用于确定血管中血流速度的方法、系统、装置和介质制造方法及图纸

本公开涉及一种用于确定血管中血流速度的方法、系统、装置和介质。方法包括：接收所述血管的3D模型，所述3D模型基于所述血管的X射线血管造影图像被重建；由处理器通过起始界标和终止界标指定所述3D模型的段；通过将所述血流速度标准化以对应于心动周期，由所述处理器基于所述段的长度和所述段的灌注时间确定所述血流速度。该方法在计算血流速度时具有更好的准确性，除了用于可视化冠状动脉的原始X射线血管造影序列外，不需要其他额外成像模态。

Methods, systems, devices and media for determining blood flow velocity in blood vessels

The present disclosure relates to a method, system, device and medium for determining blood flow velocity in a blood vessel. The method includes: receiving the 3D model of the blood vessel, the 3D model is reconstructed based on the X-ray angiographic image of the blood vessel, specifying the segment of the 3D model by the processor through the start and end boundary markers, standardizing the blood flow velocity to correspond to the cardiac cycle, and determining the blood flow velocity by the processor based on the length of the segment and the perfusion time of the segment \u3002 In addition to the original X-ray angiogram sequence used to visualize the coronary artery, no additional imaging modes are needed.

【技术实现步骤摘要】
用于确定血管中血流速度的方法、系统、装置和介质相关申请的交叉引用本申请要求2018年9月19日提交的美国临时申请第62/733,607号的优先权，其全部内容通过引用结合在此。
本公开一般涉及血流速度的计算和分析。更具体地，本公开涉及用于确定血管中血流速度的方法、系统和装置。
技术介绍
由于供血不足引起的心肌缺血会导致冠状动脉病变。传统的对冠状动脉病变的评估需要冠状动脉X射线血管造影，其中在造影剂被注入冠状血管的同时拍摄X射线图像。X射线血管造影术是一种经济且方便的措施，用于可视化冠状血管的几何形状、闭塞、血液扩展异常。然而，X射线血管造影对狭窄的可视评估并不能直接预测狭窄时的功能性血液供应和血流动力学意义。因此，心脏病介入医师倾向于高估中度冠状动脉病变的重要性，这可能导致不必要的经皮冠状动脉介入治疗。血流储备分数(FFR)是通过操纵压力导丝来测量病变远端和导管末端的压力而获得的重要指标，从而给出更准确的功能性血流的评估以及随后给出冠状动脉血管重建术的决定的建议。然而，FFR的一些限制包括导丝成本以及有时对导丝和其他相关化学试剂的不良反应。为了克服这些限制，通过利用医学成像和高性能计算方面的最新技术进步，引入了虚拟FFR，即没有侵入式压力测量的FFR估计。现有的虚拟FFR方法基于物理模型，诸如计算流体动力学求解器或经验流体动力学方程，两者都利用由心肌梗死溶栓试验(TIMI)计帧法调整后得到的冠状动脉血流速度计算。具体说来，血流速度在执行计算流体动力学求解时用作边界条件，或者作为经验流体动力学方程中的重要中间参数，以确定物理模型的描述符和参数，从而确定FFR。在计算血流速度时，计算让造影剂到达远端界标所需的帧数。通过将帧计数与关注的冠状血管的3D几何体结合，可以推导出平均血流速度。尽管如此，该方法没有考虑心动周期的各个相位的血流速度的变化。图1示出了从第1周期到第3周期的三个心动周期的左前降支动脉的血流速度。如图1所示，血流在一个心动周期中急剧波动，并且在不同相位开始和结束(例如时段1和时段2)的帧计数可以指示对于相同血管段的明显不同的流速。针对时段1和时段2中的每一个计算出的血流速度不能准确地表达完整心动周期的血流速度属性。传统的算法可以包括与血管造影照片结合使用心电图(ECG)信号，来估计心动周期并使帧计数标准化。然而，记录ECG并将ECG与X射线序列对准需要相当大的工作量且不利于临床应用。其他算法，诸如光流，被广泛用于物体跟踪，以仅从X射线血管造影照片分析冠状动脉的动态。但是这种方法具有对噪声和工作台移动敏感的缺点。
技术实现思路
提供本公开以克服用于确定血管中血流速度的传统方法中的技术缺陷。大体说来，本公开引入了相对于完整心动周期的血流速度的标准化。以这种方式，充分考虑了心动周期对血流速度的影响，且标准化的血流速度可以对应于完整的心动周期。在一个方面，本公开提供了一种用于确定血管中血流速度的方法。该方法包括接收血管的3D模型，该3D模型基于血管的X射线血管造影图像被重建。该方法还包括由处理器通过起始界标和终止界标指定3D模型中的段。此外，该方法包括由所述处理器通过将所述血流速度标准化以对应于心动周期来基于段的长度和段的灌注时间确定血流速度。在另一方面，本公开提供了一种用于确定血管中血流速度的系统。该系统包括接口，该接口被配置为接收血管的3D模型，该3D模型基于所述血管的X射线血管造影图像被重建。图像由成像装置获取。该系统还包括处理器，该处理器被配置为通过起始界标和终止界标指定3D模型中的段。所述处理器还被配置为通过将血流速度标准化以对应于心动周期，来基于段的长度和段的灌注时间确定血流速度。在另一方面，本公开提供了一种用于确定血管中血流速度的装置。该装置包括接收单元、指定单元和确定单元。所述接收单元被配置为接收血管的3D模型，该3D模型基于所述血管的X射线血管造影图像被重建。所述指定单元被配置为通过起始界标和终止界标指定3D模型中的段。确定单元被配置为通过将血流速度标准化以对应于心动周期，来基于段的长度和段的灌注时间确定血流速度。在又一方面，本公开提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质。当所述指令由处理器执行时，执行根据本公开各个实施例的用于确定血管中血流速度的方法。该方法包括接收血管的3D模型，该3D模型基于血管的X射线血管造影图像被重建。该方法还包括由处理器通过起始界标和终止界标指定3D模型中的段。此外，该方法包括由处理器通过将所述血流速度标准化以对应于心动周期来基于段的长度和段的灌注时间确定血流速度。用于确定血管中血流速度的方法、系统、装置和介质在计算血流速度方面具有更好的准确性，并且除了用于使冠状动脉可视化的原始X射线血管造影序列之外不需要额外的心动信号采集模态。应当理解，以上一般性描述和以下详细描述仅为示例性和说明性的，并不作为对要求保护的本专利技术的限制。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以描述不同视图中的类似部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同数字可表示类似部件的不同实例。附图通常通过示例而非通过限制的方式示出了各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本方法、装置、系统或其上存储有用于实现该方法的指令的非暂时性计算机可读介质的穷尽或排他实施例。图1示出了三个心动周期的左前降支动脉的血流速度。图2示出了根据本公开的实施例的用于确定血管中血流速度的方法。图3示出了根据本公开的实施例的跟踪界标的运动以及在舒张期和收缩期终点的冠状动脉的图像。图4示出了根据本公开的实施例的一个心动周期的手动帧计数和自动计算的帧计数的比较结果。图5示出了根据本公开的实施例的将血流速度标准化以对应于心动周期的过程。图6示出了根据本公开的实施例的在灌注时间长于心动周期的情况下将血流速度标准化以对应于心动周期的示例。图7示出了根据本公开的实施例的在灌注时间短于心动周期的情况下将血流速度标准化以对应于心动周期的示例。图8示出了根据本公开的实施例的用于确定血管中血流速度的系统的框图。图9示出了根据本公开的实施例的用于确定血管中血流速度的装置的图示。具体实施方式图2示出了根据本公开的实施例的用于确定血管中血流速度的方法。如图2所示，血流速度确定过程200开始于接收血管的3D模型(步骤201)。在一些实施例中，可以从商业上可获取的当前3D重建软件来接收血管的3D模型。此外，可以包含附加的重建步骤以基于血管图像获得血管的3D模型。作为示例，图像可以是沿着血管中心线的一系列2D计算机断层扫描图像。作为另一示例，可以通过基于血管在两个不同投影方向上的X射线血管造影图像的重建来获得血管的3D模型。技术术语“接收”是指在有或没有附加图像处理和建模(降噪、裁剪、重建等)的情况下以直接或间接的任何方式的获得。在一些实施例中，所述血管可以是冠状动脉。基于所接收的3D模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定血管中血流速度的方法，包括：/n在装置的接口处接收所述血管的3D模型，所述3D模型基于所述血管的X射线血管造影图像被重建；/n由所述装置的处理器，通过起始界标和终止界标指定所述3D模型中的段；以及/n由所述处理器，通过将所述血流速度标准化以对应于心动周期，来基于所述段的长度和所述段的灌注时间确定所述血流速度。/n

【技术特征摘要】
20180919 US 62/733,6071.一种用于确定血管中血流速度的方法，包括：
在装置的接口处接收所述血管的3D模型，所述3D模型基于所述血管的X射线血管造影图像被重建；
由所述装置的处理器，通过起始界标和终止界标指定所述3D模型中的段；以及
由所述处理器，通过将所述血流速度标准化以对应于心动周期，来基于所述段的长度和所述段的灌注时间确定所述血流速度。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述灌注时间长于所述心动周期时，将所述血流速度标准化以对应于所述心动周期包括：
将血液灌注的所述终止界标重新定位至在血液灌注所述起始界标的第一帧往后一个心动周期的新的帧。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述灌注时间短于所述心动周期时，将所述血流速度标准化以对应于所述心动周期包括：
确定血液灌注所述起始界标的第一帧和血液灌注所述终止界标的第二帧；
将所述第一帧和所述第二帧的相位映射至理论瞬时血流曲线；
基于所述理论瞬时血流曲线确定对应于映射相位之间的时段的血流速度与对应于所述心动周期的血流速度的比率；以及
将为所述段确定的血流速度除以所述比率，以获得标准化的血流速度。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述血管包括冠状动脉。


5.根据权利要求1所述的方法，还包括由以下方式计算所述灌注时间：
确定血液灌注所述起始界标的第一帧和血液灌注所述终止界标的第二帧；
确定所述第一帧和所述第二帧之间的帧数差；以及
将所述帧数差除以帧速率以获得所述灌注时间。


6.根据权利要求1所述的方法，还包括自动估计所述心动周期。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，自动估计所述心动周期包括：
跟踪相对于主动脉保持不动的跟踪界标的运动；
从所述跟踪界标的运动中识别心脏收缩期终点；以及
对每对相邻的心脏收缩期终点之间的间隔求平均以获得所述心动周期。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述跟踪界标位于用于冠状动脉血管造影的导管的尖端处。


9.一种用于确定血管中血流速度的系统，包括：
接口，所述接口被配置为接收所述血管的3D模型，所述3D模型基于所述血管的X射线血管造影图像被重建；
处理器，所述处理器被配置为：
通过起始界标和终止界标指定所述3D模型中的段；以及
通过将所述血流速度标准化以对应于心动周期，来基于所述段的长度和所述段的灌注时间确定所述血流速度。


10.根据权利要求9所述的系统，其中，当所述灌注时间长于所述心动周期时，所述处理器还被配置为，将所述血流速度标准化以对应于心动周期时：
将血液灌注的所述终止界标重新定位至从血液灌注所述起始界标的第一帧往后一个心动周期的新的帧上。


11.根据权利要求9所述的系统，其中，当所述灌注时间少于所述心动周期时，所述处理器还被配置为，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋麒，智英轩，李育威，尹游兵，刘树宝，马斌，
申请(专利权)人：北京昆仑医云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11