血管單位時(shí)間血流量與血流速度的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)用在基于影像的單位時(shí)間血流量與血流速度的準(zhǔn)確、快速、無(wú)創(chuàng)計(jì)算。
【背景技術(shù)】
[0002]斑塊引起的血管狹窄影響到心肌血流供應(yīng)，對(duì)人的健康造成威脅。通過(guò)冠脈造影，可以顯示冠脈狹窄的嚴(yán)重程度，但是不能反映狹窄的功能性意義。血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)被評(píng)價(jià)為診斷冠脈功能學(xué)的金標(biāo)準(zhǔn)，其定義為病變冠脈能為心肌提供的最大血流量與該冠脈完全正常時(shí)最大供血流量之比，可以通過(guò)在冠脈最大充血狀態(tài)下，狹窄病變遠(yuǎn)端的壓力與狹窄近端壓力的比值計(jì)算得出。
[0003]通過(guò)壓力傳感器對(duì)血管進(jìn)行有創(chuàng)侵入性壓力測(cè)量不僅工作量大，而且存在著損傷血管的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)三維或者二維定量冠脈造影可以獲得冠脈系統(tǒng)的幾何模型從而進(jìn)行計(jì)算機(jī)流體力學(xué)分析，然而當(dāng)前速度獲得方法是通過(guò)半自動(dòng)(人工+計(jì)算機(jī))方法獲得，重建過(guò)程需要精確勾勒出血管邊界，歷時(shí)較久且操作者要具備豐富經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)需要人工確定造影劑進(jìn)入冠狀動(dòng)脈的起始位置(起始幀)以及充盈到目標(biāo)遠(yuǎn)端的結(jié)束位置(結(jié)束幀)，另外，造影劑在微循環(huán)充分?jǐn)U張時(shí)的充盈過(guò)程較短，通過(guò)感興趣的血管段通常僅占用了一個(gè)心跳周期的某個(gè)時(shí)間段，這樣會(huì)導(dǎo)致在心跳周期的不同時(shí)段所確定的血流速度的差異性非常大。除此之外，通常情況下只對(duì)一根狹窄血管做重建，忽略了邊支對(duì)血流速度的影響，導(dǎo)致該方法最終計(jì)算出的血流速度與實(shí)際值之間的誤差較大，影響了后續(xù)的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)求解結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，比較典型的計(jì)算血流速度的方法有如下幾類:
[0005]首次分布分析方法:參見(jiàn)對(duì)比文件l(WongJT,Ducote JL,Tong X,Hassanein MT，Sabee M.Automated Technique for Ang1graphic Determinat1n of Coronary BloodFlow and Lumen Volumel[J].((Academic Rad1logy》，2006，13(2): 186-194)，Wong等人提出了首次分布分析的方法計(jì)算血流速度。該方法首先通過(guò)碘造影劑校正平臺(tái)，對(duì)半徑、長(zhǎng)度已知的圓管填充滿密度已知的碘造影劑后進(jìn)行X射線造影，從圓管的造影結(jié)果中擬合出整合灰度值隨碘質(zhì)量變化的線性曲線。利用冠脈造影，提取冠脈感興趣區(qū)域的整合灰度值隨時(shí)間變化曲線，根據(jù)擬合的灰度值-碘質(zhì)量線性曲線，得到感興趣區(qū)域內(nèi)碘造影劑質(zhì)量隨時(shí)間變化曲線，在已知碘造影劑密度的條件下，可以得到感興趣區(qū)域血管內(nèi)液體體積隨時(shí)間變化曲線，從體積時(shí)間變化曲線中求得血流量和血流速度。該技術(shù)的缺陷在于所述的感興趣區(qū)域不會(huì)隨著造影序列目標(biāo)血管位置移動(dòng)而相應(yīng)移位;且對(duì)于平均血流速度計(jì)算的時(shí)間段選取沒(méi)有規(guī)定，可能是非整數(shù)個(gè)心動(dòng)周期。導(dǎo)致該技術(shù)方案所求得的血流量和血流速度的精確度較低、數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性較差。
[0006]TIMI記幀法:參見(jiàn)對(duì)比文件2(Tu S,Barbato E,Koszegi Z et al.Fract1nalflow reserve calculat1n from 3-dimens1nal quantitative coronary ang1graphyand TIMI frame count:a fast computer model to quantify the funct1nalsignificance of moderate Iy obstructed coronary afteries[J].JACCCard1vascular intervent1ns，2014，(7):768-777)，該文件2公開(kāi)了如下方案:播放冠脈造影圖像，觀察造影劑進(jìn)入靶血管近端解剖標(biāo)志點(diǎn)到遠(yuǎn)端解剖標(biāo)志點(diǎn)所經(jīng)歷的幀數(shù)，根據(jù)造影圖像的幀頻，得到造影劑從近端標(biāo)志點(diǎn)到遠(yuǎn)端標(biāo)志點(diǎn)傳輸時(shí)間。再利用冠脈造影三維重建得到標(biāo)志點(diǎn)之間的距離，得到造影劑的傳輸時(shí)間，用距離除以傳輸時(shí)間近似為血流速度。
[0007]數(shù)字跟蹤法:參見(jiàn)對(duì)比文件3(陳興新，駱秉銼，楊瑞華，陳莉莉.冠脈造影數(shù)字跟蹤技術(shù)測(cè)量冠脈血流速度的臨床研究[J].生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2007，24(2):294-298)，該文件3公開(kāi)如下技術(shù)方案:電影環(huán)放冠脈造影序列圖像，選擇靶血管，采用數(shù)字跟蹤技術(shù)測(cè)定前后兩幀或N幀(標(biāo)志點(diǎn))圖像移動(dòng)(徑線或曲線)的距離和經(jīng)過(guò)的時(shí)間，自動(dòng)計(jì)算血流速度。
[0008]Doppler導(dǎo)絲法:參見(jiàn)對(duì)比文件I，該文件I還公開(kāi)了:將Doppler導(dǎo)絲插入到冠脈血管中，利用超聲波振源與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的血液間就產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)測(cè)量血流速度。
[0009]溫度稀釋法:將壓力導(dǎo)絲插入到冠脈血管中，向冠脈中注射室溫的生理鹽水，其隨血液的流動(dòng)而被稀釋，并吸收血液的熱量而升高溫度。這個(gè)溫度稀釋過(guò)程由導(dǎo)管前段的熱敏電阻檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)儀記錄可得到溫度時(shí)間稀釋曲線。根據(jù)熱稀釋理論，血流速度與指示劑的平均轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間成反比，根據(jù)溫度時(shí)間稀釋曲線可計(jì)算血流速度。
[0010]上述專利文獻(xiàn)盡管從不同角度、不同計(jì)算方法中給出了計(jì)算單位時(shí)間血流量或血流速度的方法，但其仍具有至少以下一種或多個(gè)技術(shù)缺陷:
[0011](I)血流速度的測(cè)量準(zhǔn)確度受到血管長(zhǎng)度的估計(jì)、冠脈造影的短縮重疊現(xiàn)象而限制。
[0012](2)需要人工確定造影劑進(jìn)入冠狀動(dòng)脈的起始位置(起始幀)以及充盈到目標(biāo)遠(yuǎn)端的結(jié)束位置(結(jié)束幀)，計(jì)算準(zhǔn)確度受人為因素影響。
[0013](3)血流速度的計(jì)算要在造影劑離開(kāi)感興趣血管段之前測(cè)得，造影劑的充盈速度快，通過(guò)感興趣血管段的時(shí)間僅占用了一個(gè)心跳周期的某個(gè)時(shí)間段(通常少于一個(gè)心動(dòng)周期)，這樣會(huì)導(dǎo)致在心跳周期的不同時(shí)段所確定的血流速度通常是非整數(shù)心動(dòng)周期的血流速度均值，與實(shí)際平均血流速度存在較大的偏差。
[0014](4)選擇大的感興趣區(qū)域，如整個(gè)冠狀動(dòng)脈及其下游所灌注的心肌的微血管，進(jìn)行計(jì)算，無(wú)法確保造影劑充盈感興趣區(qū)域的過(guò)程所對(duì)應(yīng)的圖像灰度變化曲線下降或上升時(shí)間段為整數(shù)個(gè)心動(dòng)周期，這樣會(huì)導(dǎo)致計(jì)算得到的單位時(shí)間血流量或血流速度均值與實(shí)際單位時(shí)間血流量或平均血流速度存在較大的偏差。
[0015](5)直接測(cè)量血流速度具有有創(chuàng)性，而且Doppler血流導(dǎo)絲儀器昂貴，病人難以承受，限制了該方法的臨床推廣應(yīng)用。
[0016](6)造影感興趣區(qū)域不會(huì)隨著造影序列中目標(biāo)血管位置移動(dòng)而相應(yīng)移位，導(dǎo)致感興趣區(qū)域內(nèi)的灰度值變化不僅僅由于造影劑在目標(biāo)血管中傳輸導(dǎo)致，還可能由于目標(biāo)血管移出和邊支血管移入導(dǎo)致，從而導(dǎo)致計(jì)算的單位時(shí)間血流量或血流速度不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新的血管單位時(shí)間血流量與血流速度計(jì)算方法，具體方案包括:
[0018]一種血管單位時(shí)間血流量的計(jì)算方法，該方法包括:確定血管的感興趣區(qū)域;計(jì)算并擬合出所述感興趣區(qū)域內(nèi)的灰度擬合曲線;確定一預(yù)定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的最大灰度值曲線或最小灰度值曲線;計(jì)算預(yù)定時(shí)間區(qū)間內(nèi)最大灰度值曲線或最小灰度值曲線與灰度擬合曲線所包圍的區(qū)域面積值;基于該區(qū)域面積值，獲取該面積值所對(duì)應(yīng)的單位時(shí)間血流量。
[0019]—種血管血流速度的計(jì)算方法，該方法包括:確定血管的感興趣區(qū)域;計(jì)算并擬合出所述感興趣區(qū)域內(nèi)的灰度擬合曲線;確定一預(yù)定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的最大灰度值