CN106716488A - 分析主动脉瓣钙化 - Google Patents

Abstract

提供了用于分析主动脉瓣结构的图像以使得能够对主动脉瓣钙化进行评估的系统和方法。所述系统包括图像接口，所述图像接口用于获得所述主动脉瓣结构的所述图像，所述主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球。所述系统还包括分割子系统，所述分割子系统用于分割所述图像中的所述主动脉瓣结构，以获得所述主动脉瓣结构的分割。所述系统还包括识别子系统，所述识别子系统用于通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来识别所述主动脉瓣小叶上的钙化。所述系统还包括分析子系统，所述分析子系统被配置用于：通过分析所述主动脉瓣结构的所述分割来确定所述主动脉球的中心线；并且用于将所述钙化从主动脉球的所述中心线投影到所述主动脉球上，从而获得指示所述钙化在被投影到所述主动脉球上时的位置的投影。所述系统还包括输出单元，所述输出单元用于生成表示所述投影的数据。关于瓣膜置换之后的钙化的准确位置的所提供的信息例如可以有利地被用于有效地分析经导管主动脉瓣植入(TAVI)介入的瓣周泄漏，以针对TAVI流程评估患者的适合性。

Description

分析主动脉瓣钙化

技术领域

本发明涉及用于分析主动脉瓣结构的图像以使得能够对主动脉瓣钙化进行评估的系统和方法。本发明还涉及包括所述系统的工作站和成像装置，并且涉及包括用于令处理器系统执行所述方法的指令的计算机程序产品。

背景技术

诸如心脏瓣膜的管状心血管结构的窄化可以导致通过所述结构的非生理血流，并且因此影响个体的心血管健康。瓣膜上的由钙沉积引起的瓣膜钙化(也被已知为斑块)可以导致形成瓣膜小叶的组织的硬化(变硬)和瓣膜开口的窄化。该窄化能够发展到变得严重至减少通过主动脉瓣的血流并且增加左心室上的应变，从而导致瓣膜硬化(即，瓣膜窄化)。主动脉瓣是具有硬化的高发的心脏瓣膜中的一个。主动脉瓣硬化是第二最常见的心血管疾病，在年龄高于65年的西欧和北美人群中具有2-7％的发生率。最终，主动脉瓣硬化可以导致包括呼吸浅短、胸部不适和昏晕的症状。不进行处置，严重主动脉硬化能够导致高达百分之50的患者的死亡。

对患有主动脉硬化的患者的管理通常依赖于疾病的严重性。当主动脉硬化变得严重时，主动脉瓣置换术可能是必要的。与心脏直视手术相比，经导管主动脉瓣植入(TAVI)是通过经由小的切口插入到身体中的被安装在导管上的基于支架的瓣膜来对心脏的主动脉瓣的置换。TAVI流程涉及进入股动脉，执行球囊瓣膜成形术，然后使用导管推进人造主动脉瓣跨过自体瓣膜。在快速右心室起搏期间，球囊被膨胀以部署人造瓣膜。卒中能够是TAVI流程期间的主要并发症。由于斑块破裂和瓣周泄漏的栓塞风险(其中，血液由于缺失合适的密封而流动通过植入的瓣膜的结构与心脏组织之间的通道)是TAVI的缺点。钙化评估能够用于评估针对TAVI流程的患者的适合性，以及风险评估、主动脉瓣植入物的定位和主动脉瓣植入物的类型的选择。

在钙化的评估中，除了钙化的量之外，其分布也是重要的。已经示出，在三个主动脉瓣小叶，也被称为瓣尖(左冠状动脉尖(LCC)、右冠状动脉尖(RCC)和非冠状动脉尖(NCC))上的斑块负载的分布常常是不对称的。钙化的不均衡分布是针对瓣周泄漏的一个风险因子。

自动评价主动脉瓣钙化是已知的。例如，在US 2013/155064中，描述了一种用于自动主动脉瓣钙化评价的方法和系统。根据US 2013/155064，提供了3D医学图像体积(诸如3D计算机断层摄影(CT)体积)中的患者特异性主动脉瓣模型。基于主动脉瓣模型定义了3D医学图像体积的区域中的钙化。2D钙化绘图被生成，其示出了相对于患者特异性主动脉瓣模型的主动脉瓣小叶的分割的钙化的位置。据说，2D钙化绘图能够用于评估针对经导管主动脉瓣置换(TAVI)流程的患者的适合性以及风险评估、主动脉瓣植入物的定位和主动脉瓣植入物的类型的选择。US 2013/155064的方法的问题在于其对于对主动脉瓣钙化的评估的是不足够准确的。

发明内容

具有用于提供主动脉瓣钙化的更准确评估的系统和方法将是有利的。

为了更好地解决该问题，本发明的第一方面提供了一种用于分析主动脉瓣结构的图像以使得能够对主动脉瓣钙化进行评估的系统，所述系统包括：

图像接口，其用于获得主动脉瓣结构的图像，所述主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球；

分割子系统，其用于分割所述图像中的所述主动脉瓣结构，以获得所述主动脉瓣结构的分割；

识别子系统，其用于通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来识别所述主动脉瓣小叶上的钙化；

分析子系统，其被配置用于：

i)通过分析所述主动脉瓣结构的所述分割来确定所述主动脉球的中心线；

ii)将所述钙化从所述中心线投影到所述主动脉球上，从而获得指示所述钙化在被投影到所述主动脉球上时的位置的投影；

输出单元，其用于生成表示所述投影的数据，其中，所述主动脉瓣结构的所述图像是三维图像，从而获得三维投影作为所述投影。

在本发明的又一方面中，提供了一种用于分析主动脉瓣结构的图像以使得能够对主动脉瓣钙化进行评估的方法，所述方法包括：

获得主动脉瓣结构的图像，所述主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球；

分割所述图像中的所述主动脉瓣结构，以获得所述主动脉瓣结构的分割；

通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来识别所述主动脉瓣小叶上的钙化；

通过分析所述主动脉瓣结构的所述分割来确定所述主动脉球的中心线；

将所述钙化从所述中心线投影到所述主动脉球上，从而获得指示所述钙化在被投影到所述主动脉球上时的位置的投影；

生成表示所述投影的数据，其中，所述主动脉瓣结构的所述图像是三维图像，从而获得三维投影作为所述投影。

上述措施涉及患者的主动脉瓣结构的图像，所述主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球。由图像数据形成的图像可以是体积图像或者可以由图像切片的堆叠构成，并且可以由各种成像模态采集，诸如CT和磁共振成像(MRI)。

此处，术语“主动脉球”(也被称为“动脉球”)指代至少包括主动脉的膨胀的第一部分的解剖结构，所述第一部分包含主动脉半月瓣和主动脉窦。这样，到主动脉球上的投影指代到该解剖结构的壁上的投影。

分割子系统被提供用于通过分析图像数据来分割图像中的主动脉瓣结构，从而获得主动脉瓣结构的分割。图像中的解剖结构的分割是公知的。例如，可变形模型可以被应用于图像数据。这样的类型的分割是基于模型的分割的范例。其他类型的分割也可以被使用，例如阈值处理、聚类或区域生长。

此外，识别子系统被提供用于通过分析主动脉瓣结构的图像(即，其图像数据)来识别主动脉瓣小叶上的一个或多个钙化。诸如对象分析技术的各种图像分析方法可以被用于钙化的识别。识别子系统可以被配置用于使用例如强度阈值处理或分割方法来识别和/或分割钙化。这样，识别子系统可以提供关于图像中的钙化的位置的信息。

此外，分析子系统被提供，其被配置用于通过分析主动脉瓣结构的分割来确定主动脉球的中心线。主动脉球的中心线可以由用于确定管状心血管结构的中心线的已知方法来确定。分析子系统还被配置用于在从主动脉球的中心线朝向主动脉球结构的壁延伸的投影方向上投影所述钙化。通过执行所述投影，所述分析子系统提供关于所述钙化在被投影到主动脉球结构上时的位置的信息。

本发明基于以下洞悉：在瓣膜置换之后的支架的定位和框架扩张可以造成钙化的重新分布。例如，主动脉瓣中的支架的插入和扩张可以朝向球壁压迫瓣膜小叶和附接到小叶的钙化。换言之，原始瓣膜小叶总是通过基于支架的瓣膜的插入和扩张被压迫到主动脉球上。钙化的重新分布的位置在瓣膜置换之后可以干扰支架的完全和对称的框架扩张。瓣膜置换之后的钙化的位置的识别因此是有利的。通过执行投影，本发明提供关于在支架的这样的定位和框架扩张和瓣膜置换之后的钙化的重新分布的有用的信息。所提供的信息可以有利地用于例如有效地分析TAVI介入的瓣周泄漏的风险，以用于评估针对TAVI流程的患者的适合性。关于所述钙化在被投影到主动脉球上时的位置的信息也可以有利地用于规划主动脉瓣植入物的定位、主动脉瓣植入物的类型的选择等。

此处，术语“投影”指代用于一类不同具体数学函数的总体术语或统称术语。存在由分析子系统执行的两种类型的投影，即正交投影和所谓的“经校正的”投影。此处，经校正的投影指示投影在不同于正交方向的方向上。投影的类型基于若干决策准则由分析子系统确定。选择投影的类型的决策准则的一个范例可以基于主动脉瓣小叶的状态。决策准则的另一范例可以基于应用的意图，例如，预报在TAVI后的主动脉球中的钙分布，以便预报瓣周泄漏，或者仅仅具有用于在三个瓣膜小叶上的斑块负载的不对称分布的光学量度。应理解，其他准则也可以是可能的。

主动脉瓣小叶通常具有两个极端状态：打开状态和关闭状态。应理解，中间状态也是可能的。在瓣膜置换之后，基于支架的瓣膜的支架将已经碰撞原始瓣膜，并且已经将原始瓣膜小叶压到主动脉球上。因此，当主动脉瓣小叶打开状态中时，通过在正交方向上将钙化从中心线投影到主动脉球上，主动脉球中的投影的钙化将足够反映在瓣膜置换之后，即在基于支架的瓣膜的插入之后钙化的分布。

有利地，正交投影能够容易地被实施，并且可以以快速方式提供足够信息，其使得医师能够提前快速确定主动脉球与插入的支架之间的钙化是否可以引起任何泄漏。因此，可以在原始瓣膜在打开状态中时和/或在当用户可以仅需要针对投影的钙化的位置的粗略信息时的情况下被成像时使用正交投影。

基于支架的瓣膜的插入将通过碰撞瓣膜改变原始瓣膜小叶的位置，并且因此将改变主动脉球中的投影的钙化的位置。为了精确地确定投影的钙化的位置，投影的方向需要被改变或校正到不同于从中心线到主动脉球上的正交方向的方向，尤其是当原始瓣膜在关闭状态中被成像时。投影的方向将通过执行以下步骤来确定：确定包含中心线和钙化的平面，其中，平面与环在环相交点处相交，与主动脉球在第一曲线处相交，并且与瓣膜小叶在第二曲线处相交；确定沿第二曲线从钙化到环相交点的距离；在投影方向上将钙化投影到主动脉球上，以获得基于从钙化到环相交点的距离投影的钙化；其中，投影方向被确定为使得在投影之后，沿所述第一曲线从所述投影的钙化到所述环相交点的距离与沿所述第二曲线从所述环相交点到所述钙化的距离相同。有利地，经校正的投影可以提供针对投影的钙化的位置的准确和详细的信息，其使得医师能够提前精确地确定主动脉球与插入的支架之间的钙化是否可能引起任何泄漏。因此，可以在原始瓣膜在关闭状态中时和/或在当用户可能需要针对投影的钙化的位置的准确和详细信息时的情况下被成像时使用经校正的投影。

任选地，主动脉瓣结构的图像是三维图像，从而获得三维投影作为投影，分析子系统还被配置用于展开三维投影，从而获得指示所述钙化在被投影到主动脉球上时的位置的二维绘图。二维绘图可以比三维图像更容易和/或更准确地解释。这是有利的，在于其方便由临床医师在主动脉瓣结构中的钙化的分布的评估。

任选地，所述分析子系统还被配置用于指示以下中的至少一个：二维绘图中的左冠状动脉尖区段、右冠状动脉尖区段、非冠状动脉尖区段、环和冠状动脉口。这方便由临床医师关于主动脉瓣小叶对钙化的对称或不对称分布的检测。例如，临床医师能够直接看到关于左冠状动脉尖和右冠状动脉尖的钙化的位置。

任选地，所述子系统被配置用于在与所述中心线正交的方向上将所述钙化投影到所述主动脉球上。正交方向上的这样的投影指示所述钙化在被投影到主动脉球上时的位置。有利地，正交方向上的投影可以已经向临床医师提供有关钙化关于主动脉瓣小叶的对称或不对称分布的近似信息。以上措施例如使得系统能够在主动脉瓣结构的图像在对应的心脏周期中在主动脉瓣的打开状态中被获得时充分地模拟在基于支架的瓣膜被插入到主动脉瓣结构中之后钙化的位置。

任选地，图像中的主动脉瓣结构包括主动脉瓣的环，并且分析子系统被配置用于确定包含中心线和钙化的平面，其中，平面与环在环相交点处相交，与主动脉球在第一曲线处相交，并且与瓣膜小叶在第二曲线处相交；确定沿第二曲线从钙化到环相交点的距离；在投影方向上将钙化投影到主动脉球上，以获得基于从钙化到环相交点的距离投影的钙化，使得在投影之后，沿所述第一曲线从所述投影的钙化到所述环相交点的距离与沿所述第二曲线从所述环相交点到所述钙化的距离相同。以上措施使得系统能够在主动脉瓣结构的图像在对应的心脏周期中在主动脉瓣的关闭状态中被获得时模拟在支架被插入到主动脉瓣结构中之后钙化的准确位置。

任选地，识别子系统还被配置用于分析所述主动脉瓣结构的图像来确定所述主动脉瓣小叶上的所述钙化的量，并且分析子系统还被配置用于指示投影中的钙化的量。考虑钙化的量提供用于关于主动脉瓣小叶对钙化的对称或不对称分布的评估的另外的信息。这可以方便临床医师的评估。

任选地，所述分析子系统还被配置用于通过分析所述钙化的所述位置和量来量化所述主动脉瓣结构中的钙化的量，并且所述输出单元还被配置用于生成表示所述主动脉瓣结构中的所述钙化的所述分布的量化的数据。例如，所述数据可以表示指示定位于主动脉瓣小叶中的每个上的钙化的百分比的表格。钙化的分布的量化的这样的数据是有利的，在于当临床医师必须基于被可视化给临床医师的信息来量化地解释数据时量化数据可以更容易和/或更准确相比于病例被解释。

任选地，图像中的主动脉瓣结构还包括升主动脉和左心室，并且所述识别子系统还被配置用于通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来识别所述升主动脉或所述左心室上的钙化并且所述分析子系统还指示所述投影中的所述升主动脉或所述左心室上的所述钙化的位置。升主动脉和左心室可以提供额外的解剖背景，从而方便由临床医师关于升主动脉和/或左心室对钙化的位置的检测。另外，基于钙化的分布，支架的放置可以导致升主动脉和/或左心室上的钙化的重新定位。因此，系统被使得能够示出升主动脉和/或左心室上的钙化的这样的重新分布。

任选地，所述分割子系统被配置用于通过将模型应用到所述图像来执行图像的基于模型的分割。例如，所述模型可以是可变形模型。在范例中，可变形模型可以是表示跨多个患者的心血管结构的平均形状的平均形状模型，或者针对患者的心血管结构调整的患者调整的模型。这样，可变形模型可以定义心血管结构的类型的几何结构，例如作为多区划三角网格，尤其是对这样的心血管结构的子结构进行建模的多区划三角网格。可变形模型可以由模型数据表示。利用这样的基于模型的分割，有利地，包括环和瓣膜叶的主动脉球的介入前解剖体可以在心脏循环的不同相位期间被分割。

任选地，所述模型编码以下中的至少一个：左冠状动脉尖区段、右冠状动脉尖区段、非冠状动脉尖区段、环和冠状动脉口。这可以方便在这样的绘图由系统提供时在展开的二维绘图中的这些区段的标记。

任选地，主动脉瓣结构的图像是CT图像并且识别子系统被配置用于通过执行CT图像的强度阈值处理来确定钙化。在CT图像的情况下，钙化可以有利地在非对比图像上看到，因为在对比增强图像中，对比剂具有与钙化相似的强度值，并且能够歪曲钙评分。

任选地，所述图像是谱计算机断层摄影图像，其如根据例如Philips’IQon谱计算机断层摄影扫描获得，并且所述识别子系统被配置用于通过执行谱分析来确定所述钙化，以基于所述钙化材料的表征的原子序数来识别所述钙化。使用钙化的这样的基于材料的表征，可以获得钙化的形状和尺寸的更准确识别。

在本发明的另外的方面中，计算机程序产品被提供，其包括用于令处理器系统执行所述方法的指令。

本发明的另外的方面提供包括系统的工作站或成像装置。因此，工作站或成像装置均可以包括图像接口、分割子系统、识别子系统和分析子系统。

本领域技术人员将认识到，可以以任何认为有用的方式将本发明的上述实施例、实施方式和/或方面中的两个或更多个进行组合。

对应于所描述的对系统的修改和变型的成像装置、工作站、方法和/或计算机程序产品的修改和变型能够由本领域技术人员在本说明书的基础上来执行。

本领域技术人员将认识到，所述方法可以应用于由各种采集模态采集的多维图像数据，例如，二维(2D)、三维(3D)或四维(4D)图像，所述各种采集模态例如但不限于标准X射线成像、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声(US)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和核医学(NM)。

在独立权利要求中限定了本发明。在从属权利要求中限定了有利的实施例。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面显而易见并得到阐述。在附图中，

图1示出了用于分析主动脉瓣结构的图像以使得能够对钙化进行评估的系统；

图2示出了主动脉小叶的分割和白色区形式的主动脉瓣小叶的钙化；

图3A示出了主动脉瓣结构的图像，其图示作为由识别子系统执行的识别的结果的钙化；

图3B示出了图示由分析子系统执行的正交投影的结果的主动脉瓣结构的图像；

图4示出了图示由分析子系统执行的经校正的投影的结果的主动脉瓣结构的图像；

图5示出了示意性表示展开的主动脉球的二维绘图；

图6A示出了主动脉瓣结构的图像的分割；

图6B示出了主动脉瓣小叶的模型；

图6C示出了包括主动脉瓣小叶的主动脉瓣结构、左心室以及升主动脉的模型；

图7示出了用于分析主动脉瓣结构的图像以实现对钙化的评估；并且

图8示出了包括用于令处理器系统执行方法的指令的计算机程序产品。

图9A和9B示意性示出了图示由根据本发明的实施例的分析子系统执行经校正的投影的结果的范例。

具体实施方式

图1示出了用于分析主动脉瓣结构的图像以使得能够对主动脉瓣钙化进行评估的系统。系统100包括图像接口110，图像接口110用于获得主动脉瓣结构的图像105，主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球。图1示出了图像接口110，图像接口110从诸如图片存档及通信系统(PACS)的外部数据库101获得图像数据105的形式的医学图像105。这样，图像接口110可以由所谓的DICOM接口构成。然而，图像接口120还可以采取任何其它适当形式，例如内部或外部存储器或存储设备接口、针对局域网或广域网的网络接口等。例如，代替于存取来自外部数据库的图像，可以从内部存储器存取图像。

系统100还包括分割子系统120。分割子系统120被配置用于在系统100的操作期间分割图像中的主动脉瓣结构，以获得主动脉瓣结构的分割。出于该目的，分割子系统120被示出以经由图像接口110获得图像105，并且输出表示主动脉瓣结构的分割的分割数据125。

系统100还包括识别子系统130。识别子系统130被配置用于在系统100的操作期间通过分析主动脉瓣结构的图像来识别瓣膜小叶上的钙化。出于该目的，识别子系统130被示出为经由图像接口110获得图像105，并且提供表示识别的结果的识别数据135。例如，识别子系统130可以被配置为提供指示以下的数据：钙化的位置、形状、尺寸和/或其他特性，例如钙化的材料特性。尽管未在图1中示出，但是识别子系统130可以与分割子系统120交换数据。例如，分割子系统可以将表示分割的主动脉瓣结构的数据传送到识别子系统，并且识别子系统可以接收所述数据，并且使用所述数据来执行分割的主动脉瓣结构到其他数据的配准。

系统100还包括分析子系统140。分析子系统140被配置用于在系统100的操作期间i)通过分析主动脉瓣结构的分割来确定主动脉球的中心线，并且ii)将钙化从中心线投影到主动脉球上，从而获得指示所述钙化在投影到主动脉球上时的位置的投影。分析子系统140还被配置为提供表示其分析的结果的数据145。分析子系统140可以使得数据145可用在系统100中，例如用于进一步的分析或输出。

系统100还可以包括输出单元150。输出单元可以被配置用于在系统100的操作期间生成输出数据。例如，输出单元可以通过将其从分析子系统140接收的数据145格式化来提供数据。输出单元155的结果可以被用于进一步分析、可视化等。例如，输出单元可以是显示输出部并且输出数据可以是要在连接到显示输出部的显示器上可视化的显示数据。

系统100可以被实现为单个设备或装置(例如工作站或成像装置)或被实现于其中。设备或装置可以包括一个或多个微处理器，其运行适当软件。软件可以已经下载和/或存储于对应的存储器上，例如，诸如RAM的易失性存储器或诸如闪存的非易失性存储器。备选地，系统的功能单元可以被实施在可编程逻辑器件的形式的设备或装置中，例如，如现场可编程门控阵列(FPGA)。应注意，系统100还可以以分布式方式来实施，即，涉及不同设备或装置。

图2示出了图示图1的系统100的分割子系统120的结果的图像20。在图像20中图示了包括第一小叶031、第二小叶032和第三小叶033的主动脉瓣结构。由图20中的弯曲线图示小叶031-033的边界。作为由分割子系统执行的分割的结果而获得小叶031-033的边界。此外，图像20还图示了小叶031-033上的钙化021-026。

可以由诸如CT和MRI的成像模态来采集主动脉瓣结构的图像。在另一范例中，可以由计算机断层摄影血管造影来采集主动脉瓣结构的图像。计算机断层摄影血管造影是特殊种类的CT，其特别聚焦于血管和心脏瓣膜，使用对比材料以使得其在图像中清晰可见。在另一范例中，可以由谱计算机断层摄影来采集主动脉瓣结构的图像，所述谱计算机断层摄影不仅递送解剖信息，而且能够基于单个扫描内的它们的材料构成来表征结构。使用一种类型的谱分析，图1的系统100可以被配置用于分离由来自元素周期表的特定原子数构成的材料。元素可以被分配特定颜色代码，以使得其在扫描上突显，即使周围组织具有类似亨氏单元数。谱分析可以用于识别主动脉瓣结构上的钙化。

主动脉瓣结构的对比图像和非对比图像的组合可以用在图1的系统100中。在范例中，主动脉瓣结构可以在对比图像中被分割，并且钙化可以在非对比图像中被识别。通过基于模型的配准，分割的主动脉瓣结构可以被配准到非对比图像。为了应用这样的配准，可以通过将调整限制到平移和旋转来在非对比图像上训练第二模型的边界检测或特征。

图1的系统100的识别子系统130可以被配置为对图像数据进行不同类型的强度阈值处理，以识别钙化。在范例中，第一阈值可以被确定。该第一阈值可以被用于通过阈值处理评价模型表面(例如小叶模型表面)上的图像强度值。使用该方法，可以确定多个种子点。区域增长可以被应用于种子点。对于区域增长，可以确定第二阈值。对于近邻体素，阈值处理可以使用第二阈值来应用。对于噪声降低，可以使用近邻体素的平均值，而不是体素的强度值本身。在另一范例中，自体钙评分可以用于识别钙化。自体钙评分以及例如计算机断层摄影血管造影扫描可以被配准以用于进一步分析。

图3A示出了主动脉瓣结构的图像30，图像30图示作为由识别子系统130执行的识别的结果的钙化027-028。此外，图3A示出了由图1的系统100的分析子系统140确定的主动脉球041的中心线051。此外，图3A图示了从中心线051到主动脉球041的正交投影方向042。

图1的系统100的分析子系统140可以被配置为，例如基于Deschamps T的“Curveand Shape Extraction with Minimal Path and Level-Sets Techniques-Applicationsto 3D Medical Imaging”(Université Paris-IX Dauphine,2001年12月)通过应用中心线提取算法来确定主动脉球041的中心线051。在这样的方法中，部分前传播算法可以被用于将主动脉瓣结构的图像中的体积体素取决于它们的图像强度划分为“活的”(血管体素)、“远的”(未接触体素)和“试验”点。“试验”点可以是3D中的表面，其可以被描述为管状结构(诸如主动脉球)的边界的粗略分割。第二前传播可以从所有“轨迹”点向前内传播。这可以导致朝向管状结构的中心的更高到达时间。因此，相对于先前计算的到达时间的开始点和结束点之间的最小路径可以通过针对第三时间应用前部传播而发现。前部可以被推动以在管状结构的中心中更快传播。管状结构的居中的路径可以通过从结束点的反向传播而获得。

图3B示出了主动脉瓣结构的图像35，图像35图示由图1的系统100的分析子系统140执行的投影的结果。图像35图示了如被投影到主动脉球041上的投影的钙化061-062。投影可以是基于像素的投影。例如，图像中的特定点处的具有特定强度的像素的总和可以在特定方向上被投影到距投影的特定距离。例如表示钙化027-028的像素可以在与中心线正交的方向上从中心线051被投影到主动脉球041上以获得投影的钙化061-062。为执行这样的投影，图1的系统100的分析子系统140可以计算像素距主动脉球的中心线051和距球壁的距离。

图4示出了主动脉瓣结构的图像40，图像40图示由图1的系统100的分析子系统140执行的投影的结果。此外，图4图示了主动脉球41的钙化029-030和中心线051。为了准确地模拟其中支架被插入到主动脉瓣结构中的情况，图1的系统100的分析子系统140可以被配置为执行在不同于与中心线正交的方向的方向上的投影。为了该目的，分析子系统140可以被配置用于指定投影的取向上的校正。可以基于沿主动脉瓣小叶的钙化到环的距离来指定校正。图4还图示了经校正的投影方向043。因此投影的钙化的位置表示其中支架被放置在瓣膜中的情况下的钙化的位置。图4图示了得到的投影的钙化063-064。

图9A和9B还示意性示出了图示当主动脉瓣结构的图像在对应的心脏周期中的主动脉瓣的关闭状态中被获得时的经校正的投影的结果的范例。

在图9A中，通过包括主动脉球的中心线051和指示平面310内的主动脉小叶031中的钙化的区301来确定平面310。平面310与环在环相交点056处相交，与主动脉球041在第一曲线312(图9A中未示出)处相交并且与主动脉小叶031在第二曲线314(图9A中未示出)处相交。

在图9B中，具有圆形的区301指示主动脉小叶031中的钙化。具有三角形的区303指示通过使用正交投影(即通过在正交于中心线051的方向上将区301投影到主动脉球041上)的主动脉球041中的投影的钙化。具有正方形的区305指示通过使用经校正的投影(即通过在投影方向316上将区301从中心线051投影到主动脉球041上)的在主动脉球041中的投影的钙化。注意，区301、303、305和环相交点056以及第一曲线312和第二曲线314定位于平面310中。如能够从图9看到的，区303低于区305，其指示支架的插入将改变在主动脉瓣处于关闭状态中时主动脉球中的投影的钙化的位置。

在投影方向上将钙化301投影到主动脉球041中以获得投影的钙化，即区305，是基于从钙化301到环相交点056的距离的。存在实施这样的投影的若干方式。一个选项是由系统100的分析子系统140基于以下步骤来确定投影方向316：确定沿第二曲线314从钙化301到环相交点056的距离；确定投影方向316，使得在投影后，沿第一曲线312从投影的钙化305到环相交点056的距离与沿第二曲线314从环相交点056到钙化301的距离相同。基于所确定的投影方向316，区301能够被投影到第一曲线312，以获得投影的钙化，即区305。注意，环相交点056也位于第一曲线312上。备选地，钙化301能够使用正交投影被投影到第一曲线312，以便导出投影的钙化的粗略位置，即区303。随后，投影的钙化的粗略位置能够由分析子系统140沿着第一曲线312改变或校正到投影的钙化的经校正的位置，即区305，使得沿第一曲线312从投影的钙化305到环相交点056的距离与沿第二曲线314从环相交点056到钙化301的距离相同。

图5示出了示意性表示展开的主动脉瓣结构的二维绘图50。所述绘图可以已经由图1的系统100的分析子系统140通过展开主动脉瓣结构而生成。图5中图示了所述钙化在被投影到主动脉球上时的位置。此处，二维绘图50被划分为左冠状动脉尖区段051、右冠状动脉尖区段052和非冠状动脉尖区段053。在左冠状动脉尖051中，图示了左冠状动脉054的截面。在右冠状动脉尖052中，图示了右冠状动脉055的截面。此外，在二维绘图50中图示了环056。二维绘图图示了投影的钙化065-069。系统100的分析子系统140可以被配置用于以以下方式执行展开。第一，可以针对主动脉球计算圆柱表面。然后，圆柱表面可以被切开并且被卷开为平面中的矩形区。以这种用方式，可以获得主动脉球壁的完全和一对一展开。最后可以通过使用表面阴影或体积绘制来在获得的平面表示上将主动脉球壁的细节可视化。

二维绘图可以被划分为若干区段。例如，图1的系统100的分割子系统120可以被配置为执行基于模型的分割并且被配置为使用模型中的多个连合点来指示期望的区段。例如，三个连合点可以被用于获得三个区段。连合点可以被编码在主动脉瓣结构的模型中，并且因此在基于模型的分割之后的图像中被标记。

图6A示出了主动脉瓣结构的图像60，图像60图示由图1的系统100的分割子系统120执行的分割的结果。在图6A中图示了主动脉球041和三个小叶中的两个小叶031-032的分割。

图6B示出了小叶035-037的模型65，模型65可以用在由分割子系统120执行的分割中。图6C示出了主动脉瓣结构的模型70，其包括小叶035-037、升主动脉071以及左心室流出072。在模型70中包括升主动脉和/或左心室可以针对方便由临床医师关于升主动脉和/或左心室检测钙化的位置是期望的。此外，基于钙化的分布，支架的放置可以导致钙化到升主动脉和/或左心室上的重新定位。在这种情况下，投影还可以指示如被投影到升主动脉或左心室上的钙化的位置。

图6B的模型65和图6C的模型70可以使用可变形模型来获得。例如，可变形模型可以包括小叶的表示。分割子系统可以被配置用于将这样的可变形模型拟合到图像的图像数据，以获得表示小叶的分割的拟合的模型。可变形模型到医学图像的图像数据的应用(在网格模型的情况下也被称为网格适应)可以涉及优化能量函数，所述能量函数可以基于帮助将可变形模型调整到图像数据的外部能量项，以及维持可变形模型的刚度的内部能量项。以上描述的类型的可变形模型本身是已知的，如同将这样的模型应用到医学图像中的解剖结构的方法。应注意，代替于可变形模型，其他类型的基于模型的分割也可以被用于获得主动脉瓣结构的分割。

图7示出了用于分析主动脉瓣的图像以实现对主动脉瓣钙化的评估的方法200。方法200包括在题为“获得主动脉瓣结构的图像”的操作中获得210主动脉瓣结构的图像，所述主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球。方法200还包括在题为“分割图像中的主动脉瓣结构”的操作中，分割220图像，以获得主动脉瓣结构的分割。方法200还包括在题为“识别钙化”的操作中通过分析主动脉瓣结构的图像来识别230瓣膜小叶上的钙化。方法200还包括在在题为“确定主动脉球的中心线”的操作中通过分析主动脉瓣结构的分割来确定240主动脉球的中心线。方法200还包括在在题为“投影钙化”的操作中将钙化从中心线投影250到主动脉球上，从而获得指示所述钙化在被投影到主动脉球上时的位置的投影。方法200还包括在题为“生成数据”的操作中生成260表示投影的数据。

方法200可以被实施在计算机上作为计算机实施的方法，作为专用硬件，或作为两者的组合。如在图8中图示的，用于计算机的指令，即可执行代码，可以被存储在计算机程序产品270上，例如，采取一系列271机器可读物理标记的形式和/或作为一系列具有不同电气(例如，磁性)或光学性质或值的元件。可执行代码可以以暂态或非暂态方式来存储。计算机程序产品的范例包括存储器设备、光学存储设备270、集成电路、服务器、在线软件等。图8示出了光盘。

应注意，总体而言，主动脉瓣钙化可以由在心脏的主动脉瓣上的钙沉积引起。结果，形成瓣膜小叶的组织可以变得僵硬、将瓣膜开口窄化。该窄化可以发展为变得严重到减少通过主动脉瓣的血流并且增加左心室中的应变，从而引起主动脉瓣狭窄。当主动脉狭窄变得严重时，主动脉瓣置换能够是必要的。对于主动脉硬化和狭窄，钙化的评估能够是重要的(例如，以评估由于斑块破裂的栓塞风险)。除了钙化的量之外，其分布也能够是重要的。已经示出，在三个瓣膜尖上的斑块的分布可以是不对称的。斑块的不平均分布能够是针对瓣周泄漏的一个风险因子，因为其可以干扰瓣膜置换术之后的完全和对称的框架扩张。请求保护的系统和方法可以有利地用在这样的场景中。即，主动脉球可以通过例如基于模型的分割被分割有环和瓣膜小叶。然后可以识别瓣膜小叶的钙化分布。在主动脉球的中心线估计之后，钙化可以被投影到主动脉球上，正交于中心线或者具有使用沿瓣膜小叶的距离的在主动脉球中的斑块位置的校正。然后，得到的解剖结构，在其之上具有钙化的投影的高度的解剖主动脉球可以被可视化给医师。备选地，三维主动脉球可以被展开为二维图，所述二维图可以被子细分在针对瓣膜小叶中的每个并且指示冠状动脉口的位置的区段。有利地，请求保护的本发明可以用于TAVI流程的规划。

将认识到，本发明也应用于计算机程序，特别是在载体上或在载体中的计算机程序，所述计算机程序适于将本发明付诸实践。程序可以是以源代码、目标代码、源代码和目标代码中间的代码，例如以部分编译形式，或者以适合用于实施根据本发明的方法的任何其他形式。还应认识到，这样的程序可以具有许多不同构架设计。例如，实施根据本发明的方法或系统的功能的程序代码可以被细分为一个或多个子例程。在这些子例程之间分布功能的许多不同方式对本领域技术人员来说将是显而易见的。子例程可以被共同存储在一个可执行文件中，以形成自包含程序。这样的可执行文件可以包括计算机可执行指令，例如，处理器指令和/或解读器指令(例如，Java解读器指令)。备选地，一个或多个或所有子例程可以被存储在至少一个外部库文件中，并且静态地或动态地(例如在运行时)与主程序链接。主程序包含对至少一个子例程的至少一个调用。子例程还可以包括对彼此的函数调用。涉及计算机程序产品的实施例包括计算机可执行指令，其对应于本文中提出的至少一个方法的每个处理阶段。这些指令可以被细分为子例程和/或存储在可以被静态地或动态地链接的一个或多个文件中。涉及计算机程序产品的另一实施例包括计算机可执行指令，其对应于本文中提出的系统和/或产品中的至少一个的每个单元。这些指令可以被细分为子例程和/或存储在可以被静态地或动态地链接的一个或多个文件中。

计算机程序的载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括存储介质，诸如ROM(例如，CD ROM或半导体ROM)，或者磁记录介质(例如，硬盘)。此外，载体可以是诸如电学或光学信号的可传送载体，其可以经由电缆或光缆或通过无线电或其他工具来传达。当程序体现在这种信号中时，载体可以由这种线缆或其他设备或单元构成。备选地，载体可以是程序被体现在其中的集成电路，集成电路适于执行相关方法，或者用于相关方法的执行。

应当注意，上述实施例图示而非限制本发明，并且本领域技术人员能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多备选实施例。在权利要求中，置于括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其词性变化的使用不排除存在不同于权利要求中所述的其他元件或步骤。在元件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括若干个不同元件的硬件来实施，并且可以借助于适当编程的计算机来实施。在列举了若干器件的设备权利要求中，这些器件中的若干可以具体实现为同一硬件。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (15)

1.一种用于分析主动脉瓣结构的图像以使得能够对主动脉瓣钙化进行评估的系统，所述系统包括：

-图像接口，其用于获得所述主动脉瓣结构的所述图像，所述主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球；

-分割子系统，其用于分割所述图像中的所述主动脉瓣结构，以获得所述主动脉瓣结构的分割；

-识别子系统，其用于通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来识别所述主动脉瓣小叶上的钙化；

-分析子系统，其被配置用于：

i)通过分析所述主动脉瓣结构的所述分割来确定所述主动脉球的中心线；

ii)将所述钙化从所述中心线投影到所述主动脉球上，从而获得指示所述钙化在被投影到所述主动脉球上时的位置的投影；

-输出单元，其用于生成表示所述投影的数据，

其中，所述主动脉瓣结构的所述图像是三维图像，从而获得三维投影作为所述投影。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述分析子系统还被配置用于展开所述三维投影，从而获得指示所述钙化在被投影到所述主动脉球上时的所述位置的二维绘图。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述分析子系统还被配置用于指示以下中的至少一个：所述二维绘图中的左冠状动脉尖区段、右冠状动脉尖区段、非冠状动脉尖区段、环和冠状动脉口。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，

所述分析子系统被配置用于在与所述主动脉球的所述中心线正交的方向上将所述钙化投影到所述主动脉球上。

5.根据权利要求1、2或3中的任一项所述的系统，其中：

所述图像中的所述主动脉瓣结构包括所述主动脉瓣的环；

所述分析子系统还被配置用于：

确定包含所述中心线和所述钙化的平面，其中，所述平面在环相交点处与所述环相交，在第一曲线处与所述主动脉球相交，并且在第二曲线处与所述瓣膜小叶相交；

确定沿所述第二曲线从所述钙化到所述环相交点的距离；

在投影方向上将所述钙化投影到所述主动脉球上，以获得基于从所述钙化到所述环相交点的距离的投影的钙化，使得在所述投影之后，沿所述第一曲线从所述投影的钙化到所述环相交点的距离与沿所述第二曲线从所述环相交点到所述钙化的距离相同。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的系统，其中：

所述识别子系统还被配置用于通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来确定所述主动脉瓣小叶上的所述钙化的量；

所述分析子系统还被配置用于指示所述投影中的所述钙化的所述量。

7.根据权利要求6所述的系统，其中：

所述分析子系统还被配置用于通过分析所述钙化的所述位置和所述量来量化所述主动脉瓣结构中的钙化的分布；

所述输出单元还被配置用于生成表示所述主动脉瓣结构中的所述钙化的所述分布的数据。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中：

所述图像中的所述主动脉瓣结构还包括升主动脉和左心室；

所述识别子系统还被配置用于通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来识别所述升主动脉或所述左心室上的钙化；

所述分析子系统还被配置用于指示所述投影中的所述升主动脉或所述左心室上的所述钙化的位置。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中：

所述分割子系统被配置用于通过将模型应用到所述图像来执行所述图像的基于模型的分割；

所述模型编码以下中的至少一个：左冠状动脉尖区段、右冠状动脉尖区段、非冠状动脉尖区段、环和冠状动脉口。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的系统，其中，所述图像是谱计算机断层摄影图像并且所述识别子系统被配置用于通过执行谱分析来识别所述钙化，以基于钙化材料的特征原子序数来识别所述钙化。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的系统，其中，所述输出单元是显示输出部并且所述数据是表示所述投影的显示数据。

12.一种包括根据权利要求1至11中的任一项所述的系统的工作站。

13.一种包括根据权利要求1至11中的任一项所述的系统的成像装置。

14.一种用于分析主动脉瓣的图像以使得能够对主动脉瓣钙化进行评估的方法，所述方法包括：

-获得主动脉瓣结构的图像，所述主动脉瓣结构包括主动脉瓣小叶和主动脉球；

-分割所述图像中的所述主动脉瓣结构，以获得所述主动脉瓣结构的分割；

-通过分析所述主动脉瓣结构的所述图像来识别所述主动脉瓣小叶上的钙化；

-通过分析所述主动脉瓣结构的所述分割来确定所述主动脉球的中心线；

-将所述钙化从所述主动脉球的所述中心线投影到所述主动脉球上，从而获得指示所述钙化在被投影到所述主动脉球上时的位置的投影；

-生成表示所述投影的数据，其中，所述主动脉瓣结构的所述图像是三维图像，从而获得三维投影作为所述投影。

15.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令用于令处理器系统执行根据权利要求14所述的方法。