CN112587170B - 基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法、系统及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法、系统及终端，其中检测方法包括：一次性同步采集血管内的第一模态图像和第二模态图像，所述第一模态图像和第二模态图像属于不同种类的模态图像；根据第一模态图像测量血管管腔面积，根据第二模态图像测量血管外弹性膜面积；根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷。本发明中利用血管内光学相干断层成像测量血管管腔面积，利用血管内超声图像测量血管外弹性膜面积，相比基于单独IVUS的斑块负荷测量方法，本发明计算得到的斑块负荷更为精确。

Description

基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法、系统及终端

技术领域

本发明属于血管内斑块负荷测量领域，特别是涉及一种基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法、系统及终端。

背景技术

因血管堵塞和易损动脉粥样化斑块破裂引起的冠心病是威胁人类健康的第一大病。介入影像技术是诊断和辅助治疗血管堵塞和冠脉粥样化斑块的重要工具，被广泛应用于临床。介入影像技术包括血管外成像技术，如冠脉造影，它可以提供冠脉外全局图像，但它是二维投影式成像，分辨率不足，无法精确诊断动脉粥样化斑块大小以及类型。

血管内影像技术包括血管内超声(IVUS)，以及光学相干断层成像(OCT)，可以获取血管三维高精度图像，对血管以及斑块大小和类型的测量更为精准。多个临床试验表明在冠脉介入中使用IVUS，相比单独依赖冠脉造影，可有效降低支架术后长期临床不良事件发生的概率。相比IVUS，OCT具备10倍以上更高分辨率，对引起急性冠脉综合征的主要病变斑块破裂、斑块侵蚀以及钙化结节都有较高的诊断特异性和敏感性，同时也是精确测量管腔大小、量化易损斑块纤维帽厚度、发现血栓、指导和优化支架植入等的最佳影像工具之一。然而，OCT在组织中的穿透深度有限，不足以看到血管外膜，无法评估动脉粥样化的重要标志之一斑块负荷(plaque burden)。

临床研究发现血管内斑块负荷的大小与病人发生心肌梗塞、心肌血运重建的概率高度相关(Nicholls SJ,Hsu A,Wolski K,Hu B,Bayturan O,Lavoie A,Uno K,Tuzcu EM,Nissen SE.Intravascular ultrasound-derived measures of coronaryatherosclerotic plaque burden and clinical outcome.J Am Coll Cardiol.2010 May25；55(21):2399-407)。斑块负荷越大，病人发生危险的概率也越大。因此，精准测量血管内斑块负荷有利于评估病人发生心血管不良事件的风险高低，从而及时采取合理有效的治疗措施以避免心肌梗塞等急性冠状动脉综合征。

当前测量斑块负荷的最精确的方法是利用IVUS进行测量。如图1所示，首先，在IVUS图像中测量管腔(Lumen)面积；其次，测量血管外弹力膜(EEM)面积，则斑块负荷定义为EEM面积-Lumen面积，或用百分比表示：斑块负荷＝(EEM面积-Lumen面积)/EEM面积。

尽管文献中也报道了利用CT等非介入影像手段测量斑块负荷的方法(参见文献Diaz-Zamudio M et al.Automated Quantitative Plaque Burden from Coronary CTAngiography Noninvasively Predicts Hemodynamic Significance by usingFractional Flow Reserve in Intermediate Coronary Lesions.Radiology.2015Aug；276(2):408-15)，但由于这些影像技术分辨率较差，无法精确测量斑块面积，准确度较低，与临床事件相关性不高。综上所述，当前测量斑块负荷最准确的方法是利用IVUS进行测量。

然而，IVUS测量斑块负荷有一定局限性。首先，研究(Kubo T et al.OCT comparedwith IVUS in a coronary lesion assessment:the OPUS-CLASS study.JACCCardiovasc Imaging.2013Oct；6(10):1095-1104.)发现IVUS测量的管腔面积相对血管实际面积较大，且测量可重复性弱于OCT。由于斑块负荷测量建立于血管管腔面积测量基础上，由IVUS测量得到的斑块负荷与血管实际的斑块负荷大小可能也存在相当大的误差。其次，IVUS由于图像对比度较差，血管管腔经常难以看清，目前临床难以实现全自动测量。而手动测量费时费力，且会引入观察者间差异。而OCT管腔测量更为精准，可以实现全自动测量，但OCT穿透深度有限，无法看到EEM。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法、系统及终端。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法，包括：

一次性同步采集血管内的第一模态图像和第二模态图像，所述第一模态图像和第二模态图像属于不同种类的模态图像；

根据第一模态图像测量血管管腔面积，根据第二模态图像测量血管外弹性膜面积；

根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷，计算公式如下：

其中，EEM面积为血管外弹性膜面积，Lumen面积为血管管腔面积。

优选的，所述第一模态图像为血管内光学相干断层成像，所述第二模态图像为血管内超声图像。

优选的，利用第一模态图像测量血管管腔面积时，通过自动检测或人工检测的方式检测第一模态图像中血管管腔的边界，然后测量血管管腔面积。

优选的，利用第二模态图像测量血管外弹性膜面积时，通过自动检测或人工检测的方式检测第二模态图像中血管外弹性膜的边界，然后测量血管外弹性膜面积。

基于双模成像的血管内斑块负荷检测系统，包括:

集成导管，所述集成导管内设置有第一探头和第二探头；

仪器主机，用于与第一探头配合完成第一模态图像的采集，以及用于与第二探头配合完成第二模态图像的采集；

处理终端，用于根据第一模态图像测量血管管腔面积，并根据第二模态图像测量血管外弹性膜面积，以及根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷。

优选的，所述第一探头为OCT探头，所述第二探头为超声探头。

优选的，所述仪器主机包括：

OCT模块，用于与第一探头配合完成第一模态图像的采集；

IVUS模块，用于与第二探头配合完成第二模态图像的采集。

基于双模成像的血管内斑块负荷检测终端，包括：

图像采集模块，用于一次性同步采集血管内的第一模态图像和第二模态图像，所述第一模态图像和第二模态图像属于不同种类的模态图像；

边界检测模块，用于检测第一模态图像中血管管腔的边界和第二模态图像中血管外弹性膜的边界；

计算模块，用于根据所述边界检测模块的检测结果计算血管管腔面积和血管外弹性膜面积，以及根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过采集不同种类的模态图像来分别测量血管管腔面积和血管外弹性膜面积，使得计算得到的斑块负荷更为精确；

(2)本发明利用血管内光学相干断层成像测量血管管腔面积，利用血管内超声图像测量血管外弹性膜面积，相比基于单独IVUS的斑块负荷测量方法，本发明计算得到的斑块负荷更为精确。

附图说明

图1为基于单独IVUS测量血管内斑块负荷的示意图；

图2为本发明测量血管内斑块负荷的流程图；

图3为本发明测量血管内斑块负荷的示意图；

图4为检测OCT图像中血管管腔边界的示意图；

图5为检测IVUS图像中EEM边界的示意图；

图6为基于双模成像的血管内斑块负荷检测系统的示意图；

图7为集成导管的示意图；

图中，1-血管外弹性膜，2-血管管腔，3-斑块负荷，4-外鞘管，5-OCT探头，6-超声探头，7-光纤，8-导线。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图2-7，本发明提供一种基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法、系统及终端：

实施例一

如图2所示，基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法，包括：

S1.一次性同步采集血管内的第一模态图像和第二模态图像，所述第一模态图像和第二模态图像属于不同种类的模态图像。

在一些实施例中，如图3所示，所述第一模态图像为血管内光学相干断层成像，所述第二模态图像为血管内超声图像。

这些实施例中，通过OCT-IVUS双模集成系统以及集成导管一次侵入血管同步获得血管内光学相干断层成像和血管内超声图像，由于血管内光学相干断层成像和血管内超声图像通过集成导管同步获得，二者自动对齐或仅需要数据一次性后处理进行简单对齐，不需要额外的配准算法。

S2.根据第一模态图像测量血管管腔面积，根据第二模态图像测量血管外弹性膜面积。

一些实施例中，如图4和图5所示，当利用第一模态图像测量血管管腔面积时，通过自动检测或人工检测的方式检测第一模态图像中血管管腔2的边界，然后测量血管管腔面积；当利用第二模态图像测量血管外弹性膜面积时，通过自动检测或人工检测的方式检测第二模态图像中血管外弹性膜1的边界，然后测量血管外弹性膜面积。自动检测血管外弹性膜1的边界和血管管腔2的边界的可以使用深度卷积神经网络Unet，以及其他深度学习网络结构，如RestNet、Vnet、FCN等，或者传统机器学习Graph Cut等。这些实施例实现了血管管腔面积和血管外弹性膜面积的自动测量，从而显著缩短了斑块负荷的测量时间，有利于介入手术中得到实时测量结果并辅助临床决策。

S3.根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷，计算公式如下：

其中，EEM面积为血管外弹性膜面积，Lumen面积为血管管腔面积。

本实施例利用血管内光学相干断层成像(OCT)测量血管管腔面积，利用血管内超声(IVUS)图像测量血管外弹性膜面积。本发明的方案相比基于单独IVUS的斑块负荷测量方法，解决了IVUS测量得到的血管管腔面积比血管实际面积大的问题，同时，还解决了IVUS由于图像对比度较差，血管管腔经常难以看清，难以实现全自动测量的问题。本发明的方案相比基于单独的OCT，解决了OCT在组织中的穿透深度有限，不足以看到血管外膜，无法评估斑块负荷的问题。本发明计算得到的斑块负荷相较于现有技术计算得到的斑块负荷更为精确。

实施例二

如图6所示，基于双模成像的血管内斑块负荷检测系统，包括处理终端、仪器主机和集成导管。

所述集成导管内设置有第一探头和第二探头，所述第一探头用于采集第一模态图像，所述第二探头用于采集第二模态图像。

所述仪器主机包括第一采集模块和第二采集模块，所述第一采集模块用于与第一探头配合完成第一模态图像的采集，所述第二采集模块用于与第二探头配合完成第二模态图像的采集。

在一些实施例中，所述第一探头为OCT探头4，所述第二探头为超声探头5，此时，所述第一采集模块为OCT模块，所述第二采集模块为IVUS模块，所述OCT模块用于采集血管内光学相干断层成像，所述IVUS模块用于采集血管内超声图像。

所述仪器主机还包括主控板，所述主控板与OCT模块和IVUS模块连接，所述主控板用于进行OCT模块和IVUS模块的协同控制。具体的，所述OCT模块包括扫频激光、干涉仪、光接收器和参考臂等，所述IVUS模块包括激励单元、滤波单元和放大单元等。

所述处理终端用于根据第一模态图像测量血管管腔面积，并根据第二模态图像测量血管外弹性膜面积，以及根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷。

一般的，所述处理终端为计算机，所述计算机包括CPU、存储器和显示器等，所述计算机上安装有系统软件，所述系统软件用于进行血管管腔面积和血管外弹性膜面积的测量，以及血管内斑块负荷的计算等。

此外，所述血管内斑块负荷检测系统还包括成像接头-回拉装置，所述成像接头-回拉装置包括旋转接头和相应的控制电路，所述成像接头-回拉装置与仪器主机的主控板和集成导管连接。

在一些实施例中，如图7所示，所述集成导管包括外鞘管3和设置于外鞘管3内的成像轴。

所述外鞘管3包括近端外壳、冲洗接头、近端鞘管、远端鞘管和快速交换头，主要用于协助集成导管连接到回拉装置，提供导丝交换头以协助集成导管在血管内的运动和保护成像轴。

所述成像轴包括近端接头、光纤、导线、第一探头和第二探头，所述第一探头为OCT探头4，所述第二探头为超声探头5，所述OCT探头4和超声探头5同轴、且前后排列，所述OCT探头4和超声探头5位于集成导管的远端，所述近端接头安装在集成导管的近端，所述OCT探头4的光纤6和超声探头5的导线7由近端接头引出。

所述成像轴的主要作用是传送机械扭矩，以及进行光学信号和声学信号的传送和获取。第一模态图像和第二模态图像在成像轴上的距离差异通过软件后处理予以补偿和对齐。

实施例三

基于双模成像的血管内斑块负荷检测终端，包括图像采集模块、边界检测模块和计算模块。

所述图像采集模块用于一次性同步采集血管内的第一模态图像和第二模态图像，所述第一模态图像和第二模态图像属于不同种类的模态图像。所述第一模态图像为血管内光学相干断层成像，所述第二模态图像为血管内超声图像。

所述边界检测模块用于检测第一模态图像中血管管腔的边界和第二模态图像中血管外弹性膜的边界。

所述计算模块用于根据所述边界检测模块的检测结果计算血管管腔面积和血管外弹性膜面积，以及根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法，其特征在于，包括：

一次性同步采集血管内的第一模态图像和第二模态图像，所述第一模态图像和第二模态图像属于不同种类的模态图像；

根据第一模态图像测量血管管腔面积，根据第二模态图像测量血管外弹性膜面积；

根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷，计算公式如下：

其中，EEM面积为血管外弹性膜面积，Lumen面积为血管管腔面积；所述第一模态图像为血管内光学相干断层成像，所述第二模态图像为血管内超声图像。

2.根据权利要求1所述的基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法，其特征在于，利用第一模态图像测量血管管腔面积时，通过自动检测或人工检测的方式检测第一模态图像中血管管腔的边界，然后测量血管管腔面积。

3.根据权利要求1所述的基于双模成像的血管内斑块负荷检测方法，其特征在于，利用第二模态图像测量血管外弹性膜面积时，通过自动检测或人工检测的方式检测第二模态图像中血管外弹性膜的边界，然后测量血管外弹性膜面积。

4.基于双模成像的血管内斑块负荷检测系统，其特征在于，包括：

集成导管，所述集成导管内设置有第一探头和第二探头；

仪器主机，用于与第一探头配合完成第一模态图像的采集，以及用于与第二探头配合完成第二模态图像的采集；

处理终端，用于根据第一模态图像测量血管管腔面积，并根据第二模态图像测量血管外弹性膜面积，以及根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷；所述第一探头为OCT探头，所述第二探头为超声探头。

5.根据权利要求4所述的基于双模成像的血管内斑块负荷检测系统，其特征在于，所述仪器主机包括：

OCT模块，用于与第一探头配合完成第一模态图像的采集；

IVUS模块，用于与第二探头配合完成第二模态图像的采集。

6.基于双模成像的血管内斑块负荷检测终端，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于一次性同步采集血管内的第一模态图像和第二模态图像，所述第一模态图像和第二模态图像属于不同种类的模态图像，所述第一模态图像为血管内光学相干断层成像，所述第二模态图像为血管内超声图像；

边界检测模块，用于检测第一模态图像中血管管腔的边界和第二模态图像中血管外弹性膜的边界；

计算模块，用于根据所述边界检测模块的检测结果计算血管管腔面积和血管外弹性膜面积，以及根据血管管腔面积和血管外弹性膜面积计算血管内斑块负荷。

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