CN113749766B - 一种经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法 - Google Patents

一种经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，包括步骤：获取主动脉瓣的三维医学图像数据；提取主动脉瓣三个窦的窦底坐标；识别三个窦的窦底名称，分别为左冠窦窦底、右冠窦窦底及无冠窦窦底，分别标记三个窦底坐标；在三个窦的窦底位于第一特定位置的第一模式下自动计算左/右前斜角度
Figure DDA0003240070280000011
和头/足位角度θ1；在三个窦的窦底位于第二特定位置的第二模式下自动计算左/右前斜角度
Figure DDA0003240070280000012
和头/足位角度θ2。该方法提高了确定建议投射角度的准确度，缩短了术中调整时间，有利于提高TAVR手术的效率和改善术后效果。

Description

一种经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法
技术领域
本发明属于医学图像处理技术领域，具体涉及一种经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法。
背景技术
经导管主动脉瓣置换术(Transcatheter Aortic Valve Replacement,TAVR)是一种微创瓣膜置换手术，是通过介入导管技术，将人工心脏瓣膜输送至主动脉瓣位置，从而完成人工瓣膜植入，恢复瓣膜功能。
在导管主动脉瓣置换术中，合适的植入位置和深度可以减少并发症，如传导阻滞、瓣周漏、栓塞、瓣膜返流和冠脉栓塞等。
为了在合适的位置和深度植入主动脉瓣，在术中需要通过血管造影进行定位。而为了准确定位，C型臂采用合适的成角显得至关重要。目前通常情况下，瓣膜的定位由介入医生借助3D医学图像软件通过复杂的手动交互来确定C型臂成角。这既要求医生的有较高的软件操作经验，并且需要花费不少时间，同时手动交互也很难保证其精确度。因此需要一种能够自动计算投射角度的方法，医生仅需根据已算出的角度直接调节C型臂即可，不仅大大减少术中操作的时间，还能够确保投射角的精度，保证造影效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，包括：
步骤1：获取主动脉瓣的三维医学图像数据；
步骤2：提取主动脉瓣三个窦的窦底坐标；
步骤3：识别三个窦的窦底名称，分别为左冠窦窦底、右冠窦窦底及无冠窦窦底，将所述窦底的坐标表示为：左冠窦窦底坐标LCC(x，y，z)，右冠窦窦底坐标RCC(x，y，z)，无冠窦窦底坐标NCC(x，y，z)；
步骤4：所述三个窦底组成虚拟瓣环平面，选取一垂直于所述虚拟瓣环平面的投影平面，所述三个窦底在该投影平面上的投影呈直线分布，且所述右冠窦窦底位于所述左冠窦窦底及所述无冠窦窦底连线的中间位置，在空间位置上，所述右冠窦窦底位于所述左冠窦窦底及所述无冠窦窦底的前方，将该模式设为第一模式，在该模式下，自动计算左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000021
和头/足位角度θ1；
步骤5：选取一垂直于所述虚拟瓣环平面的投影平面，所述右冠窦窦底与左冠窦窦底在该投影平面上的投影重合，在空间位置上，所述右冠窦窦底位于所述左冠窦窦底的前方，将该模式设为第二模式，在该模式下，自动计算左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000022
和头/足位角度θ2。
进一步地，所述三维医学图像数据可为任意包含人体主动脉瓣信息的医学图像数据。
进一步地，所述提取主动脉瓣窦底坐标可通过自动提取算法获取，或者通过手动选取。
进一步地，所述识别三个窦底名称，可通过自动识别算法识别也可通过手动标记地方法进行识别。
进一步地，所述步骤4中，计算左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000025
和头/足位角度θ1的方法为：
a.获取左冠窦窦底和无冠窦窦底连线的中点坐标MCC(x，y，z)；
Figure BDA0003240070260000023
Figure BDA0003240070260000024
Figure BDA0003240070260000031
b.获取投影向量ProDirection；
ProDirection＝RCC-MCC
ProDirectionx＝RCCx-MCCx
ProDirectiony＝RCCy-MCCy
ProDirectionz＝RCCz-MCCz
c.计算建议投影角度之左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000032
Figure BDA0003240070260000033
即：
Figure BDA0003240070260000034
当
Figure BDA0003240070260000035
时，为右前斜，当
Figure BDA0003240070260000036
时，为左前斜；
d.计算建议投影角度之头/足位角度θ1
θ1＝arctan2(ProDirectionz，ProDirectiony)
即：
Figure BDA0003240070260000037
当θ1＞0时，为头位，当θ1＜0时，为足位。
进一步地，所述步骤5中，计算左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000038
和头/足位角度θ2的方法为：
a.获取投影向量ProDirection；
ProDirection＝RCC-LCC
ProDirectionx＝RCCx-LCCx
ProDirectiony＝RCCy-LCCy
ProDirectionz＝RCCz-LCCz
b.计算建议投影角度之左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000039
Figure BDA00032400702600000310
即：
Figure BDA00032400702600000311
当
Figure BDA00032400702600000312
时，为右前斜，当
Figure BDA00032400702600000313
时，为左前斜；
c.计算建议投影角度之头/足位角度θ2；
θ2＝arctan2(ProDirectionz，ProDirectiony)
即：θ2＝arctan2(RCCz-LCCz，RCCy-LCCY)
当θ2＞0时，为头位，当θ2＜0时，为足位。
本发明的技术效果：
应用本发明的技术方案可有效降低医生的操作难度，缩短手术时间，并能提高投射角度的精准度，提高造影效果，从而帮助医生更好地开展经导管主动脉瓣置换术。
附图说明
图1本发明的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法流程示意图；
图2本发明的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法的步骤4中，第一模式下的影像示意图；
图3本发明的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法的步骤5中，第二模式下的影像示意图。
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，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。此外，应理解，在阅读了本发明所公开的内容之后，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发明所限定的保护范围之内。
如图1所示，本发明的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法包括以下5个步骤：
步骤1：获取主动脉瓣的三维医学图像数据。具体来说，上述三维医学图像数据应包含人体主动脉瓣信息，可为任意医学图像数据类型，例如CT/MRI/US等模态。
步骤2：提取主动脉瓣三个窦的窦底坐标。具体来说，上述提取主动脉瓣三个窦的窦底坐标的方法可为自动提取算法获取，或者通过手动选取。自动提取算法可为机器学习方法，也可为分水岭算法等传统图像处理算法，手动提取方法可通过三维图像浏览工具，利用多平面重建(MPR)功能，通过手动选择提取三个窦的窦底坐标。
步骤3：识别三个窦的窦底名称。三个窦分别为左冠窦(LCC)、右冠窦(RCC)和无冠窦(NCC)。具体来说，上述识别三个窦的窦底名称的方法可为可通过自动识别算法识别也可通过手动标记地方法进行识别，自动识别算法可为机器学习方法，可为根据主动脉瓣结构特征通过传统图像处理方法实现，也可通过手动标记的方法进行识别。将窦底坐标表示为：左冠窦窦底坐标LCC(x，y，z)，右冠窦窦底坐标RCC(x，y，z)，无冠窦窦底坐标NCC(x，y，z)。
步骤4：三个窦底组成虚拟瓣环平面，选取一垂直于该虚拟瓣环平面的投影平面，三个窦底在该投影平面上的投影呈直线分布，关于上述投影，右冠窦窦底(RCC)位于左冠窦窦底(LCC)及无冠窦窦底(NCC)连线的中间位置，在空间位置上，右冠窦窦底(RCC)位于左冠窦窦底(LCC)及所述无冠窦窦底(NCC)的前方，即右冠窦窦底(RCC)相对于其他两个窦底更靠近观察者一侧，如图2所示，将该模式设为第一模式，在该模式下，自动计算左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000051
如头/足位角度θ1的方法为：
a.获取左冠窦窦底和无冠窦窦底连线的中点坐标MCC(x，y，z)；
Figure BDA0003240070260000052
Figure BDA0003240070260000053
Figure BDA0003240070260000054
b.获取投影向量ProDirection；
ProDirection＝RCC-MCC
ProDirectionx＝RCCx-MCCx
ProDirectiony＝RCCy-MCCy
Prodirectionz＝RCCz-MCCz
c.计算建议投影角度之左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000061
Figure BDA0003240070260000062
即：
Figure BDA0003240070260000063
当
Figure BDA0003240070260000064
时，为右前斜，当
Figure BDA0003240070260000065
时，为左前斜；
d.计算建议投影角度之头/足位角度θ1
θ1＝arctan2(ProDirectionz，ProDirectiony)
即：
Figure BDA0003240070260000066
当θ1＞0时，为头位，当θ1＜0时，为足位。
步骤5：选取一垂直于所述虚拟瓣环平面的投影平面，右冠窦窦底(RCC)与左冠窦窦底(LCC)在该投影平面上的投影重合，在空间位置上，右冠窦窦底(RCC)位于左冠窦窦底(LCC)的前方，即右冠窦窦底(RCC)比左冠窦窦底(LCC)更靠近观察者一侧，如图3所示，将该模式设为第二模式，在该模式下，自动计算左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000067
和头/足位角度θ2的方法为：
a.获取投影向量ProDirection；
ProDirection＝RCC-LCC
ProDirectionx＝RCCx-LCCx
ProDirectiony＝RCCy--LCCy
Prodirectionz＝RCCz-LCCz
b.计算建议投影角度之左/右前斜角度
Figure BDA0003240070260000068
Figure BDA0003240070260000069
即：
Figure BDA0003240070260000071
当
Figure BDA0003240070260000072
时，为右前斜，当
Figure BDA0003240070260000073
时，为左前斜；
c.计算建议投影角度之头/足位角度θ2；
θ2＝arctan2(ProDirectionz，ProDirectiony)
即：θ2＝arctan2(RCCz-LCCz，RCCy-LCCy)
当θ2＞0时，为头位，当θ2＜0时，为足位。
以上对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取主动脉瓣的三维医学图像数据；
步骤2：提取主动脉瓣三个窦的窦底坐标；
步骤3：识别三个窦的窦底名称，分别为左冠窦窦底、右冠窦窦底及无冠窦窦底，将所述窦底的坐标表示为：左冠窦窦底坐标LCC(x，y，z)，右冠窦窦底坐标RCC(x,y,z)，无冠窦窦底坐标NCC(x,y,z)；
步骤4：所述三个窦底组成虚拟瓣环平面，选取一垂直于所述虚拟瓣环平面的投影平面，所述三个窦底在该投影平面上的投影呈直线分布，且所述右冠窦窦底位于所述左冠窦窦底及所述无冠窦窦底连线的中间位置，在空间位置上，所述右冠窦窦底位于所述左冠窦窦底及所述无冠窦窦底的前方，将该模式设为第一模式，在该模式下，自动计算左/右前斜角度
Figure FDA0003240070250000011
和头/足位角度θ1；
步骤5：选取一垂直于所述虚拟瓣环平面的投影平面，所述右冠窦窦底与左冠窦窦底在该投影平面上的投影重合，在空间位置上，所述右冠窦窦底位于所述左冠窦窦底的前方，将该模式设为第二模式，在该模式下，自动计算左/右前斜角度
Figure FDA0003240070250000012
和头/足位角度θ2。
2.根据权利要求1所述的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，其特征在于：
在所述步骤4中，计算左/右前斜角度
Figure FDA0003240070250000013
和头/足位角度θ1的方法为：
a.获取左冠窦窦底和无冠窦窦底连线的中点坐标MCC(x,y,z)；
Figure FDA0003240070250000014
Figure FDA0003240070250000021
Figure FDA0003240070250000022
b.获取投影向量ProDirection；
Prodirection＝RCC-MCC
ProDirectionx＝RCCx-MCCx
ProDirectiony＝RCCy-MCCy
ProDirectionz＝RCCz-MCCz
c.计算建议投影角度之左/右前斜角度
Figure FDA0003240070250000023
Figure FDA0003240070250000024
即：
Figure FDA0003240070250000025
当
Figure FDA0003240070250000026
时，为右前斜，当
Figure FDA0003240070250000027
时，为左前斜；
d.计算建议投影角度之头/足位角度θ1
θ1＝arctan2(ProDirectionz，ProDirectiony)
即：
Figure FDA0003240070250000028
当θ1＞0时，为头位，当θ1＜0时，为足位。
3.根据权利要求1或2所述的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，其特征在于：
在所述步骤5中，计算左/右前斜角度
Figure FDA0003240070250000029
和头/足位角度θ2的方法为：
a.获取投影向量ProDirection；
ProDirection＝RCC-LCC
ProDirectionx＝RCCx-LCCx
ProDirectiony＝RCCy-LCCy
ProDirectionz＝RCCz-LCCz
b.计算建议投影角度之左/右前斜角度
Figure FDA00032400702500000210
Figure FDA0003240070250000031
即：
Figure FDA0003240070250000032
当
Figure FDA0003240070250000033
时，为右前斜，当
Figure FDA0003240070250000034
时，为左前斜；
c.计算建议投影角度之头/足位角度θ2；
θ2＝arctan2(ProDirectionz，ProDirectiony)
即：θ2＝arctan2(RCCz-LCCz，RCCy-LCCY)
当θ2＞0时，为头位，当θ2＜0时，为足位。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，其特征在于，所述主动脉瓣的三维医学图像数据可为任意类型的包含人体主动脉瓣信息的医学图像数据。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，其特征在于，所述提取主动脉瓣窦底坐标通过自动提取算法获取，或者通过手动选取。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的经导管主动脉瓣置换术中造影建议投射角度的计算方法，其特征在于，所述识别三个窦的窦底名称，通过自动识别算法识别，或者通过手动标记方法进行识别。
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