CN112998853A - 腹部血管动态造影2d建模方法、3d建模方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腹部血管动态造影2D建模方法、3D建模方法及检测系统，属于数字图像处理和医学成像技术领域，腹部血管造影动态2D建模方法，包括以下步骤：获取检测对象至少一个呼吸周期的呼吸曲线，标记时间戳；在获取所述呼吸曲线时，同时获取腹部血管造影X射线连续拍摄图像，标记时间戳；利用时间戳关联呼吸曲线与腹部血管造影图像，获得腹部血管造影动态2D模型。通过将腹部血管的造影图像动态关联到人体的呼吸过程中，进而建立血管的动态运动模型。该模型能够应用于医生实际给患者穿入导丝的过程中，能够极大减少显影剂的用量，并且提高医生穿导丝的效率。

Description

腹部血管动态造影2D建模方法、3D建模方法及检测系统

技术领域

本发明属于数字图像处理以及医学成像技术领域，具体涉及腹部血管动态造影建模方法及检测系统。

背景技术

血管造影是一种介入检测方法，将显影剂注入血管里。利用X光无法穿透显影剂这一特性，通过显影剂在X光下所显示的影像来诊断血管病变的。

腹部血管内手术，需要依靠血管造影技术，才能将导丝穿至病灶部位。由于人体呼吸会造成人体腹部起伏，静态的显影照片无法指导导丝在血管内行走。同时在血管内，血流速度快，显影剂很快就会从注入点被冲散进入血管下游。短暂的显影时间，只能够给操作导丝的医生短时间的视觉引导。因此，现在在穿导丝的过程中，一遇到血管分叉或者定位不清，就需要不断注入显影剂进行引导。然而显影剂需要全部由肾脏代谢才能排出体外，大量显影剂的使用会对肾脏造成较大的负荷。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的第一目的在于提供一种腹部血管动态造影2D建模方法，通过将腹部血管的造影图像动态关联到人体的呼吸过程中，进而建立血管的动态运动模型。该模型能够应用于医生实际给患者穿入导丝的过程中，能够极大减少显影剂的用量，并且提高医生穿导丝的效率。

本发明所采用的技术方案为：腹部血管造影动态2D建模方法，包括以下步骤：

获取检测对象至少一个呼吸周期的呼吸曲线，标记时间戳；

在获取所述呼吸曲线时，同时获取腹部血管造影X射线连续拍摄图像，标记时间戳；

利用时间戳关联呼吸曲线与腹部血管造影图像，获得腹部血管造影动态2D模型。

优选的，标记时间戳的频率不低于5次/呼吸周期。

进一步的，获取多个呼吸周期的腹部血管造影动态2D模型，以一个呼吸周期为单位，将多个呼吸周期的腹部血管造影动态2D模型进行裁剪；然后重合取并集，获得修正腹部血管造影动态2D模型。

本发明的第二目的在于提供一种腹部血管造影动态3D建模方法：分别从两个不同X射线拍摄角度获取腹部血管造影动态2D模型；然后将两个所述2D模型融合得到腹部血管造影动态3D模型。

优选的，所述两个不同X射线拍摄角度相差90°。

其中一种实现方式：所述X射线检测仪包括两套X射线管，两套X射线管的发射角度垂直；在获取所述呼吸曲线时，同时获取两个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像，同时标记时间戳。

另一种实现方式：所述X射线检测仪只有一套X射线管，在获得一个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像之后，旋转X射线管90°，再获得另一个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像。

本发明的第三目的在于提供一种能够实现上述建模方法的检测系统：包括呼吸检测仪、X射线检测仪、图像处理器和显示装置；所述呼吸检测仪、X射线检测仪和显示装置分别与图像处理器连接。

本发明的有益效果为：

本发明公开的腹部血管动态造影2D建模方法，通过将腹部血管的造影图像动态关联到人体的呼吸过程中，进而建立血管的动态运动模型。该模型能够应用于医生实际给患者穿入导丝的过程中，能够极大减少显影剂的用量，并且提高医生穿导丝的效率。虽然是2D影像，但是只要将实际采集图像的视角与医生实际给患者穿入导丝过程中的观察视角相重合，模拟影像就可以有效指导医生穿导丝。

本发明公开的腹部血管动态造影3D建模方法，通过从两个不同的视角采集人体呼吸过程中腹部血管的动态造影图像，进而建立血管的3D动态运动模型。该模型能够应用于医生实际给患者穿入导丝的过程中，能够极大减少显影剂的用量，并且提高医生穿导丝的效率。3D影像建立之后，只要将3D模型与患者定位重合，那么医生实际给患者穿入导丝过程中的观察视角就可以灵活选择，根据实际情况而定，不受限。

本发明公开的检测系统，能够收集建立上述腹部血管动态造影2D/3D模型所需的图像信息和呼吸信号信息，并进行信息处理和图像显示。模拟影像通过图像处理器建模之后，再将医生穿导丝过程中实际导丝的行径图像相重合，通过显示装置展示给医生。

附图说明

图1是未释放造影剂的腹部X光透射图；

图2是一个呼吸周期内腹部血管造影的动态截图；

图3是本发明实施例3腹部血管动态造影建模检测系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

由图1所示，未使用造影剂时，因为血液以及血管组织并不能够反射或吸收X射线，所以无法从X射线检测中获得任何信号。因此，造影剂的使用就成为了血管检查(血管造影)的必备条件。使用造影剂后的图像参照图2，然而，因为血液流速快，造影剂释放之后会在很短的时间内被冲散并带离需要检测的部位，所以在导丝前进的过程中就可能会多次使用造影剂。为了减少造影剂的使用量，同时提高医生穿导丝的效率，特别发明了腹部血管动态造影建模方法及检测系统。

实施例1：

腹部血管造影动态2D建模方法，包括以下步骤：

利用呼吸检测仪获取检测对象一个呼吸周期的呼吸曲线，标记时间戳。在获取呼吸曲线时，同时利用DSA(数字减影血管造影)获取腹部血管造影X射线连续拍摄图像，标记时间戳。一个呼吸周期大概在3-5秒，在获取腹部血管造影X射线连续拍摄图像的时候，持续释放显影剂，让血管形态的动态图像在整个拍摄周期内都保持清晰的状态。由于常用的DSA只有一个发射源和一套信号收集装置，因此获得的图像也是2D图像。然后利用时间戳，关联呼吸曲线与腹部血管造影图像，获得腹部血管造影动态2D模型。

需要注意的是，在实施拍摄获取所需信息(呼吸曲线和血管造影动态图像)之前，尽量先让患者平躺休息达到均匀呼吸。这样建立的图像模型几乎就与患者实施穿导丝过程中的呼吸状态相一致。

获得的腹部血管造影动态2D模型实际上就是一段动态图像，展示了血管在一个呼吸周期中的运动状态。只不过这一段图像与呼吸曲线关联之后，就形成了无数个对应关系。任意一个呼吸曲线上的点都对应了一个该呼吸状态下的血管形态和位置。

该腹部血管造影动态2D模型的应用场景主要在穿导丝的过程中。实际上建模与应用最好直接衔接起来，既患者平躺休息达到均匀呼吸后，开始建模采集信息过程，通过图像处理器建模之后直接将图像模型与接下来穿导丝的图像重合，用于指导医生穿导丝。在穿导丝的过程中，持续收集患者的呼吸状态信号，反馈给图像处理器，图像处理器根据患者的实时呼吸状态反向选取该呼吸状态下的血管形态和位置图像进行展示。这样通过图像模拟的方式，后续穿导丝的过程中都不需要再进行显影剂的使用，可以大幅度降低穿导丝过程中显影剂的使用量，极大程度减轻患者的肾功能负担。

为了让呼吸曲线与动态图像相关联，最简单的方式就是通过时间，通过在呼吸曲线和动态图像上标记时间戳，就可以把相同时间戳的呼吸状态和血管形态及位置相对应。时间戳间隔标记得越短，那么收集信息的频率越高，那么建立的模型分辨率越高，模型对医生的指导就约精确。通常呼吸曲线都是非线性的，一个呼吸周期内，腹部高度从最低点到达最高点，再从最高点回到最低点。由于最高点至最低点通常都不是线性变化，所以为了尽量减小误差在最高点至最低点之间还需要设置一个时间戳。那么在一个呼吸周期中至少要设置5个时间戳，即：最低点、上升期的中点、最高点、下降期的中点以及回到的最低点，参见图2。当然为了让图像更加顺滑，指导更加精确，时间戳的间隔可以更短一些。频率最高可以设置为DSA的光源曝光频率。

为了避免建模采集信息出现偶然性，影响模型的准确性。可以采集多个呼吸周期的数据，处理得到多个腹部血管造影动态2D模型，以一个呼吸周期为单位，将多个呼吸周期的腹部血管造影动态2D模型进行重合取并集，获得修正腹部血管造影动态2D模型。修正腹部血管造影动态2D模型中的血管形态比修正前的要粗一些，使得导丝位于模拟图像血管内的准确度更高一些。

实施例2：

实施例1建立的是2D模型，在水平面内寻找血管通道都没有什么问题，但是当血管分支出现纵向的时候，分支的血管会在2D模型中发生重合，不方便引导医生穿导丝操作。本实施例在实施例1的基础上提供一种腹部血管造影动态3D建模方法：分别从两个不同X射线拍摄角度获取腹部血管造影动态2D模型。利用拍摄的角度差，计算分离出三维数据，然后将两个2D模型融合得到腹部血管造影动态3D模型。

为了简化运算同时提高三维数据的准确性，两个不同X射线拍摄角度相差90°，即拍摄角度相互垂直。

其中一种实现方式：X射线检测仪包括两套X射线管，两套X射线管的发射角度垂直；在获取呼吸曲线时，同时获取两个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像，同时标记时间戳。

另一种实现方式：X射线检测仪只有一套X射线管，在获得一个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像之后，旋转X射线管90°，再获得另一个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像。虽然两个角度的拍摄并不在同一个呼吸周期，但是平静后的患者，每一个呼吸周期的呼吸曲线几乎都是一致的。选取两个呼吸曲线一致的两个周期图像进行三维拟合，即可得到腹部血管造影动态3D模型。具体的二维图像转三维图像方法为现有方法，不是本发明的创新发明点，因此不再进行复述，可采用Photomesh等软件进行拟合。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供一种能够实现上述建模方法的检测系统：包括用于检测呼吸曲线的呼吸检测仪、能够获取血管造影图像的X射线检测仪、图像处理器和显示装置。呼吸检测仪、X射线检测仪和显示装置分别与图像处理器连接。呼吸检测仪获取的患者呼吸数据以及X射线检测仪获取的血管造影图像传送给图像处理器进行拟合建模，建立的模型再通过显示装置进行展示。在应用模型进行穿导丝的过程中，呼吸检测仪持续检测患者的呼吸状态，把信息给到图像处理器，图像处理器根据患者实时的呼吸状态调取模型中该呼吸状态下的血管影像；同时X射线检测仪实时拍摄导丝的影像，将影像传送给图像处理器，图像处理器将导丝的影像和该呼吸状态下的血管影像拟合即可得到虚拟的导丝位于血管内部的图像。X射线检测仪优选DSA。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.腹部血管造影动态2D建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取检测对象至少一个呼吸周期的呼吸曲线，标记时间戳；

在获取所述呼吸曲线时，同时获取腹部血管造影X射线连续拍摄图像，标记时间戳；

利用时间戳关联呼吸曲线与腹部血管造影图像，获得腹部血管造影动态2D模型。

2.根据权利要求1所述的腹部血管造影动态2D建模方法，其特征在于：标记时间戳的频率不低于5次/呼吸周期。

3.根据权利要求1或2所述的腹部血管造影动态2D建模方法，其特征在于：获取多个呼吸周期的腹部血管造影动态2D模型，以一个呼吸周期为单位，将多个呼吸周期的腹部血管造影动态2D模型进行裁剪；然后重合取并集，获得修正腹部血管造影动态2D模型。

4.根据权利要求1-3任意一项所述建模方法为基础的腹部血管造影动态3D建模方法，其特征在于：分别获取两个不同X射线拍摄角度的腹部血管造影动态2D模型；将两个所述2D模型融合得到腹部血管造影动态3D模型。

5.根据权利要求4所述的腹部血管造影动态3D建模方法，其特征在于：所述两个不同X射线拍摄角度相差90°。

6.根据权利要求5所述的腹部血管造影动态3D建模方法，其特征在于：所述X射线检测仪包括两套X射线管，两套X射线管的发射角度垂直；在获取所述呼吸曲线时，同时获取两个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像，同时标记时间戳。

7.根据权利要求5所述的腹部血管造影动态3D建模方法，其特征在于：所述X射线检测仪只有一套X射线管，在获得一个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像之后，旋转X射线管90°，再获得另一个角度的腹部血管造影X射线连续拍摄图像。

8.采用如权利要求1-7任意一项所述建模方法的检测系统，其特征在于：包括呼吸检测仪、X射线检测仪、图像处理器和显示装置；所述呼吸检测仪、X射线检测仪和显示装置分别与图像处理器连接。

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