基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量方法及系统，该系统包括：影像采集模块、影像接收模块、图像处理模块、结果显示模块，其中：影像采集模块用于冠脉影像采集和图像信号的产生；影像接收模块用于接收影像采集模块产生的图像信号并传输给图像处理模块；图像处理模块用于对接收到的图像信号进行图像处理和分析，包含纤维帽信息获取模块、巨噬细胞信息获取模块和脂质核信息获取几个子模块；结果显示模块用于显示图像处理模块的测量分析结果。本发明专利技术突破了传统光学相干断层成像无法获取脂质核大小参数的局限，在保证光学相干断层成像特有高分辨率结果的同时，添加了脂质核大小和斑块应力的信息。

Plaque stability measurement method and system based on optical coherence tomography

The present invention provides a method and system for measuring the stability of plaque in optical coherence tomography based on the system, including: image acquisition module, image receiving module, image processing module, the display module, including: image acquisition module for coronary artery image acquisition and image signal generation; image receiving module is used for receiving the image acquisition module the image signal and transmitted to the image processing module; image processing module is used for image processing and image analysis of the received signal, including fiber cap information acquisition module, information acquisition module and macrophage lipid nuclear information acquisition modules; results showed that the measurement module of image analysis module for display. The invention breaks through the traditional optical coherence tomography cannot obtain the lipid core size parameter limitations, in the assurance of optical coherence tomography unique high resolution results at the same time, add a lipid core size and plaque stress information.

【技术实现步骤摘要】
基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量方法及系统
本专利技术应用于医疗器械及信号处理领域，尤其涉及一种基于光学相干断层成像的图像处理和分析系统，以及应用在基于光学相干断层成像影像的对斑块稳定性进行快速高效准确的测量系统及方法。
技术介绍
光学相干断层成像(OpticalCoherenceTomography，OCT)是一种新兴的高分辨率断层成像技术。和血管内超声(IntravascularUltrasound，IVUS)原理类似，该技术以近红外线作为光源，利用光波的干涉法则进行成像，将光束扫描组织的光信号转换成电信号，经过计算机处理后显示为灰色图或伪彩色图的二维和三维图像。由于光的波长较声波更短，光学相干断层成像具有更高的分辨率，可达10～20um。和血管内超声相比，光学相干断层成像能够提供更为快速、清晰的图像，并且更精确地显示血管壁的具体形态情况(内部是否堵塞、堵塞面积、大小等)。在对纤维帽厚度检测方面，OCT的优势非常明显。2006年，日本学者TakashiKubo等人(KUBOT,IMANISHIT,TAKARADAS,etal.Assessmentofculpritlesionmorphologyinacutemyocardialinfarction-Abilityofopticalcoherencetomographycomparedwithintravascularultrasoundandcoronaryangioscopy[J].JournaloftheAmericanCollegeofCardiology,2007,50(10):933-9.)通过对30例实验分别进行OCT、IVUS和CAS(CoronaryAngioscopy)分析。结果表明，在对薄纤维帽斑块的识别上，光学相干断层成像显著优于其他影像技术，具有更高的准确性。斑块内大量巨噬细胞浸润是评判斑块稳定性的另外一个重要标准。早在2004年，就已经有研究表明，破裂斑块部位的巨噬细胞密度大于非破裂斑块(MACNEILLBD,JANGIK,BOUMABE,etal.Focalandmulti-focalplaquedistributionsinpatientswithmacrophageacuteandstablepresentationsofcoronaryarterydisease[J].JournaloftheAmericanCollegeofCardiology,2004,44(5):972-9.)。同样，在巨噬细胞浸润方面，光学相干断层成像也具有优势。早在2003年，BrettE.Bouma等(TearneyGJ,YabushitaH,HouserSL,AretzHT,JangIK,SchlendorfKH,KauffmanCR,ShishkovM,HalpernEF,BoumaBE.Quantificationofmacrophagecontentinatheroscleroticplaquesbyopticalcoherencetomography.Circulation2003；107:113–9.)报道了光学相干断层成像能够在体定性、定量地判断巨噬细胞的存在，并且提供了基于光学相干断层成像的判断方法。斑块负荷指的是斑块在血管上所在部位的面积或体积，对于脂质斑块而言，脂质核的大小即为其斑块负荷。在脂质核识别和相关参数获得方面，光学相干断层成像存在一定的技术限制：其组织穿透能力较低，仅限于1～3mm，在某些情况下，并不能获得斑块处脂质核心所在位置，也难以得到脂质核大小数据。因此并不能通过传统光学相干断层成像获得全面的信息。对于近年来较为新兴的近红外光谱成像技术(Near-InfraredSpectroscopy,NIRS)，根据Brugaletta团队在2011年对其的研究结果，虽然NIRS在脂质核心识别方面具有较大优势(BRUGALETTAS,GARCIA-GARCIAHM,SERRUYSPW,etal.NIRSandIVUSforCharacterizationofAtherosclerosisinPatientsUndergoingCoronaryAngiography[J].JACC-CardiovascImag,2011,4(6):647-55.)，但是它并不能定量测量脂质核大小。相比较而言，血管内超声虽然成像由于其较优的组织穿透性(10mm左右)，通常被用于进行斑块脂质核大小的检测，但是由于其分辨率超过100um，故无法识别薄纤维帽。现有的较优的对斑块稳定性的测量及分析方法，是结合光学相干断层成像对纤维帽厚度和巨噬细胞浸润情况的测量分析和血管内超声对脂质核大小的测量分析，从而对斑块稳定性进行全面的分析。这种方法是在2014年提出的，Li和他的研究团队(LIX,LIJW,JINGJ,etal.IntegratedIVUS-OCTImagingforAtheroscleroticPlaqueCharacterization[J].IEEEJSelTopQuantumElectron,2014,20(2):8.)开发出了一种结合IVUS和OCT的成像系统，可以同时进行血管内超声以及光学相干断层成像。但是，上述设备和方法也存在几点局限：1)导丝的硬质前端长度较长，可能导致导丝无法通过，并且容易造成图像中的非均匀旋转失真(NonuniformRotationalDistortion)；2)上述系统的成像帧率有所局限，这主要是因为现有的超声脉冲发生器以及扫描激光光源重复频率存在限制；3)两种成像系统的结合势必伴随着成本的提升，不利于该种方法的普及。此外，目前尚无仅通过光学相干断层成像系统获得斑块脂质核大小和斑块应力信息来分析斑块稳定性的方法和系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量方法及系统，通过调整传统光学相干断层成像步骤，在获得纤维帽厚度和巨噬细胞浸润情况等基本参数的同时，记录斑块所在位置的血管段在心动周期中的变形行为，结合该变形行为与脂质核大小、斑块应力的对应关系，能够另外获得脂质核大小、斑块应力相关数据，突破了传统过程中必须依赖血管内超声成像或近红外光谱成像等其他腔内成像方式以了解脂质核信息的局限。最后，结合上述信息，实现对斑块稳定性进行高效全面且成本较低的测量分析。具体而言，本专利技术提供了以下的技术方案：一方面，本专利技术提供的一种基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量系统，包括：影像采集模块，用于冠脉影像采集，并产生图像信号；影像接收模块，用于接收影像采集模块产生的图像信号并传输给图像处理模块；图像处理模块，对接收到的图像信号进行处理与分析。其中包括对斑块进行可见特征测量分析和潜在特征测量分析，其中斑块可见特征测量分析包括纤维帽厚度获取和巨噬细胞密度获取，斑块潜在特征测量分析通过成像过程中管腔变形数据获取脂质核大小和斑块应力；结果显示模块，用于显示图像处理模块的测量分析结果。优选地，图像处理模块通过一种或多种方法进行可见特征测量分析和潜在特征测量分析。其中包括以下子模块：纤维帽信息获取模块，处理斑块处纤维帽所在区域的图像，实现对纤维帽厚度的测量；巨噬细胞信息获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量系统，其特征在于，所述系统包括：影像采集模块，用于冠脉影像采集，并产生图像信号；影像接收模块，用于接收影像采集模块产生的图像信号并传输给图像处理模块；图像处理模块，对接收到的图像信号进行处理与分析。其中包括对斑块进行可见特征测量分析和潜在特征测量分析，其中斑块可见特征测量分析包括纤维帽厚度获取和巨噬细胞密度获取，斑块潜在特征测量分析通过成像过程中管腔变形数据获取脂质核大小和斑块应力；结果显示模块，用于图像处理模块的测量分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量系统，其特征在于，所述系统包括：影像采集模块，用于冠脉影像采集，并产生图像信号；影像接收模块，用于接收影像采集模块产生的图像信号并传输给图像处理模块；图像处理模块，对接收到的图像信号进行处理与分析。其中包括对斑块进行可见特征测量分析和潜在特征测量分析，其中斑块可见特征测量分析包括纤维帽厚度获取和巨噬细胞密度获取，斑块潜在特征测量分析通过成像过程中管腔变形数据获取脂质核大小和斑块应力；结果显示模块，用于图像处理模块的测量分析结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像处理模块进一步包括以下子模块：纤维帽信息获取模块，处理斑块处纤维帽所在区域的图像，实现对纤维帽厚度的测量；巨噬细胞信息获取模块，处理斑块处巨噬细胞所在区域的图像，实现对巨噬细胞的识别和密度计算；脂质核信息获取模块，处理斑块处血管管腔所在区域的图像，实现对脂质核大小及斑块应力计算。3.一种基于光学相干断层成像的斑块稳定性测量方法，其特征在于，该方法包括：步骤1、确定感兴趣血管的起始位置、终止位置；步骤2、确定斑块在感兴趣血管中的所在位置；步骤3、进行光学相干断层成像过程中，将扫描装置停留在步骤2确定的位置，扫描多个心动周期，以获得斑块所在位置在心动周期中多时刻的断层成像的图像；步骤4、扫描装置在斑块所在位置停留多个心动周期后，继续进行传统光学相干断层成像过程；步骤5、获得步骤3时间段内的多时刻的断层成像的图像，在心动周期中，设置多个关键时间点，得到在心动周期各个关键时间点斑块处血管管腔的轮廓形态变化数据(即血管管腔变形行为数据)；步骤6、利用步骤5中获得的血管管腔变形行为数据，获得脂质核大小和斑块应力数据；步骤7、利用步骤4中获得的斑块图像，通过光学相干断层成像对斑块进行分析，分析重点包括纤维帽厚度和巨噬细胞浸润程度；步骤8、结合步骤6获得的结果以及步骤7获得的结果，实现对斑块稳定性的全面准确快速测量分析。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤5进一步包括：步骤501、心动周期中的多个关键时间点的选取通过结合心电图各个波段间的分界点进行选择；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄佳悦，涂圣贤，田峰，余炜，张素，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31