專利名稱：測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的方法和裝置的制作方法
測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的方法和裝置本發(fā)明涉及用于測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的方法和裝置，特別但并不一定 涉及一種測定其中存在鈣化區(qū)域的腹主動(dòng)脈的壁中應(yīng)力的方法和裝置。各種血管疾病的醫(yī)學(xué)診斷和治療決策主要是以病變血管的解剖學(xué)和形態(tài)學(xué)、源自各種醫(yī)學(xué)圖像的信息為基礎(chǔ)。例如，腹主動(dòng)脈瘤(AAA)(其是 腹主動(dòng)脈的擴(kuò)張并且在其破裂時(shí)通常直接導(dǎo)致死亡)的診斷和執(zhí)行手術(shù)修 復(fù)的決策是以AAA的直徑為基礎(chǔ)。這通常在超聲和/或計(jì)算機(jī)斷層掃描血 管造影(CTA)圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行測量。如果直接超過55mm通常執(zhí)行介 入手術(shù)。然而，AAA在其直徑達(dá)到55mm之前破裂的比例小但有意義，并且相 當(dāng)比例不能進(jìn)行手術(shù)(例如由于心臟病)的患者逐步發(fā)展成具有直徑明顯 大于55mm (高達(dá)80mm)的非破裂AAA。因此可以看出直徑不是破裂風(fēng) 險(xiǎn)的精確指標(biāo)。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)AAA的峰值壁應(yīng)力是比AAA直徑更好的破裂風(fēng)險(xiǎn)指 標(biāo)。眾所周知從CTA圖像可獲得AAA外壁的幾何結(jié)構(gòu)，然后假設(shè)整個(gè)AAA 具有恒定物質(zhì)屬性的等厚壁。然后，計(jì)算峰值壁應(yīng)力，并測定AAA上這一 峰值壁應(yīng)力的位置。這種已知方法具有的缺點(diǎn)在于其并不使用患者特異性的壁的物質(zhì)屬 性和壁厚，這限制了所實(shí)現(xiàn)結(jié)果的精度。雖然同樣一直試圖將各種鈣化的 影響體現(xiàn)在血管壁中，但是該方法不能精確地表現(xiàn)鈣化的幾何結(jié)構(gòu)。同樣， 由于鈣化一般具有復(fù)雜的形狀且相對于AAA的結(jié)構(gòu)很小，因此對這些韓化 的精確幾何建模導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜的眾多模型。本發(fā)明優(yōu)選各實(shí)施例試圖克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的方法，該 方法包括
從解剖圖像數(shù)據(jù)中，基于具有第一范圍內(nèi)硬度的所述結(jié)構(gòu)，測定在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)位置處的各自第一應(yīng)力值；測定多個(gè)第一所述位置，在所述位置處所述解剖結(jié)構(gòu)的硬度在不同于 所述第一范圍的第二范圍內(nèi)；以及測定在不同于所述各第一位置的多個(gè)第二所述位置處的各自第二應(yīng)力 值，所述各自第二應(yīng)力值表示考慮到在至少一個(gè)所述第一位置處具有所述 第二范圍內(nèi)硬度的所述解剖結(jié)構(gòu)所校正的各自所述第一應(yīng)力值。通過在具有第一范圍內(nèi)硬度的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上計(jì)算第一應(yīng)力值，然后對 考慮到不同于第一范圍的第二范圍內(nèi)硬度的區(qū)域所校正的第二應(yīng)力值進(jìn)行 計(jì)算，這將能夠計(jì)算出患者特異性的第一應(yīng)力值和更全面的第二應(yīng)力值。 例如，在AAA的情形中，這將能夠根據(jù)第一硬度范圍計(jì)算出患者特異性的 第一應(yīng)力值，然后根據(jù)考慮到各鈣化區(qū)域的更全面校正得到第二應(yīng)力值。 這提供了將能夠與已知方法相比同樣精確但明顯更快地計(jì)算出主動(dòng)脈壁的 應(yīng)力的優(yōu)勢。所述方法可使用有限元建模。所述方法可以是測定血管中壁應(yīng)力的方法。各第二位置可對應(yīng)于所述血管中的各鈣化區(qū)域。所述各位置可借助于體網(wǎng)格進(jìn)行選擇。所述各第二應(yīng)力值可借助于存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各值進(jìn)行測定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的裝置，所 述裝置包括至少一個(gè)處理器，用于從解剖圖像數(shù)據(jù)中，基于具有第一范圍內(nèi)硬度的所述結(jié)構(gòu)，測定在所 述結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)位置處的各自第一應(yīng)力值；測定多個(gè)第一所述位置，在所述位置處所述解剖結(jié)構(gòu)的硬度在不同于 所述第一范圍的第二范圍內(nèi)；以及測定在不同于所述各第一位置的多個(gè)第二所述位置處的各自第二應(yīng)力 值，所述各自第二應(yīng)力值表示考慮到在至少一個(gè)所述第一位置處具有所述 第二范圍內(nèi)硬度的所述解剖結(jié)構(gòu)所校正的各自所述第一應(yīng)力值。至少一個(gè)所述處理器可適于使用有限元建模。所述裝置可適于測定血管中的壁應(yīng)力。 各第二位置可對應(yīng)所述血管中的各鈣化區(qū)域。 所述各位置可借助于體網(wǎng)格進(jìn)行選擇。所述各第二應(yīng)力值可借助于存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各值進(jìn)行測定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 用于測定解剖結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括第一計(jì)算機(jī)代碼，其可運(yùn)行以便從解剖圖像數(shù)據(jù)中，基于具有第一范 圍內(nèi)硬度的所述結(jié)構(gòu)，測定在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)位置處的各自第一應(yīng)力值;第二計(jì)算機(jī)代碼，其可運(yùn)行以便測定多個(gè)第一所述位置，在所述位置 處所述解剖結(jié)構(gòu)的硬度在不同于所述第一范圍的第二范圍內(nèi)；以及第三計(jì)算機(jī)代碼，其可運(yùn)行以便測定在不同于所述各第一位置的多個(gè) 第二所述位置處的各自第二應(yīng)力值，所述各自第二應(yīng)力值表示考慮到在至 少一個(gè)所述第一位置處具有所述第二范圍內(nèi)硬度的所述解剖結(jié)構(gòu)所校正的 各自所述第一應(yīng)力值。所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可運(yùn)行以使用有限元建模。所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可運(yùn)行以測定血管中的壁應(yīng)力。各第二位置可對應(yīng)所述血管中的各鈣化區(qū)域。所述各位置可借助于體網(wǎng)格進(jìn)行選擇。第三計(jì)算機(jī)代碼可運(yùn)行以借助于存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各值來測定所述各第 二應(yīng)力值?，F(xiàn)在將參照各幅附圖，僅通過舉例的方式而不具有任何限制意義地來 描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)成像裝置的示意圖；圖2是指示存在多個(gè)鈣化區(qū)域的腹主動(dòng)脈瘤(AAA)的3D計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影(CTA)圖像采集的切片；圖3示出了圖2的AAA的自動(dòng)分割出的AAA外壁幾何結(jié)構(gòu)；圖4指示出在未考慮鈣化情況下AAA的峰值壁應(yīng)力的圖示；以及圖5是在借助于體現(xiàn)本發(fā)明的方法所測定的AAA的壁中鈣化引入的壁應(yīng)力圖示。
參照圖1，公開了體現(xiàn)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)成像裝置2。裝置2包括位于圓形 框架8內(nèi)用于支撐患者6的平臺(tái)4，所述圓形框架8具有對側(cè)成對的X線 源10和探測器12，用于對患者的心臟進(jìn)行成像。支撐患者6的平臺(tái)4借助 于電機(jī)14沿箭頭A的方向傳送，源10、探測器12和電機(jī)14由計(jì)算機(jī)16 進(jìn)行控制，計(jì)算機(jī)16還根據(jù)由源10和探測器12所獲得的圖像數(shù)據(jù)重建患 者心臟的三維模型。裝置2的這一方面操作是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的， 因此將不再贅述。參照圖2，示出了具有多個(gè)鈣化區(qū)域20的AAA 18的3D CTA圖像切 片。為了測定AAA18中的峰值壁應(yīng)力，首先由計(jì)算機(jī)16自動(dòng)分割出AAA 外壁幾何結(jié)構(gòu)，以便借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟習(xí)的一種或多種方法提供圖3 所示的圖像。然后通過假設(shè)圖3所示的AAA具有一致硬度來測定第一應(yīng)力 值，并借助于有限元建模對布置在體網(wǎng)格上的若干位置計(jì)算壁應(yīng)力。然后 這提供了如圖4所示的峰值壁應(yīng)力的圖示。為了考慮到各鈣化區(qū)域20對壁應(yīng)力的影響，在已經(jīng)測定壁應(yīng)力的每個(gè) 位置上測定應(yīng)力的主要方向。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到的，在借 助于有限元建模來測定壁應(yīng)力中，應(yīng)力的主要方向是表示應(yīng)力張量的最大 特征向量的方向。然后測定各媽化區(qū)域的位置，以及為每個(gè)不對應(yīng)轉(zhuǎn)化區(qū)域的位置，測 量在主應(yīng)力方向上距最近鈣化區(qū)域的距離。這能夠?qū)⒁诒砀裰写鎯?chǔ)的各 預(yù)算值的基礎(chǔ)上來測定由各種類型的鈣化所引起的附加應(yīng)力，并且如圖5 所示。使用該通用表格來計(jì)算第二應(yīng)力值以考慮圖3和4所示布置中的鈣 化。本發(fā)明的過程具有這樣的優(yōu)勢在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)上幾小時(shí)內(nèi)可執(zhí)行基于 患者特異性有限元計(jì)算具有鈣化區(qū)的血管壁中的應(yīng)力，由此所獲得的結(jié)果 與現(xiàn)存各種方法得到的結(jié)果一樣精確，但獲取卻快的多。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，已經(jīng)僅通過舉例方式而沒有任何限制 性意義地描述了上述實(shí)施例，并且在不脫離如權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明 范圍的情況下，各種變更和修改是可能的。
權(quán)利要求
1、一種測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的方法，所述方法包括從解剖圖像數(shù)據(jù)中，基于具有第一范圍內(nèi)硬度的所述結(jié)構(gòu)，測定在所述結(jié)構(gòu)中多個(gè)位置處的各自第一應(yīng)力值；測定多個(gè)第一所述位置，在所述位置處所述解剖結(jié)構(gòu)的硬度在不同于所述第一范圍的第二范圍內(nèi)；以及測定在不同于所述各第一位置的多個(gè)第二所述位置處的各自第二應(yīng)力值，所述各自第二應(yīng)力值表示考慮到在至少一個(gè)所述第一位置處具有所述第二范圍內(nèi)硬度的所述解剖結(jié)構(gòu)所校正的各自所述第一應(yīng)力值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述方法使用有限元建模。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法是測定血管中壁應(yīng)力 的方法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述各第二位置對應(yīng)所述血管 中的各媽化區(qū)域。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述各位置借助于體網(wǎng)格來測定。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述各第二應(yīng)力值借助于存儲(chǔ) 器中存儲(chǔ)的各值來測定。
7、 一種測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的裝置，所述裝置包括至少一個(gè)處理器， 其用于從解剖圖像數(shù)據(jù)中，基于具有第一范圍內(nèi)硬度的所述結(jié)構(gòu)，測定在所 述結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)位置處的各自第一應(yīng)力值；測定多個(gè)第一所述位置，在所述位置處所述解剖結(jié)構(gòu)的硬度在不同于 所述第一范圍的第二范圍內(nèi)；以及測定在不同于所述各第一位置的多個(gè)第二所述位置處的各自第二應(yīng)力 值，所述各自第二應(yīng)力值表示考慮到在至少一個(gè)所述第一位置處具有所述 第二范圍內(nèi)硬度的所述解剖結(jié)構(gòu)所校正的各自所述第一應(yīng)力值。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，至少一個(gè)所述處理器適于使用 有限元建模。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述裝置適于測定血管中的壁 應(yīng)力。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述各第二位置對應(yīng)所述血 管中的各鈣化區(qū)域。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述各位置借助于體網(wǎng)格來 測定。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述各第二應(yīng)力值借助于存 儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各值來測定。
13、 一種由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所使用的用于測定解剖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括第一計(jì)算機(jī)代碼，其可運(yùn)行以便從解剖圖像數(shù)據(jù)中，基于具有第一范 圍內(nèi)硬度的所述結(jié)構(gòu)，測定在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)位置處的各自第一應(yīng)力值;第二計(jì)算機(jī)代碼，其可運(yùn)行以便測定多個(gè)第一所述位置，在所述位置 處所述解剖結(jié)構(gòu)的硬度在不同于所述第一范圍的第二范圍內(nèi)；以及第三計(jì)算機(jī)代碼，其可運(yùn)行以便測定在不同于所述各第一位置的多個(gè) 第二所述位置處的各自第二應(yīng)力值，所述各自第二應(yīng)力值表示考慮到在至 少一個(gè)所述第一位置處具有所述第二范圍內(nèi)硬度的所述解剖結(jié)構(gòu)所校正的 各自所述第一應(yīng)力值。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可運(yùn)行以 使用有限元建模。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可運(yùn)行以 測定血管中的壁應(yīng)力。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，所述各第二位置對應(yīng)所 述血管中的各鈣化區(qū)域。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，所述各位置可借助于體 網(wǎng)格進(jìn)行測定。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，所述第三計(jì)算機(jī)代碼可 運(yùn)行以借助于存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各值來測定所述各第二應(yīng)力值。
全文摘要
公開了一種測定腹主動(dòng)脈瘤中壁應(yīng)力的方法。所述方法包括從解剖圖像數(shù)據(jù)中，基于具有基本一致硬度的主動(dòng)脈，測定在壁上各位置處的各自第一應(yīng)力值。測定那些位置處應(yīng)力的主要方向，然后測定各鈣化區(qū)域(20)的位置。然后為每個(gè)不對應(yīng)鈣化區(qū)域的位置測定距最近鈣化區(qū)域的距離，然后根據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各值來測定各鈣化區(qū)域所引起的附加應(yīng)力。
文檔編號(hào)A61B6/00GK101400304SQ200780009199
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者M·布雷沃, S·德帕特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司