TWI770235B

TWI770235B - 以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法

Info

Publication number: TWI770235B
Application number: TW107125050A
Authority: TW
Inventors: 巫湘沂
Original assignee: 巫湘沂
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-07-11
Also published as: TW202008304A

Abstract

本發明揭露一種以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，該方法包含步驟：a)提供針對人體臟器同一位置方向的一連續X光影像，其中一受測病患注射之顯影劑已部分呈現於該連續X光影像中；b)將血管位置由該連續X光影像中的數幀進行定位；c)除去該連續X光影像中非血管的背景；d)計算該連續X光影像各幀中，代表血管的像素位移數，並依序累計之；e)計算像素位移數在每幀X光影像時間點的增加率，進而找出增加率符合一預設情況的至少一時點；及f)定出在該至少一時點時，發生位移的像素位置。

Description

以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法

本發明關於一種判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，特別是一種以X光連續照射顯影劑注射之病患的動態影像，來判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法。

近年來，台灣十大死因中，心臟血管疾病一直高居第二位，其中冠狀動脈疾病(Coronary Artery Disease，CAD)又高居心血管疾病的第三位，僅次於高血壓及腦中風。CAD的形成原因為輸送血液到心臟的血管(冠狀動脈)發生阻塞或狹窄，進而造成心臟缺氧。這些病患極有可能變成急性心肌梗塞，病患往往會在短期內發生致命性的心律不整或是因為心臟肌肉細胞的大量受損而導致心臟衰竭，其死亡率相當驚人。

傳統上針對CAD的治療方式不外乎藥物治療與介入性治療，如血管支架，而預防性或為治療而施作的檢查則以心臟血管攝影(Coronary Angiography，CAG)為主。CAG以顯影劑注射成像為技術手段，可呈現心血管外觀，藉以判斷是否有狹窄情況發生，是一種標準檢查。其中，CAG的計量方法之一為定量冠狀動脈造影(Quantitative Coronary Angiography，QCA)，用以顯示心血管管徑狹窄度。然而，單從心血管的外觀照片，很難斷定其與心肌功能的關聯性。此外，另一種用來實際偵測心血管功能的技術為侵入式的血流儲備分數(Fractional Flow Reserve，FFR)偵測，藉偵測血流壓力導線，從而由流量差異比例反映供應心肌的血流量，是一種判斷心血管狹窄影響缺氧程度的黃金指標。然而，這種技術存在繁複費時的缺點、侵入人體操作的風險，以及操作誤差的問題。是故，FFR也不全然對心血管的病因判斷有良好的貢獻。

隨著電腦影像處理技術的進步，傳統的血管攝影可以進一步取得動態影像，即連續同方位的攝影結果，藉以提供更多的數據來判斷心血管的實際情形，同時滿足"非侵入"的要求。同樣地，也可以用來觀察其他臟器內血管，比如顱內血管的阻塞情況。可惜的是，目前尚沒有一種相應的技術，可以有效判斷血管血流量變化及血管阻塞區域。本發明即是針對這種需求提出的創新技術。

本段文字提取和編譯本發明的某些特點。其它特點將被揭露於後續段落中。其目的在涵蓋附加的申請專利範圍之精神和範圍中，各式的修改和類似的排列。

為了能利用血管攝影的動態影像有效判斷血管血流量變化，及血管可能存在的狹窄處，本發明揭露一種以動態影像判斷血管阻塞區域之方法，該方法包含步驟：a)提供針對人體臟器同一位置方向的連續X光影像，其中一受測病患注射之顯影劑已部分呈現於該連續X光影像中；b)將血管位置由該連續X光影像中的數幀進行定位；c)除去該連續X光影像中非血管的背景；d)計算該連續X光影像各幀中，代表血管的像素位移數，並依序累計之；e)計算像素位移數在每幀X光影像時間點的增加率，進而找出增加率符合一預設情況的至少一時點；及f)定出在該至少一時點時，發生位移的像素位置。

依照本發明，步驟b)可以光流法(Optical Flow Method)執行。其中代表血管的像素明亮度未超過一預設值時，可不列入位移計算。

在一實施例中，進一步於步驟a)後包含一步驟a1)：將該連續X光影像的各幀之像素進行模糊化處理。

依照本發明，該預設情況可為增加率低於平均增加率。該預設情況可為增加率低於一預設值，比如2.5%。該預設情況一可為增加率低於一預設值且延續時間長於一特定時間，其中該預設值可為1.5%，該特定時間可為0.7秒。

本發明針對連續X光影像，找出代表血管位置的像素，進而找出每幀影像代表血管位置像素的位移，以此判斷血管可能存在的狹窄處，滿足前述需求。

請參閱圖1為本發明之一實施例的一種以動態影像判斷血管阻塞區域之方法的流程圖，圖2到圖17為示意圖，各代表一受測病患注射顯影劑後進行連續血管攝影的特定時點下的影像(幀)，圖18繪示血管位置的像素範圍，圖19繪示正規化數值隨著影像的變化關係，圖20繪示增加率隨著影像的變化關係。

本發明將藉由參照下列的實施方式而更具體地描述。

請參閱圖1，該圖為本發明之一實施例的一種以動態影像判斷血管阻塞區域之方法的流程圖。在本實施例中，以心血管為判斷標的。該方法包含以下步驟。首先，提供針對人體臟器(在本實施例中為心臟)同一位置方向的連續X光影像，其中一受測病患注射之顯影劑已部分呈現於該連續X光影像中(S01)。為了對本步驟有較佳的理解，請參閱圖2到圖17，該些圖式為示意圖，各代表一受測病患注射顯影劑後進行連續CAG的特定時點下的影像(幀)。要注意的有幾點：一、依照本發明，該些連續X光影像的拍攝位置，必須是針對病患的同一位置(如特定心血管)及同一角度(比如由病患胸腔正上方實施X光攝影)。二、影像中必須有顯影劑流經，但不必要是全部。這點是用以計算心血管位置與潛在狹窄區域的基礎。在本實施例中以一個模擬例子進行說明，其幀率(Frame Rate)為每秒5幀。然而本發明不以此限。實作上，幀率可以是每秒10-15幀，甚至更高。

第二步驟，將血管(心血管)位置由該連續X光影像中的數幀進行定位(S01)。由於心血管的位置會受心跳影響，隨時間的不同而變化，因此如何從連續圖像中定義出心血管所代表的像素(Pixel)是影像處理的重點。一般來說，有許多種方法，比如光流法(Optical Flow)、連續影像相減法(Temporal Differencing)、背景相減法(Background Subtraction)等。在本實施例中，以光流法來實現。為了有較佳的理解，請配合圖2到圖17進行說明。影像中位移的物件有隨心跳擺盪的血管、流動的顯影劑及背景位移。在相對明暗變化的影像中，首先要掌握顯影劑流動。如該些圖式所繪示，圖2描述有些許的顯影劑(黑斜線圖像)出現，圖3出現更多的顯影劑，同時也勾勒出更多的心血管輪廓。隨著時間的推移，較後的圖式(X光影像)顯示出更多的心血管位置。然而，受到心跳的影響，後一張圖代表同一心血管位置的像素會移動。利用光流法將心血管邊界的像素，由圖2到圖17的變化過程標定出來。必要時，先將將連續X光影像的各幀之像素進行模糊化處理，以方便光流法進行演算。此外，CAG的影像要設定至一定濃度才會偵測到，以避免背景位移干擾。也就是說，代表心血管的像素明亮度未超過一預設值(灰階值)時，不列入光流法的位移計算。也因此，在實施光流法計算心血管邊界像素位置時，過淡的顯影劑可被模糊抹除。

接著，除去該連續X光影像中非血管(心血管)的背景(S03)。在圖2到圖17中，左上方與右下方都有一塊陰影，這可能代表背景中的雜訊，如肌肉或骨骼的位置。此外，立體空間資訊投影成為平面影像，降維的結果也可能造成資訊失真。這些雜訊要被去除。由圖17中得到的純粹為心血管位置的圖案為圖18之虛線表示。至此，表示心血管位置的像素可被標定出(虛線含其內部平面)，並進而回推前面各幀影像中，心血管相對位置的像素。

第四步，計算該連續X光影像各幀中，代表血管(心血管)的像素位移數，並依序累計之(S04)。因為步驟S03中已經標定所有的心血管像素，可以統計其數量，比如25000點。而像素位移數每幀X光影像相對前一影像，心血管像素受到顯影劑影響，產生變化的像素數，比如第一幀有2000點、第二幀2100點...。累計的結果可以正規化(Normalization)的方式表示，比如前兩幀的像素位移數累計為4100點，相對總像素25000點為16.4%。在本實施例中，正規化數值隨著影像(或時間)的變化關係繪於圖19中。

接著，計算像素位移數在每幀X光影像時間點的增加率，進而找出增加率符合一預設情況的至少一時點(S05)。由於步驟S04中找出了每一幀代表心血管的像素位移數，就由此可以計算出在每幀X光影像時間點的增加率(將前後幀的像素位移數相減後除以前幀的像素位移數)。本實施例的增加率隨著影像(或時間)的變化關係繪示於圖20。在本步驟中，要尋找至少一個時間點，其增加率滿足預設情況。依照本發明，該預設情況可以是增加率低於平均增加率。若取每一幀X光影像的時點上的增加率來加總平均，那增加率低於平均增加率的時點便符合要求。在圖19中，該時點發生於箭號所指位置。或者，該預設情況也可以是增加率低於一預設值。這預設值可以依照醫生對各種不同的臨床病例綜整得出，比如2.5%，在本實施例中，如圖20所繪示的第11幀影像所對應的位置。當然，該預設情況更可以是增加率低於一預設值且延續時間長於一特定時間。比如，預設值為1.5%，該特定時間為0.7秒。

最後，定出在該至少一時點(圖像)時，發生位移的像素位置。很明顯，由圖19或圖20都可知，該至少一時點發生於第11幀圖像拍攝時。回頭尋找第11幀圖(圖12)，便可找到代表心血管的像素位移數較少的地方，也就是圖中以圓虛線繪示的位置，該位置潛在狹窄區域，有心血管病變的可能。這個資料便可提供給醫生進行進一步的判讀與處置。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，通過一電腦以執行，包含步驟：a)提供針對人體臟器同一位置方向的連續X光影像，其中一受測病患注射之顯影劑已部分呈現於該連續X光影像中；b)將心血管位置由該連續X光影像中的數幀進行定位；c)除去該連續X光影像中非心血管的背景；d)計算該連續X光影像各幀中，代表心血管的像素位移數，並依序累計之；e)計算該像素位移數在每幀X光影像時間點的增加率，進而找出增加率符合一預設情況的至少一時點；及f)定出在該至少一時點時，發生位移的像素位置。
如申請專利範圍第1項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，其中步驟b)以光流法(Optical Flow Method)執行。
如申請專利範圍第2項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，其中代表心血管的像素明亮度未超過一預設值時，不列入位移計算。
如申請專利範圍第1項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，進一步於步驟a)後包含一步驟a1)：將該連續X光影像的各幀之像素進行模糊化處理。
如申請專利範圍第1項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，其中該預設情況為增加率低於平均增加率。
如申請專利範圍第1項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，其中該預設情況為增加率低於一預設值。
如申請專利範圍第6項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，其中該預設值為2.5%。
如申請專利範圍第1項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，其中該預設情況為增加率低於一預設值且延續時間長於一特定時間。
如申請專利範圍第8項所述之以動態影像判斷血流量變化及血管阻塞區域之方法，其中該預設值為1.5%，該特定時間為0.7秒。