專利名稱：由投影成像得到的經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓跔顒?dòng)脈血流的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療成像領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及用于由感興趣對(duì)象 的圖像序列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償判斷的檢査設(shè)備，還涉及對(duì)血流 動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的方法、圖像處理裝置、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和程 序單元。
背景技術(shù)：
由經(jīng)造影的x射線血管照片得到的狹窄分級(jí)對(duì)于在心臟Cathlab中為發(fā) 病的冠狀動(dòng)脈提供微創(chuàng)治療具有重要意義。冠狀動(dòng)脈病變處的容積流量受 阻和壓力下降增大是冠心病的主要原因。對(duì)于有充分根據(jù)的治療決策而言， 重要的是能夠在日常臨床過(guò)程中對(duì)這樣的狹窄的嚴(yán)重程度做出評(píng)估。目前， 采用對(duì)冠狀動(dòng)脈血管照片的主觀視覺檢查或者采用血管內(nèi)壓力表確定壓力 下降來(lái)評(píng)估這一嚴(yán)重程度。冠狀動(dòng)脈隨著患者的心搏和呼吸而運(yùn)動(dòng)，因而 需要血管本身的運(yùn)動(dòng)和血管內(nèi)血流之間的分離來(lái)進(jìn)行對(duì)臨床有價(jià)值的評(píng) 估。

發(fā)明內(nèi)容
希望實(shí)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈血流的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定。
應(yīng)當(dāng)注意，下文描述的本發(fā)明的示范性實(shí)施例同樣適用于所述方法、 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、圖像處理裝置和程序單元。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，提供了一種用于由感興趣對(duì)象的圖像序 列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的檢査設(shè)備，所述檢查設(shè)備包括適于 執(zhí)行對(duì)感興趣對(duì)象的某一區(qū)域內(nèi)的第一容積流量進(jìn)行確定的分析單元，其 中，所述確定步驟包括基于在所述圖像序列中對(duì)第一標(biāo)記的第一位置進(jìn)行 的跟蹤執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，其中，所述標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
因此，所述檢査設(shè)備可以適于確定運(yùn)動(dòng)，并由此確定可以是(例如)冠狀動(dòng)脈的區(qū)域內(nèi)的容積流量、流體特性或瞬變特性。為了確定所述血流 動(dòng)態(tài)特性，在圖像序列中檢測(cè)存在于感興趣對(duì)象的區(qū)域內(nèi)的第一標(biāo)記的位 置。該標(biāo)記適于對(duì)感興趣區(qū)域(即，感興趣的血管段)進(jìn)行標(biāo)記。
但是，應(yīng)當(dāng)注意，可以存在其他標(biāo)記。例如，可以提供第二標(biāo)記，并 且也對(duì)其在圖像序列中的位置進(jìn)行跟蹤。因而，不僅可以確定線性運(yùn)動(dòng)并 對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，還可以確定包括兩個(gè)標(biāo)記的結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。 例如，如果還要跟蹤第三標(biāo)記，那么可以確定所述結(jié)構(gòu)的三維運(yùn)動(dòng)(例如 彎曲或變形)并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。
應(yīng)當(dāng)注意，詞語(yǔ)"運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償"或"運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定"還表示"變形補(bǔ)償" 或"變形補(bǔ)償確定"。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述檢査設(shè)備還包括獲取單元，其
適于在專用血流運(yùn)行(run)和標(biāo)準(zhǔn)獲取運(yùn)行之一中獲取所述圖像序列。 因此，根據(jù)本發(fā)明的這一示范性實(shí)施例，可以在特別針對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償流
量確定過(guò)程獲取的數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，或者在普通檢査過(guò)程中獲取的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)
據(jù)集的基礎(chǔ)上執(zhí)行所述經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)难鞔_定。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，根據(jù)下述方案獲取所述圖像序列或
數(shù)據(jù)集在沒有造影劑的情況下獲取第一圖像數(shù)據(jù)，應(yīng)用少量稀釋的造影
劑，接下來(lái)在多個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)獲取對(duì)應(yīng)于造影劑的流入和流出的第二圖像數(shù)據(jù)。
這樣，在其間不用使成像器停止并重新開始的一次獲取中，在緊跟第 一次"排空"心搏之后和與第一次"排空"心搏同時(shí)通過(guò)感興趣對(duì)象的流 入和流出過(guò)程期間，觀察未使所述標(biāo)記模糊的稀釋造影劑。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述圖像序列是血管照片數(shù)據(jù)集。 因此，可以基于血管照片數(shù)據(jù)提供用于冠狀動(dòng)脈狹窄分級(jí)的血流確定。 根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償包括采用心搏數(shù)據(jù)或 呼吸(或呼氣)數(shù)據(jù)。
因而，不僅可以基于第一和第二標(biāo)記位置執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，還可以基于 心電圖數(shù)據(jù)(如果對(duì)患者的心臟成像的話)或者基于呼吸數(shù)據(jù)(例如，在 對(duì)患者肺部成像的情況下)執(zhí)行所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
也可以將所述方法應(yīng)用于肺部血管。但是，本發(fā)明的主要應(yīng)用領(lǐng)域是呼吸運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償，其中，心臟自身搏動(dòng)，但是其發(fā)生了變形，而且因呼吸 而飄忽不定。因而，本發(fā)明的應(yīng)用可以包括心搏運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償、呼吸運(yùn)動(dòng)的 補(bǔ)償、自主患者運(yùn)動(dòng)和非自主患者運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償及其任意組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述分析單元還適于至少基于所述 第一標(biāo)記的第一位置和第二標(biāo)記的第二位置確定造影劑濃度的時(shí)間強(qiáng)度曲 線，并執(zhí)行基于模型的血流分析，即使在存在強(qiáng)脈動(dòng)效應(yīng)的情況下，該分 析也適于確定總?cè)莘e流量和壓力下降中的至少之一。
因此，即使在存在強(qiáng)脈動(dòng)效應(yīng)的情況下，通過(guò)從運(yùn)動(dòng)的冠狀動(dòng)脈中的 至少兩個(gè)明確定義的點(diǎn)收集造影劑濃度的時(shí)間強(qiáng)度曲線，也可能實(shí)現(xiàn)適于 總?cè)莘e流量確定、壓力下降和其他相關(guān)參數(shù)的基于模型的血流分析。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述基于模型的血流分析包括在心 動(dòng)周期內(nèi)使流速發(fā)生變化，并且在可以取得心電圖數(shù)據(jù)作為輸入時(shí)，對(duì)這 樣的脈動(dòng)做出補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，感興趣對(duì)象是冠狀動(dòng)脈，其中，感 興趣對(duì)象的區(qū)域是冠狀動(dòng)脈的第一血管段。
此外，所述第一和第二標(biāo)記適于作為導(dǎo)絲、半透明導(dǎo)絲、支架裝置和
氣脹裝置(ballooning device)之一的距離標(biāo)記。
因此，根據(jù)本發(fā)明的這一示范性實(shí)施例，在冠狀動(dòng)脈內(nèi)存在具有至少 兩個(gè)可檢測(cè)標(biāo)記的干預(yù)裝置，其允許對(duì)感興趣血管段做出標(biāo)記。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述分析單元還適于補(bǔ)償所述第一 容積流量在所述心動(dòng)周期內(nèi)的變化性，其中所述補(bǔ)償是通過(guò)一段預(yù)定時(shí)間 的造影劑注入或者通過(guò)在接下來(lái)的分析中包含并補(bǔ)償所述變化性來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述接下來(lái)的分析是視頻密度測(cè)量 (videodensitometric)分析。
根據(jù)本發(fā)明的又一示范性實(shí)施例，所述確定步驟還適于確定所述冠狀 動(dòng)脈的第二血管段內(nèi)的第二容積流量，以及基于所述第二容積流量確定所 述第一血管段內(nèi)的壓力下降。
因此，根據(jù)這一實(shí)施例，不僅可以確定所述第一血管段內(nèi)的血流動(dòng)態(tài) 特性或容積流量，還可以確定壓力變化。其可以提供狹窄分級(jí)的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述檢査設(shè)備適于作為三維計(jì)算機(jī) 斷層掃描設(shè)備和三維旋轉(zhuǎn)X射線設(shè)備之一。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，將所述檢查設(shè)備配置為包括材料測(cè) 試設(shè)備(例如，適于評(píng)估諸如內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件中的流體動(dòng)態(tài)特性的設(shè)備) 和用于對(duì)在運(yùn)動(dòng)的官腔或容器內(nèi)顯示出流動(dòng)現(xiàn)象的序列成像的醫(yī)療應(yīng)用設(shè) 備的組中的一個(gè)。本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域可以是醫(yī)療成像。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，提供了一種采用檢查設(shè)備由感興趣 對(duì)象的圖像序列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的方法，所述方法包括 確定感興趣對(duì)象的區(qū)域內(nèi)的血流動(dòng)態(tài)特性的步驟，其中，所述確定步驟包 括基于在所述圖像序列中對(duì)第一標(biāo)記的第一位置進(jìn)行跟蹤而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ) 償，其中，所述第一標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
其可以提供魯棒、精確的血流動(dòng)態(tài)特性分析。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，可以提供一種用于對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的圖像處理裝置，所述圖像處理裝置包括用于存儲(chǔ)感興 趣對(duì)象的圖像序列的存儲(chǔ)器和適于執(zhí)行上述方法步驟的分析單元。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，可以提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，在 所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中存儲(chǔ)了用于由感興趣對(duì)象的圖像序列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特 性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的計(jì)算機(jī)程序，在由處理器執(zhí)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序 使所述處理器執(zhí)行上述方法步驟。
此外，按照本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，可以提供一種用于對(duì)血流動(dòng) 態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的程序單元，在由處理器執(zhí)行時(shí)，所述程序單元 使所述處理器執(zhí)行上述方法步驟。
應(yīng)當(dāng)注意，可以將所述感興趣對(duì)象的檢查方法(包括血流動(dòng)態(tài)特性的 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定)體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序，即，通過(guò)軟件，或者可以采用一個(gè)或 多個(gè)專用電子優(yōu)化電路，即，通過(guò)硬件對(duì)所述方法加以體現(xiàn)，或者可以以 混合的方式，g卩，通過(guò)軟件部件和硬件部件體現(xiàn)所述方法。
優(yōu)選將根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的程序單元加載到數(shù)據(jù)處理器的工 作存儲(chǔ)器內(nèi)。因而，可以通過(guò)配備所述數(shù)據(jù)處理器而執(zhí)行本發(fā)明的方法的
示范性實(shí)施例?？梢酝ㄟ^(guò)任何適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，例如，C十+編寫所述計(jì) 算機(jī)程序，并且可以將其存儲(chǔ)到諸如CD-ROM的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。而且，可以從諸如萬(wàn)維網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)獲得所述計(jì)算機(jī)程序，通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)可以將所述 計(jì)算機(jī)程序下載到圖像處理單元或處理器或者任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)內(nèi)。
可以將本發(fā)明的示范性實(shí)施例的主旨視為由動(dòng)態(tài)冠狀動(dòng)脈血管照片確 定冠狀動(dòng)脈內(nèi)的血流和壓力下降，其中，所述血管照片是在專用的血流運(yùn) 行中獲取的或者是作為標(biāo)準(zhǔn)的診斷性獲取而獲取的。采用具有適于對(duì)感興 趣血管段進(jìn)行標(biāo)記的至少兩個(gè)可檢測(cè)標(biāo)記的干預(yù)裝置來(lái)執(zhí)行對(duì)血流和壓力 下降的確定。在這一示范性實(shí)施例中，優(yōu)選借助X射線控制在微創(chuàng)治療過(guò) 程中，從已經(jīng)存在于感興趣冠狀動(dòng)脈中的裝置取得所述標(biāo)記。其可以提供 血流和壓力下降確定的魯棒性和精確性。
通過(guò)下文描述的實(shí)施例和參考其做出的解釋，本發(fā)明的這些和其他方 面將變得顯而易見。


在下文中，將參考下述

本發(fā)明的示范性實(shí)施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的檢查設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖表示; 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性方法的流程圖3示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明 的圖像處理裝置的示范性實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
附圖中的圖示只是示意性的。在不同的圖中，采用相同的附圖標(biāo)記表 示類似或相同的元件。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的檢査設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖表示。 可以將本發(fā)明應(yīng)用于二維成像領(lǐng)域，例如，x射線熒光透視檢査、x射
線血管照片、超聲或視頻成像。在這種情況下，可以采用常規(guī)X射線系統(tǒng) 進(jìn)行檢查。此外，可以將本發(fā)明應(yīng)用于三維成像領(lǐng)域，例如，三維旋轉(zhuǎn)X
射線成像或者三維旋轉(zhuǎn)血管照片成像。
在必須由投影成像確定運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償冠狀動(dòng)脈血流時(shí)，尤其可以采用本發(fā) 明，但是在必須檢測(cè)血管內(nèi)的壓力變化時(shí)，也可以采用本發(fā)明。
圖1所示的設(shè)備是一種C型臂x射線檢查設(shè)備，其包括利用附著件11附著至頂板(圖1中未示出)的C型臂10。所述C型臂10支撐x射線源 12和檢測(cè)器單元13。控制單元16適于控制所述獲取過(guò)程。
將所述檢測(cè)器單元13生成的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至受計(jì)算機(jī)控制的圖像處理 單元17。
此外，可以提供心電圖(ECG)單元18，以記錄患者心臟的心搏。之 后，將對(duì)應(yīng)的ECG數(shù)據(jù)發(fā)送至圖像處理單元17。此外，還可以記錄呼氣數(shù) 據(jù)，并將其發(fā)送至圖像處理單元17。
圖像處理單元17適于執(zhí)行上述方法步驟。
此外，所述系統(tǒng)還可以包括適于使所獲取的圖像可視化的監(jiān)視器19。 監(jiān)視器19示出了包括處于一個(gè)血管分支內(nèi)的兩個(gè)標(biāo)記20和21的血管。
本發(fā)明主要涉及2D圖像數(shù)據(jù)序列，但是也可以將本發(fā)明應(yīng)用于由計(jì)算 機(jī)斷層掃描或磁共振成像器生成的3D圖像數(shù)據(jù)的序列。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性方法的流程圖。
對(duì)冠狀動(dòng)脈血流的干預(yù)評(píng)估對(duì)于冠狀動(dòng)脈狹窄分級(jí)和結(jié)果控制，艮P， 對(duì)于因冠心病而實(shí)施的干預(yù)具有重要意義。但是，診斷性血管照片只能提 供冠狀動(dòng)脈的投射的管腔，這僅是血流和壓力下降的間接度量。
希望能夠在不依賴于觀察者對(duì)所投射的血管官腔的視覺印象的情況下 或者在不依賴于額外的干預(yù)裝置的情況下，由血管照片序列客觀地評(píng)估冠 狀動(dòng)脈狹窄的流阻和剩余流量(residual flow volume)。在Shpilfoygel SD、 Close RA、 Valentino DJ、 Duckwiler GR的"X-ray videodensitometric methods for blood flow and velocity measurement: A critical review of literature", Medical Physics 27 (9)， pp2008-2023, 2000中描述了基于視頻密度測(cè)量法由 投影確定血流的圖像分析，但是目前為止尚未成功地將其轉(zhuǎn)移到適用于冠 狀動(dòng)脈的可用臨床系統(tǒng)當(dāng)中。
允許由投影血管照片對(duì)流經(jīng)冠狀動(dòng)脈的血流做出客觀評(píng)估的視頻密度 測(cè)量法的應(yīng)用可能需要對(duì)下述偏差源做出補(bǔ)償導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈的復(fù)雜變形 的心臟收縮、導(dǎo)致心臟在胸腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)的呼吸運(yùn)動(dòng)、非平面血管幾何形狀的 透視縮小偽影(foreshortening artifact)以及由于心動(dòng)周期內(nèi)半徑和驅(qū)動(dòng)壓 力的變化而導(dǎo)致的流量的變化性。
此外，用于視頻密度測(cè)量血流分析的算法的魯棒性和精確性可能是有限的。根據(jù)本發(fā)明的方法解決了所有的上述問(wèn)題，因而能夠?qū)崿F(xiàn)在Cathlab 干預(yù)過(guò)程中對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行視頻密度測(cè)量血流評(píng)估。 根據(jù)第一實(shí)施例，獲取專用血流獲取協(xié)議。
在步驟1中，將具有距離標(biāo)記的導(dǎo)絲置于感興趣血管段上。在步驟2 中，在患者屏息期間獲取采用稀釋的造影劑得到的診斷性血管照片。之后， 在步驟3中，提取導(dǎo)絲上的標(biāo)記，所述標(biāo)記在感興趣血管段中以明確定義 的距離定義了運(yùn)動(dòng)的冠狀動(dòng)脈中的固定位置。之后，提取處于這些位置處 的造影劑濃度的時(shí)間強(qiáng)度曲線，以供視頻密度測(cè)量分析(步驟4)。基于模 型的血流分析可以包括使流速在心動(dòng)周期內(nèi)發(fā)生變動(dòng)，并且在可以取得 ECG做為輸入時(shí)，對(duì)這樣的脈動(dòng)性進(jìn)行補(bǔ)償。
這一基本方法的擴(kuò)展可以包括應(yīng)用可得的方法來(lái)補(bǔ)償所述標(biāo)記的心臟 和呼吸運(yùn)動(dòng)，從而即使在所述標(biāo)記因造影劑而變得模糊時(shí)，也能夠確定所 述標(biāo)記的位置。
在Konink Philips Electronics NV的Philips Intellectual Property GMBH 的WO 2005039253A1中以及BrednoJ、 EckK、 RongenP的"Angiographic image providing device for operating vascular system, generates angiogram image related to matching between heartbeat phase with given heartbeat phase based on function describing position of heart"中描述了這樣的心臟運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
這可以允許將同樣的方法應(yīng)用于血管變得完全不透明，甚至患者在獲 取過(guò)程中沒有屏息的標(biāo)準(zhǔn)血管照片當(dāng)中。
對(duì)于兩個(gè)實(shí)施例而言，對(duì)容積流量在心動(dòng)周期內(nèi)的變化性的補(bǔ)償是通 過(guò)預(yù)定時(shí)間的造影劑注入或者通過(guò)在后繼的視頻密度測(cè)量分析中包含并補(bǔ) 償這一效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的。
作為用于血流和狹窄評(píng)估的第一步驟，可能必須識(shí)別出至少兩個(gè)在心 搏和呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在冠狀動(dòng)脈內(nèi)保持固定的點(diǎn)。例如，這些標(biāo)記可以分 別位于可疑血管段的上游和下游。例如，只要在血管中不存在或只存在少 量造影劑，由干預(yù)裝置(如Florent R、Nosjean L、Lelong P的"Medical viewing system and method for enhancing structures in noisy images " ， WO 03/043516A2，2003中所述)或者導(dǎo)絲分段(如Baert S、Niessen WJ、Meijering EHW、 Frangi AF、 Viergever AF的"Guide wire tracking during endovascularinterventions" Delp SL、 DiGioiaAM、 JaramazB (eds.): MICCAI2000， Proc. LNCS 1935， pp. 727-734， 2000)提供的對(duì)標(biāo)記的跟蹤就能夠提供這樣的標(biāo) 記位置。但是，這可能與當(dāng)前的旨在使血管變得顯著不透明的臨床協(xié)議相 抵觸。
相反，基于對(duì)經(jīng)造影血管的圖像分析的冠狀動(dòng)脈跟蹤(例如，如 Hoffmann KR、 SenA、 LanL、 Kok畫GeeC、 Esthappan-J、 MazzuccoM的"A system for determination of 3D vessel tree centerlines from biplane images", International Journal of Cardiac Imaging, 16(5) ， pp. 315-330 ， 2000中所述)
需要頻繁的人工交互，并且受到無(wú)法得到沿血管中心線的精確位置的困擾。 因此，提供了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的改變的專用血流協(xié)議。在這 一實(shí)施例中，采用了導(dǎo)絲或者任何其他具有距離標(biāo)記的干預(yù)裝置，并將其 在感興趣冠狀動(dòng)脈段上引導(dǎo)。獲取專用的血流序列。在這一序列中，要求 患者屏息。之后，在沒有造影劑的情況下對(duì)一個(gè)心動(dòng)周期成像，接下來(lái)， 注入少量的稀釋的造影劑。對(duì)這一造影劑在幾個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的流入和流出
成像。將下述處理應(yīng)用于所述獲取過(guò)程
采用(例如)模板跟蹤或者其他公知的利用計(jì)算機(jī)視覺的方法提取可 疑血管段的至少一個(gè)上游標(biāo)記和一個(gè)下游標(biāo)記的位置。分別將所述標(biāo)記的
位置存儲(chǔ)到xl(t)和x2(t)內(nèi)。
之后，ECG的同步分析提供了所述血管照片序列中的所有幀的心動(dòng)周
期相位。ECC(t)。
此外，由于在所有幀中均已知這兩個(gè)點(diǎn)的位置，因而從血管照片中提 取局部x射線衰減TICl(t)和TlC2(t)。即使在發(fā)生了強(qiáng)烈彎曲和透視縮小的 情況下，這兩個(gè)點(diǎn)之間的距離也是明確已知的，因?yàn)檫@些點(diǎn)位于導(dǎo)絲或干 預(yù)裝置上。
之后，通過(guò)將實(shí)際灰度級(jí)與第一未造影的心動(dòng)周期內(nèi)的相應(yīng)位置處的 灰度級(jí)進(jìn)行比較，來(lái)確定血管中的局部造影劑濃度。
最后，由所述標(biāo)記的幾何設(shè)計(jì)得知冠狀動(dòng)脈中兩個(gè)對(duì)照點(diǎn)之間的距離 L。這一固定的距離連同背景校正的TICP(t)和TIC2，t)(與上述TICl(t)和 TlC2(t)相比含有修正數(shù)據(jù)) 一起允許應(yīng)用適當(dāng)?shù)乃惴ǖ玫揭曨l密度測(cè)量血 流評(píng)估，并由此確定流經(jīng)感興趣血管段的血量。在本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例中，應(yīng)用了一種用于視頻密度測(cè)量的基 于模型的方法。在這一血流模型中，將造影劑模擬輸送通過(guò)長(zhǎng)度和半徑已
知的血管段。之后，所述模型以TICl(t)作為所觀察到的進(jìn)入這一血管段的 輸入，針對(duì)各種流量、血管截面的速度分布、造影劑和血液之間的擴(kuò)散常 數(shù)和隨時(shí)間變化的驅(qū)動(dòng)壓力來(lái)預(yù)測(cè)TlC2'(t)。這些參數(shù)的優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所 述模型的調(diào)諧，從而使預(yù)測(cè)的TlC2'(t)和所觀察到的TlC2(t)盡可能相似。
之后，能夠從經(jīng)調(diào)諧的模型參數(shù)讀出所有相關(guān)的血流信息，尤其是容 積流量。對(duì)于冠狀動(dòng)脈血流而言，有必要與可變驅(qū)動(dòng)壓力p(t)協(xié)同工作，而 且，引入可變的血管半徑r(t)可能是有利的，p(t)和r(t)二者均在心動(dòng)周期上 發(fā)生變化。因此，所述模型必須額外優(yōu)化兩個(gè)由幾個(gè)標(biāo)量參數(shù)(例如，它
們的最大和最小值和在心動(dòng)周期內(nèi)相應(yīng)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻)合成的函數(shù)p(4)EC(J)
和r(4)ECG)?？梢圆捎糜嘘P(guān)p(4)ECG)和r(小ECG)的預(yù)期趨勢(shì)(course)的生理 學(xué)先驗(yàn)知識(shí)作為初始設(shè)置，因而只需要實(shí)現(xiàn)與患者之間的變化性進(jìn)行匹配
即可。還可以由在相應(yīng)的4)KXJ處獲取的血管照片估算冠狀動(dòng)脈(其局部嵌
入到心肌層內(nèi)，因此受到變化的外加壓力的作用)的最大和最小半徑。
如果還確定一個(gè)健康的冠狀動(dòng)脈段內(nèi)的容積流量，那么還有可能對(duì)由 狹窄造成的額外的壓力下降定量。
作為擴(kuò)展和額外的實(shí)施例，可以提供甚至允許將血流分析應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn) 的診斷性血管照片的方法。
可以采用干預(yù)裝置或半透明導(dǎo)絲替代具有距離標(biāo)記的導(dǎo)絲。在Florent R、 Nosjean L、 Lelong P的"Medical viewing system and method for enhancing structures in noisy images", WO 03/043516A2， 2003中描述了干預(yù)裝置上的 標(biāo)記的提取，在BaertS、 NiessenWJ、 Meijering EHW、 FrangiAF、 Viergever AF的"Guide wire tracking during endovascular interventions", Delp SL， DiGioia AM， Jaramaz B(eds.): MICCAI 2000， Proc. LNCS 1935， pp. 727-734， 2000中針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)絲描述了采用端點(diǎn)定位的導(dǎo)絲跟蹤。
另一擴(kuò)展可以允許在完全造影的血管照片獲取當(dāng)中確定冠狀動(dòng)脈中的 至少兩個(gè)固定位置，即使所述標(biāo)記會(huì)因造影劑注入而變得部分模糊也是如 此，其中，諸如造影劑注入的目的在于對(duì)完全不透明的血管內(nèi)官腔成像
首先，基于感興趣血管內(nèi)是否含有造影劑的信息對(duì)血管照片的幀進(jìn)行初步分類。在AachT、 ConduracheA、 EckK、 Bredno J的"Statistical-model based identification of complete vessel-tree frames in coronaiy aniograms"， Bouman CA and Miller EL (eds.)， Electronic Imaging 2004: Computational Imaging, Proc. SPIE 5299， pp 283-294， 2004中描述了相應(yīng)的方法。
第二，模板跟蹤或其他已知方法(如Baert S、 Niessen WJ、 Meijering EHW、 Frangi AF、 Viergever AF的"Guide wire tracking during endovascular interventions", Delp SL， DiGioia細(xì)，JaramazB (eds.): MICCAI2000， Proc. LNCS 1935， pp. 727-734， 2000以及Florent R、 Nosjean L、 Lelong P 的"Medical viewing system and method for enhancing structures in noisy images", WO 03/043516A2, 2003中所公開的)可以提供被分類為不含有 或含有少量造影劑的所有幀中冠狀動(dòng)脈的兩個(gè)點(diǎn)的位置xl(t)和x2(t)。
第三，呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可以提供心臟在胸腔內(nèi)的全局運(yùn)動(dòng)。例如，可以 采用從投射血管照片得到的呼吸吸入的深度4 (1)確定以不同的呼吸吸入 深度獲取的幀之間的補(bǔ)償偏移A(0^5u, 0 ,2)，從而將成像后的冠狀動(dòng)脈 在彼此之上配準(zhǔn)(registered)。在當(dāng)前無(wú)法從血管照片幀中看到冠狀動(dòng)脈時(shí)， 也可以采用這一補(bǔ)償。
采用這一補(bǔ)償，由xl(t)、 x2(t)和0呼吸(t)計(jì)算經(jīng)過(guò)呼吸補(bǔ)償?shù)奈恢脁l'(t) 和x2'(t)，這樣將只依賴于心搏，而不再依賴于呼吸。
之后，結(jié)合上述信息，以建立曲線x1(①ecg,①呼吸)和x2(①ecg，cD呼吸)， 所述曲線將針對(duì)不斷變化的呼吸吸入深度確定心動(dòng)周期的任意相位處冠狀 動(dòng)脈中的兩個(gè)固定點(diǎn)的位置。
現(xiàn)在能夠針對(duì)所有的幀計(jì)算位置xl(t)和x2(t)，在所述幀中，由于血管 內(nèi)造影劑的影響無(wú)法看到所述標(biāo)記。與冠狀動(dòng)脈中心線的局部自適應(yīng)匹配 能夠校正由這一預(yù)測(cè)引起的小的偏差。
當(dāng)在整個(gè)血管照片持續(xù)時(shí)間內(nèi)提取xl(t)和x2(t)時(shí)，可以在無(wú)需進(jìn)一步 修改的情況下采用針對(duì)第一實(shí)施例描述的視頻密度測(cè)量分析。
根據(jù)本發(fā)明的方案，對(duì)于只采用了稀釋的造影劑的專用血流獲取而言， 由可見的標(biāo)記的位置提供冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。對(duì)于具有完全不透明的血管 的標(biāo)準(zhǔn)血管照片而言，還將采用已經(jīng)針對(duì)心搏和呼吸提供的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法。 在冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之后，有可能由運(yùn)動(dòng)的冠狀動(dòng)脈中的至少兩個(gè)明確定義的點(diǎn)采集造影劑濃度的時(shí)間強(qiáng)度曲線(TIC)。這一信息對(duì)于基于模型的 血流分析是足夠的，其中，所述基于模型的血流分析尤其適于確定總?cè)莘e 流量、壓力下降以及在存在強(qiáng)脈動(dòng)效應(yīng)時(shí)血管中的其他相關(guān)參數(shù)。
圖3示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明 的數(shù)據(jù)處理裝置400的示范性實(shí)施例。圖3所示的數(shù)據(jù)處理裝置400包括 連接至存儲(chǔ)器402的中央處理單元(CPU)或圖像處理器401，所述存儲(chǔ)器 用于存儲(chǔ)體現(xiàn)感興趣對(duì)象，例如，冠狀動(dòng)脈或者其他容納流體的運(yùn)動(dòng)對(duì)象 的圖像。
可以將數(shù)據(jù)處理器401連接至多個(gè)輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)或診斷裝置，例如，x 射線成像器。還可以將數(shù)據(jù)處理器401連接至用于顯示在數(shù)據(jù)處理器401 內(nèi)計(jì)算或調(diào)整的信息或圖像的顯示裝置403，例如，計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。操作者 或用戶可以通過(guò)鍵盤404和/或圖3中未示出的其他輸出裝置與數(shù)據(jù)處理器 401交互。
此外，通過(guò)總線系統(tǒng)405，還可能將圖像處理和控制處理器401連接至 (例如)監(jiān)視感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)視器。例如，在對(duì)患者的肺部成 像的情況下，所述運(yùn)動(dòng)傳感器可以是呼氣傳感器。在對(duì)心臟成像的情況下， 所述運(yùn)動(dòng)傳感器可以是心電圖單元。
可以在在冠狀動(dòng)脈Cathlab中可得到的工作站上實(shí)現(xiàn)所提出的針對(duì)冠狀 血流分析的模型，例如，所述工作站可以是專用于提供成像、診斷、治療 決策和結(jié)果控制的額外功能的工作站。
可以將根據(jù)本發(fā)明的所有處理功能集成到普通的Cathlab工作站內(nèi)。干 預(yù)治療者可以采用所述方法選擇需要進(jìn)一步診斷和治療的冠狀動(dòng)脈，所述 方法需要將導(dǎo)絲和可能的干預(yù)裝置導(dǎo)引入這一血管內(nèi)。在診斷性的經(jīng)造影 的血管照片或者專用的血流獲取之后，針對(duì)血流評(píng)估的算法將自動(dòng)啟動(dòng)， 并提供這一感興趣血管內(nèi)的流量容積。
應(yīng)當(dāng)注意，"包括"一詞不排除其他元件或步驟，單數(shù)冠詞不排除復(fù)數(shù)。 此外，還可以將與不同實(shí)施例相關(guān)描述的要素結(jié)合起來(lái)。
還應(yīng)當(dāng)指出，不應(yīng)將權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記理解為對(duì)權(quán)利要求范圍的 限制。
權(quán)利要求
1、用于由感興趣對(duì)象(15，107)的圖像序列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的檢查設(shè)備(100)，所述檢查設(shè)備(100)包括分析單元(118)，其適于執(zhí)行對(duì)所述感興趣對(duì)象(15，107)的區(qū)域內(nèi)的第一血流動(dòng)態(tài)特性的確定；其中，所述確定步驟包括基于在所述圖像序列中對(duì)第一標(biāo)記的第一位置的跟蹤而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；其中，所述標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于所述感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)，還包括獲取單元(108)，其適于在專用血流運(yùn)行和標(biāo)準(zhǔn)獲取運(yùn)行之一 中獲取所述圖像序列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢査設(shè)備(100)， 其中，根據(jù)下述方案獲取所述圖像序列在心動(dòng)周期內(nèi)獲取第一數(shù)據(jù)； 應(yīng)用少量的經(jīng)稀釋的造影劑；以及接下來(lái)，在多個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)獲取與所述造影劑的流入和流出對(duì)應(yīng) 的第二數(shù)據(jù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)， 其中，所述圖像序列為血管照片數(shù)據(jù)集。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)，其中，所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償包括采用心搏數(shù)據(jù)、呼吸數(shù)據(jù)、自主和非自主患 者運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)， 其中，所述分析單元(118)還適于至少基于所述第一標(biāo)記的第一位置和第二標(biāo)記的第二位置確定造影劑濃度的時(shí)間強(qiáng)度曲線；以及執(zhí)行基于模型的血流分析，所述分析即使在存在強(qiáng)脈動(dòng)效應(yīng)時(shí)也適 于確定總?cè)莘e流量和壓力下降中的至少一個(gè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢查設(shè)備(100)，其中，所述基于模型的血流分析包括使流速在所述心動(dòng)周期內(nèi)發(fā)生變 化，并且在可以取得心電圖數(shù)據(jù)作為輸入時(shí)對(duì)這樣的脈動(dòng)性進(jìn)行補(bǔ)償。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢査設(shè)備(100)，其中，所述感興趣對(duì)象(15， 107)為冠狀動(dòng)脈；并且其中，所述感興趣對(duì)象(15， 107)的區(qū)域?yàn)樗龉跔顒?dòng)脈的第一血管段。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)，其中，所述第一和第二標(biāo)記適于作為導(dǎo)絲、半透明導(dǎo)絲、支架裝置和 氣脹裝置之一的距離標(biāo)記。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)， 其中，所述分析單元(118)還適于通過(guò)一段預(yù)定時(shí)間的造影劑注入或者通過(guò)在接下來(lái)的分析中包含 并補(bǔ)償所述變化性來(lái)補(bǔ)償所述第一容積流量在所述心動(dòng)周期內(nèi)的變化性。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的檢查設(shè)備(100)， 其中，所述接下來(lái)的分析是視頻密度測(cè)量分析。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)， 其中，所述分析單元(118)還適于確定冠狀動(dòng)脈的第二血管段內(nèi)的第二容積流量；以及 基于所述第二容積流量確定第一血管段內(nèi)的壓力下降。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)，其中，所述檢査設(shè)備(100)適于作為具有固定成像幾何結(jié)構(gòu)的Cathlab 成像器、3D計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備和3D旋轉(zhuǎn)x射線設(shè)備之一。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(100)，其被配置為包括材料檢 測(cè)設(shè)備和醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備的組中的一個(gè)。
15、 一種用于采用檢査設(shè)備由感興趣對(duì)象(15， 107)的圖像序列對(duì)血 流動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的方法，所述方法包括下述步驟確定所述感興趣對(duì)象(15， 107)的區(qū)域內(nèi)的第一血流動(dòng)態(tài)特性； 其中，所述確定步驟包括基于在所述圖像序列中對(duì)第一標(biāo)記的第一位 置的跟蹤而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；其中，所述標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于所述感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
16、 一種用于由感興趣對(duì)象(15， 107)的圖像序列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的圖像處理裝置，所述圖像處理裝置包括-用于存儲(chǔ)所述感興趣對(duì)象(15， 107)的圖像序列的存儲(chǔ)器； 分析單元(118)，其適于-確定所述感興趣對(duì)象(15， 107)的區(qū)域內(nèi)的第一血流動(dòng)態(tài)特性； 其中，所述確定步驟包括基于在所述圖像序列中對(duì)第一標(biāo)記的第一位 置的跟蹤而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；其中，所述標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于所述感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
17、 一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(402)，其中存儲(chǔ)了用于由感興趣對(duì)象(15, 107)的圖像序列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的計(jì)算機(jī)程序，在由處 理器(401)執(zhí)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序適于執(zhí)行下述步驟-確定所述感興趣對(duì)象(15， 107)的區(qū)域內(nèi)的第一血流動(dòng)態(tài)特性； 其中，所述確定步驟包括基于在所述圖像序列中對(duì)第一標(biāo)記的第一位 置的跟蹤而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；其中，所述標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于所述感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
18、 一種用于由感興趣對(duì)象(15， 107)的圖像序列對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償確定的程序單元，在由處理器(401)執(zhí)行時(shí)，所述程序單元適 于執(zhí)行下述步驟確定所述感興趣對(duì)象(15， 107)的區(qū)域內(nèi)的第一血流動(dòng)態(tài)特性；其中，所述確定步驟包括基于在所述圖像序列中對(duì)第一標(biāo)記的第一位 置的跟蹤而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；其中，所述標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于所述感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
診斷性血管照片只能提供冠狀動(dòng)脈的投影的管腔，這只是對(duì)血流和壓力下降的間接度量。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，提供了針對(duì)狹窄分級(jí)的對(duì)血流動(dòng)態(tài)特性和壓力下降的經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)拇_定，其中，基于對(duì)投影數(shù)據(jù)集中第一標(biāo)記的第一位置和第二標(biāo)記的第二位置的跟蹤執(zhí)行所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。其可以提供魯棒且精確的血流動(dòng)態(tài)特性和壓力下降確定。
文檔編號(hào)A61B6/00GK101448457SQ200780018421
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者A·格羅特, J·威斯, J·布雷德諾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司