CN107115111A - 血流状态分析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种血流状态分析方法和系统。在确定血流状态的过程中，获取多个时相的图像，建立与多个时相分别对应的多个血管模型。关联所述多个血管模型，根据关联结果分别设定所述多个血管模型的边界条件，确定所述多个血管模型的血管状态。

Description

血流状态分析系统及方法
【技术领域】
本发明涉及一种血流状态分析系统和方法，尤其是一种利用计算流体力学获取多时相血流动力学参数的系统及方法。
【背景技术】
CTA、MRA成像技术广泛应用在外周血管疾病诊断中，尤其在血管狭窄(椎动脉狭窄)、动脉瘤、夹层动脉瘤、肿瘤供血动脉等血管疾病等方面。血管分析软件应用提供了血管分析的工具，用于细小四级血管的精确提取、完整去骨、快速自动测量等。医学图像分析软件系统在针对血管的分析中一般采用图像分割技术，以及图像显示技术对相应对象的血管进行形态学上的三维模拟重建。医生通过针对血管形态学上的指标(血管狭窄程度、血管瘤膨胀程度等)对病变程度进行分析处理，可利用信息单一。
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics/CFD)是一个20世纪50年代以来，随着计算机的发展而产生的一个介于数学、流体力学和计算机之间的交叉学科。其主要研究内容是通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程，对流体力学问题进行模拟和分析。血管模型或血流模型是一个利用计算流体力学的新兴应用。利用计算流体力学对单时相数据进行分析难以全面的体现分析区域的实际情况和变化规律，也会由于选择时相不准确而使结果出现偏差。
【发明内容】
本发明解决的问题是提供一种血管流体分析方法，所述分析方法包括：获取一个第一时相的图像和一个第二时相的图像；在所述第一时相的图像中选择一个第一血管区域，其中，所述第一血管区域包含一个血管；在所述第二时相的图像中选择一个第二血管区域，其中，所述第二血管区域包含至少一部分所述血管；建立一个第一血管模型，其中，所述第一血管模型与所述第一血管区域相对应；建立一个第二血管模型，其中，所述第二血管模型与所述第二血管区域相对应；设定所述第一血管模型的边界条件和所述第二血管模型的边界条件，所述设定所述第一血管模型的边界条件包括：判断所述第一血管模型存在异常情况；响应于判断出所述第一血管模型存在异常情况，确定存在异常情况的区域；构建与所述第一血管模型对应的正常模型；获取正常模型的边界条件；以及根据正常模型的边界条件，生成与所述第一血管模型相对应的边界条件；以及根据所述第一血管模型的边界条件，确定所述第一血管模型中所述血管在所述第一时相的状态。
可选的，所述分析方法进一步包括基于所述血管在所述第一时相的状态，关联所述第一血管模型和所述第二血管模型，以及根据所述关联结果以及所述第二血管模型的边界条件，确定所述第二血管模型中所述血管在所述第二时相的状态。
可选的，所述异常情况包括血管狭窄、血管膨大或血管瘤。
可选的，一种分析方法，可以被至少一个包含处理器和存储器的设备执行，所述分析方法包括：获取一个第一血管模型，所述第一血管模型对应于一个血管，所述血管包含一个第一区域；获取所述第一血管模型的一个或多个参数；根据所述第一血管模型的所述一个或多个参数确定所述第一血管模型中所述第一区域的位置；生成一个第二血管模型，所述第二血管模型包含所述血管或其一部分，其中，所述第二血管模型中的所述血管的所述第一区域经过修正；获取所述第二血管模型的边界条件；根据所述第二血管模型的边界条件，确定所述第二血管模型的一个参数；根据所述第二血管模型的所述参数，确定所述第一血管模型的边界条件；以及根据所述第一血管模型的所述边界条件，获得所述第一血管模型的血流状态。
可选的，所述第一区域包括血管狭窄、血管膨大或存在血管瘤的区域。
可选的，所述第一血管模型的所述一个或多个参数包括所述血管的横截面积。
可选的，所述修正所述第一血管模型中的所述第一区域包括膨胀所述血管或缩小所述血管。
可选的，所述第二血管模型的边界条件包括所述第二血管模型中所述血管的入口、出口或侧壁的血压、血流速率、血液粘稠度、压强或应力。
可选的，所述第二血管模型的所述参数包括流阻、血流速率、血压、血管壁应力、血管壁切应力或血流储备系数(FFR)，所述确定第二血管模型的参数包括进行计算流体力学(CFD)分析。
可选的，所述分析方法进一步包括根据第一血管模型的边界条件，确定第一血管模型的一个动力学参数。
可选的，一个包括至少一个处理器和存储设备的系统，所述系统包括：一个接收模块，被配置为：获取一个第一血管模型，所述第一血管模型包含一个第一区域；获取所述第一血管模型的一个或多个参数；以及一个多时相特征生成模块，被配置为：根据所述第一血管模型的参数确定所述第一血管模型中所述第一区域的位置；通过修正所述第一血管模型中的所述第一区域生成一个第二血管模型；获取所述第二血管模型的边界条件；根据所述第二血管模型的边界条件，确定所述第二血管模型的一个参数；根据所述第二血管模型的参数，确定所述第一血管模型的边界条件；以及根据所述第一血管模型的所述边界条件，获得所述第一血管模型的血流状态。
【附图说明】
图1A和图1B是根据本申请的一些实施例所示的包括血管状态分析系统；
图2是根据本申请的一些实施例所示的一个计算设备的结构，该计算设备可以实施本申请中披露的特定系统；
图3是根据本申请的一些实施例所示的一个移动设备的结构示意图，该移动设备可以实施本申请中披露的特定系统；
图4A是根据本申请的一些实施例所示的处理设备的示例性模块示意图；
图4B是根据本申请的一些实施例所示的多时相特征处理的示例性流程图；
图5是根据本申请的一些实施例所示的多时相特征生成模块的示例性模块示意图；
图6是根据本申请的一些实施例所示的获取多时相特征的示例性流程图；
图7是根据本申请的一些实施例所示的获取多时相特征的示意图；
图8是根据本申请的一些实施例所示的设定边界条件的示例性流程图；
图9是根据本申请的一些实施例所示的血流模型的示意图；
图10是根据本申请的一些实施例所示的网格化处理的示例性流程图；
图11是根据本申请的一些实施例所示的边界区域网格化处理的示意图；
图12是根据本申请的一些实施例所示的获得任意位点参数的示例性流程图；以及
图13是根据本申请的一些实施例所示的获得位点血流动力学参数的示意图。
【具体实施方式】
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本申请涉及一种获取血流状态的方法和系统。在确定血流状态的过程中，获取多个时相的图像，建立与多个时相分别对应的多个血管模型。关联所述多个血管模型，根据关联结果分别设定所述多个血管模型的边界条件，确定所述多个血管模型的血管状态。所述关联所述多个血管模型包括配准多个血管模型。
图1A是根据本申请的一些实施例所示的包括血流状态分析系统100。该血流状态分析系统100可以包括数据采集设备110、处理设备120、存储设备130和显示设备140。数据采集设备110、处理设备120、存储设备130和交互设备140相互之间可以通过网络180进行通信。
数据采集设备110可以是一个采集数据的设备。所述数据可以包括图像数据、对象特征数据等。在一些实施例中，所述数据采集设备110可以包括一个成像设备。所述成像设备可以采集所述图像数据。所述成像设备可以是磁共振成像仪(magnetic resonanceimaging,MRI)、电子计算机断层扫描仪(computed tomography,CT)、正电子发射型计算机断层显像仪(positron emission computed tomography,PET)、B超仪(b-scanultrasonography)、超声诊断仪(diasonography)热断层扫描仪(Thermal texture maps,TTM)、医用电子内窥镜(medical electronic endoscope,MEE)等中的一种或多种的组合。所述图像数据可以是包括对象的血管、组织或器官的图片或数据。在一些实施例中，所述数据采集设备可以包括一个对象特征采集设备。所述对象特征采集设备可以采集对象的心率、心律、血压、血流速率、血液粘稠度、心输出量、心肌质量、血管流阻，以及/或其他与血管、组织或器官相关的对象特征数据。在一些实施例中，所述对象特征采集设备可以获取对象年龄、身高、体重、性别等其他对象特征数据。在一些实施例中，所述图像数据和对象特征数据可以是多时相数据。例如，所述多时相数据可以是在不同的时间点或时相获得的对象身上相同或近似位置的数据。在一些实施例中，所述对象特征采集设备可以集成在所述成像设备中，从而同时采集图像数据和对象特征数据。在一些实施例中，所述数据采集设备110可以通过网络180将其所采集的数据发送至处理设备120、存储设备130和/或交互设备140。
处理设备120可以对数据进行处理。所述数据可以是通过数据采集设备110采集到的数据，从存储设备130中读取的数据，从交互设备140中获得的反馈数据，如用户的输入数据，或通过网络180从云端或者外接设备中获得的数据等。在一些实施例中，所述数据可以包括图像数据、对象特征数据、用户输入数据等。所述处理可以包括在图像数据中选择感兴趣的区域。所述感兴趣的区域可以由处理设备120自行选择或根据用户输入数据选择。在一些实施例中，选择的感兴趣区域可以是血管、组织或者器官等。例如，所述感兴趣区域可以是动脉血管，如冠状动脉、腹部动脉、大脑动脉、下肢动脉等。处理设备120可以进一步对所述图像中对感兴趣的区域进行分割。图像分割的方法可以包括基于边缘的图像分割方法，如Perwitt算子法、Sobel算子法、梯度算子法、Kirch算子法等，基于区域的图像分割方法，如区域生长法、阈值法、聚类法等以及其他分割方法，如基于模糊集、神经网络的方法等。
处理设备120可以对所述感兴趣区域进行模型重建。模型的选择可以基于对象特征数据、感兴趣区域的特征等。例如，如果选定了感兴趣的区域为冠状动脉，处理设备120可以对包含冠状动脉的图像进行分割从而提取出冠状动脉的图像。然后，处理设备120可以根据对象特征、冠状动脉一般特征、冠状动脉图像特征等进行模型的重建。重建的模型可以与冠状动脉血管的形状相对应，也可以与冠状动脉中血液流动的形态相对应。在建立感兴趣区域的模型后，处理设备120可以根据模型进行分析和计算。所述分析和计算的方法可以包括计算流体力学(Computed fluid dynamics)等。
在一些实施例中，处理设备120可以获得多时相的数据，如对象在5个不同时间点上冠状动脉区域的图像。在这种情况下，处理设备120可以对不同时相的感兴趣区域(例如，整个冠状动脉，冠状动脉上的分支，或者冠状动脉的血液入口截面等)的图像分别构建模型，再对模型依次进行分析和计算。在一些实施例中，处理设备120可以对所述不同时相的模型进行网格化处理，并对网格化处理后的模型进行相互关联，从而降低计算量、提高计算准确度。关于网格化处理和模型相互关联的说明可以参见本申请其他地方的描述，例如，图6及其描述。在一些实施例中，所述分析和计算的结果可以包括血管、组织、或器官的物理状态和相关系数或参数。例如，对冠状动脉模型进行分析和计算的结果可以包括冠状动脉的血流动力学参数，如血流速率、血液压力、血管壁应力、血管壁切应力、血流储备系数或血流储备分数(Fractional Flow Reserve,FFR)、冠状动脉血流储备(Coronary Flow Reserve,CFR)等中的一种或多种的组合。在一些实施例中，处理设备120可以根据不同时相的分析和计算结果生成所述物理状态和/或相关系数或参数与时相或时间的关系(例如，血液动力学参数随时间的变化)。该关系可以用曲线或者对照表的方式体现。基于所述曲线或对照表，处理设备120可以获得任意时相的感兴趣区域的物理状态和/或相关系数或参数。
在一些实施例中，处理设备120可以对其获得的数据或处理结果进行降噪或平滑处理。在一些实施例中，处理设备120可以将其获得的数据或处理结果发送至存储设备130进行存储，或者发送至交互设备140进行显示。所述处理结果可以是处理过程中产生的中间结果，如感兴趣区域的模型，也可以是处理的最终结果，如分析和计算得出的血流动力学参数等。在一些实施例中，处理设备120可以是一个或多个处理元件或设备，如中央处理器(central processing unit，CPU)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、系统芯片(system on a chip，SoC)、微控制器(microcontroller unit，MCU)等。在一些实施例中，处理设备120也可以是特殊设计的具备特殊功能的处理元件或设备。处理设备120可以是本地的，或相对于数据采集设备110是远程的。
存储设备130可以储存数据或信息。所述数据或信息可以包括数据采集设备110获取的数据、处理设备120产生的处理结果或控制指令、以及交互设备140所接收到的用户输入数据等。存储设备130可以是一种或多种可以读取或写入的存储媒介，包括但不限于静态随机存储器(static random access memory,SRAM)，随机存储器(random-access memory,RAM)、只读存储器(read-only memory,ROM)、硬盘、闪存等。在一些实施例中，存储设备130也可以是远程的存储器，如云盘等。
交互设备140可以接收、发送，以及/或显示数据或信息。所述接收的数据或信息可以包括数据采集设备110获取的数据、处理设备120产生的处理结果、存储设备130存储的数据等。例如，交互设备140显示的数据或信息可以包括数据采集设备110获得的心血管的实际图像150、处理设备120根据实际图像150所建立的心血管模型160，以及处理设备120从心血管模型160中提取出的冠状动脉模型170等。显示的形式可以包括但不限于二维或三维的医学图像、几何模型及其网格分析、矢量图(如速度矢量线)、等值线图、填充型的等值线图(云图)、XY散点图、粒子轨迹图、模拟流动效果等一种或多种组合。又例如，交互设备140发送的数据或信息可以包括用户的输入信息。交互设备140可以接收用户输入的处理设备120的一个或多个运行参数，并发送到处理设备120。
在一些实施例中，交互设备140可以包括一个用户交互界面。用户可以通过特定的交互装置，如鼠标、键盘、触摸板、麦克风等向交互设备140输入一个用户输入数据。例如，用户可以点击交互设备140所显示的模型并选择模型中感兴趣的区域。又例如，用户可以选择交互设备140所显示的血管模型中任意的位置，交互设备140可以从处理设备120获取并显示该位置的血流速、血压、血流量等。
在一些实施例中，交互设备140可以是显示屏等具有显示功能的设备。在一些实施例中，交互设备140可以具有处理设备120部分或全部的功能。例如，交互设备140可以对处理设备120生成的结果进行平滑、降噪、变色等操作。举例说明，变色操作可以将一个灰度图变成彩图，或将一个彩图变成一个灰度图。在一些实施例中，交互设备140与处理设备120可以是一个集成的设备。所述集成的设备可以同时实现处理设备120和交互设备140的功能。在一些实施例中，交互设备140可以包括台式电脑、服务器、移动设备等。移动设备可以包括笔记本电脑、平板电脑、ipad、交通工具(例如，机动车、船、飞机等)的内置设备、可穿戴设备等。在一些实施例中，交互设备140可以包括或连接到显示装置、打印机、传真等。
网络180可以用于血流状态分析系统100内部的通信，接收系统外部的信息，向系统外部发送信息等。在一些实施例中，数据采集设备110、处理设备120和交互设备140之间可以通过有线连接、无线连接、或其结合的方式接入网络180。网络180可以是单一网络，也可以是多种网络的组合。在一些实施例中，网络180可以包括但不限于局域网、广域网、公用网络、专用网络、无线局域网、虚拟网络、都市城域网、公用开关电话网络等中的一种或几种的组合。在一些实施例中，网络180可以包括多种网络接入点，例如有线或无线接入点、基站或网络交换点，通过以上接入点使数据源连接网络180并通过网络发送信息。
图1B所示的是一个血流状态分析系统100的另一个示意图。图1B与图1A类似。图1B中，处理设备120可以与数据采集设备110直接相连，而数据采集设备110不与网络180直接相连。
以上的描述仅仅是本发明的具体实施例，不应被视为是唯一的实施例。显然，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变。例如，数据采集设备110、处理设备120、交互设备140之间可以不通过网络180而直接进行数据或信息的交换。又例如，这些设备也可以通过可移动存储器或其他中间媒介的方式进行数据或信息的交换。
图2是根据本申请的一些实施例所示的一个计算设备200的结构。该计算设备200可以实施本申请中披露的特定系统。本实施例中的特定系统利用功能框图解释了一个包含用户界面的硬件平台。计算设备200可以实施当前描述血流状态分析系统100中的一个或多个组件、模块、单元、子单元(例如，处理设备120，交互设备140等)。另外，血流状态分析系统100中的一个或多个组件、模块、单元、子单元(例如，处理设备120，交互设备140等)能够被计算设备200通过其硬件设备、软件程序、固件以及它们的组合所实现。这种计算机可以是一个通用目的的计算机，也可以是一个有特定目的的计算机。两种计算机都可以被用于实现本实施例中的特定系统。为了方便起见，图2中只绘制了一台计算设备，但是本实施例所描述的进行信息处理并推送信息的相关计算机功能是可以以分布的方式、由一组相似的平台所实施的，分散系统的处理负荷。
如图2所示，计算设备200可以包括内部通信总线210，处理器(processor)220，只读存储器(ROM)230，随机存取存储器(RAM)240，通信端口250，输入/输出组件260，硬盘270，用户界面280。内部通信总线210可以实现计算设备200组件间的数据通信。处理器220可以执行程序指令完成在此披露书中所描述的血流状态分析系统100的一个或多个功能、组件、模块、单元、子单元。处理器220由一个或多个处理器组成。通信端口250可以配置实现计算设备200与血流状态分析系统100其他部件(比如数据采集设备110)之间数据通信(比如通过网络180)。计算设备200还可以包括不同形式的程序储存单元以及数据储存单元，例如硬盘270，只读存储器(ROM)230，随机存取存储器(RAM)240，能够用于计算机处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器220所执行的可能的程序指令。输入/输出组件260支持计算设备200与其他组件(如用户界面280)，和/或与血流状态分析系统100其他组件(如数据库140)之间的输入/输出数据流。计算设备200也可以通过通信端口250从网络180发送和接收信息及数据。
图3描述了一种移动设备的结构，该移动设备能够用于实现实施本申请中披露的特定系统。在本例中，用于显示和交互位置相关信息的用户设备是一个移动设备300。移动设备300可以包括智能手机、平板电脑、音乐播放器、便携游戏机、全球定位系统(GPS)接收器、可穿戴计算设备(如眼镜、手表等)，或者其他形式。本例中的移动设备300包括一个或多个中央处理器(CPUs)340，一个或多个图形处理器(graphical processing units(GPUs))330，一个显示320，一个内存360，一个天线310，例如一个无线通信单元，存储单元390，以及一个或多个输入/输出(input output(I/O))设备350。任何其他合适的组件，包括但不限于系统总线或控制器(图上未显示)，也可能被包括在移动设备300中。如图3所示，一个移动操作系统370，如iOS、Android、Windows Phone等，以及一个或多个应用380可以从存储单元390加载进内存360中，并被中央处理器340所执行。应用380可能包括一个浏览器或其他适合在移动设备300上接收并处理图像或血液状态分析相关信息的移动应用。用户与血流状态分析系统100中一个或多个组件关于图像或血液状态分析相关信息的交互可以通过输入/输出系统设备350获得并提供给处理设备120，以及/或血流状态分析系统100中的其他组件，例如：通过网络180。
根据本申请的一些实施例，图4A是处理设备的示例性模块示意图。处理设备120可以包括接收模块410、控制模块420、多时相特征生成模块430、多时相特征处理模块440和输出模块450。
接收模块410可以从数据采集设备110和/或存储设备130获取图像数据、对象特征数据等。所述图像数据可以是包括对象的血管、组织或器官的图片或数据。所述对象特征数据可以包括对象的心率、心律、血压、血流速率、血液粘稠度、心输出量、心肌质量、血管流阻以及其他与血管、组织或器官相关的对象特征数据以及对象年龄、身高、体重、性别等其他对象特征数据。在一些实施例中，所述图像数据和对象特征数据可以是多时相数据。例如，所述多时相数据可以是在不同的时间点或时相获得的对象身上相同或近似位置的数据。
控制模块420可以发出控制指令。控制指令可以控制其他模块进行输入、输出、存储、处理等操作。例如，所述控制指令可以控制接收模块410接收所需要的数据。又例如，所述控制指令可以控制多时相特征生成模块430生成多时相的特征等。
多时相特征生成模块430可以生成多时相特征。所述多时相特征可以包括多时相模型、多时相参数、多时相边界条件、多时相的分析结果等。更具体的，多时相特征生成模块430可以在多时相图像数据中分别选择感兴趣的区域。所述感兴趣的区域可以由多时相特征生成模块430自行选择或根据用户输入数据选择。在一些实施例中，选择的感兴趣区域可以是血管、组织或者器官等。例如，所述感兴趣区域可以是动脉血管，如冠状动脉、腹部动脉、大脑动脉、下肢动脉等。所述多时相图像中选择的感兴趣区域可以是相对应的。例如，可以包含至少部分相同的血管、组织、或器官等。多时相特征生成模块430可以进一步对所述多时相图像中的感兴趣的区域进行分割。图像分割的方法可以包括基于边缘的图像分割方法(如Perwitt算子法、Sobel算子法、梯度算子法、Kirch算子法等)，基于区域的图像分割方法(如区域生长法、阈值法、聚类法等)，以及其他分割方法，如基于模糊集、神经网络的方法等。在一些实施例中，多时相特征生成模块430可以同时对多时相图像中感兴趣的区域进行分割。在一些实施例中，多时相特征生成模块430可以依次对多时相图像中感兴趣的区域进行分割。
多时相特征生成模块430可以对所述感兴趣区域进行模型重建，从而生成多时相模型。模型的选择可以基于对象特征数据、感兴趣区域的特征等。例如，如果选定了感兴趣的区域为冠状动脉，多时相特征生成模块430可以对包含冠状动脉的图像进行分割从而提取出冠状动脉的图像。然后，多时相特征生成模块430可以根据对象特征、冠状动脉一般特征、冠状动脉图像特征等进行模型的重建。重建的模型可以与冠状动脉血管的形状相对应，或与冠状动脉中血液流动的形态相对应。在建立感兴趣区域的模型后，多时相特征生成模块430可以设置参数和边界条件并根据模型进行分析和计算。具体的参数和边界条件设置的方法以及分析方法可以参见本申请其他部分的描述。
多时相特征处理模块440可以对生成的多时相计算结果进行处理(也被称为后处理)。所述处理可以包括利用拟合、插值等方法生成模型的计算结果与时相的关系曲线或对照表。根据所述关系曲线或对照表，多时相特征处理模块440可以进一步生成任意时相的分析结果的估计值。具体的后处理的流程和结果可以参考图12及其描述。在一些实施例中，所述多时相特征处理模块440可以将生成的多时相计算结果(例如，血管状态)与一个参考结果进行比对并生成一个比对结论。所述参考结果可以是存储在存储设备130中的数据，可以是存储在网络180中的数据，也可以是用户自行输入的数据。在一些实施例中，所述参考结果及相关比对结论可以存储在一个表中。例如，所述计算结果为血流速率时，所述参考结果可以为一个血流速率范围与危险程度的对应关系。所述危险程度可以分为正常、预警、危险、极度危险等。在一些实施例中，用户可以根据临床经验手动输入所述对应关系。在一些实施例中，所述比对可以是同一对象不同时期的血流速率的计算结果的比对。
输出模块450可以将生成的多时相计算结果或数据进行输出。例如，输出模块450可以将多时相计算结果或特征发送至存储设备130进行存储，或者发送至交互设备140进行显示。在一些实施例中，多时相特征处理模块440或输出模块450可以在输出前对所述多时相特征或计算结果进行降噪或平滑处理。所述多时相计算结果可以是生成的中间结果，如感兴趣区域的模型，或生成的最终结果，如分析和计算得出的血流动力学参数或计算结果与时相的关系曲线或对照表等。
根据本申请的一些实施例，图4B是多时相特征处理的示例性流程图。在一些实施例中，该流程可以通过处理设备120实现。
在462中，可以产生一个或多个控制指令。在一些实施例中，462可以通过控制模块420实现。所述控制指令可以控制该流程中其他步骤的进行。
在464中，可以接收多时相数据。在一些实施例中，464可以通过接收模块410实现。所述多时相数据可以包括多时相图像数据和多时相对象特征数据。在一些实施例中，所述多时相对象特征数据可以是时间上连续的对象特征数据或特征曲线。
在466中，可以生成多时相特征。在一些实施例中，466可以通过多时相特征生成模块430实现。所述多时相特征可以包括多时相模型、多时相参数、多时相边界条件、多时相的分析结果等。
在468中，可以对生成的多时相特征进行处理。在一些实施例中，468可以通过多时相特征处理模块440实现。所述处理可以包括利用拟合、插值等方法生成多时相特征与时相的关系曲线或对照表。
在470中，可以输出多时相特征或处理结果。在一些实施例中，470可以通过输出模块450实现。在一些实施例中，可以跳过468，直接将生成的多时相特征输出。
根据本申请的一些实施例，图5是多时相特征生成模块的示例性模块示意图。多时相特征生成模块430可以包括数据获取单元510、参数设置单元520、计算单元530、网格生成单元540、匹配单元550、区域选择单元560、输出单元570和判断单元580。
数据获取单元510可以从多时相特征生成模块430中其他单元、血流状态分析系统100中其他设备或模块或外界设备或模块中获取数据。所述数据可以包括图像数据、对象特征数据、用户输入数据等。所述图像数据可以是包括对象的血管、组织或器官的图片或数据。所述对象特征数据可以包括对象的心率、心律、血压、血流速率、血液粘稠度、心输出量、心肌质量、血管流阻以及其他与血管、组织或器官相关的数据。在一些实施例中，所述图像数据和对象特征数据可以是多时相数据。在一些实施例中，数据获取单元510可以从存储设备130中获取经过处理后的数据，如重建好的血管模型等。在一些实施例中，数据获取单元510可以对获取的图像数据进行预处理。所述预处理可以包括图像增强、图像降噪、图像平滑等。
参数设置单元520可以选择模型以及设置参数和边界条件。所述模型的选择可以包括根据具体分析的病变部位(感兴趣区域)以及对象特征数据(如血液粘稠度等)选择适合的血液粘性模型和流速边界模型。所述血液粘性模型可以包括牛顿流体模型、非牛顿流体模型以及用户自定义的其他流体模型。所述牛顿流体模型可以用来模拟对象体内血液粘稠度较为恒定的区域，而非牛顿流体模型可以用来模拟对象体内血液粘稠度不恒定的区域。所述流速边界模型可以包括抛物线模型、双曲线模型、椭圆模型、平均流模型、Womersley分布模型、Reynolds模型、混合模型等。在一些实施例中，所述参数的设置可以包括选定的模型中参数的设置，例如牛顿流体模型中的血液粘性系数，牛顿流体模型中的血液密度，模拟计算中的时间步数，模拟计算中的时间步长等。
所述边界条件的设置可以包括对边界区域进行初始条件或限制条件的设置。所述边界区域指的是感兴趣区域的边缘区域。例如，如果选定的感兴趣区域是一个血管区域或与血管对应的血流区域，边界区域可以是血管的出口、入口、血管壁等。设置的边界条件可以包括边界区域的血压、血流速率、流阻、压强、应力等。在一些实施例中，存储设备130或血流状态分析系统100内部或外部的存储设备可能包括一个边界条件库。用户或参数设置单元520可以根据对象特征数据自行设置一个边界条件或从所述边界条件库中选择一个已有的边界条件。在一些实施例中，用户或参数设置单元520也可以根据感兴趣的区域将一个低阶耦合模型作为边界条件。所述低阶耦合模型可以利用与感兴趣区域相耦合的区域或组织的经验性模型作为边界条件。所述低阶耦合模型可以是二阶模型，一阶模型，零阶模型(集中参数模型)或这些低阶模型的组合形式。
计算单元530可以对多时相特征生成模块430中其他单元中产生的数据或信息进行计算。在一些实施例中，计算单元530可以根据图像数据生成一个与之相对应的模型。所述模型的生成可以基于参数设置单元520所选择的模型类型和设置的参数。在一些实施例中，计算单元530可以在建立感兴趣区域的模型后，对模型进行分析和计算。所述分析和计算的方法可以包括计算流体力学(Computed fluid dynamics)等。在一些实施例中，所述分析和计算的结果可以包括血管、组织、或器官的物理状态和相关系数或参数。例如，对冠状动脉模型进行分析和计算的结果可以包括冠状动脉的血流动力学参数，如血流速率、血液压力、血管壁应力、血管壁切应力、血流储备系数(FFR)、冠状动脉血流储备(CFR)等中的一种或多种的组合。
在一些实施例中，计算单元530所计算的信息和数据可以是多时相的。计算单元530可以分别对所述多时相的信息和数据进行分析和计算。在一些实施例中，计算单元530可以根据不同时相的分析和计算结果生成感兴趣区域的物理状态和/或相关系数或参数与时相或时间的关系。在一些实施例中，该关系可以用曲线或者对照表的方式体现。基于所述曲线或对照表，可以获得任意时相的感兴趣区域的物理状态和/或相关系数或参数。在一些实施例中，所述曲线、对照表或者任意时相的感兴趣区域的物理状态和相关参数系数可以通过输出单元570发送到血流状态分析系统100其他模块或单元或血流状态分析系统100外界的模块或单元中。
网格生成单元540可以在生成模型的网格。在一些实施例中，网格生成单元540可以在模型上生成二维或三维的网格。例如，网格生成单元540可以在模型的边界区域(入口、出口等)生成二维的网格，而在模型的其他区域生成三维的网格。所述三维网格可以是基于所述二维网格而建立的。
匹配单元550可以对多时相的数据进行匹配。在一些实施例中，匹配单元550可以将不同时相的模型进行相互关联。所述不同时相的模型可以是经过网格化处理后的模型。在一些实施例中，所述不同时相的模型相互关联的过程可以包括先识别出不同时相的模型中的特征区域。然后，将不同时相相对应的特征区域进行关联。例如，如果所述不同时相的模型是血流模型(即感兴趣的血管中血流覆盖区域的模型)，所述特征区域可以包括血流入口区域、血流分叉区域、血流出口区域、血流狭窄区域、血流扩张区域等。然后，匹配单元550可以将不同时相的相应特征区域进行关联。在一些实施例中，一个特征区域在不同时相可能对应不同个数的网格。在这种情况下，所述特征区域在不同时相中的网格可以依靠某种算法或方法进行关联。例如，当第一时相中多个网格对应于第二时相中一个网格或少数网格时，匹配单元550可以对第一时相中多个网格的数值进行平均化处理后再与所述第二时相中一个或少数网格的数值进行对应。在一些实施例中，在初始时相的计算中，可以将内部网格(网格模型中不包括边界区域的网格)的初始值(例如，压强初始值，速率初始值等)设置为0。在后续时相的计算中，可以利用网格匹配将上一时相的内部网格计算结果映射或匹配至当前时相的内部网格相对应的网格中，并作为当前时相网格的初始值。在一些实施例中，匹配单元550在完成匹配后可以提示用户确认匹配是否准确。如果用户确认匹配准确则进行后续流程。如果用户认为匹配不准确，则用户可以对匹配结果进行修正或调整。用户也可以选择在其参与的情况下重新进行网格匹配。
区域选择单元560可以在图像数据中选择感兴趣的区域。所述感兴趣的区域可以由区域选择单元560自行选择或根据用户输入的信息选择。在一些实施例中，选择的感兴趣区域可以是血管、组织或者器官等。区域选择单元560可以进一步对所述图像中对感兴趣的区域进行分割。图像分割的方法可以包括基于边缘的图像分割方法，如Perwitt算子法、Sobel算子法、梯度算子法、Kirch算子法等，基于区域的图像分割方法，如区域生长法、阈值法、聚类法等以及其他分割方法，如基于模糊集、神经网络的方法等。区域选择单元560可以进全自动分割或半自动分割。例如，如果选择的感兴趣区域是冠状动脉、腹部动脉、大脑动脉、下肢动脉等，区域选择单元560可以自动进行分割。如果选择的感兴趣区域是其他机器较难准确分割的血管或部位，则可以进行半自动分割，由用户在分割过程中进行修正。在一些实施例中，区域选择单元560可以对根据图像数据重建的三维模型进行区域选择和分割。
输出单元570可以将多时相特征生成模块430中一个或多个单元所产生的信息、数据或处理结果发送至血流状态分析系统100中的其他模块或单元中。例如，输出单元570可以将计算单元530所生成的模型发送至交互设备140进行显示。又例如，输出单元570可以将网格生成单元540进行网格化处理后的模型发送至存储设备130中进行存储。
判断单元580可以进行逻辑判断。例如，血流状态分析系统100中其它模块或单元可以发送一个判断请求至判断单元580。判断单元580可以根据所述判断请求对相应内容进行判断。当判断出特定情况或生成判断结果后，判断单元580可以将判断结果或相应的操作指令发送至相应的模块或单元(例如，发送判断请求的模块或单元)。例如，判断单元580可以判断区域选择单元560所要分析的血管是否存在异常(如血管狭窄，动脉瘤等)。如果判断出该血管存在异常，判断单元560可以突出显示(如用不同的颜色表示)该异常血管，并同时提示用户确认该异常血管是否满足用户的要求。如果满足，则进行后续操作；如果不满足，则用户可以手动选择异常血管，然后进行后续操作。例如，区域选择单元560可以将用户选择的感兴趣区域和其自身生成的区域发送给判断单元580，判断单元580可以判断所述感兴趣区域和区域选择单元560生成的区域是否相同。如果判断单元580判断出用户和区域选择单元560生成的区域相同，则可以发送指令给区域选择单元560使其进行进一步地分割处理。否则，可以通过显示设备140再次确认用户的选择。
对于多时相的数据，上述各单元可以对不同时相的数据分别进行相应操作从而产生多时相的特征。例如，网格生成单元530可以对多时相的模型分别进行对应的网格化处理，从而生成多时相的网格化处理后的模型。又例如，参数设置单元520可以对多时相的模型或数据分别设置相对应的参数或边界条件。
根据本申请的一些实施例，图6是获取多时相特征的示例性流程图。在一些实施例中，流程600可以通过多时相特征生成模块430实现。
在602中，可以接收多时相数据。所述多时相数据可以包括多时相图像数据、多时相对象特征数据等。多时相图像数据可以是包括对象的血管、组织或器官的多个不同时间点的图片或数据。所述对象特征数据可以包括对象的心率、心律、血压、血流速率、血液粘稠度、心输出量、心肌质量、血管流阻以及其他与血管、组织或器官相关的数据。如图7所示，702包含3个时相的心脏的图像。704是对象在一个心动周期内的血压曲线。在一些实施例中，所述多时相图像可以包含至少部分相同的血管、组织或器官。在一些实施例中，可以对获取的多时相图像进行预处理。所述预处理可以包括图像增强、图像降噪、图像平滑等。
在604中，可以选择多时相图像中感兴趣的血管区域。所述感兴趣的区域可以由区域选择单元560自行选择或根据用户输入数据选择。对于不同时相的图像，可以依次进行感兴趣区域的选择。不同时相的图像中选择的感兴趣区域可能是相同的。在一些实施例中，可以进一步对选择出的感兴趣的区域进行分割。图像分割的方法可以包括基于边缘的图像分割方法(如Perwitt算子法、Sobel算子法、梯度算子法、Kirch算子法等)，基于区域的图像分割方法(如区域生长法、阈值法、聚类法等)，以及其他分割方法，如基于模糊集、神经网络的方法等。所述分割的方法可以是全自动分割或半自动分割。例如，如果选择的感兴趣区域是冠状动脉、腹部动脉、大脑动脉、下肢动脉等，可以自动进行分割。如果选择的感兴趣区域是其他机器较难准确分割的血管或部位，则可以进行半自动分割，由用户在分割过程中进行修正。在一些实施例中，可以依次对不同时相的图像进行分割，也可以同时对不同时相的图像进行分割。
在606中，可以建立血管区域的多时相模型。所述多时相模型可以是血管模型，或血流模型。所述血管区域可以是冠状动脉血管区域、腹部动脉血管区域、大脑动脉血管区域、下肢动脉血管区域等。在一些实施例中，所述血管区域可以是上述血管的全部区域或者一部分区域。例如，所述血管区域可以是整个冠状动脉模型、左冠状动脉模型或右冠状动脉模型或者冠状动脉的分支的模型，如左前降支、左回旋支、对角支等。如图7所示，708中从左到右分别是图像、模型和分割后的模型。在一些实施例中，可以根据具体分析的病变部位(例如，感兴趣区域)以及对象特征数据(例如，血液粘稠度等)选择适合的血液粘性模型和流速边界模型。所述血液粘性模型可以包括牛顿流体模型、非牛顿流体模型以及用户自定义的其他流体模型。所述流速边界模型可以包括但不限于抛物线模型、双曲线模型、椭圆模型、平均流模型、Womersley分布模型、Reynolds模型、混合模型等。在一些实施例中，不同时相的图像可能会分别建立与其相对应的模型。
在608中，可以对建立的多时相模型进行网格化处理。在一些实施例中，可以在模型的边界区域(例如，血管的入口、出口等)生成二维的网格，而在模型中其他区域形成三维的网格。所述三维网格可以是基于所述二维网格而建立的。如图7所示，710是模型708进行网格化处理后的结果。
在610中，可以设定多时相的参数和边界条件。在一些实施例中，所述参数的设置可以包括选定的模型中参数的设置，如流速u、密度ρ、血压P、截面积S等。所述边界条件的设置可以包括对边界区域进行初始条件或限制条件的设置。所述边界区域指的是感兴趣区域的边缘区域。例如，边界区域可以是血管的出口、入口、血管壁等。设置的边界条件可以包括边界区域的血压、血流量、血流速率、血管流阻、压强、应力等。在一些实施例中，可以根据感兴趣的区域将一个低阶耦合模型作为边界条件。所述低阶耦合模型可以利用与感兴趣区域相耦合的区域或组织的经验性模型作为边界条件。所述低阶耦合模型可以是二阶模型，一阶模型，零阶模型(集中参数模型)或这些低阶模型的组合形式。。如图7所示，712可以是模型的选择和参数的设置的一个实施例。714可以是边界条件的设定的一个实施例。
在612中，可以选择一个当前时相(在第一次选择的时候也可称作初始时相)。在一些实施例中，初始时相可以依据一些特定的规则进行选择出来。例如，对于冠状动脉模型，可以选择一个模型变化较慢或较平缓的时相作为初始时相，例如，离心脏收缩前期或者舒张末期最近的时相。初始时相可以由机器(例如，多时相特征生成模块430)自行判断选择，或由用户选择。如果机器和用户均没有或无法选择一个初始时相，可以任意选择一个时相或者选择多时相特征生成模块430第一个接收到的时相作为初始时相。
在614中，可以对当前时相(在第一次执行时为初始时相)进行分析，例如，计算流体力学(CFD)分析。根据设定的模型、边界条件以及参数可以对三维血管模型的血流动力学进行求解。所述求解的控制方程可以基于Euler方程组、纳维尔-斯托克斯方程组(Navier-Stokes Equations)或格子玻尔兹曼方程(Lattice Boltzmann Method)。求解计算的离散化方法可以包括有限差分法、有限体积法、有限元法、边界元方法、谱方法、格子玻尔兹曼法、无网格法等一种或多种组合。求解计算流场的流体可以是无粘的或有粘性的，可以是可压缩流体也可以是不可压缩流体，可以是层流也可以是湍流，可以是定常流动也可以是非定常流动。可以根据所模拟流体的物理特性，相应地选择相应的控制方程以及模拟方法。例如，针对无粘流体的流场计算可以选用Euler方程组或者格子玻尔兹曼方程，针对有粘性流体的流场计算可以选用N-S方程组或者玻尔兹曼方程。例如，对于冠状动脉进行的计算流体力学(CFD)计算可以使用纳维尔-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations)：
和
其中，ρ代表血液密度，u代表血流的速度，t代表时间，以及σ代表血流应力项(由血压p和血液粘性力项决定)。在一些实施例中，在初始时相的计算中，可以将所述模型中的流速的初始值设置为0。在后续时相的计算中，所述模型中流速的初始值不再设置为0，而是匹配前后时相的网格，并根据上一时相的计算结果对当前时相的对应网格进行赋值，作为当前时相流速的初始值。
分析结果可以包括当前时相该模型任意一个区域或者位点的物理状态和相关系数或参数。例如，对冠状动脉模型进行分析的结果可以包括冠状动脉任意一个区域或者位点的血流动力学参数，如血流速率、血液压力、血管壁应力、血管壁切应力、血流储备系数(FFR)、冠状动脉血流储备(CFR)等中的一种或多种的组合。如图7所示，718显示一种血流动力学的分析计算。
在616中，可以判断是否已遍历所有时相。在判断出已遍历所有时相后，可以执行618。在判断出未遍历所有时相后，可以执行620。
在618中，可以将分析结果进行输出。例如，将分析结果发送至血流状态分析系统100其他模块或设备中。在一些实施例中，可以对分析结果进行后处理。所述后处理可以包括生成分析结果与时相的关系曲线或对照表。所述后处理也可以包括根据所述关系曲线或对照表进一步输出任意时相的分析结果的预估值。如图7所示，716显示一种后处理的结果。在一些实施例中，618可以进一步包括将生成的多时相计算结果(例如，血管状态)与一个参考结果进行比对并生成一个比对结论。所述参考结果可以是存储在存储设备130中的数据，可以是存储在网络180中的数据，也可以是用户自行输入的数据。在一些实施例中，所述参考结果及相关比对结论可以存储在一个表中。例如，所述计算结果为血流速率时，所述参考结果可以为一个血流速率范围与危险程度的对应关系。所述危险程度可以分为正常、预警、危险、极度危险等。在一些实施例中，用户可以根据临床经验手动输入所述对应关系。在一些实施例中，所述比对可以是同一对象不同时期的血流速率的计算结果的比对。
在620中，可以将下一时相的模型与当前时相的模型进行匹配。在一些实施例中，所述不同时相的模型相互匹配的过程可以包括先识别出不同时相的模型中的特征区域。然后，将不同时相相对应的特征区域进行关联。在一些实施例中，所述特征区域可以包括血流入口区域、血流分叉区域、血流出口区域、血流狭窄区域、血流扩张区域等。操作620可以包括将不同时相的相应特征区域进行关联。如图7所示，706可以是模型以及其特征区域相互关联的一个实施例。在一些实施例中，一个特征区域在不同时相可能对应不同个数的网格。在这种情况下，所述特征区域在不同时相中的网格可以依靠某种算法或方法进行关联。例如，当第一时相中多个网格对应于第二时相中一个网格或少数网格时，匹配单元550可以对第一时相中多个网格的数值进行平均化处理后再与所述第二时相中一个或少数网格的数值进行对应。所述网格数值的对应包括将第一时相的网格的数值作为第二时相对应网格的输入。
在622中，可以将下一时相设为当前时相并进一步执行614。
以上的描述仅仅是本发明的具体实施例，不应被视为是唯一的实施例。显然，对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变。例如，606可以在604之前执行，可以先基于图像数据建立整个区域的模型，再在模型中选择和分割出感兴趣的部分。
根据本申请的一些实施例，图8是设定边界条件的示例性流程图。在一些实施例中，设定边界条件的流程与610相对应。在一些实施例中，设定边界条件的流程可以通过参数设置单元520实现。
在802中，可以获取血管区域的一个模型。在一些实施例中，所述模型可以通过606获得。所述模型可以是血管模型，也可以是血流模型。所述血管区域可以是冠状动脉血管区域、腹部动脉血管区域、大脑动脉血管区域、下肢动脉血管区域等。在一些实施例中，所述血管区域可以是上述血管的全部区域或者一部分区域。例如，所述血管区域可以是整个冠状动脉模型、左冠状动脉模型或右冠状动脉模型或者冠状动脉的分支的模型，如左前降支、左回旋支、对角支等。在一些实施例中，所述模型可以是用掩膜(mask)表示的血管区域。在一些实施例中，所述模型可以是用网格表示的血管模型。
在804中，可以判断所述血管区域的模型是否存在异常情况。所述异常情况可以包括血管狭窄、血栓、血管扩张、血管瘤等。如图9所示，模型910是一个存在狭窄的冠状动脉模型，该模型包括930、940两处狭窄区域。模型920是一个正常的冠状动脉模型，该模型与930、940相对应的区域(935、945)没有明显狭窄。在一些实施例中，804可以包括提取所述血管区域的模型的中心线。在一些实施例中，血管中心线可以指位于血管内部的沿着血管走向的一条假想的线。血管中心线可以包括血管中一个或多个像素点(或体素点)的集合。在一些实施例中，血管中心线可以包括血管中心或靠近血管中心的像素点(或体素点)的集合或组成的一条线。在一些实施例中，血管中心线可以包括一个或多个血管端点。所述血管中心线可以为所述端点之间的一条路径。在一些实施例中，关于血管中心线提取的示例性方法可以参考2016年8月30日提交的申请号为PCT/CN2016/097294的国际申请，其内容以引用的方式被包含于此。然后，可以沿所述中心线设置多个特征点。进一步地，可以计算模型在所述特征点的横截面积。根据特征点的横截面积，可以判断出模型是否存在异常情况。例如，如果计算出特征点的横截面积出现不正常的降低(例如，两个横截面积正常的特征点中间包括一个横截面积较低的特征点)，可以判断模型可能存在狭窄或血栓。在一些实施例中，所述特征点的个数应该至少达到可以使得横截面积的变化足够判断是否存在异常情况的数量(例如，选择的相邻特征点的距离小于狭窄区域的长度)。在判断出模型不存在异常情况之后，可以执行822。在判断出模型存在异常情况之后，可以执行806。
在806中，可以确定存在异常情况的区域。例如，可以根据存在异常情况的模型(也称作异常模型)横截面积的变化情况，判断并标记模型中可能的狭窄或膨大区域。血管狭窄或膨大区域可能是某段血管的局部面积最小值或最大值，或血管截面变化较大的区域。在一些实施例中，可以将确定的异常区域发送给用户。如果发现异常区域不准确，用户可以对所述异常区域进行修正。例如，用户可以手动选择异常模型中的一个或多个点或者一段区间作为异常区域。
在808中，可以获取与异常模型相关的数据。所述数据可以包括血管入口血流流速、入口血流流量、入口血压、入口流阻、分流个数、出口个数、血液粘稠度、血液密度等。在一些实施例中，血管进口流量可以通过与之相连的组织或器官的相关参数或特征计算获得。例如，冠状动脉的进口流量可以用心输出量来估测，而心输出量可以通过分析心脏腔室在一个心动周期的容积变化获得。一些经验性的生理规律也可以用于估测这些物理量。例如，冠脉血流量与心肌质量成正比，Q∝QoMα,其中Q表示冠脉血流量，Qo为一常数，M表示心肌质量，指数α为一预定义的变化因子。在一些实施例中，心肌质量M可以通过无创的方法获得。例如，通过心肌体积与心肌密度相乘获得。在一些实施例中，冠状动脉的入口血压可以通过血压计等测量获得。
在810中，可以基于异常模型重建一个正常模型。在一些实施例中，重建的区域仅限于确定的异常区域，而模型中其它区域保持不变。在一些实施例中，重建的方法可以是基于血管异常区域前后的管径和其中心线进行放样或拉伸操作从而形成正常区域。在一些实施例中，重建的方法也可以是对异常区域进行膨胀或缩小操作。所述膨胀操作后的血管截面不大于狭窄段前后血管的截面。所述缩小操作后的血管截面不小于扩张段前后血管的截面。在一些实施例中，可以对重建后的异常区域周围进行平滑处理从而避免其出现明显的突变。在一些实施例中，可以将重建的正常模型发送给用户。如果发现重建不准确，用户可以对部分或全部重建的正常模型进行修正。例如，用户可以对重建后的正常模型进行局部膨胀、局部腐蚀，局部平滑等。
在812中，可以获取与正常模型相对应的数据。所述数据可以包括正常模型的边界条件、各出入口流阻等。边界条件可以包括入口和出口的血压、流速、流量等。在一些实施例中，入口的血压、流速可以在808中获得。出口的流量可以通过计算获得。例如，可以假设分支血管的流量分配与分支管径正相关，即Q∝dk，其中d为分支血管近端(靠近分支点)的平均管径，k为放大系数。然后，可以从进口开始在每个血管分叉口按照上述正相关的关系进行流量分配，直到将所述进口的流量分配到每个出口为止。基于正常模型以及所述边界条件，可以进行计算流体力学(CFD)模拟计算，从而获得正常模型每个出口的流阻(出口压强与出口流量的比值)。
在816中，可以确定模型的总流阻。总流阻可以通过以下公式计算：
其中R表示模型的总流阻，Pinlet表示入口血压压强，以及Q为入口血流量。Pinlet和Q可以在808中获得，在此不再赘述。
在818中，可以通过对血管中心线、血管截面以及血管异常区域的分析来确定对象血管在正常情况下各级各分支血管近端(靠近分支点)的管径大小。
在820中，可以根据正常模型管径的大小对出口的流阻进行分配。流阻可以依照以下公式进行分配：
其中d表示管径，i表示本级分叉血管的编号，j表示本次流阻分配所处级别，以及k表示流阻分配指数(比如，冠状动脉中k可以被设置为2.7)。
在822中，可以生成与实际血管模型相对应的边界流阻。在一些实施例中，所述与实际血管模型相对应的边界流阻可以根据正常模型相对应的边界流阻获得。例如，实际血管模型相对应的边界流阻可以与正常模型相对应的边界流阻相同。在一些实施例中，血管模型的边界流阻可以根据步骤820所描述的流阻分配方式获得。
根据本申请的一些实施例，图10是网格化处理的示例性流程图；在一些实施例中，流程1000与608相对应。流程1000可以通过网格生成单元540实现。
在1002中，可以获取一个模型。所述模型可以是本申请其他实施例中说明的模型，例如，对象血管或血流、组织或器官或其他感兴趣区域重建后的模型。如图11所示，1110可以是一个冠脉血流模型，即模型1110可以表示冠脉血管中血流所覆盖的区域。在不考虑血管壁厚度以及血管堵塞等情况下，模型1110也可以近似表示一个冠脉血管模型。
在1004中，可以确定所述模型的边界区域。如果模型是一个血管或与血管对应的血流区域，边界区域可以是血管的出口、入口、血管壁等。如图11所示，模型1110的入口1120可以在1004中被确定为模型1110的边界区域。
在1006中，可以对确定的边界区域进行面网格划分(也被称为二维网格划分)。所述面网格划分可以是将边界区域对应的平面用网格进行划分。网格的划分算法包括三角网格划分，四角网格划分，六角网格划分，或者类似的，或者一个或多个的组合。示例性的网格划分算法包括Loop算法，蝶型细分算法，Catmull-Clark算法，Doo-Sabin算法，Delaunay三角划分算法等。如图11所示，1130是模型1110的入口截面图。
在1008中，可以对模型侧壁进行面网格划分。在一些实施例中，侧壁和边界区域可以使用不同的网格划分方法进行划分。例如，侧壁可以使用曲面网格剖分算法进行网格划分。所述曲面网格剖分的算法可以包括映射法和自动网格生成法等。所述映射法可以包括将侧壁映射至平面，利用二维网格划分方法对平面进行划分后，再将划分后的网格映射回侧壁。所述自动网格生成法可以根据侧壁中不同区域的曲度将侧壁分成若干个近似平面再分别进行二维网格划分。
在1010中，可以根据边界区域和侧壁的面网格划分结果对模型进行体网格划分(也被称为三维网格划分)。所述体网格划分可以是将模型用三维的网格进行划分。所述三维网格可以包括四面体网格、六面体网格、棱柱体网格(边界层网格)、四面体与六面体混合网格、笛卡尔网格、球填充法网格等。在一些实施例中，1004至1008可以被跳过，即可以直接对模型进行体网格划分。
根据本申请的一些实施例，图12是描述获得一个位点对应的血流动力学参数的示例性流程图。在一些实施例中，流程1300可以通过多时相特征处理模块440实现。在一些实施例中，图4B中的468可以根据流程1300实施。
在1302中，多时相特征处理模块440可以获得多时相的血流动力学参数值。在一些实施例中，多时相的血流动力学参数值可以与流程600中614-618有关。所述血流动力学参数值可以表示冠状动脉血管区域、腹部动脉血管区域、大脑动脉血管区域、下肢动脉血管区域等血管区域的血流状态。血流动力学参数可以包括血液流速、血液压力、血管壁应力、血管壁切应力、血流储备系数(FFR)、冠状动脉血流储备(CFR)等中的一种或多种的组合。在一些实施例中，多时相的血液动力学参数值可以对应一个特定时间段内的血流状态。例如，可以获取一个心脏跳动周期内不同时相的血流动力学参数值，从而获得在该心脏跳动周期内的血流状态。获取的时相数量可以是3个，或者5个，或者8个，或者10个，或者15个等。
在1304中，多时相特征处理模块440可以确定一个血管中的位点。所述位点可以是血管入口/出口的平面上的任意一点，或血管壁或者血管内部空间上的任意一点。在一些实施例中，所述位点的确定可以由用户通过，例如，交互设备140，输入后实现。
在1306中，多时相特征处理模块440可以拟合位点的血流动力学参数曲线。在一些实施例中，所述血流动力学参数曲线可以表示一个心脏跳动周期内的血流状态。所述拟合可以包括将多时相的血流动力学参数按照一个函数进行拟合。用于拟合的函数可以是线性的，或非线性的。适用的非线性函数可以包括多项式函数，对数函数，指数函数，或者类似的，或者其中多个的组合。例如，根据冠脉血管入口平面上一个位点多时相的FFR值，可以拟合出在一定时间范围内所述位点的FFR曲线。进一步的，在获得所述位点在一个心脏跳动周期内的FFR拟合曲线后，可以根据心脏跳动的周期性，生成所述为点在任意时刻的FFR曲线。
在1308中，多时相特征处理模块440可以根据参数曲线获得位点一个感兴趣时相的血流动力学参数值(例如，FFR值)。所述感兴趣时相可以不同于1302中获得的多时相中任意一个。在一些实施例中，所述感兴趣时相的选择可以是由用户通过，例如，交互设备140，输入后实现。在一些实施例中，多时相特征处理模块440可以根据血流动力学参数曲线对所述位点的血流动力学参数值进行处理。例如，可以根据一段时间的血流动力学参数值(例如，FFR值)，获取平均血流动力学参数值(例如，平均FFR值)。
以上的描述仅仅是本发明的具体实施例，不应被视为是唯一的实施例。在一些实施例中，在进行拟合位点的血流动力学参数曲线之前，多时相特征处理模块440可以获得为点额外的血流动力学参数。所述额外的血流动力学参数可以是通过插值方法处理后获得，也可以是用户通过，交互设备140，输入后获得。
根据本申请的一些实施例，图13是描述获得位点对应的血流动力学参数的示意图。图片1402显示包含心脏区域和腹部区域的多时相图像数据。图片1406显示一个时相的图像中对应的冠脉以及建立的冠脉模型。图像1408显示所述冠脉在不同时相的FFR分布。所述不同时相的血液流动状态可以根据流程600获得。图片1404显示对象的特异性临床数据，包括对象的主动脉压随时间的变化曲线，相位冠脉血流量随时间的变化曲线。图片1410显示对象的FFR随时间变化的曲线。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种血流状态分析方法，其特征在于：所述方法包括：
获取一个第一时相的图像和一个第二时相的图像；
在所述第一时相的图像中选择一个第一血管区域，其中，所述第一血管区域包含一个血管；
在所述第二时相的图像中选择一个第二血管区域，其中，所述第二血管区域包含至少一部分所述血管；
建立一个第一血管模型，其中，所述第一血管模型与所述第一血管区域相对应；
建立一个第二血管模型，其中，所述第二血管模型与所述第二血管区域相对应；
设定所述第一血管模型的边界条件和所述第二血管模型的边界条件，所述设定所述第一血管模型的边界条件包括：判断所述第一血管模型存在异常情况；响应于判断出所述第一血管模型存在异常情况，确定存在异常情况的区域；构建与所述第一血管模型对应的正常模型；获取正常模型的边界条件；以及根据正常模型的边界条件，生成与所述第一血管模型相对应的边界条件；以及
根据所述第一血管模型的边界条件，确定所述第一血管模型中所述血管在所述第一时相的状态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括基于所述血管在所述第一时相的状态，关联所述第一血管模型和所述第二血管模型，以及根据所述关联结果以及所述第二血管模型的边界条件，确定所述第二血管模型中所述血管在所述第二时相的状态。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述异常情况包括血管狭窄、血管膨大或血管瘤。
4.一种方法，可以被至少一个包含处理器和存储器的设备执行，所述方法包括：
获取一个第一血管模型，所述第一血管模型对应于一个血管，所述血管包含一个第一区域；
获取所述第一血管模型的一个或多个参数；
根据所述第一血管模型的所述一个或多个参数确定所述第一血管模型中所述第一区域的位置；
生成一个第二血管模型，所述第二血管模型包含所述血管或其一部分，其中，所述第二血管模型中的所述血管的所述第一区域经过修正；
获取所述第二血管模型的边界条件；
根据所述第二血管模型的边界条件，确定所述第二血管模型的一个参数；
根据所述第二血管模型的所述参数，确定所述第一血管模型的边界条件；以及
根据所述第一血管模型的所述边界条件，获得所述第一血管模型的血流状态。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第一区域包括血管狭窄、血管膨大或存在血管瘤的区域。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第一血管模型的所述一个或多个参数包括所述血管的横截面积。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述修正所述第一血管模型中的所述第一区域包括膨胀所述血管或缩小所述血管。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第二血管模型的边界条件包括所述第二血管模型中所述血管的入口、出口或侧壁的血压、血流速率、血液粘稠度、压强或应力。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第二血管模型的所述参数包括流阻、血流速率、血压、血管壁应力、血管壁切应力或血流储备系数(FFR)，所述确定第二血管模型的参数包括进行计算流体力学(CFD)分析。
10.如权利要求4所述的分析方法，其特征在于：所述方法进一步包括根据第一血管模型的边界条件，确定第一血管模型的一个动力学参数。
11.一个包括至少一个处理器和存储设备的系统，所述系统包括：
一个接收模块，被配置为：
获取一个第一血管模型，所述第一血管模型包含一个第一区域；
获取所述第一血管模型的一个或多个参数；以及
一个多时相特征生成模块，被配置为：
根据所述第一血管模型的参数确定所述第一血管模型中所述第一区域的位置；
通过修正所述第一血管模型中的所述第一区域生成一个第二血管模型；
获取所述第二血管模型的边界条件；
根据所述第二血管模型的边界条件，确定所述第二血管模型的一个参数；
根据所述第二血管模型的参数，确定所述第一血管模型的边界条件；以及根据所述第一血管模型的所述边界条件，获得所述第一血管模型的血流状态。
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