用于评估血液动力学参数的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种方法(1)和相应的系统，用于基于血管造影图像(2，22)评估患者感兴趣的血管区域(3，23)的血液动力学参数。在获取多个血管造影图像(2，22)之后，执行各个感兴趣区域(3，23)的至少第一部分(9，11，13，15，17；28)的3D表示，并从完整或局部视图中提取几何特征。从局部不完整视图中提取附加几何特征。然后通过组合所提取的几何特征并估计任何缺失的几何特征来生成诸如血管树(4，24)的解剖结构的完整的3D几何特征集。然后，使用完整的3D几何特征集执行基于特征的血液动力学参数评估，诸如血流储备分数。

Method and System for Evaluating Hemodynamic Parameters

The present invention relates to a method (1) and a corresponding system for evaluating hemodynamic parameters of the vascular region (3, 23) of interest to patients based on angiographic images (2, 22). After acquiring multiple angiographic images (2, 22), the 3D representation of at least the first part (9, 11, 13, 15, 17, 28) of each region of interest (3, 23) is performed, and geometric features are extracted from complete or local views. Additional geometric features are extracted from partial incomplete views. Then a complete set of 3D geometric features such as vascular tree (4,24) is generated by combining the extracted geometric features and estimating any missing geometric features. Then, feature-based hemodynamic parameters, such as flow reserve fraction, are evaluated using a complete set of 3D geometric features.

【技术实现步骤摘要】
用于评估血液动力学参数的方法和系统
本专利技术涉及用于评估血液动力学参数的方法和系统。可以基于血管造影图像评估用于患者感兴趣的血管区域的血液动力学参数。这种血液动力学参数的示例是所谓的血流储备分数(FFR)，其被定义为狭窄之后或远端的血压相对于狭窄之前或上游的压力。
技术介绍
今天，血管造影是一种成熟的医学成像技术。尤其是冠状动脉造影被认为是冠状动脉疾病解剖学评估的金标准。尽管如此，它具有一些内在的局限和缺点。冠状动脉造影的最显着局限之一是其无法准确评估病变的生理意义。患者特异性生理学建模可以解决该局限。该方法包括确定患者特异性动脉树的几何特征，并随后使用设计用于预测功能诊断指数(诸如FFR)的计算模型作为几何结构的函数。US2014/0058715A1公开了一种用于冠状动脉狭窄的非侵入性功能评估的方法和系统。其中，从在患者的休息状态期间获取的医学图像数据中提取冠状动脉的患者特异性解剖学测量。基于此，计算冠状动脉循环模型的患者特异性休息状态边界条件。另外，基于其余边界条件和模拟充血的模型计算模型的患者特异性充血边界条件。然后使用冠状动脉循环模型和充血边界条件模拟狭窄区域的充血血流和压力，最后计算狭窄区域的血流储备分数。US2017/000097A1公开了一种使用有创获取的生理测量来增强基于医学图像的血流计算的方法和系统。根据非侵入性获取的医学图像数据生成患者血管的患者特异性解剖模型。然后使用侵入性生理测量对计算血流模型进行个性化。然后使用该个性化计算的血流模型计算一个或多个感兴趣的血液动力学量。在标准冠状动脉血管造影中，例如通过X射线成像获取有限数量的血管或感兴趣血管段的2D投影。从不同角度或成角拍摄的一对2D图像或相同血管的视图的组合通常允许或实现在3D空间中的血管表示。3D空间中的表示可以包括3D解剖学上准确的几何模型或由3D解剖学准确的几何模型组成，以下描述可以一般地将其称为3D重建。尽管如此，例如血管树的3D表示可包括例如血管或血管段的分支中心线的树或由例如血管或血管段的分支中心线的树组成，其中每个中心线点与表示相应的血管或血管段的局部尺寸的半径或直径值相关联。等效地，在本专利技术的范围内，感兴趣的血管树可以由其3D几何特征的集合表示，诸如多个分支、每个分支的长度、分支的平均口径、每个分支的横截面形状等。由于冠状动脉血管造影通常涉及并因此关注于非常特定的部位或特征，诸如狭窄，因此优化每个2D图像或2D投影中的相应视野以用于可视化病变血管的该准确部分或特征。在许多情况下，这限制了重建或表征邻近血管以获得围绕诸如狭窄的感兴趣的成像特征的血管树的完整表示或重建或模型的可能性。在典型的血管造影图像集中，例如由于血管树的复杂几何结构和/或透视或与其他解剖结构重叠，邻近的-可能是健康的-血管可能不是清晰可见的。在这些情况或条件下，不可能完全表示或重建血管树或动脉树的完整3D几何结构和拓扑结构。在一些情况下，诸如先前获取的同一患者的解剖扫描的附加的图像可以提供附加的数据以实现完整血管树的3D表示。如果血管造影图像与附加的图像或数据之间存在足够的重叠，则可以通过组合所有可用数据来实现单个全面的3D表示。但是，对于每个患者而言，所需的附加的数据并不可靠。因此，为了在感兴趣区域中完全表示或重建血管树，必须以患者附加暴露于辐射和造影剂以及附加的时间和金钱消耗为代价来获取附加的图像。即使附加的图像可用或获得附加的图像，也可能无法或极难将所有数据组合成单个完整且正确的3D表示。一个困难在于不同数据集之间的所需的登记，例如可能已经在不同时间点和/或使用不同的成像设备获取该不同数据集。例如，如果患者已经在不同数据集的相应的获取之间移动或重新定位，则可以在不同的坐标系中获得相应的表示。在这种情况下，将相应的数据或模型组合成单个有粘聚力且一致的3D模型-至少在实际目的中-在任何时候都没有适当的位置跟踪是不可能的。
技术实现思路
本专利技术的目的是即使在使用常规重建算法时可用数据不足以表示或重建周围血管的完整3D模型的情况下，也能够对血管条件进行功能评估。该目的通过独立权利要求的目的来实现。在其他权利要求以及以下描述和附图中示出了具有本专利技术的有利发展的有利实施例。根据本专利技术的方法涉及基于血管造影图像评估用于患者感兴趣的血管区域的血液动力学参数。该方法包括获取感兴趣区域的多个血管造影图像，血管造影图像显示来自至少两个不同角度或成角的感兴趣区域的至少第一部分，以允许第一部分的3D重建。然后，从血管造影图像生成至少感兴趣区域的第一部分的3D重建，即3D模型。该方法还包括从3D重建中提取第一部分的3D几何特征。根据本专利技术的几何特征可以是，例如，血管的直径或半径和/或形状和/或取向、血管段的长度、和/或所述血管的狭窄的尺寸和/或形状等。通常，血管造影图像集不能提供足够的数据来完整或完全三维地表示感兴趣区域中的解剖学或解剖结构，尤其是血管树。在这种意义上，感兴趣区域是患者的区域或体积，其不限于狭窄的位置或其周围环境，但可以显着更大。感兴趣区域可以例如包括多个分叉和/或血管分支，即血管树。感兴趣区域还可以跨越或包括多个狭窄，其可以位于血管的不同段中、位于血管树的不同分支中、或者甚至可以位于不同的血管中。为了准确评估血液动力学参数，可能不仅需要完整表征或理解特定狭窄或其周围环境，也需要整个感兴趣区域。为了避免除了用于描绘一个或多个狭窄的所获取的血管造影图像集之外还需要获取另外的图像，根据本专利技术的方法包括另外的步骤。作为该方法的一部分，从血管造影图像中提取用于感兴趣区域的至少第二部分的至少一个附加几何特征。第二部分的特征可以在于，血管造影图像包含关于第二部分的不充分数据，以允许使用常规算法(即，众所周知的算法)进行其完整的3D表示。例如，第二部分可以位于包含狭窄的血管段的旁边，和/或第二部分可以位于感兴趣区域的不同部分中的两个狭窄之间。感兴趣区域的第一部分和/或第二部分可以各自是感兴趣区域的一个单独连接部分。或者，第一部分和/或第二部分可以由感兴趣区域的多个未连接部分、区域或子区域组成或包括多个未连接部分、区域或子区域。在当前描述的方法的另一步骤中，生成用于感兴趣区域的完整的3D几何特征集。这是通过组合或缝合提取的3D几何特征和至少一个附加几何特征来完成的。此外，根据提取的几何特征，即根据3D几何特征和/或至少一个附加几何特征，和/或根据基于预定义规则集的血管造影图像，估计任何缺失的3D几何特征。换句话说，可以对缺失的3D几何特征或任何相应的缺失信息做出合适的假设、外推、插值和/或延续等，以生成或获取感兴趣区域或在感兴趣区域内延伸或穿过感兴趣区域的至少一个血管树的完整3D几何表征或描述。缺失的3D几何特征是第二部分的几何特征，意味着它们不能准确地、百分之百确定地仅从血管造影图像中三维地检索或重建。缺失的3D几何特征可以例如包括包含狭窄的血管分支的分支或血管段的直径。由于血管或段的分支通常对于表征狭窄本身没有任何兴趣，因此血管造影图像的视野和/或成角通常不被配置为获得足够的数据以实现血管或段的分支的完整的3D表示。在当前描述的方法的另一步骤中，然后基于所生成的完整3D几何特征集来评估血液动力学参数。换句话说，这可以包括基于特征的评估或血液动力学参数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于基于血管造影图像(2，22)评估患者感兴趣的血管区域(3，23)的血液动力学参数的方法(1)，其步骤为：‑获取感兴趣区域(3，23)的多个血管造影图像(2，22)，所述血管造影图像(2，22)从至少两个不同角度(3，23)显示感兴趣区域的至少第一部分(9，11，13，15，17；28)，以允许第一部分(9，11，13，15，17；28)的3D表示，‑从血管造影图像(2，22)生成感兴趣区域(3，23)的至少第一部分(9，11，13，15，17；28)的3D表示，‑从3D表示中提取第一部分(9，11，13，15，17；28)的3D几何特征，其特征在于以下附加步骤：‑从血管造影图像(2，22)中为感兴趣区域(3，23)的至少第二部分(18，19，20；26)提取至少一个附加几何特征，其中血管造影图像(2，22)包含关于第二部分(18，19，20；26)的不充分数据，以允许第二部分(18，19，20；26)的完整3D表示，‑通过以下步骤为感兴趣区域(3，23)生成完整的3D几何特征集：‑组合提取的3D几何特征和至少一个附加的几何特征，以及‑基于预定义的规则集从提取的几何特征估计任何缺失的3D几何特征，以及‑基于生成的完整的3D几何特征集评估血液动力学参数。...

【技术特征摘要】
2017.11.22 EP 17464012.81.一种用于基于血管造影图像(2，22)评估患者感兴趣的血管区域(3，23)的血液动力学参数的方法(1)，其步骤为：-获取感兴趣区域(3，23)的多个血管造影图像(2，22)，所述血管造影图像(2，22)从至少两个不同角度(3，23)显示感兴趣区域的至少第一部分(9，11，13，15，17；28)，以允许第一部分(9，11，13，15，17；28)的3D表示，-从血管造影图像(2，22)生成感兴趣区域(3，23)的至少第一部分(9，11，13，15，17；28)的3D表示，-从3D表示中提取第一部分(9，11，13，15，17；28)的3D几何特征，其特征在于以下附加步骤：-从血管造影图像(2，22)中为感兴趣区域(3，23)的至少第二部分(18，19，20；26)提取至少一个附加几何特征，其中血管造影图像(2，22)包含关于第二部分(18，19，20；26)的不充分数据，以允许第二部分(18，19，20；26)的完整3D表示，-通过以下步骤为感兴趣区域(3，23)生成完整的3D几何特征集：-组合提取的3D几何特征和至少一个附加的几何特征，以及-基于预定义的规则集从提取的几何特征估计任何缺失的3D几何特征，以及-基于生成的完整的3D几何特征集评估血液动力学参数。2.根据权利要求1所述的方法(1)，其特征在于，提取至少一个2D几何特征作为所述至少一个附加几何特征。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其特征在于：-提取感兴趣区域(3，23)中的至少一个位置处的血管(18，19，20，26)的宽度作为附加几何特征，并且-作为估计缺失的3D几何特征的一部分，为在第二部分(18，19，20；26)中延伸的血管(18，19，20，26)的片段(18，19，20)假设基于所述宽度的恒定直径。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其特征在于，作为估计缺失的3D几何特征的一部分，为在第二部分(18，19，20；26)中延伸的血管(18，19，20，26)的片段(18，19，20)，特别是对于通向或远离狭窄的健康段(18，19，20，26)，假设基于所述宽度的恒定直径。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其特征在于，在所述第一部分(9，11，13，15，17；28)和第二部分(18，19，20；26)之间的边界处从所述3D表示中提取的几何特征被用作用于估计第二部分(18，19，20；26)的至少一个缺失的3D几何特征的约束。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其特征在于，所述第一部分(9，11，13，15，17；28)并且因此所述3D表示包括由第二部(18，19，20；26)分开的至少两个未连接部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：T帕瑟里尼，LM伊图，T雷德尔，P夏尔马，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE