血流成像制造技术

本文描述了用于血流成像的计算机实现的方法，包括：获得包括捕获目标心血管系统中造影剂的增加阶段和下降阶段的至少一部分的多张对应图像的图像数据；选择图像数据中的靶标体素；基于图像数据生成造影剂的时间增强曲线；从时间增强曲线中选择第一和第二时间点；通过减去选择的第一和第二时间点的图像数据确定增强的变化速率；基于增强的变化速率确定靶标体素的血流特征。还提供了用于执行所述方法的系统和非瞬时计算机可读介质。法的系统和非瞬时计算机可读介质。法的系统和非瞬时计算机可读介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】血流成像

技术介绍


[0001]本专利技术涉及流体动态成像，且更特别地涉及基于流过血管或心脏结构的造影剂的动态成像的对象中血流特征的评估。
[0002]相关技术的描述
[0003]动态对比增强(DCE)计算机断层扫描(CT)已被用于评估血管中的血流和流动压力，例如，如2019年5月16日提交的共同所有的第PCT/CA2019/050668号国际PCT申请(2019年11月21日公布为WO2019/218076)中所述。由DCE CT得出的血流评估代表了成像扫描数秒过程中的平均值，通常大于10秒。因此，DCE CT不具有足够的时间分辨率来实现4D流动成像，也就是说，以非常精细的时间分辨率跟踪所选图像体素中的血流特征，例如以小于1秒的时间间隔计算流速的变化。
[0004]目前可用于非侵入性4D流动成像评估的技术是多普勒超声心动图和MRI 4D血流(MRI 4D flow)。多普勒超声心动图的一个潜在缺点是，如果超声束与血流射流没有很好地对准，则血流评估可能不太准确。MRI 4D血流技术的一个潜在缺点是MRI扫描仪的可及性有限，以及操作成本更高，且检查时间更长。
[0005]最近描述的4D血流CT技术(Lantz et al.(2018)Intracardiac Flow at4D CT:Comparison with 4D Flow MRI；Radiology,第289卷,第51
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58页)使用基于Navier
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Stokes方程的流体动力学的计算机模拟来模拟4D血流图，以预测主动脉中血流的大小和方向。
[0006]使用流体动力学的计算机模拟来预测流动方向和大小存在缺点。使用计算机模拟的一个潜在缺点是，目前三维Navier
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Stoke方程无法完全求解，即可能无法获得精确的解析解。因此，在一些情况下，精确模拟流动特性可能很困难。使用计算机模拟的另一个缺点是密集型计算机模拟是时间密集型的，并且需要大量的计算机处理，这不利于促进以精细的时间分辨率进行批量评估。这种计算机模拟需要超级计算架构来提供可以合理接近小于1秒的时间分辨率的评估，并且当在没有超级计算设施的情况下执行时，可能需要许多分钟且可能甚至几个小时来从图像采集的起点提供评估。
[0007]因此，持续需要用于基于血流成像的对象血管评估的替代方法和系统。

技术实现思路

[0008]一方面，提供了用于血流成像的计算机实现的方法，包括：
[0009]获得包括捕获目标心血管系统中造影剂的增加阶段和下降阶段的至少一部分的多张对应图像的图像数据；
[0010]选择所述图像数据中的靶标体素；
[0011]基于所述图像数据，生成造影剂的时间增强曲线；
[0012]从所述时间增强曲线中选择第一和第二时间点；
[0013]通过减去选择的第一和第二时间点的图像数据确定所述增强的变化速率；
[0014]基于所述增强的变化速率确定靶标体素的血流特征。
[0015]其他方面，还提供了用于执行所述方法的系统和非瞬时计算机可读介质。
[0016]又一方面，提供了用于血流成像的系统，其包括：
[0017]用于存储图像数据的存储器，所述图像数据包括捕获目标心血管系统中造影剂的增加阶段和下降阶段的至少一部分的多张对应图像；
[0018]处理器，其被配置为基于所述图像数据生成靶标体素中造影剂的时间增强曲线；基于减去第一和第二时间点的图像数据，确定第一和第二时间点之间的增强的时间变化速率；以及基于所述增强的时间变化速率确定通过靶标体素的血流特征。
附图说明
[0019]图1显示了血流成像系统的示意图。
[0020]图2显示了血流成像方法的流程图。
[0021]图3显示了图2中所示的成像方法中的扫描前准备的流程图。
[0022]图4显示了图2中所示的成像方法中的扫描数据采集的流程图。
[0023]图5显示了图2中所示的成像方法中的时间增强曲线(TEC)生成的流程图。
[0024]图6显示了基于图2中所示的成像方法中的TEC确定血流特征的流程图。
[0025]图7A和图7B显示了用于研究流体移动的两种方法的示意图。
[0026]图8显示了代表流动成像数据的体素定义的对照体积分析的示意图；图8A显示了代表对照体积及其对照表面的示意图；图8B显示了代表流体相对于对照体积的移动的示意图。
[0027]图9A和图9B显示了用于获得作为绝对或相对流速评估的基础的ΔHU/Δt的两种不同的动态图像采集和重建方法的示意图。图9A显示了在多个时间点，在同一心脏时相(例如75％ R
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R间期或舒张期)的图像采集和重建。图9B显示了覆盖整个心动周期(收缩期和舒张期)的图像采集；重建与不同心脏时相相对应的多个图像集。
[0028]图10A、图10B、图10C和图10D显示了模拟实验的示意图。图10A显示了示踪剂随时间通过对照体积的情况。图10B显示了图10A中所示示踪剂和溶液的图示。图10C显示了示踪剂通过的对照体积的尺寸(未按比例绘制)。图10D显示了对照体积中作为时间函数的示踪剂的质量。
[0029]图11A显示了血流模体(flow phantom)实验的设置。图11B显示了血流模体实验中模拟心动周期R
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R间期参考的示意图。
[0030]图12显示了血流模体实验中碘造影剂溶液在塑料管中随时间的流动。
[0031]图13A显示了附接在血流模体实验的塑料管上的标尺，用于测量流速。图13B显示了与通过塑料管的过渡中绿色染料混合的对比溶液。
[0032]图14A显示了3mL/s造影剂注射速率下的时间增强曲线。图14B显示了6mL/s造影剂注射速率下的时间增强曲线。
[0033]图15显示了在一头55kg的农场猪的升主动脉中测量的时间增强曲线。
[0034]图16显示了利用4D MRI血流技术生成的分离的猪心脏的速度图(Peper et al,Eur Radiol Exper 2019)。
[0035]图17A显示了在55kg猪的肺动脉树的横向平面横截面(内侧
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侧面方向)上拍摄的
MIP图像，箭头指示左肺动脉(LPA)。图17B显示了在55kg猪的肺动脉树的正面/冠状面横截面(上面
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下面方向)上拍摄的MIP图像，箭头指示LPA。图17C显示了从LPA测量的时间增强曲线(由箭头指示)。
[0036]图18A显示了用于评估升主动脉流量特征的目标区域(ROIs)(缩写标记：RV
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右心室；LV
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左心室；AA
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升主动脉；DA
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降主动脉)。图18B显示了在造影剂冲入(wash
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in)阶段(从图15中的时间点5到7)，这些ROIs的增强的变化。
[0037]图19显示了叠加在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于血流成像的计算机实现的方法，其包括：获得包括捕获目标心血管系统中造影剂的增加阶段和下降阶段的至少一部分的多张对应图像的图像数据；选择所述图像数据中所述目标心血管系统的管腔内的靶标体素；基于所述图像数据生成所述靶标体素中所述造影剂的时间增强曲线；从所述时间增强曲线中选择第一和第二时间点；基于减去所选择的第一和第二时间点的图像数据，确定所选择的第一和第二时间点之间增强的时间变化速率；基于所述增强的时间变化速率，确定通过所述靶标体素的血流特征。2.如权利要求1所述的方法，其中所述时间增强曲线具有上坡或下坡。3.如权利要求2所述的方法，其中所述时间增强曲线具有上坡和下坡。4.如权利要求3所述的方法，其中所述图像数据包括在所述造影剂进入之前捕获所述目标心血管系统的至少一张图像。5.如权利要求4所述的方法，还包括基于在所述造影剂进入之前捕获所述目标心血管系统的所述至少一张图像，确定所述时间增强曲线的基线值。6.如权利要求5所述的方法，其中确定所述血流特征包括确定所述时间增强曲线下面积，以及将通过所述靶标体素的所述造影剂的持续时间确定为所述时间增强曲线中的信号强度大于所述基线值的时间间隔。7.如权利要求6所述的方法，其中确定所述血流特征包括基于所述时间增强曲线下面积和所述持续时间，确定通过所述靶标体素的所述造影剂的密度。8.如权利要求7所述的方法，其中确定所述血流特征包括使用雷诺输运定理确定绝对流速。9.如权利要求8所述的方法，其中确定所述血流特征包括确定所述绝对流速的心脏引起的脉动。10.如权利要求8所述的方法，其中确定所述血流特征包括基于多个时间间隔的绝对流速，确定所述目标心血管系统中的层流或紊流或层流
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紊流
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过渡血流。11.如权利要求7所述的方法，其中确定所述血流特征包括使用雷诺输运定理确定流动加速度。12.如权利要求11所述的方法，其中确定所述流动加速度包括获得所述图像数据期间的心电门控，并且其中所述第一时间点在心动周期的第一阶段，并且所述第二时间点在所述心动周期的第二阶段。13.如权利要求8所述的方法，其中确定所述血流特征包括通过应用伯努利方程确定流动压力。14.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中确定所述血流特征包括确定相对流速。15.如权利要求14所述的方法，其中确定所述血流特征包括确定所述相对流速的心脏引起的脉动。16.如权利要求14所述的方法，其中确定所述血流特征包括基于多个时间间隔的相对流速，确定所述目标心血管系统中的层流或紊流或层流
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紊流
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过渡血流。17.如权利要求14所述的方法，其中确定所述血流特征包括确定所述造影剂的质量的
时间变化速率。18.如权利要求14所述的方法，其中确定所述血流特征包括通过应用伯努利方程确定流动压力。19.如权利要求1
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18中任一项所述的方法，其中所述多张对应图像为大于5张图像。20.如权利要求1
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18中任一项所述的方法，还包括从基于X射线的扫描或MRI扫描，获取所述目标心血管系统的扫描数据，以及基于所述扫描数据重建图像数据。21.如权利要求20所述的方法，其中从CT扫描获取所述扫描数据。22.如权利要求20所述的方法，其中从MRI扫描获取所述扫描数据。23.如权利要求20所述的方法，其中从具有大于5秒的经过时间的扫描获取所述扫描数据。24.如权利要求20
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23中任一项所述的方法，还包括：向对象给予所述造影剂；和扫描所述对象以获得所述扫描数据，所述扫描数据捕获目标心血管系统中造影剂的增加阶段和下降阶段的至少一部分。25.如权利要求1
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24中任一项所述的方法，其中所述靶标体素是单一体素。26.如权利要求1
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24中任一项所述的方法，其中所述靶标体素是邻近体素的块。27.如权利要求1
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24中任一项所述的方法，其中所述靶标体素是各向同性的。28.如权利要求1
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24中任一项所述的方法，其中所述靶标体素是非各向同性的。29.用于血流成像的系统，其包括：用于存储图像数据的存储器，所述图像数据包括捕获目标心血管系统中造影剂的增加阶段和下降阶段的至少一部分的多张对应图像；处理器，其被配置为基于所述图像数据生成靶标体素中所述造影剂的时间增强曲线；基于减去所述第一和第二时间点的图像数据，确定第一和第二时间点之间的增强的时间变化速率；以及基于所述增强的时间变化速率，确定穿过所述靶标体素的血流特征。30.如权利要求29所述的系统，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏兆霖，李延炎，
申请(专利权)人：伦敦健康科学中心研究公司，
类型：发明
国别省市：