CN113100737B - 基于冠状动脉cta的缺血心肌负荷定量评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价系统，其特征在于，包括阈值获取单元、中心点分类单元、像素点分类单元以及计算单元，其中：阈值获取单元获得心肌缺血的阈值；中心点分类单元用于将三支主要冠状动脉中心线上的每个中心点划分为不缺血类或缺血类；像素点分类单元用于获得不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D；计算单元计算得到 利用目前临床常规进行的冠状动脉CTA检查，在不改变检查方案、不增加额外检查的前提下，采用本发明的技术方案可以进行便捷的缺血心肌负荷定量评估。

Description

基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价系统

技术领域

本发明涉及一种检测技术，特别涉及一种基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价系统。

背景技术

血流储备分数(Fractional flow reserve，FFR)是当前临床指南推荐的一种冠状动脉功能生理学评估指标，其主要通过冠状动脉狭窄下游压力Pd和代表冠状动脉口部压力的主动脉平均压力Pa的比值反应狭窄对血流的影响程度，该比值越小反映狭窄对血流的影响程度越重。然而，由于FFR测量需要通过专用的压力导丝测量冠脉病变远近端压力来进行计算，额外增加了手术步骤、时间和费用，使得其临床应用受到一定限制。于是催生出基于冠状动脉CTA(Computed Tomographic Angiography)的FFR_CT技术。冠状动脉FFR_CT技术是基于患者冠状动脉CTA图像，利用数值模拟方法实现冠脉的血流动力学仿真，通过提取狭窄冠脉上、下游压力值无创地获得其FFR值，即FFR_CT值。和有创FFR一样，FFR_CT的临界值同样为0.80。即FFR_CT≤0.80，冠脉狭窄存在功能生理学意义，引起心肌缺血，而FFR_CT>0.80，冠脉狭窄无功能生理学意义，未引起心肌缺血。

想要精准治疗冠心病患者，仅仅知道存在或不存在心肌缺血是不够的，还应该定量心肌缺血的负荷。目前可以通过单光子发射计算机断层成像术(Single-PhotonEmission Computed Tomography，SPECT)或正电子发射断层成像术(Positron EmissionTomography，PET)核素心肌灌注显像，磁共振心肌灌注显像以及CT心肌灌注显像来定量心肌缺血的负荷。

但是，SPECT分辨率相对较低，多数只能进行心肌缺血的半定量分析，PET和心脏磁共振在临床上的可及性不高，且检查费用昂贵，CT灌注显像分辨率不够，还存在辐射较高的问题。更重要的，这些检查均需要在负荷状态下进行显像，增加了检查的复杂性以及病人不良反应的发生率。因此，急需要一种便捷可行的缺血心肌负荷的评价方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种便捷可行的缺血心肌负荷的评价系统。

为了达到上述目的，本发明技术方案是提供了一种基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价系统，其特征在于，包括阈值获取单元、中心点分类单元、像素点分类单元以及计算单元，其中：

阈值获取单元用于依据冠状动脉CTA图像对应的心肌分割结果以及沿着三支主要冠状动脉中心线上每个中心点的血流储备分数FFR_CT获得心肌缺血的阈值；

中心点分类单元用于将三支主要冠状动脉中心线上的每个中心点划分为不缺血类或缺血类，由此得到不缺血类中心点集A以及缺血类中心点集B，其中，不缺血类中心点集A内的中心点处的血流储备分数FFR_CT大于通过阈值获取单元获得的阈值，缺血类中心点集B内的中心点处的血流储备分数FFR_CT不大于通过阈值获取单元获得的阈值；

像素点分类单元获得冠状动脉CTA图像对应的心肌分割结果后，基于中心点分类单元获得的不缺血类中心点集A以及缺血类中心点集B，判断心肌分割结果的每个像素点属于不缺血类或缺血类由此得到不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D；

计算单元依据像素点分类单元得到的不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D以及不缺血类像素点集C、缺血类像素点集D中的像素点距离计算得到不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌体积V_C和心肌体积V_D，并且计算单元基于心肌体积V_C和心肌体积V_D进一步计算得到心肌质量M_C和心肌质量MD，从而计算得到

优选地，所述FFR_CT阈值为0.80。

优选地，对于心肌分割结果上的任意一个像素点k，所述像素点分类单元采用以下方法判断其属于不缺血类或缺血类：

步骤1、计算像素点k到不缺血类中心点集A中每个中心点的欧式距离的最小值L_A：

L_A＝min_i(Distance(k，p_i))

式中，i＝0，1，......，n，p_i表示不缺血类中心点集A中的第i个中心点；Distance(k，p_i)表示像素点k到p_i的欧式距离；min(·)表示取最小值函数；

并计算像素点k到缺血类中心点集B中每个中心点的欧式距离的最小值L_B：

L_B＝min_j(Distance(k，q_j))

式中，j＝0，1，......，m，q_j表示缺血类中心点集B中的第j个中心点；Distance(k，q_j)表示像素点k到q_j的欧式距离；

步骤2、对比L_A和L_B的大小，若L_A＜L_B，则像素点k属于不缺血类，将像素点k存入不缺血类像素点集C；反之，则像素点k属于缺血类，将像素点k存入缺血类像素点集D。

优选地，所述计算单元采用以下步骤计算得到所述缺血心肌的负荷：

步骤1、分别计算不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D中像素个数N_C和N_D；

步骤2、基于像素个数N_C和N_D计算得到不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌体积V_C和心肌体积V_D：

式中，分别表示不缺血类像素点集C中各像素点在x、y、z方向上的像素间距离；/>分别表示缺血类像素点集D中各像素点在x、y、z方向上的像素间距离；

步骤3、根据心肌体积V_C和心肌体积V_D计算不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌质量M_C和心肌质量M_D：

M_C＝V_C×ρ

M_D＝V_D×ρ

式中，ρ是心肌的密度；

步骤4、根据心肌质量M_C和心肌质量M_D计算得到缺血心肌的负荷：

利用目前临床常规进行的冠状动脉CTA检查，在不改变检查方案、不增加额外检查的前提下，采用本发明的技术方案可以进行便捷的缺血心肌负荷定量评估。

附图说明

图1为本发明实施例的心肌缺血区域计算方法的流程图；

图2为是本申请实施例的三支主要冠脉和FFR_CT大于阈值0.80或者小于等于阈值0.80的结构示意图；

图3为本发明实施例根据最近距离法将心肌分割的每个像素划分为缺血类或缺血类的结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

结合图1，本实施例公开的一种基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价方法，包括以下步骤：

步骤1、获得冠状动脉CTA图像对应的心肌分割结果以及沿着三支主要冠状动脉中心线上每个中心点的血流储备分数FFR_CT。

步骤2、依据血流储备分数FFR_CT获得心肌缺血的阈值，本实施例中该阈值为0.80。将三支主要冠状动脉中心线上的每个中心点划分为不缺血类或缺血类，通过以下步骤获得不缺血类中心点集A以及缺血类中心点集B：

遍历三支主要冠状动脉中心线上的每个中心点，将中心点处FFR_CT＞0.80的中心点存入不缺血类中心点集A，将中心点处FFR_CT≤0.80的中心点存入缺血类中心点集B。

本实施例中，设：不缺血类中心点集A＝{p₀，p₁，p₂，...，p_n}，其中，p_n为中心点处FFR_CT＞0.80的第n个中心点；缺血类中心点集B＝{q₀，q₁，q₂，...，q_m}，其中，q_m为中心点处FFR_CT＞0.80的第m个中心点。

步骤3：根据最近邻方法，将步骤1得到的心肌分割结果的每个像素划分为不缺血类或缺血类，获得不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D。

对于心肌分割结果上的任意一个像素点k，采用以下方法判断其属于不缺血类或缺血类：

步骤301、计算像素点k到不缺血类中心点集A中每个中心点的欧式距离的最小值L_A：

L_A＝min_i(Distance(k，p_i))

式中，i＝0，1，......，n，p_i表示不缺血类中心点集A中的第i个中心点；Distance(k，p_i)表示像素点k到p_i的欧式距离；min(·)表示取最小值函数。

并计算像素点k到缺血类中心点集B中每个中心点的欧式距离的最小值L_B：

L_B＝min_j(Distance(k，q_j))

式中，j＝0，1，......，m，q_i表示缺血类中心点集B中的第j个中心点；Distance(k，q_j)表示像素点k到q_j的欧式距离。

步骤302、对比L_A和L_B的大小，若L_A＜L_B，则像素点k属于不缺血类，将像素点k存入不缺血类像素点集C；反之，则像素点k属于缺血类，将像素点k存入缺血类像素点集D。

步骤4：计算缺血心肌的质量以及其占总心肌质量的比例，即缺血心肌负荷。

本实例中，根据不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D，计算心肌不缺血区域的质量和心肌缺血区域的质量，具体包括以下步骤：

步骤401、分别计算不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D中像素个数N_C和N_D；

步骤402、基于像素个数N_C和N_D计算得到不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌体积V_C和心肌体积V_D：

式中，分别表示不缺血类像素点集C中各像素点在x、y、z方向上的像素间距离；/>分别表示缺血类像素点集D中各像素点在x、y、z方向上的像素间距离。

步骤403、根据心肌体积V_C和心肌体积V_D计算不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌质量M_C和心肌质量M_D：

M_C＝V_C×ρ

M_D＝V_D×ρ

式中，ρ是心肌的密度。

步骤404、根据心肌质量M_C和心肌质量M_D计算得到缺血心肌的负荷：

基于冠状动脉CTA获得的FFR_CT≤0.80是目前公认的判断心肌缺血的指标，然而，其只能以二分类的方法判断患者存在或不存在心肌缺血，无法定量缺血心肌的质量或负荷。冠状动脉上FFR_CT＝0.80处下游血管供应的心肌即存在缺血的心肌，本发明通过计算这部分血管供应心肌的质量，以及占总体心肌质量的比例，定量缺血心肌负荷。

为使描述简洁，未对上述实施例中获得血流储备分数FFR_CT的具体方法进行描述，然而，无论何种方法获得的血流储备分数仿真值，只要能够将心肌分割结果划分为不缺血类或缺血类，均可进行缺血心肌负荷的定量，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (3)

1.一种基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价系统，其特征在于，包括阈值获取单元、中心点分类单元、像素点分类单元以及计算单元，其中：

阈值获取单元用于依据冠状动脉CTA图像对应的心肌分割结果以及沿着三支主要冠状动脉中心线上每个中心点的血流储备分数FFR_CT获得心肌缺血的阈值；

中心点分类单元用于将三支主要冠状动脉中心线上的每个中心点划分为不缺血类或缺血类，由此得到不缺血类中心点集A以及缺血类中心点集B，其中，不缺血类中心点集A内的中心点处的血流储备分数FFR_CT大于通过阈值获取单元获得的阈值，缺血类中心点集B内的中心点处的血流储备分数FFR_CT不大于通过阈值获取单元获得的阈值；

像素点分类单元获得冠状动脉CTA图像对应的心肌分割结果后，基于中心点分类单元获得的不缺血类中心点集A以及缺血类中心点集B，判断心肌分割结果的每个像素点属于不缺血类或缺血类由此得到不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D；

计算单元依据像素点分类单元得到的不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D以及不缺血类像素点集C、缺血类像素点集D中的像素点距离计算得到不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌体积V_C和心肌体积V_D，并且计算单元基于心肌体积V_C和心肌体积V_D进一步计算得到心肌质量M_C和心肌质量M_D，从而计算得到

其中，对于心肌分割结果上的任意一个像素点k，所述像素点分类单元采用以下方法判断其属于不缺血类或缺血类：

步骤1、计算像素点k到不缺血类中心点集A中每个中心点的欧式距离的最小值L_A：

L_A＝min_i(Distance(k,p_i))

式中，i＝0,1,……,n，p_i表示不缺血类中心点集A中的第i个中心点；Distance(k,p_i)表示像素点k到p_i的欧式距离；min(·)表示取最小值函数；

并计算像素点k到缺血类中心点集B中每个中心点的欧式距离的最小值L_B：

L_B＝min_j(Distance(k,q_j))

式中，j＝0,1,……,m，q_j表示缺血类中心点集B中的第j个中心点；Distance(k,q_j)表示像素点k到q_j的欧式距离；

步骤2、对比L_A和L_B的大小，若L_A<L_B，则像素点k属于不缺血类，将像素点k存入不缺血类像素点集C；反之，则像素点k属于缺血类，将像素点k存入缺血类像素点集D。

2.如权利要求1所述的一种基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价系统，其特征在于，所述FFR_CT阈值为0.80。

3.如权利要求1所述的一种基于冠状动脉CTA的缺血心肌负荷定量评价系统，其特征在于，所述计算单元采用以下步骤计算得到所述缺血心肌的负荷：

步骤1、分别计算不缺血类像素点集C以及缺血类像素点集D中像素个数N_C和N_D；

步骤2、基于像素个数N_C和N_D计算得到不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌体积V_C和心肌体积V_D：

式中，分别表示不缺血类像素点集C中各像素点在x、y、z方向上的像素间距离；/>分别表示缺血类像素点集D中各像素点在x、y、z方向上的像素间距离；

步骤3、根据心肌体积V_C和心肌体积V_D计算不缺血类像素点集C和缺血类像素点集D所对应的心肌质量M_C和心肌质量M_D：

M_C＝V_C×ρ

M_D＝V_D×ρ

式中，ρ是心肌的密度；

步骤4、根据心肌质量M_C和心肌质量M_D计算得到缺血心肌的负荷：