基于心肌血流量和CT图像的冠状动脉血流储备分数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于心肌血流量和CT图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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；以V

【技术实现步骤摘要】
基于心肌血流量和CT图像的冠状动脉血流储备分数计算方法
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图像的冠状动脉血流储备分数计算方法。
技术介绍
冠状动脉造影及血管内超声均被认为是诊断冠心病的“金标准”，但它们只能对病变狭窄程度进行影像学评价，而狭窄到底对远端血流产生了多大影响却不得而知；血流储备分数(FFR)现已经成为冠脉狭窄功能性评价的公认指标，其最重要的功能是对一个未知影响的冠脉狭窄的功能后果进行准确评价。血流储备分数(FFR)是指在冠状动脉存在狭窄病变的情况下，目标测量血管所供心肌区域能获得的最大血流量与同一区域理论上正常情况下所能获得的最大血流量之比。FFR主要通过计算冠状动脉狭窄远端压力与主动脉根部压力之比来获得。狭窄远端压力可以通过压力导丝在最大灌注血流(通过冠脉内或静脉内注射罂粟碱或腺苷或ATP时测得)。可以简化为心肌最大充血状态下的狭窄远端冠状动脉内平均压(Pd)与冠状动脉口部主动脉平均压(Pa)的比值，即FFR＝Pd/Pa。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FFR(CTFFR)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。DeFacto试验结果也清楚地表明，在冠状动脉CT中，CTFFR结果的分析提供了那些真正限制血流及增加病人危险性的病变的生理信息。CTFFR结合了冠脉CTA和FFR的优势，可以从结构和功能两方面来评估冠状动脉狭窄，成为一种提供冠脉病变解剖学和功能学信息的崭新无创性检测体系。但是因为CTA无法测量充血态下冠脉流速，只能靠数值方法预测，这极大的限制了CTFFR的临床应用。
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：提供一种基于心肌血流量和CT图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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、全自动得到血流储备分数FFR。本专利技术的技术方案是：一种基于心肌血流量和CT图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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；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，得到血流储备分数FFR＝Pd/Pa。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。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。优选的技术方案中，所述步骤S07具体包括：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，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，对照二维轴对称模型计算，建立用于存储各种类型的弯曲对二维轴对称结果的修正系数的数据库；得到压力后对照数据库中的修正系数，得到修正后的从入口到出口的压力差，然后计算FFR。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术通过心肌血流量和心脏CT图像，能快速、准确、全自动得到血流储备分数FFR，极大地提高现有CTFFR(或者FFRCT)的精度。通过无创测量，操作简便，大大降低手术难度和风险，可在临床上大规模推广应用。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的方法流程图；图2为心脏CT图像的心肌分割结果；...

【技术保护点】
1.一种基于心肌血流量和CT图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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；
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，得到血流储备分数FFR＝Pd/Pa。


2.根据权利要求1所述的基于心肌血流量和CT图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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图像的冠状动脉血流储备分数计算方法，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...

【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