CN112022137A - 建立血管截面函数和血管应力的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种建立血管截面函数和血管应力的方法及装置。其中，建立血管截面函数的方法包括以下步骤：获取包含至少一个心动周期内的影像数据；在一个心动周期内，选取若干个特征时刻；根据影像数据，生成与每一特征时刻相对应的目标区域血管的空间模型；根据每一空间模型，沿目标区域血管的轴向方向，建立目标区域血管的各个位置处的第一截面模型；根据每一第一截面模型，建立相应的第一截面函数。该方法相较于现有技术，能够更为精准地反映出实际血管情况，为之后的分析运算提供了一个误差较小的中间变量，以使后期的计算值更靠近实际值。

Description

建立血管截面函数和血管应力的方法及装置
本申请是申请号为201811454057.3、申请日为2018年11月30日、发明创造名称为“建立血管截面函数、血管压力差和血管应力的方法及装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种建立血管截面函数和血管应力的方法和装置。
背景技术
人体血液中脂类及糖类物质在血管壁上的沉积将在血管壁上形成斑块，继而导致血管狭窄。特别是发生在心脏冠脉附近的血管狭窄将导致心肌供血不足，诱发冠心病、心绞痛等病症，对人类的健康造成严重威胁。
在诸多冠状动脉生理功能评估技术中，血流储备分数(FFR)是目前公认最准确的一种功能学评估指标。
血流储备分数(FFR)是通过目标区域血管近端的血流压力Pa和目标区域血管近端和远端之间的血流压力的差值Δp计算获得。
然而，斑块的大小、斑块的长度、斑块形成的角度、斑块的形状及形状的变化均会对血流压力的差值Δp的计算结果产生影响。现有技术中，在计算血流压力的差值Δp时，均未将斑块的上述因素加以考虑，因此计算结果与实际值误差较大。
为了解决上述问题，有人提出了获取目标区域血管的各位置处截面，以获取管腔在不同位置处的形态，进而将斑块的长度、斑块的形状等因素加以考虑。
但是，对于同一位置处的血管，其在不同时刻点的管腔形态也不尽相同。因此，计算结果仍然存在一定误差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种误差较小的建立血管截面函数的方法。
本发明提供了一种建立血管截面函数的方法，包括以下步骤：
获取包含至少一个心动周期内的影像数据；
在一个心动周期内，选取若干个特征时刻；
根据影像数据，生成与每一特征时刻相对应的目标区域血管的空间模型；
根据每一空间模型，沿目标区域血管的轴向方向，建立目标区域血管的各个位置处的第一截面模型；
根据每一第一截面模型，建立相应的第一截面函数。
进一步地，包括以下步骤：
沿时间序列，若干个特征时刻依序为t1，t2，…，tq；沿目标区域血管的轴向方向，与目标区域血管从近端至远端的各个位置处1，2，…，r的第一截面模型相对应的第一截面函数依次为d1，d2，…，dr；
根据第一截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立第一截面矩阵A，
Figure BDA0002689533810000021
其中，Arq为在特征时刻tq、目标区域血管的位置处r，第一截面模型相对应的第一截面函数为dr；q＝r或者q≠r，且q、r为正整数。
进一步地，包括以下步骤：
根据第一截面矩阵A，沿列方向，建立每一特征时刻的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第一截面函数之间的第一差异函数。
进一步地，包括以下步骤：
根据第一差异函数，建立每一特征时刻的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第一变化函数f(x)。
进一步地，第一截面模型包括不同尺度下的第二截面模型，方法包括以下步骤：
根据每一尺度下的第二截面模型，建立相应的第二截面函数；
根据第二截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立不同尺度下的第二截面矩阵，
其中，尺度为两两相邻位置处之间的距离。
进一步地，尺度包括第一尺度、第二尺度、…、第n尺度，方法包括以下步骤：
根据每一尺度下的第二截面矩阵，沿列方向，建立不同尺度下的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第二截面函数之间的第二差异函数；
根据第一尺度、第二尺度、…、第n尺度下的第二差异函数，建立相对应的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)；
其中，n为大于1的正整数。
进一步地，包括以下步骤：
根据第一截面矩阵A，沿行方向，建立每一位置处的目标区域血管两两相邻的特征时刻所对应的第一截面函数之间的第一差异函数。
进一步地，第一截面函数包括以下一种或几种：面积函数、直径函数、周长函数和边缘距离函数。
本发明还提供了一种获取血管压力差的方法，包括以下步骤：
上述建立血管截面函数的方法；
根据影像数据，获取目标区域血管的血流模型；
根据血流模型，获取目标区域血管的血流速度V；
根据血流速度V和第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)，获取每一特征时刻的第一血管压力差Δp1；
根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对第一血管压力差Δp1加权求和，获取第二血管压力差Δp2。
进一步地，第一血管压力差Δp1在不同尺度下的计算公式为：
Δp1＝(c1V+c2V2+…+cmVm)
*[α1*∫f1(x)dx+α2*∫f2(x)dx+…+αn*∫fn(x)dx]，其中，
c1，c2，...，cm分别为血流速度V的参考系数；
α1，α2，...，αn分别为不同尺度下的第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)的加权系数；
m、n为正整数。
进一步地，包括以下步骤：
根据每一空间模型，获取病变所处于冠脉系统的区域信息；
根据区域信息，修正第一血管压力差Δp1，以获取修正后的第三血管压力差Δp3，
其中，第三血管压力差Δp3与第一血管压力差Δp1满足关系式：
Δp3＝ω*Δp1，ω为纠偏参数，且0.5≤ω≤1。
进一步地，区域信息包括以下一种或几种：左主干、左前降支、左回旋支、右冠状动脉和分支血管。
进一步地，纠偏参数ω满足以下一种或几种：
当病变处于左主干时，纠偏参数ω＝1；
当病变处于左前降支时，纠偏参数ω＝0.9～1.0；
当病变处于左回旋支时，纠偏参数ω＝0.65～0.85；
当病变处于右冠状动脉时，纠偏参数ω＝0.75～0.9；
当病变处于分支血管时，纠偏参数ω＝0.5～0.85。
本发明还提供了一种获取血管应力的方法，包括以下步骤：
上述方法建立血管截面函数；
根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对同一位置处的两两相邻的特征时刻对应的第一差异函数的第一绝对值函数加权求和，获取目标区域血管的各个位置处的形变。
进一步地，包括以下步骤：
根据目标区域血管的各个位置处的形变，获得目标区域血管的两两相邻的位置处所对应的形变之间的形变差异函数。
进一步地，包括以下步骤：
根据形变差异函数的第二绝对值函数进行累加求和，获取目标区域血管的形变不均匀度。
本发明还提供了一种建立血管截面函数的装置，包括：
影像获取模块，用于获取包含至少一个心动周期内的影像数据；
时间选取模块，用于在一个心动周期内，选取若干个特征时刻；
空间模型生成模块，用于根据影像数据，生成与每一特征时刻相对应的目标区域血管的空间模型；
第一截面模型建立模块，用于根据每一空间模型，沿目标区域血管的轴向方向，建立目标区域血管的各个位置处的第一截面模型；
第一截面函数建立模块，用于根据每一第一截面模型，建立相应的第一截面函数。
进一步地，包括：
沿时间序列，若干个特征时刻依序为t1，t2，…，tq；沿目标区域血管的轴向方向，与目标区域血管从近端至远端的各个位置处1，2，…，r的第一截面模型相对应的第一截面函数依次为d1，d2，…，dr；装置还包括：
第一截面矩阵建立模块，用于根据第一截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立第一截面矩阵A，
Figure BDA0002689533810000051
其中，Arq为在特征时刻tq、目标区域血管的位置处r，第一截面模型相对应的第一截面函数为dr；q＝r或者q≠r，且q、r为正整数。
进一步地，装置还包括：
第一差异函数建立模块，用于根据第一截面矩阵A，沿列方向，建立每一特征时刻的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第一截面函数之间的第一差异函数。
进一步地，装置还包括：
第一变化函数建立模块，用于根据第一差异函数，建立每一特征时刻的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第一变化函数f(x)。
进一步地，第一截面模型包括不同尺度下的第二截面模型，装置还包括：
第二截面函数建立模块，用于根据每一尺度下的第二截面模型，建立相应的第二截面函数；
第二截面矩阵建立模块，用于根据第二截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立不同尺度下的第二截面矩阵，
其中，尺度为两两相邻位置处之间的距离。
进一步地，尺度包括第一尺度、第二尺度、…、第n尺度，装置还包括：
第二差异函数建立模块，用于根据每一尺度下的第二截面矩阵，沿列方向，建立不同尺度下的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第二截面函数之间的第二差异函数；
第二变化函数建立模块，用于根据第一尺度、第二尺度、…、第n尺度下的第二差异函数，建立相对应的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)，
其中，n为大于1的正整数。
进一步地，装置还包括：
第一差异函数建立模块，用于根据第一截面矩阵A，沿行方向，建立每一位置处目标区域血管两两相邻的特征时刻所对应的第一截面函数之间的第一差异函数。
进一步地，第一截面函数包括以下一种或几种：面积函数、直径函数、周长函数和边缘距离函数。
本发明还提供了一种获取血管压力差的装置，包括：
上述建立血管截面函数的装置；
血流模型获取模块，用于根据影像数据，获取目标区域血管的血流模型；
血流速度获取模块，用于根据血流模型，获取目标区域血管的血流速度V；
第一血管压力差获取模块，用于根据血流速度V和第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)，获取每一特征时刻的第一血管压力差Δp1；
第二血管压力差获取模块，用于根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对第一血管压力差Δp1加权求和，获取第二血管压力差Δp2。
进一步地，第一血管压力差Δp1在不同尺度下的计算公式为：
Δp1＝(c1V+c2V2+…+cmVm)
*[α1*∫f1(x)dx+α2*∫f2(x)dx+…+αn*∫fn(x)dx]，其中，
c1，c2，...，cm分别为血流速度V的参考系数；
α1，α2，...，αn分别为不同尺度下的第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)的加权系数；
m、n为正整数。
进一步地，装置还包括：
区域信息获取模块，用于根据每一空间模型，获取病变所处于冠脉系统的区域信息；
第三血管压力差获取模块，用于根据区域信息，修正第一血管压力差Δp1，以获取修正后的第三血管压力差Δp3，
其中，第三血管压力差Δp3与第一血管压力差Δp1满足关系式：
Δp3＝ω*Δp1，ω为纠偏参数，且0.5≤ω≤1。
进一步地，区域信息包括以下一种或几种：左主干、左前降支、左回旋支、右冠状动脉和分支血管。
进一步地，纠偏参数ω满足以下一种或几种：
当病变处于左主干时，纠偏参数ω＝1；
当病变处于左前降支时，纠偏参数ω＝0.9～1.0；
当病变处于左回旋支时，纠偏参数ω＝0.65～0.85；
当病变处于右冠状动脉时，纠偏参数ω＝0.75～0.9；
当病变处于分支血管时，纠偏参数ω＝0.5～0.85。
本发明还提供了一种获取血管应力的装置，包括：
上述建立血管截面函数的装置；
形变获取模块，用于根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对同一位置处不同特征时刻的第一差异函数的第一绝对值函数加权求和，获取目标区域血管的各个位置处的形变。
进一步地，装置还包括：
形变差异函数获取模块，用于根据目标区域血管的各个位置处的形变，获得目标区域血管的两两相邻的位置处所对应的形变之间的形变差异函数。
进一步地，装置还包括：
形变不均匀度获取模块，用于根据形变差异函数的第二绝对值函数进行累加求和，获取目标区域血管的形变不均匀度。
因此，本发明所提供的建立血管截面函数的方法，是基于不同位置和不同时刻所建立的血管截面函数，相较于现有技术中仅基于空间或仅基于时间所建立血管截面函数而言，其能够更为精准地反映出实际血管情况，为之后的分析运算提供了一个误差较小的中间变量，以使后期的计算值更靠近实际值。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明实施例中的建立血管截面函数的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中目标血管在一种形态下的空间模型的示意图；
图3为图2中第一截面模型D1的结构示意图；
图4为图2中第一截面模型D2的结构示意图；
图5为图3和图4中第一截面模型D1和第一截面模型D2对应点相互重叠后的结构示意图；
图6为本发明实施例中目标血管在另一种形态下的空间模型的示意图；
图7为图6中第一截面模型D3的结构示意图；
图8为图6中第一截面模型D4的结构示意图；
图9为图7和图8中第一截面模型D3和第一截面模型D4对应点相互重叠后的结构示意图；
图10为本发明实施例中的建立血管截面函数的装置的结构示意图；
图11为本发明实施例中的获取血管压力差的装置的结构示意图；
图12为本发明实施例中的获取血管应力的装置的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参考图1，本发明提供了一种建立血管截面函数的方法，包括以下步骤：
获取包含至少一个心动周期内的影像数据；
在一个心动周期内，选取若干个特征时刻；
根据影像数据，生成与每一特征时刻相对应的目标区域血管的空间模型；
根据每一空间模型，沿目标区域血管的轴向方向，建立目标区域血管的各个位置处的第一截面模型；
根据每一第一截面模型，建立相应的第一截面函数。
需要说明的是，“特征时刻”可以为在一个心动周期的影像数据内，影像数据较为清晰且利于分析的各影像数据所对应的各时刻点。在有病变血管的情况下，“目标区域血管”可以为至少包括病变血管在内的某一区域的血管。“各个位置处”可以是基于所获得的影像数据的分辨率，目标区域血管沿轴向方向以与该分辨率对应的最小间隔连续获得的各个位置。“第一截面函数”可以为能够反映目标区域血管截面形态(管腔截面形态)，且能够计算获得的所有物理量函数。
在实施例中，影像数据可以通过CT、OCT、IVUS和X射线等检测手段获取。空间模型至少包括如下参数：目标区域血管的形状、长度、直径和面积。空间模型可以是二维、三维等多维度，其最多可以达到的维度受限于获取上述影像数据所采用的检测手段。
对于血管而言，在同一时刻点，由于其各个位置处的收缩和舒张程度不一，导致管腔形态不一。尤其是对于发生病变的血管，例如长有斑块的血管，其斑块位置处的血管与没有斑块位置处的血管，在同一时刻点，其管腔形态不尽相同。即便同是在一段长有斑块的血管内，在同一时刻点，其各个位置处的管腔形态也各不相同。同样地，对于同一位置处的血管，其在不同时刻点的管腔形态也不尽相同。
因此，本发明所提供的建立血管截面函数的方法，是基于不同位置和不同时刻所建立的血管截面函数，相较于现有技术中仅基于空间或仅基于时间所建立血管截面函数而言，其能够更为精准地反映出实际血管情况，为之后的分析运算提供了一个误差较小的中间变量，以使后期的计算值更靠近实际值。
在本实施例中，第一截面模型可以通过以下步骤建立：以目标区域血管的近端的截面为参考面，参考面与目标区域血管的空间模型的中心轴线的相交点为参考点；以参考点为原点，沿中心轴线延伸的方向为x轴，建立坐标系；沿垂直中心轴线的方向对目标区域血管的各个位置处作截面，将各个截面内外边缘投影到坐标系中，以获取目标区域血管在各个位置处管腔截面的平面几何图形，即第一截面模型建立完毕。在其它实施中，第一截面模型还可以通过其它坐标建立和投影的方法建立。
需要说明的是，本申请的“近端”为目标区域血管在先被血流流经的一端；“远端”为目标区域血管在后被血流流经的一端。
进一步地，该建立血管截面函数的方法还包括以下步骤：
沿时间序列，若干个特征时刻依序为t1，t2，…，tq；沿目标区域血管的轴向方向，与目标区域血管从近端至远端的各个位置处1，2，…，r的第一截面模型相对应的第一截面函数依次为d1，d2，…，dr；
根据第一截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立第一截面矩阵A，
Figure BDA0002689533810000091
其中，Arq为在特征时刻tq，目标区域血管的位置处r，第一截面模型相对应的第一截面函数为dr；q＝r或者q≠r，且q、r为正整数。
在本实施例中，第一截面函数包括以下一种或几种：面积函数，直径函数、周长函数和边缘距离函数。需要说明的是，面积函数可以是表示管腔截面面积的函数。周长函数可以是表示管腔截面周长的函数。直径函数可以是表示管腔截面直径的函数，其中直径可以是管腔截面为严格几何圆形的直径，也可以是管腔截面并非严格几何圆形的等效直径。
边缘距离函数可以理解为：在同一特征时刻，将某一位置处的截面边缘上的每个点与另一相邻位置处的截面边缘上的每个点一一对应，计算获取两个截面边缘上对应点之间的直接距离或间接距离，进而通过求和或平均以获得；或者，在同一位置处，将某一特征时刻所对应的截面边缘上的每个点与另一相邻特征时刻所对应的截面边缘上的每个点一一对应，计算获取两个截面边缘上对应点之间的直接距离或间接距离，进而通过求和或平均以获得。
需要说明的是，直接距离可以理解为：通过将两个截面相互重叠，忽略两个截面之间在轴向方向上的距离，直接计算获取两个截面边缘上对应点之间的距离。若两个截面上对应点之间的直接距离均为0，即两个截面的边缘距离函数均为0，那么该两个截面所代表的管腔形态完全一致；若否，则该两个截面所代表的管腔形态不完全一致。管腔形态完全一致可以理解为，两个管腔在对应点处的内外轮廓能够完全重叠。
间接距离可以理解为：通过引入一参考位置，计算获取两个截面边缘上每个点距离该参考位置的距离。例如参考位置可以是目标区域血管的空间模型的中心轴线位置。若两个截面边缘上每个点距离中心轴线的间接距离均为某一固定值，即两个截面的边缘距离函数均为某一固定值，那么该两个截面所代表的管腔形态完全一致；若否，则该两个截面所代表的管腔形态不完全一致。
进一步地，该建立血管截面函数的方法还包括以下步骤：
根据第一截面矩阵A，沿列方向，建立每一特征时刻的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第一截面函数之间的第一差异函数。
进一步地，该建立血管截面函数的方法还包括以下步骤：
根据第一差异函数，建立每一特征时刻的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第一变化函数f(x)。
其中，参考点即为上述中以目标区域血管的近端的截面为参考面，参考面与目标区域血管的空间模型的中心轴线的相交点。
第一差异函数可以表示两两相邻的位置处截面所代表的管腔形态差异的函数。在本实施例中，第一截面函数为常值函数。通过第一截面函数计算获得的第一差异函数也为常值函数。第一变化函数f(x)可以通过由第一差异函数与相对应的距离x组成的若干对离散点进行数据拟合获得。
具体地，参考图2，目标区域血管内的血液沿血流方向Y流动。当第一截面函数为面积函数时，将目标区域血管的位置处1和位置处2的截面边缘上的每个点一一对应。参考图3，目标区域血管的位置处1的第一截面模型D1有斑块的区域为A1，对应的面积为S1。参考图4，目标区域血管的位置处2的第一截面模型D2有斑块的区域为A2，对应的面积为S2。参考图5，由于D1和D2的管腔(斑块)不重叠，因此当血流经D1流向D2时，血流压力将随之发生变化。此时，第一差异函数即为两个截面中非重叠区域(S1，S2)与重叠区域面积(S3)的比值；或者为非重叠区域(S1，S2)与总面积(S1，S2，S3)的比值，且第一变化函数f(x)>0，即D1和D2之间存在压力差。
参考图6，目标区域血管内的血液沿血流方向Y流动。参考图7，目标区域血管的位置处3的第一截面模型D3有斑块的区域为A3，对应的面积为S3。参考图8，目标区域血管的位置处4的第一截面模型D4有斑块的区域为A4，对应的面积为S4。其中S4＝S3。参考图9，有斑块区域A3与A4能够完全重叠，即非重叠区域(S3，S4)＝0，第一差异函数为0，且第一变化函数f(x)＝0，即D3和D4之间不存在压力差。
类似地，当第一截面函数为边缘距离函数时，D1和D2之间的第一变化函数f(x)≠0，即两个管腔形态不完全重叠，D1和D2之间存在压力差；D3和D4之间的第一变化函数f(x)＝0，即两个管腔形态完全重叠，D3和D4之间不存在压力差。
第一差异函数为根据第一截面矩阵A，沿列方向，建立每一特征时刻的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第一截面函数之间的函数；或者，根据第一截面矩阵A，沿行方向，建立每一位置处的目标区域血管两两相邻的特征时刻所对应的第一截面函数之间的函数。
也就是说，第一差异函数可以通过两种不同路径计算获得，(1)沿列方向；(2)沿行方向。在其它实施例中，第一差异函数还可以通过其它路径计算获得，例如沿对角线方向。通过不同路径所计算获得的第一差异函数可能相同也可能不同。具体可根据最终需获得的计算量，例如血管压力差、血流储备分数、血管应力等选择合适的路径。
在本实施例中，当最终需获得的计算量为血管压力差或血流储备分数时，第一差异函数可以通过在第一截面矩阵A，沿列方向，即沿特征时刻相同、位置不同的方向计算获得。当最终需获得的计算量为血管应力时，第一差异函数可以通过在第一截面矩阵A，沿行方向，即沿位置相同、特征时刻不同的方向计算获得。
进一步地，第一截面模型包括不同尺度下的第二截面模型。
该建立血管截面函数的方法还包括以下步骤：
根据每一尺度下的第二截面模型，建立相应的第二截面函数；
根据第二截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立不同尺度下的第二截面矩阵，
其中，尺度为两两相邻位置处之间的距离。
进一步地，尺度包括第一尺度、第二尺度、…、第n尺度。
该建立血管截面函数的方法还包括以下步骤：
根据每一尺度下的第二截面矩阵，沿列方向，建立不同尺度下的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第二截面函数之间的第二差异函数；
根据第一尺度、第二尺度、…、第n尺度下的第二差异函数，建立相对应的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)，
其中，n为大于1的正整数。
第一尺度、第二尺度、…、第n尺度可以是用于检测不同病变特征。例如，第一种病变特征需要用较大尺度的第一尺度检测；第n种病变特征需要用较小尺度的第n尺度检测。通过不同尺度，可以更加精准地检测到各种病变，进一步减小计算结果与实际值的误差。
本发明还提供了一种获取血管压力差的方法，包括以下步骤：
上述建立血管截面函数的方法；
根据影像数据，获取目标区域血管的血流模型；
根据血流模型，获取目标区域血管的血流速度V；
根据血流速度V和第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)，获取每一特征时刻下的第一血管压力差Δp1；
根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对第一血管压力差Δp1加权求和，获取第二血管压力差Δp2。
其中，每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比可以理解为，比如在一个心动周期内选取4个特征时刻，沿时间序列依次为t1、t2、t3、t4。一个心动周期为T，那么，
Figure BDA0002689533810000121
Figure BDA0002689533810000122
依次类推；或者
Figure BDA0002689533810000123
Figure BDA0002689533810000124
依次类推；或者，
Figure BDA0002689533810000125
Figure BDA0002689533810000126
依次类推。
血流模型包括固定血流模型和个性化血流模型。固定血流模型即为经验值血流模型，是根据临床实际经验，通过大数据采集及模拟的方法所直接建立。血流速度V可以从固定血流模型中直接获得。血流速度V可以是固定的数值。
个性化血流模型进一步包括静息态血流模型和负荷态血流模型。当为个性化血流模型静息态血流模型时，血流速度V可以通过流体充盈状态下的速度计算获得。
在一个实施例中，静息态血流模型为造影剂血流模型。血流速度V可以利用灰度时间拟合函数，以获得目标区域血管在造影过程中造影剂的平均血流速度Vqc；或者，利用TIMI数帧法计算，以获得目标区域血管在造影过程中造影剂的平均血流速度Vqc。
在另一实施例中，静息态血流模型为CT血流模型。血流速度V可以通过血管树的形态计算获得。其中，血管树的形态至少包括以下的一种或几种：血管树的面积、体积和血管树中血管段的管腔直径。空间模型还需至少包括如下参数中的一种或几种：灌注面积和分支血管角度。
当个性化血流模型为负荷态血流模型时，血流速度V为通过注射腺苷，血管充分扩张后的最大血流速度Vmax。
一般而言，当目标区域血管位于冠脉区域时，血流速度V为最大血流速度Vmax；当目标区域血管位于外周血管系统时，血流速度V为静息态下的平均血流速度Vqc。
其中，第一血管压力差Δp1在不同尺度下的计算公式为：
Δp1＝(c1V+c2V2+…+cmVm)
*[α1*∫f1(x)dx+α2*∫f2(x)dx+…+αn*∫fn(x)dx]，其中，
c1，c2，...，cm分别为血流速度V的参考系数；
α1，α2，...，αn分别为不同尺度下的第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)的加权系数；
m、n为正整数。
其中，参考系数c1，c2，...，cm包括血液粘度影响因素、血液湍流影响因素和粘滞系数等多个参数系数。在本实施中，m＝2，且c1为因血液流动摩擦产生的参数系数，c2为血液湍流产生的参数系数。
进一步地，获取血管压力差的方法还包括以下步骤：
根据每一空间模型，获取病变所处于冠脉系统的区域信息；
根据区域信息，修正第一血管压力差Δp1，以获取修正后的第三血管压力差Δp3，
其中，第三血管压力差Δp3与第一血管压力差Δp1满足关系式：
Δp3＝ω*Δp1，ω为纠偏参数，且0.5≤ω≤1。
由于病变(斑块)所处的位置不同，目标区域血管所供应的心肌体积区域不同，因而会最终导致计算获得的目标区域血管压力差数值发生偏差。因此，本发明通过引入纠偏参数ω，进而减少病变(斑块)所处的位置因素对压力差计算所造成的影响，提高计算结果的准确性。
在本实施中，区域信息包括以下一种或几种：左主干、左前降支、左回旋支、右冠状动脉和分支血管。
纠偏参数ω满足以下一种或几种：
当病变处于左主干时，纠偏参数ω＝1；
当病变处于左前降支时，纠偏参数ω＝0.9～1.0；
当病变处于左回旋支时，纠偏参数ω＝0.65～0.85；
当病变处于右冠状动脉时，纠偏参数ω＝0.75～0.9；
当病变处于分支血管时，纠偏参数ω＝0.5～0.85。
需要说明的是，除了上述病变(斑块)所处的位置因素会对目标区域血管压力差计算结果造成影响外，其它例如病史信息、生理信息也会对压力差计算结果造成不同程度的影响，在其它实施例中，还可以将病史信息和生理信息也进行偏差消除处理。其中，病史信息包括：影响血流流速或血液黏度的循环系统疾病、呼吸系统疾病、神经系统疾病、骨骼疾病、消化系统疾病、代谢性疾病及家族史等。生理信息包括：年龄、性别、血压、身体质量指数和冠状动脉优势类型等可直接或间接获得的信息。
基于通过上述方法获取的压力差，还可以进一步计算获取血流储备分数FFR。
获取血流储备分数FFR的方法至少包括以下步骤：
获取目标区域血管的近端的压力值pa；
根据近端的压力值pa和第二血管压力差Δp2，获取血流储备分数FFR，
其中，血流储备分数FFR满足如下公式：
Figure BDA0002689533810000141
本发明还提供了一种获取血管应力的方法，包括以下步骤：
根据上述方法建立血管截面函数；
根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对同一位置处的两两相邻的特征时刻对应的第一差异函数的第一绝对值函数加权求和，获取目标区域血管的各个位置处的形变。
需要说明的是，第一差异函数通过在第一截面矩阵A，沿行方向，即沿位置相同、特征时刻不同的方向计算获得。第一绝对值函数为将第一差异函数取绝对值所获得的函数。
进一步地，获取血管应力的方法还包括以下步骤：
根据目标区域血管的各个位置处的形变，获得目标区域血管的两两相邻的位置处所对应的形变之间的形变差异函数。
进一步地，获取血管应力的方法还包括以下步骤：
根据形变差异函数的第二绝对值函数进行累加求和，获取目标区域血管的形变不均匀度。
需要说明的是，第二绝对值函数为将形变差异函数取绝对值所获得的函数。
通过上述方法所获得的应力，比现有技术中仅基于时间或仅基于空间所计算获得的应力更贴近实际值，因而能够提高后续评估和决策的准确度。例如，评估正常或病变血管壁的实时形变能力及力学行为，评估评估正常或病变血管壁斑块破裂风险，在支架介入术中评估支架所在位置、撑开程度在心动周期中对病变斑块的移位，对管腔解剖形态的影响，以及支架断裂的潜在风险。
参考图10，本发明还提供了一种建立血管截面函数的装置10，包括：
影像获取模块11，用于获取包含至少一个心动周期内的影像数据；
时间选取模块12，用于在一个心动周期内，选取若干个特征时刻；
空间模型生成模块13，用于根据影像数据，生成与每一特征时刻相对应的目标区域血管的空间模型；
第一截面模型建立模块14，用于根据每一空间模型，沿目标区域血管的轴向方向，建立目标区域血管的各个位置处的第一截面模型；
第一截面函数建立模块15，用于根据每一第一截面模型，建立相应的第一截面函数。
进一步地，该建立血管截面函数的装置10还包括：
沿时间序列，若干个特征时刻依序为t1，t2，…，tq；沿目标区域血管的轴向方向，与目标区域血管从近端至远端的各个位置处1，2，…，r的第一截面模型相对应的第一截面函数依次为d1，d2，…，dr；
第一截面矩阵建立模块，用于根据第一截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立第一截面矩阵A，
Figure BDA0002689533810000151
其中，Arq为在特征时刻tq、目标区域血管的位置处r，第一截面模型相对应的第一截面函数为dr；q＝r或者q≠r，且q、r为正整数。
进一步地，建立血管截面函数的装置10还包括：
第一差异函数建立模块，用于根据第一截面矩阵A，沿列方向，建立每一特征时刻的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第一截面函数之间的第一差异函数；或者，沿行方向，建立每一位置处目标区域血管两两相邻的特征时刻所对应的第一截面函数之间的第一差异函数。。
进一步地，建立血管截面函数的装置10还包括：
第一变化函数建立模块，用于根据第一差异函数，建立每一特征时刻的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第一变化函数f(x)。
进一步地，第一截面模型包括不同尺度下的第二截面模型。
该建立血管截面函数的装置10还包括：
第二截面函数建立模块，用于根据每一尺度下的第二截面模型，建立相应的第二截面函数；
第二截面矩阵建立模块，用于根据第二截面函数与特征时刻、位置处的对应关系，建立不同尺度下的第二截面矩阵，
其中，尺度为两两相邻位置处之间的距离。
进一步地，尺度包括第一尺度、第二尺度、…、第n尺度。
该建立血管截面函数的装置10还包括：
第二差异函数建立模块，用于根据每一尺度下的第二截面矩阵，沿列方向，建立不同尺度下的目标区域血管两两相邻的位置处所对应的第二截面函数之间的第二差异函数；
第二变化函数建立模块，用于根据第一尺度、第二尺度、…、第n尺度下的第二差异函数，建立相对应的目标区域血管的关于其任一位置处到参考点的距离x变化而变化的第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)，
其中，n为大于1的正整数。
参考图11，本发明还提供了一种获取血管压力差的装置，包括：
上述建立血管截面函数的装置10；
血流模型获取模块20，用于根据影像数据，获取目标区域血管的血流模型；
血流速度获取模块30，用于根据血流模型，获取目标区域血管的血流速度V；
第一血管压力差获取模块40，用于根据血流速度V和第二变化函数f1(x)，f2(x)，...，fn(x)，获取每一特征时刻下的第一血管压力差Δp1；
第二血管压力差获取模块50，用于根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对第一血管压力差Δp1加权求和，获取第二血管压力差Δp2。
进一步地，获取血管压力差的装置还包括：
区域信息获取模块，用于根据每一空间模型，获取病变所处于冠脉系统的区域信息；
第三血管压力差获取模块，用于根据区域信息，修正第一血管压力差Δp1，以获取修正后的第三血管压力差Δp3，
其中，第三血管压力差Δp3与第一血管压力差Δp1满足关系式：
Δp3＝ω*Δp1，ω为纠偏参数，0.5≤ω≤1。
参考图12，本发明还提供了一种获取血管应力的装置，包括：
上述建立血管截面函数的装置10；
形变获取模块60，用于根据每一特征时刻距离相邻的特征时刻的时间间隔在一个心动周期内的占比，对同一位置处不同特征时刻的第一差异函数的第一绝对值函数加权求和，获取目标区域血管的各个位置处的形变。
进一步地，获取血管应力的装置还包括：
形变差异函数获取模块70，用于根据目标区域血管的各个位置处的形变，获得目标区域血管的两两相邻的位置处所对应的形变之间的形变差异函数。
进一步地，获取血管应力的装置还包括：
形变不均匀度获取模块80，用于根据形变差异函数的第二绝对值函数进行累加求和，获取目标区域血管的形变不均匀度。
各装置的具体实施请参照上述相应方法，在此不再一一赘述。
综上，本发明提供的上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种建立血管截面函数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取包含至少一个心动周期内的影像数据；
在所述一个心动周期内，选取若干个特征时刻；
根据所述影像数据，生成与每一所述特征时刻相对应的目标区域血管的空间模型，所述空间模型至少包括如下参数：所述目标区域血管的形状、长度、直径和面积；
根据每一所述空间模型，沿所述目标区域血管的轴向方向，建立所述目标区域血管的各个位置处的第一截面模型；
所述第一截面模型通过以下步骤建立：以所述目标区域血管的近端的截面为参考面，所述参考面与所述目标区域血管的所述空间模型的中心轴线的相交点为参考点；以所述参考点为原点，沿所述中心轴线延伸的方向为x轴，建立坐标系；沿垂直所述中心轴线的方向对所述目标区域血管的各个位置处作截面，将各个截面内外边缘投影到所述坐标系中，以获取所述目标区域血管在各个位置处管腔截面的平面几何图形，完成所述第一截面模型的建立；
根据每一所述第一截面模型，建立相应的第一截面函数；
沿时间序列，所述若干个特征时刻依序为t1，t2，…，tq；沿所述目标区域血管的所述轴向方向，与所述目标区域血管从近端至远端的各个所述位置处1，2，…，r的所述第一截面模型相对应的第一截面函数依次为d1，d2，…，dr；
根据所述第一截面函数与所述特征时刻、所述位置处的对应关系，建立第一截面矩阵A，
Figure FDA0002689533800000011
其中，Arq为在特征时刻tq、所述目标区域血管的所述位置处r，所述第一截面模型相对应的第一截面函数为dr；q＝r或者q≠r，且q、r为正整数；
根据所述第一截面矩阵A，获取每一所述特征时刻的所述目标区域血管两两相邻的所述位置处或每一所述位置处的所述目标区域血管两两相邻的所述特征时刻所对应的所述第一截面函数之间的第一差异函数。
2.如权利要求1所述的建立血管截面函数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据所述第一截面矩阵A，沿行方向，建立每一所述位置处的所述目标区域血管两两相邻的所述特征时刻所对应的所述第一截面函数之间的第一差异函数。
3.如权利要求1～2中任一项所述的建立血管截面函数的方法，其特征在于，所述第一截面函数包括以下一种或几种：面积函数、直径函数、周长函数和边缘距离函数。
4.一种获取血管应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
如权利要求2所述的方法建立血管截面函数；
根据每一所述特征时刻距离相邻的所述特征时刻的时间间隔在所述一个心动周期内的占比，对同一所述位置处的两两相邻的所述特征时刻对应的所述第一差异函数的第一绝对值函数加权求和，获取所述目标区域血管的各个所述位置处的形变。
5.根据权利要求4所述的获取血管应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据所述目标区域血管的各个所述位置处的形变，获得所述目标区域血管的两两相邻的所述位置处所对应的所述形变之间的形变差异函数。
6.根据权利要求5所述的获取血管应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据所述形变差异函数的第二绝对值函数进行累加求和，获取所述目标区域血管的形变不均匀度。
7.一种建立血管截面函数的装置，其特征在于，包括：
影像获取模块，用于获取包含至少一个心动周期内的影像数据；
时间选取模块，用于在所述一个心动周期内，选取若干个特征时刻；
空间模型生成模块，用于根据所述影像数据，生成与每一所述特征时刻相对应的目标区域血管的空间模型，所述空间模型至少包括如下参数：所述目标区域血管的形状、长度、直径和面积；
第一截面模型建立模块，用于根据每一所述空间模型，沿所述目标区域血管的轴向方向，建立所述目标区域血管的各个位置处的第一截面模型；
所述第一截面模型通过以下步骤建立：以所述目标区域血管的近端的截面为参考面，所述参考面与所述目标区域血管的所述空间模型的中心轴线的相交点为参考点；以所述参考点为原点，沿所述中心轴线延伸的方向为x轴，建立坐标系；沿垂直所述中心轴线的方向对所述目标区域血管的各个位置处作截面，将各个截面内外边缘投影到所述坐标系中，以获取所述目标区域血管在各个位置处管腔截面的平面几何图形，完成所述第一截面模型的建立；
第一截面函数建立模块，用于根据每一所述第一截面模型，建立相应的第一截面函数；
沿时间序列，所述若干个特征时刻依序为t1，t2，…，tq；沿所述目标区域血管的所述轴向方向，与所述目标区域血管从近端至远端的各个所述位置处1，2，…，r的所述第一截面模型相对应的第一截面函数依次为d1，d2，…，dr；所述装置还包括：
第一截面矩阵建立模块，用于根据所述第一截面函数与所述特征时刻、所述位置处的对应关系，建立第一截面矩阵A，
Figure FDA0002689533800000031
其中，Arq为在特征时刻tq、所述目标区域血管的所述位置处r，所述第一截面模型相对应的第一截面函数为dr；q＝r或者q≠r，且q、r为正整数；
第一差异函数建立模块，根据所述第一截面矩阵A，获取每一所述特征时刻的所述目标区域血管两两相邻的所述位置处或每一所述位置处的所述目标区域血管两两相邻的所述特征时刻所对应的所述第一截面函数之间的第一差异函数。
8.如权利要求7所述的建立血管截面函数的装置，其特征在于，所述第一差异函数建立模块根据所述第一截面矩阵A，沿行方向，建立每一所述位置处所述目标区域血管两两相邻的所述特征时刻所对应的所述第一截面函数之间的第一差异函数。
9.一种获取血管应力的装置，其特征在于，包括：
如权利要求8所述的建立血管截面函数的装置；
形变获取模块，用于根据每一所述特征时刻距离相邻的所述特征时刻的时间间隔在所述一个心动周期内的占比，对同一所述位置处不同特征时刻的所述第一差异函数的第一绝对值函数加权求和，获取所述目标区域血管的各个所述位置处的形变。
10.根据权利要求9所述的获取血管应力的装置，其特征在于，所述装置还包括：
形变差异函数获取模块，用于根据所述目标区域血管的各个所述位置处的形变，获得所述目标区域血管的两两相邻的所述位置处所对应的所述形变之间的形变差异函数。
11.根据权利要求10所述的获取血管应力的装置，其特征在于，所述装置还包括：
形变不均匀度获取模块，用于根据所述形变差异函数的第二绝对值函数进行累加求和，获取所述目标区域血管的形变不均匀度。
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