[發(fā)明專利]一種非門控ICUS圖像序列中血管的四維重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210527281.7
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103077550A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫正;白樺;紀(jì)四穩(wěn);周雅;董藝
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種從非門控的冠狀動(dòng)脈內(nèi)超聲（intracoronary?ultrasound，ICUS）圖像序列中四維（三維+時(shí)間）重建血管的方法。屬于醫(yī)學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

冠狀動(dòng)脈內(nèi)超聲（intracoronary?ultrasound，ICUS）是目前臨床常用的診治冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性病變的介入影像手段。由于二維圖像的種種局限性，對ICUS圖像數(shù)據(jù)予以三維重建，從而展示血管的整體觀，對于輔助冠心病的診斷、制定介入手術(shù)規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)手術(shù)的精確定位等具有很好的臨床意義和應(yīng)用前景。?

冠狀動(dòng)脈附著在心外膜表面上，隨著心臟有節(jié)律地收縮和舒張，因而在心動(dòng)周期的不同時(shí)相，血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)和空間位置都會(huì)發(fā)生很大變化。目前國內(nèi)外對ICUS圖像序列中冠脈血管三維重建的研究僅限于重建某一個(gè)時(shí)相（通常是舒張末期）的血管形態(tài)，其基本原理是采用心電（ECG）門控的圖像采集方式，僅采集相同心臟時(shí)相（通常是R波，即舒張末期）的等間距ICUS圖像序列，并將其按照采集順序，沿從同步采集的X射線冠狀動(dòng)脈造影（coronary?angiography,?CAG）圖像中重建出的超聲導(dǎo)管回撤路徑排列，完成該時(shí)相血管的重建。其代表性的方法包括“A.?Wahle,?G.P.M.?Prause,?S.C.?DeJong,?et?al.?Geometrically?correct?3-D?reconstruction?of?intravascular?ultrasound?images?by?fusion?with?biplane?angiography—methods?and?validation.?IEEE?Transactions?on?Medical?Imaging.?1999,18(8):686-699”、“C.J.?Slager,?J.J.?Wentzel,?J.C.H.?Schuurbiers,?et?al.?True?3-dimensional?reconstruction?of?coronary?arteries?in?patients?by?fusion?of?angiography?and?ICUS?(ANGUS)?and?its?quantitative?validation.?Circulation.?2000,102?(5):?511-516”和“一種血管三維模型的重建方法，中國發(fā)明專利，專利號：ZL2008?1?0055037.9”。目前的重建方法僅能獲得一個(gè)特定心臟時(shí)相（通常是舒張末期）的重建結(jié)果，而研究冠脈血管組織的生物力學(xué)特性、分析血管壁受到的由搏動(dòng)血流引入的剪應(yīng)力分布情況、建立血管彈性圖等，都需要分析冠脈血管在心動(dòng)周期中不同時(shí)刻的變形，因而限制了ICUS在此方面的應(yīng)用。同時(shí)，心電門控的圖像采集方式需要專門的ECG門控采集裝置，而目前臨床采用的多數(shù)血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)并不包含此功能。并且由于每個(gè)心動(dòng)周期只采集一幀，與連續(xù)回撤超聲導(dǎo)管的非門控采集方式相比，圖像采集時(shí)間延長至少三倍，這不僅增加了病人的痛苦，也延長了醫(yī)患暴露在X射線下的時(shí)間。?

總之，目前還沒有一種理想的、對非門控ICUS圖像序列中的冠脈血管進(jìn)行四維重建的方法，能夠準(zhǔn)確重建出冠脈血管在心動(dòng)周期中不同時(shí)刻的解剖結(jié)構(gòu)，獲得對血管及其病變的全面了解。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端、提供一種對連續(xù)回撤超聲導(dǎo)管采集的非門控ICUS圖像序列中的靶血管段進(jìn)行四維(即三維+時(shí)間)重建的方法，再現(xiàn)冠狀動(dòng)脈血管（包含可能存在的斑塊）在心動(dòng)周期中各時(shí)相的真實(shí)形態(tài)，從而為定量測量血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)、探討粥樣硬化斑塊的分布和發(fā)展規(guī)律、研究冠脈血管組織的生物力學(xué)特性、制定介入治療計(jì)劃以及評價(jià)介入治療效果等提供依據(jù)。?

本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：?

一種非門控ICUS圖像序列中血管的四維重建方法，所述方法利用與ICUS圖像同步采集的一對近似正交的CAG圖像序列精確定位超聲導(dǎo)管回撤路徑，結(jié)合從ICUS圖像中提取的血管腔橫截面信息，對靶血管段（包含可能存在的斑塊）的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行四維重建，再現(xiàn)冠脈血管在心動(dòng)周期中各時(shí)相的真實(shí)形態(tài)，具體步驟如下：

a、采集靶血管段的ICUS圖像序列和一對近似正交的CAG圖像序列，其中ICUS圖像采用連續(xù)回撤超聲導(dǎo)管的非心電門控采集方式；

b、從CAG圖像序列中三維重建出各時(shí)相的超聲導(dǎo)管回撤路徑；

c、從各幀ICUS圖像中提取出血管壁的內(nèi)外膜輪廓；