基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，包括通过提取心肌图像，确定心肌体积；定位冠状动脉口，对冠状动脉精确分割；通过对冠状动脉体数据的边缘检测，生成计算所需要的网格模型；通过无创测量确定静息态心肌血流量和CFR；计算最大充血态下的冠脉入口处的总流量；确定冠脉树中不同血管里面最大充血态的流量，进而确定最大充血态的流速V1；得到最大充血状态下的平均传导时间Tmn，以V

Calculation method of microcirculation resistance index based on myocardial blood flow and CT image

【技术实现步骤摘要】
基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法
本专利技术涉及冠状动脉影像学评价领域，具体地涉及一种基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法。
技术介绍
冠心病是严重的心脏疾病，经皮冠脉动脉介入(PCI)已成为冠心病治疗的一个重要手段，多年的研究表明，通过PCI治疗冠心病尤其是急性冠脉综合征(acutecoronarysyndrome，ACS)的病死率得以显著降低，但已有的研究表明，即使通过冠脉介入或冠脉搭桥术治疗，仍有25％患者在心外膜血管成功重建后，并未能实现组织水平心肌再灌注，其主要原因在于冠脉微循环功能障碍。冠脉微循环功能受损是决定急性心肌梗塞预后的独立危险因素，因此对患者冠脉微循环功能状态的评估越来越受到重视。目前评估冠脉微循环可以通过负荷心电图、放射性核素显像技术、核磁共振成像技术等方法。但以上各种评估技术受检查技术手段本身及检查人员影响较大，不能精确评估冠脉微循环功能，同时这些指标反映的是心外膜血管及微循环共同作用的结果。我们需要一个更精确，更稳定的指标，其只反映冠脉微循环功能状态，不是心外膜血管的影响。目前IMR可能是能满足上述条件的一个理想指标。IMR是反映冠状动脉微循环阻力的指标，被定义为冠脉远端动脉压力(Pd)除以最大充血状态下的平均传导时间(Tmn)的倒数，换言之，即Pd与Tmn的乘积，单位为mmHg·s。IMR＜25为正常，＞30为异常，提示微循环阻力升高，而25-30为灰区。现有的IMR测量方法是通过0.014英寸软压力导丝同步记录冠脉压力和温度，导丝杆上的两个温度感受器探测到温度变化的时间差就可知道盐水从指引导管到达导丝头端温度感受器运行的平均传导时间(transitmeantime，Tmn)，根据定义Pd与Tmn的乘积就可得出IMR值。但上述压力导丝测量IMR需要介入血管末端，增加手术难度和风险，同时压力导丝昂贵的价格也限制其大规模应用。冠脉CTA能准确评估冠脉狭窄程度，且能辨别管壁斑块性质，是一种无创、操作简单的诊断冠状动脉病变检查方法，可作为筛查高危人群的首选方法。因此，如果对于冠心病患者的血管进行干预，前期应该对患者冠脉进行CTA的评价。通过冠脉CTA计算无创获得的微循环阻力指数无需额外影像检查或药物，能从根本上避免不必要的冠脉血管造影与血运重建治疗。但是因为CTA无法测量充血态下冠脉流速，无法直接计算微循环阻力指数。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术目的是：提供一种于造影图像和流体力学模型的微循环阻力指数计算方法，通过无创测量确定静息态心肌血流量和冠状动脉血流储备(CFR)，进而确定冠脉树中不同血管里面最大充血态的流量，进而确定最大充血态的流速V1，能快速、准确、全自动得到微循环阻力指数。本专利技术的技术方案是：一种基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，包括以下步骤：S01：对心脏CT图像进行分割，通过形态学操作得到心脏图像，对该心脏图像进行直方图分析得到心室心房图像，通过心脏图像与心室心房图像做差得到心肌图像，确定心肌体积；S02：对主动脉图像进行处理得到全主动脉互补图像，进行区域生长，得到含有冠状动脉口的主动脉图像，根据含有冠状动脉口的主动脉图像与全主动脉互补图像，得到含有冠状动脉口的图像，确定冠状动脉口；S03：在心肌图像上以冠状动脉口为种子点，通过区域生长提取冠状动脉，计算冠状动脉的平均灰度和平均方差，根据冠脉灰度分布，沿着冠状动脉方向提取冠脉树；S04：将冠状动脉图像进行二值化，绘制等值面图像，得到冠状动脉三维网格图像；S05：计算得到最大充血态下的冠脉入口处的总流量Qtotal＝心肌体积×心肌血流量×CFR，CFR为冠状动脉血流储备；S06：计算充血态下的血流速度V1和最大充血状态下的平均传导时间Tmn；S07：将V1作为冠脉狭窄血管的入口流速，计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa-ΔP，其中，Pa是主动脉平均压，得到微循环阻力指数IMR＝Pd*Tmn。优选的技术方案中，所述步骤S02中得到含有冠状动脉口的图像后，对含有冠状动脉口的图像进行连通域分析，用不同的灰度标签标识各个连通域，确定冠状动脉口。优选的技术方案中，所述步骤S02中，在心脏图像上，利用主动脉截面成圆形的特征，提取升主动脉及中心线，得到主动脉图像。优选的技术方案中，所述步骤S04中冠状动脉图像二值化，包括：遍历冠状动脉图像V1中的体素，如果体素像素A1等于0，则该像素值不变；如果A1不等于0，则将A1的像素值设为1，得到一个新的数据V2。优选的技术方案中，所述步骤S05中通过心脏超声(MCE)或者单光子发射计算机断层成像术(SPECT)或者正电子发射断层成像术(PET)或者心脏核磁(MRI)或者CT灌流，确定静息态心肌血流量和冠状动脉血流储备(CFR)优选的技术方案中，所述步骤S06包括：S61：基于流量体积标度律和心脏CT三维重建的心表冠状动脉树，确定树内任意一根血管内的血流量Q＝Qtotal×(V/Vtotal)3/4，其中，Vtotal是心脏CT三维重建的所有心表冠状动脉的血体之和，V是心表冠状动脉树内任意一根血管及其下游血管中的血体之和；S62：基于流量体积标度律和心脏CT三维重建的心表冠状动脉树，确定树内任意一根血管内的血流速度V1＝Q/D，其中，D是该血管的平均直径；S63：根据冠脉血管长度L和流速V1得到最大充血状态下的平均传导时间Tmn＝L/V1。优选的技术方案中，其特征在于，所述步骤S07包括：对血管三维网格进行求解，用数值法求解连续性和Navier-Stokes方程：其中，P，ρ，μ分别为流速、压力、血流密度、血流粘性；入口边界条件为：最大充血态下的冠脉狭窄血管的入口流速V1；通过三维计算流体力学计算每个冠脉狭窄的压力降ΔP1、ΔP2、ΔP3…，冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP＝∑ΔPi(i＝1,2,3…)，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa-ΔP，其中，Pa是主动脉平均。优选的技术方案中，其特征在于，所述步骤S07包括：基于CT重构的几何结构，将有狭窄的血管拉直，构建二维轴对称模型，划分二维网格，用数值法求解连续性和Navier-Stokes方程：其中，ρ表示血液的密度，uz、ur分别表示z向、r方向的流速，μ表示血液的动力粘度，p表示血液的压强；入口边界条件为：最大充血态下的冠脉狭窄血管的入口流速V1通过二维计算流体力学计算每个冠脉狭窄的压力降ΔP1、ΔP2、ΔP3…，冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP＝∑ΔPi(i＝1,2,3…)，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa-ΔP，其中，Pa是主动脉平均压。优选的技术方案中，所述步骤S07还包括，针对血管不同类型的弯曲，用三维模型计算从入口到出口的压力差，对照二维轴对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS01：对心脏CT图像进行分割，通过形态学操作得到心脏图像，对该心脏图像进行直方图分析得到心室心房图像，通过心脏图像与心室心房图像做差得到心肌图像，确定心肌体积；/nS02：对主动脉图像进行处理得到全主动脉互补图像，进行区域生长，得到含有冠状动脉口的主动脉图像，根据含有冠状动脉口的主动脉图像与全主动脉互补图像，得到含有冠状动脉口的图像，确定冠状动脉口；/nS03：在心肌图像上以冠状动脉口为种子点，通过区域生长提取冠状动脉，计算冠状动脉的平均灰度和平均方差，根据冠脉灰度分布，沿着冠状动脉方向提取冠脉树；/nS04：将冠状动脉图像进行二值化，绘制等值面图像，得到冠状动脉三维网格图像；/nS05：计算得到最大充血态下的冠脉入口处的总流量Q

【技术特征摘要】
1.一种基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：对心脏CT图像进行分割，通过形态学操作得到心脏图像，对该心脏图像进行直方图分析得到心室心房图像，通过心脏图像与心室心房图像做差得到心肌图像，确定心肌体积；
S02：对主动脉图像进行处理得到全主动脉互补图像，进行区域生长，得到含有冠状动脉口的主动脉图像，根据含有冠状动脉口的主动脉图像与全主动脉互补图像，得到含有冠状动脉口的图像，确定冠状动脉口；
S03：在心肌图像上以冠状动脉口为种子点，通过区域生长提取冠状动脉，计算冠状动脉的平均灰度和平均方差，根据冠脉灰度分布，沿着冠状动脉方向提取冠脉树；
S04：将冠状动脉图像进行二值化，绘制等值面图像，得到冠状动脉三维网格图像；
S05：计算得到最大充血态下的冠脉入口处的总流量Qtotal＝心肌体积×心肌血流量×CFR，CFR为冠状动脉血流储备；
S06：计算充血态下的血流速度V1和最大充血状态下的平均传导时间Tmn；
S07：将V1作为冠脉狭窄血管的入口流速，计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa-ΔP，其中，Pa是主动脉平均压，得到微循环阻力指数IMR＝Pd*Tmn。


2.根据权利要求1所述的基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，其特征在于，所述步骤S02中得到含有冠状动脉口的图像后，对含有冠状动脉口的图像进行连通域分析，用不同的灰度标签标识各个连通域，确定冠状动脉口。


3.根据权利要求1所述的基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，其特征在于，所述步骤S02中，在心脏图像上，利用主动脉截面成圆形的特征，提取升主动脉及中心线，得到主动脉图像。


4.根据权利要求1所述的基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，其特征在于，所述步骤S04中冠状动脉图像二值化，包括：
遍历冠状动脉图像V1中的体素，如果体素像素等于0，则该像素值不变；如果不等于0，则将像素值设为1，得到一个新的数据V2。


5.根据权利要求1所述的基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，其特征在于，所述步骤S05中通过心脏超声(MCE)或者单光子发射计算机断层成像术(SPECT)或者正电子发射断层成像术(PET)或者心脏核磁(MRI)或者CT灌流，确定静息态心肌血流量和冠状动脉血流储备(CFR)。


6.根据权利要求1所述的基于心肌血流量和CT图像的微循环阻力指数计算方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍云飞，刘广志，吴星云，王之元，
申请(专利权)人：苏州润心医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32