血管系統(tǒng)的血管造影檢查方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種檢查對(duì)象（6）的血管系統(tǒng)的血管造影檢查方法，用于確定在血管（21）內(nèi)的流動(dòng)特性，步驟為：獲取4D血管造影序列；在其中識(shí)別血管系統(tǒng)的至少一個(gè)相關(guān)部分；為該部分確定中線（22）；確定平行于中線延伸并圍繞中線的平行線（23）；至少在沿中線的位置（i,j）處確定垂直橫截面（24，25）；確定位于垂直橫截面上的體素（i,j）（26，27）；確定推注曲線（11）；為每個(gè)體素確定時(shí)間（t）；測(cè)量所述體素之間的真實(shí)的歐幾里得距離（ΔDE）；將該距離除以時(shí)間差（Δt=t(i+1)-t(i)）來獲得第一速度分量的幅度；為每個(gè)體素確定與相對(duì)質(zhì)量變化成正比的、橫向延伸的第二速度分量（v(i,k)trans）；以及根據(jù)速度分量計(jì)算在血管系統(tǒng)的相關(guān)部分中的血液流動(dòng)。
【專利說明】血管系統(tǒng)的血管造影檢查方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢查對(duì)象的血管系統(tǒng)的血管造影檢查方法，用于確定在血管內(nèi)的流動(dòng)特性。
【背景技術(shù)】
[0002]4D-DSA成像是一種新的大有前途的成像方法，借助該方法在使用造影劑的情況下能夠在3D血管樹中顯現(xiàn)血液的時(shí)空傳播。
[0003]4D-DSA 成像法例如由 Prof.Dr.Charles A.Mistretta et al.在 “4D-DSA and4DFluoroscopy:Preliminary Implementation，，，公布于 Proceedings of the SPIE, 2010,Vol.7622，762227-1至8頁中描述。在4D-DSA方案中從旋轉(zhuǎn)血管造影的投影中提取在血管中的造影劑的動(dòng)態(tài)特性，并且該動(dòng)態(tài)特性借助透視反投影在血管樹的靜態(tài)3D圖像中淡入。在此，產(chǎn)生時(shí)間分辨的3D數(shù)據(jù)組系列；對(duì)應(yīng)于該系列的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)具有體積數(shù)據(jù)組，其代表了在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上用造影劑對(duì)血管樹的填充。 [0004]這樣的4D-DSA成像法用于使在血管段或血管的血管片段中的血液流動(dòng)可視化，其包含病理的、也就是由疾病引起的變化。血管段的這種病理變化例如以動(dòng)脈瘤的形式存在，即由疾病引起的、空間有限的、通常是囊狀的擴(kuò)張。動(dòng)脈瘤特別是可能出現(xiàn)在腦部或心臟范圍內(nèi)的血管中，但是動(dòng)脈瘤的出現(xiàn)通常不限于特定的身體區(qū)域。動(dòng)脈瘤(例如位于腦部)的臨床重要性特別是在于，由于破裂(即形成裂口或斷裂)的危險(xiǎn)而可能例如導(dǎo)致出血和血栓。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，通常將在動(dòng)脈瘤中的血液流動(dòng)的動(dòng)態(tài)看作是動(dòng)脈瘤病理學(xué)的重要因素，也就是動(dòng)脈瘤的形成和發(fā)育。
[0005]例如在US7，500, 784B2中公知一種用于執(zhí)行這樣的4D-DSA成像法的血管造影系統(tǒng)，以下根據(jù)圖1對(duì)其進(jìn)行闡述。
[0006]圖1示出了作為例子示出的單平面X射線系統(tǒng)(monoplanesR(3ntgensystem),具有由以六軸的工業(yè)機(jī)器人或彎曲臂機(jī)器人(Knickarmroboter)形式的支架I支撐的C形臂2，在該C形臂端部安裝了 X射線輻射源(例如是具有X射線管和準(zhǔn)直儀的X射線輻射器3)和作為圖像拍攝單元的X射線圖像探測(cè)器4。
[0007]借助例如在US7，500, 784B2中公知的優(yōu)選具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)軸并由此具有六個(gè)自由度的彎曲臂機(jī)器人，能夠在空間上任意地調(diào)節(jié)C形臂2，例如通過使其圍繞X射線輻射器3和X射線圖像探測(cè)器4之間的旋轉(zhuǎn)中心來旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的血管造影X射線系統(tǒng)I至4特別是能夠圍繞X射線圖像探測(cè)器4的C形臂平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)中心和旋轉(zhuǎn)軸來旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選是圍繞X射線圖像探測(cè)器4的中心點(diǎn)以及圍繞與X射線圖像探測(cè)器4的中心點(diǎn)相交的旋轉(zhuǎn)軸。
[0008]已知的彎曲臂機(jī)器人具有基本框架，其例如被固定裝配在地板上。在基本框架上固定了可圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(Karussell)。在轉(zhuǎn)盤上安裝了可圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)的機(jī)器人搖臂，在該機(jī)器人搖臂上固定了可圍繞第三旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人手臂。在機(jī)器人手臂端部安裝了可圍繞第四旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人手。該機(jī)器人手具有用于C形臂2的固定元件，后者可以圍繞第五旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，并且可以圍繞與其垂直延伸的第六旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。[0009]X射線診斷裝置的實(shí)現(xiàn)并不依賴于工業(yè)機(jī)器人。也可以使用通常的C形臂設(shè)備。
[0010]X射線圖像探測(cè)器4可以是矩形或方形的、平的半導(dǎo)體探測(cè)器，優(yōu)選是由無定形的硅(a-Si)制成。但是，也可以使用集成的以及可能的計(jì)數(shù)的CMOS探測(cè)器。
[0011]在X射線輻射器3的輻射路徑上，待檢測(cè)的患者6作為檢測(cè)對(duì)象位于患者臥榻的臥榻板5上。具有圖像系統(tǒng)8的系統(tǒng)控制單元7與X射線診斷裝置連接，該圖像系統(tǒng)接受并處理X射線圖像探測(cè)器4的圖像信號(hào)(例如未示出操作元件)。然后，能夠在顯示信號(hào)燈9上的顯示器上觀察X射線圖像。在系統(tǒng)控制單元7中還設(shè)置了計(jì)算單元10，以下將詳細(xì)描述該計(jì)算單元的功能。
[0012]代替在圖1中示例性示出的具有以六軸的工業(yè)機(jī)器人或彎曲臂機(jī)器人形式的支架I的X射線系統(tǒng)，血管造影X射線系統(tǒng)也可以具有普通的頂棚安裝的或地板安裝的用于C形臂2的固定設(shè)備。[0013]代替示例性示出的C形臂2，血管造影X射線系統(tǒng)也可以具有分離的頂棚安裝的和/或地板安裝的用于X射線輻射器3和X射線圖像探測(cè)器4的固定設(shè)備，其例如電子牢固地耦合。
[0014]為了獲得4D血管造影序列，借助在圖1中示出的單平面X射線系統(tǒng)首先建立旋轉(zhuǎn)血管造影，并由此重建填充了造影劑的血管的3D血管樹。為了采集時(shí)間分量，建立了填充了造影劑的血管的2D-DSA序列，并且將其反投影至重建的3D血管樹。
[0015]為了更好理解2D-DSA序列的建立，在圖2中示例性示出了血管段的時(shí)間-強(qiáng)度曲線或造影強(qiáng)度曲線具有所標(biāo)明的特性參數(shù)，其中畫出了血液流動(dòng)，作為關(guān)于時(shí)間t的強(qiáng)度I。按照造影劑的推注(Bolus)曲線11的噪聲式的走向，強(qiáng)度I上升至強(qiáng)度最大值12(1_)，然后再次降落至平均的噪聲水平13。另外，通過其半值寬度14 (FWHM, Full Widthat Half Maximum,在最大值半值處的全寬)描述了該推注曲線11的特性,其位于該推注曲線11的上升中部和下降中部之間。
[0016]到達(dá)時(shí)間15 (Trise)是直到在檢查位置上出現(xiàn)造影劑推注以及由此直到推注曲線11上升所經(jīng)過的時(shí)間。中間上升時(shí)間16 (THse,FWHM)是直到出現(xiàn)推注曲線11的半值寬度14所經(jīng)過的時(shí)間，也就是直到推注曲線11達(dá)到強(qiáng)度最大值12(1_)的一半所經(jīng)過的時(shí)間。直到強(qiáng)度最大值12 (Imax)的時(shí)間被稱為最大值時(shí)間17 (tmax, time to maximum)。上升時(shí)間18或沖入時(shí)間(Einwaschzeit)(twashin)表示推注曲線11的急劇上升。通過下降時(shí)間19或沖掉時(shí)間(Auswaschzeit) (twaslTOUt)表示推注曲線11的下降。通過推注時(shí)間或最大值時(shí)間20 (tP6ak)表示出現(xiàn)造影劑推注的持續(xù)時(shí)間。
[0017]因此，在4D-DSA成像法中根據(jù)填充了造影劑的血管的旋轉(zhuǎn)血管造影才重建3D血管樹，并且在失透的靜止?fàn)顟B(tài)下完全放大或積聚地再現(xiàn)。于是由在沖入階段(Einwaschphase)或沖掉階段(Auswaschphase)的2D-DSA拍攝的系列來米集造影劑在3D血管樹內(nèi)的動(dòng)態(tài)傳播，該系列被反投影到重建的3D體積中。
[0018]在此，由于借助透視反投影在血管樹的靜態(tài)3D圖像中淡入，可以由旋轉(zhuǎn)血管造影的投影進(jìn)行4D血管造影序列的獲取。在此，產(chǎn)生時(shí)間分辨的3D數(shù)據(jù)組系列；對(duì)應(yīng)于該系列的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)具有體積數(shù)據(jù)組，其代表了在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上用造影劑對(duì)血管樹的填充。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0019]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，設(shè)計(jì)一種開頭所述類型的血管系統(tǒng)的血管造影檢查方法，使得在使用造影劑的條件下能夠盡可能準(zhǔn)確地確定在血管內(nèi)的流動(dòng)特性并且顯示血液的時(shí)空傳播。
[0020]按照本發(fā)明，上述技術(shù)問題通過開頭所述類型的血管造影檢查方法來解決。有利的構(gòu)成在從屬權(quán)利要求中給出。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，通過以下步驟來解決用于確定在血管內(nèi)的流動(dòng)特性的、檢查對(duì)象的血管系統(tǒng)的血管造影檢查方法的技術(shù)問題:
[0022]SI)獲取4D血管造影序列；
[0023]S2)在所述4D血管造影序列中識(shí)別血管系統(tǒng)的至少一個(gè)相關(guān)部分，該部分可以具有脈管的病癥或變化；
[0024]S3)為所述部分確定中線；
[0025]S4)確定平行于所述中線延伸并圍繞所述中線的平行線；
[0026]S5)至少在沿著所述中線的可確定或可選擇的位置處確定垂直橫截面；
[0027]S6)確定位于所述垂直橫截面上的體素；
[0028]S7)確定推注曲線，作為與橫截面之一相交的每個(gè)體素的時(shí)間函數(shù)；
[0029]S8 )為每個(gè)體素確定時(shí)間(t);
[0030]S9)測(cè)量沿著中 線和平行線的位置處的體素之間的真實(shí)的歐幾里得距離(ADe)；
[0031]S10)將所測(cè)量的距離(ADe)除以時(shí)間差(At=t(i+1)_t(i))，以便獲得在每個(gè)體素中的血液流動(dòng)速度的第一速度分量的幅度；
[0032]Sll)為每個(gè)體素確定與在體素中的血液的相對(duì)質(zhì)量變化成正比的、橫向延伸的第二速度分量(V (i, k) trans);以及
[0033]S12)根據(jù)速度分量計(jì)算在血管系統(tǒng)的相關(guān)部分中的血液流動(dòng)。
[0034]根據(jù)計(jì)算獲得在每個(gè)體素中的血液流動(dòng)速度的準(zhǔn)確矢量，用于4D-DSA序列的精確成像。
[0035]在有利的方式下，根據(jù)步驟SI)可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)血管造影的投影來進(jìn)行4D-DSA血管造影序列的獲取，其借助透視反投影在血管樹的靜態(tài)3D圖像中被淡入。在此，產(chǎn)生時(shí)間分辨的3D數(shù)據(jù)組系列；對(duì)應(yīng)于該系列的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)具有體積數(shù)據(jù)組，其代表了在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上用造影劑對(duì)血管樹的填充。
[0036]根據(jù)方法步驟Sll)橫向延伸的第二速度分量(v(i, k)trans)的計(jì)算根據(jù)以下的公式進(jìn)行被證實(shí)是有利的:
[0037]v(aW"(；+；f

m\i,k )-m[i + LA: j
[0038]根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)步驟S8)時(shí)間(t)可以是推注曲線的最大值時(shí)間(tmax)、沖入階段的上升時(shí)間(twash in)和/或沖掉階段的下降時(shí)間(twash 0Ut)o
[0039]在有利的方式下，在根據(jù)方法步驟S10)為每個(gè)體素(i，j)計(jì)算第一速度分量之后，可以檢測(cè)所有相鄰的體素(k+)是否存在質(zhì)量m(i+l，k+)與質(zhì)量m(i，k+)相比的相對(duì)變化，并且然后才為了根據(jù)方法步驟Sll)為體素(i，k)確定第二速度分量而確定具有與相對(duì)質(zhì)量變化成正比的大小的、橫向延伸的速度分量(V (i，k) trans)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0040]以下借助在附圖中示出的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖中:
[0041]圖1示出了具有作為支承設(shè)備的工業(yè)機(jī)器人的已知的C形臂血管造影系統(tǒng)；
[0042]圖2示出了用于解釋本發(fā)明的標(biāo)明了特性參數(shù)的造影強(qiáng)度曲線；
[0043]圖3示出了用于解釋本發(fā)明的在血管中存在的實(shí)際情況；
[0044]圖4示出了用于解釋本發(fā)明的在血管的橫截面中存在的實(shí)際情況；
[0045]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的血管造影檢查方法的流程。
【具體實(shí)施方式】
[0046]所建議的根據(jù)本發(fā)明的血管造影檢查方法首先識(shí)別3D血管樹或者其重要部分。重要部分可以是在圖3中形象示出的血管段21或分支，其可能具有脈管疾病，例如是動(dòng)脈瘤或明顯狹窄。
[0047]在第二步驟中，為該部分(血管段21)確定中線22，并且確定或設(shè)定與所述中線22平行延伸并圍繞所述中線22的附加的平行線23。
[0048]作為下一步，確定沿著中線22的一些位置i和j。為此，確定穿過血管段21的垂直的橫截面24或25。小的體積元素、體素(i)26或(j)27位于中線22的位置i和j上并且位于垂直的橫截面24或25上。在圖2中示意性表示了在位置i上的體素(i)26和在位置j上的體素(j) 27。
·[0049]現(xiàn)在為與橫截面24或25相交的每個(gè)體素(i )26或(j )27確定根據(jù)圖2的時(shí)間-強(qiáng)度曲線或造影強(qiáng)度曲線作為時(shí)間t的函數(shù)。
[0050]在圖4中示例性示出了穿過血管段21的橫截面24，其中徑向線29從中線22出發(fā)。平行線23例如等距離地分布在該徑向線29上。
[0051]參數(shù)確定:
[0052]為進(jìn)一步處理可以考慮和引入推注曲線11的一些參數(shù)，例如最大值時(shí)間17(t_，time to maximum)、在沖入階段的上升時(shí)間18 (twash in)和在沖掉階段的下降時(shí)間19 (twash0Ut)o以下將最大值時(shí)間17 (tmax)(在該時(shí)間出現(xiàn)推注曲線11的強(qiáng)度最大值12)作為例子考慮，并且為了簡(jiǎn)單起見，僅用時(shí)間t表示。
[0053]現(xiàn)在在位置i，為所有在橫截面24中的體素26確定時(shí)間t。作為下一步，在位置j(i+l)或在橫截面25上的任意其它的位置，為所有體素27執(zhí)行以上相同步驟。作為結(jié)果獲得所有涉及的體素26或27的時(shí)間t (i)和t (i+1)。沿著中線22和平行線23測(cè)量在3D空間內(nèi)的位置i和j(i+l)之間的真實(shí)的歐幾里得距離ADe28。通過將沿著中線22和/或平行線23測(cè)量的歐幾里得距離ADe28除以在各個(gè)體素26或27處出現(xiàn)的造影劑事件的時(shí)間差A(yù) t=t(i+1)-t⑴，得到在每個(gè)體素26或27內(nèi)的血液流動(dòng)速度的幅度。
[0054]以這樣的方式獲得平行于線22和23的速度分量，例如是表面附著的流動(dòng)。然而在實(shí)際中，在例如變狹窄、動(dòng)脈瘤或血管壁的其它異常的阻礙下產(chǎn)生湍流。為了準(zhǔn)確地確定流動(dòng)，也必須確定平行于垂直橫截面24或25的橫向延伸的速度分量。
[0055]為此，在造影強(qiáng)度曲線或推注曲線11的條件下，為在片段(i)(橫截面24)中的體素(k)考慮平面m(i，k)，該平面正比于血液的質(zhì)量。替代地，可以用來作為推注曲線11的最大值的其它估計(jì)?，F(xiàn)在將m(i，k)與m(i+l，k)進(jìn)行比較。[0056]如果此時(shí)m(i+l, k)小于m(i, k),則肯定具有來自體素k (26)的橫向延伸的流動(dòng)。因此，觀察所有相鄰的體素k+ (26)m(i+l,k+)是否相對(duì)于m(i，k+)增長(zhǎng)。如果符合，則為體素(i, k) 26確定橫向延伸的速度分量v(i, k)tMns,其從(ik)指向(ik+)以正比于相對(duì)質(zhì)量變化的大小示出，:
[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種檢查對(duì)象(6)的血管系統(tǒng)的血管造影檢查方法，用于確定在血管(21)內(nèi)的流動(dòng)特性，具有以下的步驟: 51)獲取4D血管造影序列， 52)在所述4D血管造影序列中，識(shí)別所述血管系統(tǒng)的至少一個(gè)相關(guān)部分(21)， 53)為所述部分(21)確定中線(22)， 54)確定平行于所述中線(22)延伸并圍繞所述中線(22)的平行線(23)， 55)至少在沿著所述中線(22)的可確定或可選擇的位置(i，j)處確定垂直橫截面(24，25)， 56)確定位于所述垂直橫截面(24，25)上的體素(i，j)(26，27)， 57)確定推注曲線(11)，作為與所述橫截面(24，25)之一相交的每個(gè)所述體素(i，j)(26，27)的時(shí)間函數(shù)， 58)為每個(gè)所述體素(i，j)(26，27)確定時(shí)間(t)， 59)測(cè)量沿著所述中線(22)和所述平行線(23)的位置(i，j)處的體素(i，j)(26，27)之間的真實(shí)的歐幾里得距離(ADe)， 510)將所測(cè)量的距離(ADe)除以時(shí)間差(At=t(i+1)-t⑴)，以便獲得在每個(gè)所述體素(i, j) (26,27)中的血液流動(dòng)速度的第一速度分量的幅度， 511)為每個(gè)所述體素(i，j)(26，27)確定與在所述體素(i，j) (26，27)中的血液的相對(duì)質(zhì)量變化成正比的、橫向延伸的第二速度分量(v(i, k) trans),以及 512)根據(jù)所述速度分量，計(jì)算在血管系統(tǒng)的相關(guān)部分(21)中的血液流動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的血管造影檢查方法，其特征在于，根據(jù)步驟SI)由旋轉(zhuǎn)血管造影的投影獲得4D血管造影序列，該投影借助透視反投影在血管樹的靜態(tài)3D圖像中被淡入。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的血管造影檢查方法，其特征在于，根據(jù)方法步驟Sll)按照以下公式計(jì)算橫向延伸的第二速度分量(V (i, k) trans):
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的血管造影檢查方法，其特征在于，根據(jù)步驟S8)時(shí)間(t)是推注曲線(11)的最大值時(shí)間(17) (t_)、沖入階段的上升時(shí)間(18) (twashin)和/或沖掉階段的下降時(shí)間(19) Ctwash 0Ut)o
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的血管造影檢查方法，其特征在于，在根據(jù)方法步驟S10)為每個(gè)體素(i，j) (26，27)計(jì)算第一速度分量之后，檢查所有相鄰的體素(k+)是否存在質(zhì)量m(i+l，k+)與質(zhì)量m(i，k+)相比的相對(duì)變化，并且然后才為了根據(jù)方法步驟Sll)對(duì)體素(i，k)確定第二速度分量而確定具有與所述相對(duì)質(zhì)量變化成正比的大小的、橫向延伸的速度分量&(1，10^_)。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK103584875SQ201310349374
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月13日
【發(fā)明者】K.克林根貝克 申請(qǐng)人:西門子公司