CN112686991A - 一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法及系统 - Google Patents
一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法及系统,通过对目标血管进行建模,并获取感兴趣血管的近端正常位置和远端正常位置,对感兴趣血管在理想状态下的正常形态进行重建,在重建过程中,进行分段处理,对不同分段的血管进行不同方式的重建,使得重建后的血管更加接近理想状态下的正常血管,进而获得的正常血管管腔形态参数准确,大大提高了冠脉数据重建的准确性和可参考性,从而提高以该数据为基础进行计算的压力差和血流储备分数的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗图像处理技术领域,尤其涉及一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法及系统。
背景技术
心血管疾病严重威胁人类的健康,尤其是冠心病,其诊断困难;冠心病,是由于供应心肌的冠状动脉血管发生动脉粥样硬化而引起血管狭窄或阻塞,造成心肌缺血、缺氧或坏死而导致的心脏病,对该病症的诊断需要进行冠状动脉血管造影术,然后获得获取FFR(血流储备分数),使患者得到更精准的诊断,FFR(血流储备分数)是通过压力导丝测量目标区域血管远端的血流压力和目标区域血管近端之间的血流压力的比值计算获得。
近年来,无导丝血流储备分数技术得到应用,其采用常规术中冠状动脉血管造影术获得的血管造影数据,通过三维重建和血流动力学分析,可实现术中在线实时获得虚拟FFR(血流储备分数)。该技术无需压力导丝、无需额外手术和药物,能够快速完成对血管的功能学评估和诊断。
在进行压力差和血流储备分数计算时,需要正常管腔大小和实际管腔大小两个数据,正常管腔大小数据的准确度决定着压力差和血流储备分数数据的准确度,因此,需要对正常血管管腔进行重建。
现有技术中,在血管重建过程中,通常是采用一种直线线性方式进行重建,重建后的血管参数与实际的血管参数值相差比较大,对特殊病变的评估有局限性,影响压力差和血流储备分数计算准确度。
发明内容
针对上述缺陷或不足,本发明的目的在于提供一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法及系统。
为达到以上目的,本发明的技术方案为:
一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,包括以下步骤:
获取冠脉影像信息,生成目标区域血管的空间模型;
沿所述目标区域血管的轴向方向,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;
若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建,远端正常位置后的血管采用线性下降线段对血管进行重建,以获得感兴趣血管的正常管腔形态参数。
所述若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建包括:
当近端正常位置和远端正常位置之间存在多个分叉时,每遇到一个分叉,则阶梯线下降一个等级。
所述采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建具体表示为:
定义在[PN,DN]上的血管正常管腔形态函数f(x)为阶梯下降连续函数,并且对任意的ε>0,存在[PN,DN]上的一个阶台函数g(x),使得对任意的x∈[PN,DN],有|f(x)-g(x)|<ε;
其中,PN指血管近端正常位置,DN指血管远端正常位置,f(x)是血管正常管腔形态函数,g(x)是阶台函数,x为血管长轴方向上的任意位置,ε为任意大于0的实数。
所述降一个等级具体表示为:
φ(x)=α1*A1+α2*A2+α3*A3+…αn*An (1)
其中,φ(x)为等级下降函数,α为血管两个分叉之间的长度,A为血管两个分叉之间血管段的面积,n为分叉的数量,αn代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管长度,An代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管段面积。
若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用线性下降线段进行血管重建。
所述线性下降线段具体表示为:
其中,L(y)为线性下降函数,DNd,s为远端正常位置处血管管腔的直径或面积,DMd,s为感兴趣血管最远位置处血管管腔的直径或面积,L为远端正常位置到感兴趣血管最远位置处的距离,y为血管长轴方向上的任意位置到远端正常位置处的距离。
若远端正常位置设置于分叉管腔直径或面积大于预设阀值的分叉前,则调整远端正常位置到分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值的分叉前。
所述直径预设阀值为0.7mm-1.3mm,优选地,所述直径预设阀值为1mm;所述面积预设阀值为0.5-1.5mm2;优选地,所述面积预设阀值为1mm2。
一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,包括:影像获取模块、空间模型生成模块、数据标记模块、以及重建模块,其中;
所述影像获取模块,用于获取冠脉影像信息,得到冠脉的几何特征数据;
所述空间模型生成模块,用于根据所述几何特征数据,生成目标区域血管的空间模型;
所述数据标记模块,用于沿所述目标区域血管的轴向方向,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;
重建模块,用于若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建,远端正常位置后的血管采用线性下降线段对血管进行重建,以获得感兴趣血管的正常管腔形态参数。
所述重建模块,用于所述若近端正常位置和远端正常位置之间存在若干个分叉时,采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建还包括:
当近端正常位置和远端正常位置之间存在多个分叉时,每遇到一个分叉,则折线下降一个等级。
所述重建模块,用于采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建具体表示为:
定义在[PN,DN]上的血管正常管腔形态函数f(x)为阶梯下降连续函数,并且对任意的ε>0,存在[PN,DN]上的一个阶台函数g(x),使得对任意的x∈[PN,DN],有|f(x)-g(x)|<ε;
其中,PN指血管近端正常位置,DN指血管远端正常位置,f(x)是血管正常管腔形态函数,g(x)是阶台函数,x为血管长轴方向上的任意位置,ε为任意大于0的实数。
所述重建模块用于降一个等级具体表示为:
φ(x)=α1*A1+α2*A2+α3*A3+…αn*An (1)
其中,φ(x)为等级下降函数,α为血管两个分叉之间的长度,A为血管两个分叉之间血管段的面积,n为分叉的数量,αn代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管长度,An代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管段面积。
所述重建模块用于,若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用线性下降线段进行血管重建。
所述线性下降线段具体表示为:
其中,L(y)为线性下降函数,DNd,s为远端正常位置处血管管腔的直径或面积,DMd,s为感兴趣血管最远位置处血管管腔的直径或面积,L为远端正常位置到感兴趣血管最远位置处的距离,y为血管长轴方向上的任意位置到远端正常位置处的距离。
所述重建模块还用于,若远端正常位置设置于分叉管腔直径或面积大于预设阀值的分叉前,则调整远端正常位置到分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值的分叉前。
所述直径预设阀值为0.7mm-1.3mm;优选地,所述直径预设阀值为1mm;所述面积预设阀值为0.5-1.5mm2;优选地,所述面积预设阀值为1mm2。
与现有技术比较,本发明的有益效果为:
本发明提供了一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法及系统,通过对目标血管进行建模,并获取感兴趣血管的近端正常位置和远端正常位置,对感兴趣血管在理想状态下的正常形态进行重建,在重建过程中,进行分段处理,对不同分段的血管进行不同方式的重建,使得重建后的血管更加接近理想状态下的正常实际血管,进而获得的正常血管管腔形态参数准确,大大提高了冠脉数据重建的准确性和可参考性,从而提高以该数据为基础进行计算的压力差和血流储备分数的准确度。
附图说明
图1是本发明采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法流程图;
图2是本发采用混合方式重建血管管腔形态的系统结构图;
图3是本发明实施例中实验例一的冠脉影像信息程图;
图4是本发明实施例中实验例一感兴趣血管重建图;
图5是本发明实施例中实验例一对比例采用线性线段进行重建图;
图6是本发明实施例中实验例二的冠脉影像信息程图;
图7是本发明实施例中实验例二感兴趣血管重建图;
图8是本发明实施例中实验例二对比例重建图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细描述,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,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明是针对目标区域内的血管的正常状态下理想形态的一种重建方式,能够对整段血管的管腔正常形态进行重建,尤其是对冠脉血管的重建。其中,获取感兴趣血管在理想状态下的正常形态进行重建,在重建过程中,对于冠心病的诊断,血流储备分(FFR)数作为金标准,是目前公认最准确的一种功能学评估指标,现已被欧洲心脏病学会(ESC)指南推荐为Ia级临床证据,且被美国心脏病学会(ACC)指南推荐为IIa级临床证据。然而,压力导丝测量获得FFR的方法仍存在耗时长、费用高等局限性,且容易增加损伤血管风险。基于造影影像的FFR计算方法可以克服传统方法采用压力导丝测量FFR的局限性。基于造影影像的FFR计算,关键步骤之一便在于求取无狭窄情况下的理想管腔大小。因此,需要血管正常管腔形态的重建。
如图1所示,本发明提供了一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,包括以下步骤:
S1:获取冠脉影像信息,得到冠脉的几何特征数据;
其中,所述冠脉的几何特征数据可以包括通过冠脉影像信息直接获得的冠脉的原始几何特征数据,还可以包括通过冠脉原始几何特征数据重建冠脉无病变状态,得到冠脉参考管腔的几何特征数据;
本发明中,对于获取冠脉的影像信息既可以是直接获取,也可以是从一段血管的影像数据中选取出的感兴趣血管段对应的影像信息,本实施例对此不作限制。影像信息的来源既可以是直接导入的相关文件,也可以是从其他资源库实时配置连接获取,还可以是从已存储的影像信息库中根据用户的名字等信息搜索锁定后获取,本实施例对此不作限制。可选地,影像信息为 DICOM(医学数字成像和通信)格式,DICOM涵盖了医学数字图像的采集、归档、通信、显示及查询等几乎所有信息交换的协议;以开放互联的架构和面向对象的方法定义了一套包含各种类型的医学诊断图像及其相关的分析、报告等信息的对象集;定义了用于信息传递、交换的服务类与命令集,以及消息的标准响应;详述了标识各类信息对象的技术;提供了应用于网络环境(OSI或TCP/IP)的服务支持;结构化地定义了制造厂商的兼容性声明 (Conformance Statement)。采用DICOM格式能够大大简化医学影像信息交换的实现,方便与其他医学应用系统HIS、RIS等关联协同作用。可选地,影像数据为1-1000帧的图像,在该帧数范围内,既能保证较清晰覆盖了血管段各位置多角度的影像,提高计算的准确性,又不增加运算负荷,易于获得。
本实施例中,冠脉影像可以通过CT、OCT、IVUS或X射线等检测手段获取。
S2:根据所述几何特征数据,生成目标区域血管的空间模型;所述空间模型至少包括目标区域血管的形状、长度、直径以及面积;
本发明中,空间模型至少包括以下参数:目标区域血管的形状、长度、直径以及面积;空间模型可以是二维、三维的等。
S3:沿所述目标区域血管的轴向方向,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;
对近端正常位置和远端正常位置进行标记,选出感兴趣血管。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。由于本申请是对血管的正常管腔形态的重建,所以,为了进行区分,本发明将待重建目标区域的血管的近端健康的血管位置和远端健康的血管位置定义为近端正常位置和远端正常位置。
S4:若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建,远端正常位置后的血管采用线性下降线段对血管进行重建,以获得感兴趣血管的正常管腔形态参数。
基于造影影像的FFR计算,关键步骤之一便在于求取无狭窄情况下的理想管腔大小,理论上,在无狭窄情况下,血管的理想管腔大小符合分叉分流定理,
其中ri表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径。Ri表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的血管管腔半径或直径。其中,R0表示该血管段近端起点的血管管腔半径或直径; Rk表示该血管段远端终点的血管管腔半径或直径;Ri′表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的理想血管管腔半径或直径。理想管腔大小每经过一个分叉血管,便会发生阶梯性下降。而目前基于冠脉造影的FFR计算方法只分割了待分析的主支血管,将理想管腔的大小简单地设置成线性的下降模式,并未考虑到分叉产生的影响,因此可能带入误差。准确获得分叉血管的尺寸能够解决基于冠脉造影的FFR计算方法中理想管腔的设定误差,提升FFR计算的准确度。因此,为了提升FFR计算的准确度,也需要对造影图像中的分叉血管进行分割,获得分叉血管的管腔半径、直径或面积。本发明对分叉血管的数据的获取根据实际的需要可以进行进一步的选择,并不局限于本实施例中所给出的方法。
对血管进行重建过程时,需要先将血管进行分段标记,将感兴趣血管的远端正常位置之前的血管段定义为第一段;远端正常位置之后的血管段定义为第二段;其中,需要对第一段进行情况划分,若第一段内存在分叉,则需要采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建,且每段折线为线性线段;第二段采用线性下降线段对血管进行重建。
具体的重建方式为:
第一段:
采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建具体表示为:
定义在[PN,DN]上的血管正常管腔形态函数f(x)为阶梯下降连续函数,并且对任意的ε>0,存在[PN,DN]上的一个阶台函数g(x),使得对任意的x∈[PN,DN],有|f(x)-g(x)|<ε;
其中,PN指血管近端位置,DN指血管远端位置,f(x)是血管正常管腔形态函数,g(x)是阶台函数,x为血管长轴方向上的任意位置,ε为任意大于0的实数。
本发明中:第一段中若存在多个分叉时,采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建还包括:
检查近端正常位置和远端正常位置之间是否存在分叉信息;
该步骤中,对冠状动脉造影图像的分叉血管检测及分割主要是通过以下方式实现:将包含所有血管的冠状动脉树(含整条主支跟所有分支血管直至血管末梢)提取出来,再通过对冠状动脉树的结构进行分析以确定主支血管与分叉血管。另外,也可以是基于统计学区域融合的血管树分割方法,并通过水平集算法获取血管骨架线,最终实现对分叉血管的检测与分割,得到血管分叉的信息。所述的血管分叉的信息至少包括分叉数量和分叉血管的直径。进一步的,也可以通过对冠脉造影影像进行图像增强及预处理,得到冠脉二值图像;依据形态学运算获取血管中心线;通过识别血管中心线的交叉点,最终实现对分叉血管的分割。
进一步优选的,还可以通过血管图像自动处理的方法来获得冠状动脉造影分叉信息。在一种实施方式中,本发明采用血管造影图像处理的训练方法来对血管图像进行自动处理。对于血管造影图像处理的训练方法,通过获取训练数据,训练数据包括样本和标签,样本包含血管原始造影图像数据,标签包含确定的主支血管上的分叉血管的局部分割结果数据;其中,分叉血管的局部分割的分割范围为自分叉血管的首端沿延伸方向延伸到分割终端,分割终端位于分叉血管的首端和末端之间,分叉血管的首端为该分叉血管与其所属的主支血管的交叉端,末端为分叉血管的最远端,延伸方向为从首端到末端的方向,分割终端沿延伸方向至少越过被分割的分叉血管的分叉嵴点垂直于该分叉血管中心线的截面;根据获取的训练数据对神经网络进行训练,以使神经网络对血管原始造影图像中确定的主支血管上的分叉血管进行局部分割。根据所获得的主支血管以及所属的分叉血管的分割图像,获得主支血管理想管腔信息以及所述的分叉血管分割图像的具体信息。
当近端正常位置和远端正常位置之间存在多个分叉时,每遇到一个分叉,则折线下降一个等级。所述降一个等级具体表示为:
如公式1
φ(x)=α1*A1+α2*A2+α3*A3+…αn*An (1)
其中,φ(x)为等级下降函数,α为血管两个分叉之间的长度,A为血管两个分叉之间血管段的面积,n为分叉的数量,αn代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管长度,An代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管段面积。
依据上述方式确定的正常血管管腔形态参数,在用于计算FFR值时可以达到更准确、更快捷的效果。
在一些实施例中,在生成目标区域血管的空间模型时,还需要根据空间模型,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。
“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。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。通过以上方法,能够获得分叉血管的直径以及面积。
第二段:
若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用线性下降线段进行血管重建。
若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔直径小于或等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用直径线性下降线段进行血管重建;若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔内径面积小于或等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用面积线性下降线段进行血管重建。
需要说明的是,本发明中,为了更加准确的重建出血管正常管腔,在标记远端正常位置和近端正常位置时,会出现选取的不理想的结果,比如,若远端正常位置设置于分叉管腔直径或面积大于预设阀值的分叉前,就会出现重建后再进行FFR值计算不准确的问题,为解决该问题,本发明需要调整远端正常位置到分叉管腔内径小于或等于预设阀值的分叉前。
所述直径预设阀值为0.7mm-1.3mm;优选地,所述直径预设阀值为1mm;所述面积预设阀值为0.5-1.5mm2;优选地,所述面积预设阀值为1mm2。
所述线性下降线段具体表示为:
其中,L(y)为线性下降函数,DNd,s为远端正常位置处血管管腔的直径或面积,DMd,s为感兴趣血管最远位置处血管管腔的直径或面积,L为远端正常位置到感兴趣血管最远位置处的距离,y为血管长轴方向上的任意位置到远端正常位置处的距离。
本发明还提供了一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,如图 2所示,包括:影像获取模块1、空间模型生成模块2、数据标记模块3、以及重建模块4,其中;
所述影像获取模块1,用于获取冠脉影像信息,得到冠脉的几何特征数据;
所述空间模型生成模块2,用于根据所述几何特征数据,生成目标区域血管的空间模型;所述空间模型包括但不限于目标区域血管的形状、长度、直径以及面积;
所述数据标记模块3,用于沿所述目标区域血管的轴向方向,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;
重建模块4,用于若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建,远端正常位置后的血管采用线性下降线段对血管进行重建,以获得感兴趣血管的正常管腔形态参数。
具体的,所述重建模块4,用于所述若近端正常位置和远端位置之间存在若干个分叉时,采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建还包括:
当近端正常位置和远端正常位置之间存在多个分叉时,每遇到一个分叉,则折线下降一个等级。
所述重建模块4,用于采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建具体表示为:
定义在[PN,DN]上的血管正常管腔形态函数f(x)为阶梯下降连续函数,并且对任意的ε>0,存在[PN,DN]上的一个阶台函数g(x),使得对任意的x∈[PN,DN],有|f(x)-g(x)|<ε;
其中,PN指血管近端正常位置,DN指血管远端正常位置,f(x)是血管正常管腔形态函数,g(x)是阶台函数,x为血管长轴方向上的任意位置,ε为任意大于0的实数。
所述重建模块用于降一个等级具体表示为:
φ(x)=α1*A1+α2*A2+α3*A3+…αn*An (1)
其中,φ(x)为等级下降函数,α为血管两个分叉之间的长度,A为血管两个分叉之间血管段的面积,n为分叉的数量,αn代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管长度,An代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管段面积。
所述重建模块用于,若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用线性下降线段进行血管重建。
所述线性下降线段具体表示为:
其中,L(y)为线性下降函数,DNd,s为远端正常位置处血管管腔的直径或面积,DMd,s为感兴趣血管最远位置处血管管腔的直径或面积,L为远端正常位置到感兴趣血管最远位置处的距离,y为血管长轴方向上的任意位置到远端正常位置处的距离。
其中,所述直径预设阀值为0.7mm-1.3mm;优选地,所述预设阀值为1mm;所述面积预设阀值为0.5-1.5mm2;优选地,所述面积预设阀值为1mm2。
本发明还提供了一种血流储备分数的计算方法,包括:采用本发明所述的采用混合方式重建血管管腔形态的方法,获得主支血管理想管腔的几何参数,计算获得该主支血管的血流储备分数。
具体地,根据本发明所述的采用混合方式重建血管管腔形态的方法,可以获得的主支血管理想管腔的重建图像,可通过现有的方法,例如利用测量软件测量得到主支血管和该主支血管上的分叉血管的直径或半径或面积。然后采用以下公式,计算出主支血管的理想管腔的半径或理想管腔的直径或理想管腔的面积,从而代入压力差的计算公式中,获得感兴趣的主支血管的血流储备分数。
该公式中,ri表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径。Ri表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的血管管腔半径或直径。其中,R0表示该血管段近端起点的血管管腔半径或直径;Rk表示该血管段远端终点的血管管腔半径或直径;Ri′表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的理想血管管腔半径或直径。
在本发明的另一些实施例中,压力差ΔP可以根据以下流体动力学方程来计算:
ΔPF=8πηL/A2 stenxQ
ΔPS=ρ/2x(1/A2 sten-1/A2 norm)xQ2 (4)
∑ΔP=ΔPF+ΔPS
其中:
ρ为血液密度:1055g/l;
η为血液粘度:3.5cP;
L为狭窄血管长度:mm;
A为正常狭窄横截面积:mm2;
Q为血流量:ml/s
具体实验数据分析:
本发明中,将感兴趣血管的远端正常位置之前的血管段定义为第一段;远端正常位置之后的血管段定义为第二段。
实验例一:
如图3、4所示,本发明中,对目标血管的影像进行处理,得到几何特征数据,生成目标区域血管的空间模型,沿所述目标区域血管的轴向方向,对空间模型的血管进行标记,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;本实验例参考结果即用压力导丝方式获得的参考FFR数值,为0.92。
当遇到一个分叉时,重建图像采用阶梯下降线段进行表示,远端正常位置后的血管采用线性方式平缓下降线段对血管进行重建。若将PN放置在近端正常位置,DN放置在远端正常位置,即参考管腔近端采用阶梯式下降方式,远端采用线性下降方式,计算虚拟FFR即QFR结果为0.92,与参考FFR 值0.92的偏差率为0%。
对比例一:
若采用线性下降方式对血管进行重建,如图5所示,将PN和DN都调整在感兴趣血管最近端,即参考管腔全部采用线性下降方式,计算结果为 QFR=0.84,与参考FFR值0.92的偏差率为8.7%。
本实验结果与对比实验结果相比较,明显提升了结果值与实际结果的准确度。
实验例二:
如图6、7所示,对目标血管的影像进行处理,得到几何特征数据,生成目标区域血管的空间模型,沿所述目标区域血管的轴向方向,对空间模型的血管进行标记,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;本实验例参考结果即用压力导丝方式获得的参考FFR数值,为0.94。将DN放置在≤ 1mm直径的分叉处之前时,QFR结果为0.95,与参考FFR值0.94的偏差率为1%。
对比例二:
如图8所示,将DN放置在>1mm直径的分叉处之前时,QFR结果为0.89,与参考FFR值0.94的偏差率为5%。
本发明的其他实验例与对比例结果如表1所示,
表1
从以上数据中能够获得,采用本方法中血管正常管腔形态重建后,进行 QFR计算的精度明显提高,与FFR(真实值)偏差更小。所以远端正常位置合理的设置能够获得的正常血管管腔形态参数更加准确,大大提高了冠脉数据重建的准确性和可参考性,从而提高以该数据为基础进行计算的压力差和血流储备分数的准确度。
对于本领域技术人员而言,显然能了解到上述具体事实例只是本发明的优选方案,因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动,体现的仍是本发明的原理,实现的仍是本发明的目的,均属于本发明所保护的范围。
Claims (16)
1.一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取冠脉影像信息,生成目标区域血管的空间模型;
沿所述目标区域血管的轴向方向,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;
若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建,远端正常位置后的血管采用线性下降线段对血管进行重建,以获得感兴趣血管的正常管腔形态参数。
2.根据权利要求1所示的采用混合方式重建血正常管管腔形态的方法,其特征在于,所述若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建包括:
当近端正常位置和远端正常位置之间存在多个分叉时,每遇到一个分叉,则阶梯线下降一个等级。
3.根据权利要求2所示的采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,其特征在于,所述采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建具体表示为:
定义在[PN,DN]上的血管正常管腔形态函数f(x)为阶梯下降连续函数,并且对任意的ε>0,存在[PN,DN]上的一个阶台函数g(x),使得对任意的x∈[PN,DN],有|f(x)-g(x)|<ε;
其中,PN指血管近端正常位置,DN指血管远端正常位置,f(x)是血管正常管腔形态函数,g(x)是阶台函数,x为血管长轴方向上的任意位置,ε为任意大于0的实数。
4.根据权利要求3所示的采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,其特征在于,所述降一个等级具体表示为:
φ(x)=α1*A1+α2*A2+α3*A3+…αn*An (1)
其中,φ(x)为等级下降函数,α为血管两个分叉之间的长度,A为血管两个分叉之间血管段的面积,n为分叉的数量,αn代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管长度,An代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管段面积。
5.根据权利要求2所示的采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,其特征在于,若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用线性下降线段进行正常血管重建。
7.根据权利要求5所示的采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,其特征在于,若远端正常位置设置于分叉管腔直径或面积大于预设阀值的分叉前,则调整远端正常位置到分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值的分叉前。
8.根据权利要求5-7任意一项所示的采用混合方式重建血管正常管腔形态的方法,其特征在于,所述直径预设阀值为0.7mm-1.3mm,优选地,所述直径预设阀值为1mm;所述面积预设阀值为0.5-1.5mm2,优选地,所述面积预设阀值为1mm2。
9.一种采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,其特征在于,包括:影像获取模块、空间模型生成模块、数据标记模块、以及重建模块,其中;
所述影像获取模块,用于获取冠脉影像信息,得到冠脉的几何特征数据;
所述空间模型生成模块,用于根据所述几何特征数据,生成目标区域血管的空间模型;
所述数据标记模块,用于沿所述目标区域血管的轴向方向,标记感兴趣血管近端正常位置和远端正常位置;
重建模块,用于若近端正常位置和远端正常位置之间存在分叉时,远端正常位置前采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建,远端正常位置后的血管采用线性下降线段对血管进行重建,以获得感兴趣血管的正常管腔形态参数。
10.根据权利要求9所述的采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,其特征在于,所述重建模块,用于所述若近端正常位置和远端正常位置之间存在若干个分叉时,采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建还包括:
当近端正常位置和远端正常位置之间存在多个分叉时,每遇到一个分叉,则折线下降一个等级。
11.根据权利要求9所述的采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,其特征在于,所述重建模块,用于采用阶梯式下降线段对感兴趣血管进行重建具体表示为:
定义在[PN,DN]上的血管正常管腔形态函数f(x)为阶梯下降连续函数,并且对任意的ε>0,存在[PN,DN]上的一个阶台函数g(x),使得对任意的x∈[PN,DN],有|f(x)-g(x)|<ε;
其中,PN指血管近端正常位置,DN指血管远端正常位置,f(x)是血管正常管腔形态函数,g(x)是阶台函数,x为血管长轴方向上的任意位置,ε为任意大于0的实数。
12.根据权利要求11所述的采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,其特征在于,所述重建模块用于降一个等级具体表示为:
φ(x)=α1*A1+α2*A2+α3*A3+…αn*An (1)
其中,φ(x)为等级下降函数,α为血管两个分叉之间的长度,A为血管两个分叉之间血管段的面积,n为分叉的数量,αn代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管长度,An代表第n个分叉和第n+1个分叉之间的血管段面积。
13.根据权利要求10所述的采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,其特征在于,所述重建模块用于,若远端正常位置设置于分叉前端,且该分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值时,则远端正常位置之后采用线性下降线段进行血管重建。
15.根据权利要求13所述的采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,其特征在于,所述重建模块还用于,若远端正常位置设置于分叉管腔直径或面积大于预设阀值的分叉前,则调整远端正常位置到分叉管腔直径或面积小于等于预设阀值的分叉前。
16.根据权利要求13或15所述的采用混合方式重建血管正常管腔形态的系统,其特征在于,所述直径预设阀值为0.7mm-1.3mm;优选地,所述直径预设阀值为1mm;所述面积预设阀值为0.5-1.5mm2,优选地,所述面积预设阀值为1mm2。
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