CN101400304A - 测定解剖结构中应力的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种测定腹主动脉瘤中壁应力的方法。所述方法包括从解剖图像数据中，基于具有基本一致硬度的主动脉，测定在壁上各位置处的各自第一应力值。测定那些位置处应力的主要方向，然后测定各钙化区域(20)的位置。然后为每个不对应钙化区域的位置测定距最近钙化区域的距离，然后根据存储器中存储的各值来测定各钙化区域所引起的附加应力。
Description
本发明涉及用于测定解剖结构中应力的方法和装置，特别但并不一定涉及一种测定其中存在钙化区域的腹主动脉的壁中应力的方法和装置。
各种血管疾病的医学诊断和治疗决策主要是以病变血管的解剖学和形态学、源自各种医学图像的信息为基础。例如，腹主动脉瘤(AAA)(其是腹主动脉的扩张并且在其破裂时通常直接导致死亡)的诊断和执行手术修复的决策是以AAA的直径为基础。这通常在超声和/或计算机断层扫描血管造影(CTA)图像的基础上进行测量。如果直接超过55mm通常执行介入手术。
然而，AAA在其直径达到55mm之前破裂的比例小但有意义，并且相当比例不能进行手术(例如由于心脏病)的患者逐步发展成具有直径明显大于55mm(高达80mm)的非破裂AAA。因此可以看出直径不是破裂风险的精确指标。
人们已经发现AAA的峰值壁应力是比AAA直径更好的破裂风险指标。众所周知从CTA图像可获得AAA外壁的几何结构，然后假设整个AAA具有恒定物质属性的等厚壁。然后，计算峰值壁应力，并测定AAA上这一峰值壁应力的位置。
这种已知方法具有的缺点在于：其并不使用患者特异性的壁的物质属性和壁厚，这限制了所实现结果的精度。虽然同样一直试图将各种钙化的影响体现在血管壁中，但是该方法不能精确地表现钙化的几何结构。同样，由于钙化一般具有复杂的形状且相对于AAA的结构很小，因此对这些钙化的精确几何建模导致计算复杂的众多模型。
本发明优选各实施例试图克服现有技术中的上述缺点。
根据本发明的一个方面，提供了一种测定解剖结构中应力的方法，该方法包括：
从解剖图像数据中，基于具有第一范围内硬度的所述结构，测定在所述结构内的多个位置处的各自第一应力值；
测定多个第一所述位置，在所述位置处所述解剖结构的硬度在不同于所述第一范围的第二范围内；以及
测定在不同于所述各第一位置的多个第二所述位置处的各自第二应力值，所述各自第二应力值表示考虑到在至少一个所述第一位置处具有所述第二范围内硬度的所述解剖结构所校正的各自所述第一应力值。
通过在具有第一范围内硬度的结构的基础上计算第一应力值，然后对考虑到不同于第一范围的第二范围内硬度的区域所校正的第二应力值进行计算，这将能够计算出患者特异性的第一应力值和更全面的第二应力值。例如，在AAA的情形中，这将能够根据第一硬度范围计算出患者特异性的第一应力值，然后根据考虑到各钙化区域的更全面校正得到第二应力值。这提供了将能够与已知方法相比同样精确但明显更快地计算出主动脉壁的应力的优势。
所述方法可使用有限元建模。
所述方法可以是测定血管中壁应力的方法。
各第二位置可对应于所述血管中的各钙化区域。
所述各位置可借助于体网格进行选择。
所述各第二应力值可借助于存储器中存储的各值进行测定。
根据本发明的另一方面，提供了一种测定解剖结构中应力的装置，所述装置包括至少一个处理器，用于：
从解剖图像数据中，基于具有第一范围内硬度的所述结构，测定在所述结构内的多个位置处的各自第一应力值；
测定多个第一所述位置，在所述位置处所述解剖结构的硬度在不同于所述第一范围的第二范围内；以及
测定在不同于所述各第一位置的多个第二所述位置处的各自第二应力值，所述各自第二应力值表示考虑到在至少一个所述第一位置处具有所述第二范围内硬度的所述解剖结构所校正的各自所述第一应力值。
至少一个所述处理器可适于使用有限元建模。
所述装置可适于测定血管中的壁应力。
各第二位置可对应所述血管中的各钙化区域。
所述各位置可借助于体网格进行选择。
所述各第二应力值可借助于存储器中存储的各值进行测定。
根据本发明的另一方面，提供了一种由计算机系统使用的数据结构，用于测定解剖结构中的应力，所述数据结构包括：
第一计算机代码，其可运行以便从解剖图像数据中，基于具有第一范围内硬度的所述结构，测定在所述结构内的多个位置处的各自第一应力值；
第二计算机代码，其可运行以便测定多个第一所述位置，在所述位置处所述解剖结构的硬度在不同于所述第一范围的第二范围内；以及
第三计算机代码，其可运行以便测定在不同于所述各第一位置的多个第二所述位置处的各自第二应力值，所述各自第二应力值表示考虑到在至少一个所述第一位置处具有所述第二范围内硬度的所述解剖结构所校正的各自所述第一应力值。
所述数据结构可运行以使用有限元建模。
所述数据结构可运行以测定血管中的壁应力。
各第二位置可对应所述血管中的各钙化区域。
所述各位置可借助于体网格进行选择。
第三计算机代码可运行以借助于存储器中存储的各值来测定所述各第二应力值。
现在将参照各幅附图，仅通过举例的方式而不具有任何限制意义地来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是体现本发明的医学成像装置的示意图；
图2是指示存在多个钙化区域的腹主动脉瘤(AAA)的3D计算机断层扫描血管造影(CTA)图像采集的切片；
图3示出了图2的AAA的自动分割出的AAA外壁几何结构；
图4指示出在未考虑钙化情况下AAA的峰值壁应力的图示；以及
图5是在借助于体现本发明的方法所测定的AAA的壁中钙化引入的壁应力图示。
参照图1，公开了体现本发明的医学成像装置2。装置2包括位于圆形框架8内用于支撑患者6的平台4，所述圆形框架8具有对侧成对的X线源10和探测器12，用于对患者的心脏进行成像。支撑患者6的平台4借助于电机14沿箭头A的方向传送，源10、探测器12和电机14由计算机16进行控制，计算机16还根据由源10和探测器12所获得的图像数据重建患者心脏的三维模型。装置2的这一方面操作是本领域技术人员所熟知的，因此将不再赘述。
参照图2，示出了具有多个钙化区域20的AAA 18的3D CTA图像切片。为了测定AAA 18中的峰值壁应力，首先由计算机16自动分割出AAA外壁几何结构，以便借助于本领域技术人员熟习的一种或多种方法提供图3所示的图像。然后通过假设图3所示的AAA具有一致硬度来测定第一应力值，并借助于有限元建模对布置在体网格上的若干位置计算壁应力。然后这提供了如图4所示的峰值壁应力的图示。
为了考虑到各钙化区域20对壁应力的影响，在已经测定壁应力的每个位置上测定应力的主要方向。正如本领域的技术人员将会意识到的，在借助于有限元建模来测定壁应力中，应力的主要方向是表示应力张量的最大特征向量的方向。
然后测定各钙化区域的位置，以及为每个不对应钙化区域的位置，测量在主应力方向上距最近钙化区域的距离。这能够将要在表格中存储的各预算值的基础上来测定由各种类型的钙化所引起的附加应力，并且如图5所示。使用该通用表格来计算第二应力值以考虑图3和4所示布置中的钙化。
本发明的过程具有这样的优势：在标准计算机上几小时内可执行基于患者特异性有限元计算具有钙化区的血管壁中的应力，由此所获得的结果与现存各种方法得到的结果一样精确，但获取却快的多。
本领域的技术人员将会意识到，已经仅通过举例方式而没有任何限制性意义地描述了上述实施例，并且在不脱离如权利要求书所限定的本发明范围的情况下，各种变更和修改是可能的。
Claims (18)
1、一种测定解剖结构中应力的方法，所述方法包括：
从解剖图像数据中，基于具有第一范围内硬度的所述结构，测定在所述结构中多个位置处的各自第一应力值；
测定多个第一所述位置，在所述位置处所述解剖结构的硬度在不同于所述第一范围的第二范围内；以及
测定在不同于所述各第一位置的多个第二所述位置处的各自第二应力值，所述各自第二应力值表示考虑到在至少一个所述第一位置处具有所述第二范围内硬度的所述解剖结构所校正的各自所述第一应力值。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法使用有限元建模。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是测定血管中壁应力的方法。
4、根据权利要求3所述的方法，其中，所述各第二位置对应所述血管中的各钙化区域。
5、根据权利要求1所述的方法，其中，所述各位置借助于体网格来测定。
6、根据权利要求1所述的方法，其中，所述各第二应力值借助于存储器中存储的各值来测定。
7、一种测定解剖结构中应力的装置，所述装置包括至少一个处理器，其用于：
从解剖图像数据中，基于具有第一范围内硬度的所述结构，测定在所述结构内的多个位置处的各自第一应力值；
测定多个第一所述位置，在所述位置处所述解剖结构的硬度在不同于所述第一范围的第二范围内；以及
测定在不同于所述各第一位置的多个第二所述位置处的各自第二应力值，所述各自第二应力值表示考虑到在至少一个所述第一位置处具有所述第二范围内硬度的所述解剖结构所校正的各自所述第一应力值。
8、根据权利要求7所述的装置，其中，至少一个所述处理器适于使用有限元建模。
9、根据权利要求7所述的装置，其中，所述装置适于测定血管中的壁应力。
10、根据权利要求9所述的装置，其中，所述各第二位置对应所述血管中的各钙化区域。
11、根据权利要求7所述的装置，其中，所述各位置借助于体网格来测定。
12、根据权利要求7所述的装置，其中，所述各第二应力值借助于存储器中存储的各值来测定。
13、一种由计算机系统所使用的用于测定解剖结构中应力的数据结构，所述数据结构包括：
第一计算机代码，其可运行以便从解剖图像数据中，基于具有第一范围内硬度的所述结构，测定在所述结构内的多个位置处的各自第一应力值；
第二计算机代码，其可运行以便测定多个第一所述位置，在所述位置处所述解剖结构的硬度在不同于所述第一范围的第二范围内；以及
第三计算机代码，其可运行以便测定在不同于所述各第一位置的多个第二所述位置处的各自第二应力值，所述各自第二应力值表示考虑到在至少一个所述第一位置处具有所述第二范围内硬度的所述解剖结构所校正的各自所述第一应力值。
14、根据权利要求13所述的数据结构，其中，所述数据结构可运行以使用有限元建模。
15、根据权利要求13所述的数据结构，其中，所述数据结构可运行以测定血管中的壁应力。
16、根据权利要求15所述的数据结构，其中，所述各第二位置对应所述血管中的各钙化区域。
17、根据权利要求13所述的数据结构，其中，所述各位置可借助于体网格进行测定。
18、根据权利要求13所述的数据结构，其中，所述第三计算机代码可运行以借助于存储器中存储的各值来测定所述各第二应力值。
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