壁和下壁)中的每個解剖部位中的幾何變換(例如，擴張)具有關(guān)于僅pvi治療的結(jié)果的預(yù)測質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，在af患者中觀察到的左心房的某些幾何特性(或幾何特性的特定組合)指示在僅pvi治療之后預(yù)期是長期成功還是長期失敗，并且因此幫助選擇在僅pvi與pvi+之間選擇的待施用于患者的適當?shù)闹委煛?/p>

6、根據(jù)一些示例，提出了一種指數(shù)(以及利用該指數(shù)的新穎技術(shù))，該指數(shù)指示“僅”pvi規(guī)程在心房纖顫受試者中長期成功的可能性。該指數(shù)可用于選擇僅pvi或不同的pvi+之一的患者。該指數(shù)是基于心臟相關(guān)特征生成的，包括幾何特性和可能的其他心臟相關(guān)特征，諸如電壓相關(guān)特征和周期長度。對從支持上述原理的af患者獲得的數(shù)據(jù)進行的統(tǒng)計分析的附加細節(jié)在下文“實施例”部分中提供。

7、使用心臟的子隔室的幾何特性的一個挑戰(zhàn)涉及以下事實：心臟成像系統(tǒng)的成像輸出經(jīng)常受損或不完整并且包括未標測區(qū)域。該缺點造成了困難，并且在一些情況下，排除了確定心臟和/或心房的總體積和/或形狀的變化的能力，因此在分析af患者的心臟病癥和選擇適當?shù)闹委熤挟a(chǎn)生了技術(shù)缺陷。

8、本文所公開的主題包括用于預(yù)測pvi治療的成功的新方法，其在不完整成像輸出的情況下也是有效的。根據(jù)該方法，可以使用解剖預(yù)測參數(shù)(或者稱為“成功預(yù)測參數(shù)”)的集合，基于從心臟的相應(yīng)解剖部位收集的幾何數(shù)據(jù)來計算每個參數(shù)。參數(shù)的多重性和多樣性以及基于不同的相應(yīng)解剖部位來計算不同的解剖預(yù)測參數(shù)的事實提供了數(shù)據(jù)中的冗余，使得即使心臟的成像輸出不完整，心臟的標測區(qū)域也提供可以用于計算參數(shù)并基于這些參數(shù)來提供期望預(yù)測的足夠輸出。

9、本文所公開的主題還包括專用于使用機器學(xué)習(ml)模型為af患者推薦/選擇合適的消融方法的計算機系統(tǒng)和方法。使用包括針對af患者數(shù)據(jù)庫中的不同患者確定的多個特征(在下文中稱為“af相關(guān)特征”)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練機器學(xué)習分類器，以在af相關(guān)特征的各種組合與僅pvi規(guī)程和/或pvi+規(guī)程的相應(yīng)成功概率之間進行關(guān)聯(lián)。

10、根據(jù)一種方法，訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括指示是否對每個患者施用僅pvi或pvi+治療以及所觀察到的af治療的長期成功的信息。根據(jù)所觀察到的治療的成功或失敗來標記af相關(guān)特征，從而使得ml模型能夠在af相關(guān)特征與推薦的af治療之間進行關(guān)聯(lián)。

11、根據(jù)另一示例，訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括指示由治療患者的醫(yī)師推薦的pvi治療(消融方法)的信息，而不是實際觀察到的治療結(jié)果。如下面進一步解釋的，該方法基于群體智慧(woc)原理，使得ml模型能夠在af相關(guān)特征與由醫(yī)師選擇的治療選擇之間進行關(guān)聯(lián)。這有助于克服由于缺乏關(guān)于所觀察到的af治療結(jié)果的足夠數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的技術(shù)挑戰(zhàn)。

12、本公開還涉及個性化醫(yī)療領(lǐng)域。更具體地，本公開提供了用于分析af患者的病癥以及基于從患者獲得的各種af特征來定制選自至少僅pvi和pvi+的個性化治療的方法和系統(tǒng)。

13、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

14、根據(jù)本公開主題的第一方面，提供了一種選擇對患者的心房纖顫(af)治療的計算機實現(xiàn)的方法，該方法包括：

15、獲得患者的心臟的至少一個子隔室的3d解剖標測圖；

16、分割該解剖(3d)標測圖，從而獲得該至少一個子隔室的多個解剖部位；

17、針對該多個解剖部位中的至少一個部位，確定至少一個相應(yīng)尺寸；

18、確定一個或多個解剖預(yù)測參數(shù)，其中每個解剖預(yù)測參數(shù)是根據(jù)基于從患者的心臟的解剖部位收集的幾何數(shù)據(jù)計算的每個解剖預(yù)測參數(shù)而確定的；

19、基于該一個或多個解剖預(yù)測參數(shù)，生成指示應(yīng)用于患者的心臟的僅肺靜脈隔離(pvi)規(guī)程的長期成功的可能性和/或pvi+規(guī)程的長期成功的可能性的預(yù)測。

20、除了上述特征之外，根據(jù)本公開主題的該方面的方法可以以任何技術(shù)上可能的組合或排列任選地包括以下列出的特征i至xi中的一個或多個特征：

21、i.該方法包括：基于該預(yù)測生成針對患者的af治療的推薦，該推薦選自僅肺靜脈隔離(pvi)規(guī)程和/或pvi+規(guī)程；以及生成向保健提供的指示該推薦的數(shù)據(jù)。

22、ii.其中生成該預(yù)測包括：

23、獲得患者的af相關(guān)特征，該af相關(guān)特征包括表征患者的各種心臟相關(guān)屬性的心臟相關(guān)特征，該心臟相關(guān)特征至少包括以下類型：

24、a.該一個或多個解剖預(yù)測參數(shù)；和

25、b.一個或多個電壓相關(guān)特征；

26、將機器學(xué)習(ml)模型應(yīng)用于患者的該af相關(guān)特征；其中ml模型已經(jīng)使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進行訓(xùn)練，該訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括多個數(shù)據(jù)點，每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)于與af相關(guān)特征相關(guān)聯(lián)的af患者以及觀察到的向患者施用的af治療的長期成功，該af治療包括至少僅pvi，因此訓(xùn)練ml模型以在推斷期間基于給定患者的af相關(guān)特征來提供指示針對該給定患者的推薦的af治療的數(shù)據(jù)；以及

27、生成機器學(xué)習模型輸出，該機器學(xué)習模型輸出指示選自包括至少僅pvi和pvi+治療的組的推薦的af治療。

28、iii.其中該機器學(xué)習模型輸出包括指示不同的輸出特征在確定推薦的

29、af治療中的相應(yīng)顯著性的信息。

30、iv.其中對ml模型進行訓(xùn)練以提供指示僅肺靜脈隔離(pvi)規(guī)程的長期成功的概率的數(shù)據(jù)。

31、v.其中對ml模型進行訓(xùn)練以提供指示肺靜脈隔離(pvi)+規(guī)程的長期成功的概率的數(shù)據(jù)。

32、vi.其中對ml模型進行訓(xùn)練以提供指示僅肺靜脈隔離(pvi)規(guī)程以及pvi+規(guī)程的長期成功的概率的數(shù)據(jù)。

33、vii.其中包括將pvi+規(guī)程應(yīng)用于患者的推薦的ml輸出還包括指示所推薦的pvi+規(guī)程的特定類型的信息。

34、viii.其中af相關(guān)特征還包括以下中的一者或多者：周期長度、患者的醫(yī)療史和患者的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

35、ix.該方法包括將一個或多個解剖預(yù)測參數(shù)中的每一個與相應(yīng)閾值進行比較，以及基于比較輸出來確定預(yù)測。

36、x.該方法包括通過在解剖部位的不同尺寸之間應(yīng)用數(shù)學(xué)運算來確定解剖預(yù)測參數(shù)。

37、xi.該方法包括對患者執(zhí)行一個或多個規(guī)程以從患者獲得心臟相關(guān)特征。

38、根據(jù)本發(fā)明所公開的主題的另一個方面，一種計算機系統(tǒng)，包括至少一個處理電路，該至少一個處理電路被配置為選擇對患者的心房纖顫(af)治療，該至少一個處理電路被配置為：

39、獲得患者的心臟的至少一個子隔室的3d解剖標測圖；

40、分割該解剖(3d)標測圖，從而獲得該至少一個子隔室的多個解剖部位；

41、針對該多個解剖部位中的至少一個部位，確定至少一個相應(yīng)尺寸；

42、確定一個或多個解剖預(yù)測參數(shù)，其中每個解剖預(yù)測參數(shù)是根據(jù)基于從患者的心臟的解剖部位收集的幾何數(shù)據(jù)計算的每個解剖預(yù)測參數(shù)而確定的；

43、基于該一個或多個解剖預(yù)測參數(shù)，生成指示應(yīng)用于患者的心臟的僅肺靜脈隔離(pvi)規(guī)程和/或pvi+規(guī)程的長期成功的可能性的預(yù)測。

44、本發(fā)明所公開的主題還考慮了可由計算機讀取的非暫態(tài)程序存儲設(shè)備，其有形地體現(xiàn)可由計算機執(zhí)行的指令程序以執(zhí)行根據(jù)上述第一方面所公開的方法。

45、本發(fā)明所公開的主題還考慮了用于誘導(dǎo)心房纖顫(af)患者的長期改善的計算機實現(xiàn)的方法和計算機系統(tǒng)(以及相應(yīng)的非暫態(tài)計算機存儲設(shè)備)，該方法包括執(zhí)行如以上第一方面所闡述的操作并且向患者施用僅pvi治療或如推薦所規(guī)定的pvi+。

46、本發(fā)明所公開的主題還考慮用于預(yù)測對給予心房纖顫(af)患者的肺靜脈隔離(pvi)治療的響應(yīng)的計算機實現(xiàn)的方法和計算機系統(tǒng)(以及相應(yīng)的非暫態(tài)計算機存儲設(shè)備)，該方法包括根據(jù)上述第一方面的操作。

47、本發(fā)明所公開的主題還包括一種計算機實現(xiàn)的方法和系統(tǒng)(以及相應(yīng)的非暫態(tài)計算機存儲設(shè)備)，其專用于訓(xùn)練機器學(xué)習(ml)模型，以通過提供指示在肺靜脈隔離(pvi)與pvi+治療之間選擇的推薦治療的數(shù)據(jù)來選擇或推薦對af(心房纖顫)治療；該方法包括：

48、生成包括多個數(shù)據(jù)點的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)于與af相關(guān)特征相關(guān)聯(lián)的af患者以及所觀察到的向該患者施用的af治療的長期成功，該af治療包括至少僅pvi并且還可能包括pvi+；使用所生成的數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練ml模型，以將特定的af相關(guān)特征與af治療的長期成功的相應(yīng)概率相關(guān)聯(lián)，從而使得ml模型能夠在推斷期間基于給定患者的af相關(guān)特征來提供指示針對給定患者的推薦的af治療的數(shù)據(jù)。

49、根據(jù)本公開主題的另一方面，提供了一種存儲在(非暫態(tài))計算機存儲設(shè)備上的計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括可由計算機執(zhí)行的軟件，該軟件包括用于向af患者推薦af(心房纖顫)治療的機器學(xué)習(ml)模型，其中該軟件通過包括以下步驟的過程產(chǎn)生：

50、生成包括多個數(shù)據(jù)點的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)于與af相關(guān)特征相關(guān)聯(lián)的af患者以及所觀察到的向該患者施用的af治療的長期成功，該af治療包括至少僅pvi并且還可能包括pvi+；使用所生成的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練ml模型，以將特定的af相關(guān)特征與af治療的長期成功的相應(yīng)概率相關(guān)聯(lián)，從而使得ml模型能夠在推斷期間基于給定患者的af相關(guān)特征來提供指示針對給定患者的推薦的af治療的數(shù)據(jù)。

51、根據(jù)本發(fā)明所公開的主題的其他方面，提供了一種用于確定針對af患者的個性化治療的計算機系統(tǒng)和計算機實現(xiàn)的方法(以及相應(yīng)的非暫態(tài)計算機存儲設(shè)備)，該方法包括根據(jù)上述第一方面的如上所述的步驟/操作。

52、根據(jù)本發(fā)明所公開的主題的各個方面的上文所公開的系統(tǒng)、方法、非暫態(tài)程序存儲設(shè)備和計算機程序產(chǎn)品可以以任何技術(shù)上相關(guān)的組合或排列可選地包括以上列出的特征(i)至特征(xi)中的一個或多個特征，加以必要的變更。