血管压力差修正方法、装置和设备与流程

本发明属于医疗技术领域，特别涉及一种血管压力差修正方法、装置和设备。

背景技术

对于冠状动脉分叉病变的边支评估，在临床实践和科学上一直是具有挑战性的。在用造影技术进行这种边支评估过程中，使用的造影技术涉及光学相干断层成像(opticalcoherencetomography，oct)，这是一种高分辨率断层成像技术，和血管内超声(intravascularultrasound，ivus)原理类似，该技术以近红外线作为光源，利用光波的干涉法则进行成像，将光束扫描组织的光信号转换成电信号，经过计算机处理后显示为灰色图或伪彩色图的二维和三维图像。由于光的波长较声波更短，光学相干断层成像具有更高的分辨率，可达10～20um。和血管内超声相比，光学相干断层成像能够提供更为快速、清晰的图像，并且更精确地显示血管壁的具体形态情况(内部是否堵塞、堵塞面积、大小等)。

与冠状动脉分叉病变的边支评估相关的，本申请的发明人在早先的美国专利申请公开的专利文献us20150238121a1中，公开了一种确定血管的主支的边支的至少一个几何参数的方法，该方法包括：接收多个横截面数据集，该数据集表示覆盖一段主支长度的主支截面几何形状。接收主支的切割平面的位置数据，该切割平面至少部分地与侧面分支和切割平面相交，所述切割平面与截面相交成一个角度；基于多个截面数据集的至少一部分数据，在切割平面中构建主支的构造横截面的图像数据。接收轮廓数据，该轮廓数据定义所构建的横截面中的轮廓，轮廓被设置在边支中。通过确定轮廓的几何参数来确定几何参数。主支是指冠状动脉中的主支血管，边支是与主支血管连通的边支血管。

在获得了包括血管直径或横截面积等的血管几何参数后，根据血管几何参数可以计算血管压力差。血管压力差是感兴趣血管段近端起点和远端终点之间的压力差值，是一个可以有效反应血管供血功能的参数。由于ffr(血流储备分数)约等于冠状动脉远端压力pd与冠状动脉近端压力pa的比值，从pd与pa间的血管压力差，从测量获得的pa即可计算出ffr。

在专利文献cn108022650a，公开了一种基于主支血管和边支血管参数计算血管压力差的方法，在该方法中，涉及到对边支血管几何参数的获取，以及对理想血管管腔几何模型的计算问题，但在该方法中仍然存在对于血管压力差的数值如何修正的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种血管压力差修正方法、装置和设备，采用腔内图像成像技术在主支血管内采集影像，通过影像获得多个血管截面，由血管截面直接计算得到边支血管切割平面的面积，然后用该切割面积修正血管压力差。

本发明的实施例之一，一种血管压力差修正方法，给方法涉及的血管包括第一血管和第二血管，第一血管与第二血管相交连通，第一血管与第二血管的远端分界点为分叉嵴点。该计算方法包括：

沿第一血管中心线方向，以第一血管与第二血管的近端分界点为第二端点，以分叉嵴点为第一端点，获取第一端点与第二端点间的多个血管截面；

该血管截面在第一血管管壁和第二血管管壁上形成轮廓线；

所述血管截面在第一血管管壁上形成的轮廓线围成多个第一血管凸面；

所述血管截面在第二血管管壁上形成的轮廓线围成多个第二血管凸面；

第一血管截面与第二血管凸面相交形成多条相交线；

将所述的多条相交线拟合成相交面；

根据相交面计算获得切割平面的面积，切割平面是过分叉嵴点垂直于第二血管中心线的第二血管截面，

用所述切割平面的面积对血管压力差进行修正。

其中，第一血管可以是冠状动脉中的主支血管，第二血管可以是冠状动脉中的边支血管。

本发明的实施例之一，一种血管压力差修正方法，所述方法包括：

接收感兴趣的血管段腔内断层图像，该血管段包括近端起点、至少一个分叉嵴点、远端终点；

分割出断层图像中血管管腔轮廓，经过三维重建获得血管管腔几何模型；

根据所获得的血管管腔几何模型，提取出边支血管的中心线参数；

过分叉嵴点做垂直于边支血管中心线的截面；

计算边支血管在该截面上的面积s，即为边支血管的切割面积；

根据该边支血管的切割面积对血管压力差进行修正。

本发明实施例之一，一种血管压力差修正装置，用于对血管压力差的计算结果的修正，该装置包括图像成像探头、存储器，以及耦合到所述存储器的一个或多个处理器，处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，对图像成像探头获得的图像数据进行成像处理，

涉及血管压力差计算的血管包括第一血管和第二血管，第一血管与第二血管相交连通，第一血管与第二血管的远端分界点为分叉嵴点，

采用图像成像探头，沿第一血管中心线方向，以第一血管与第二血管的近端分界点为第二端点，以分叉嵴点为第一端点，获取第一端点与第二端点间的多个血管截面；处理器执行以下操作：

该血管截面在第一血管管壁和第二血管管壁上形成轮廓线；

所述血管截面在第一血管管壁上形成的轮廓线围成多个第一血管截面；

所述血管截面在第二血管管壁上形成的轮廓线围成多个第二血管凸面；

第一血管截面与第二血管凸面相交形成多条相交线；

将所述的多条相交线拟合成相交面；

根据相交面计算获得切割平面的面积；

用所述切割平面的面积对血管压力差进行修正。

图像信号处理单元通过馈线与图像成像探头连接，馈线用于给图像成像探头提供电源，同时将图像成像探头的信号传输回图像信号处理单元。图像信号处理单元的输出端接入处理器，使得处理器获得第一血管和第二血管内的图像数据。显示器与处理器连接，用于显示图像成像探头获得的血管内图像以及计算得到的切割平面的数据。操作输入单元，与处理器连接，用于对图像成像探头的操作参数的设定。

本发明实施例之一，一种血管压力差修正设备，其包括血管图像数据生成装置、血管压力差计算装置和血管压力差修正装置，

血管图像数据生成装置的输出端分别接入血管压力差计算装置的输入端和血管压力差修正装置的输入端，血管压力差修正装置的另一个输入端与血管压力差计算装置的输出端连接，

血管压力差计算装置从血管图像数据生成装置获得血管图像数据后计算得到血管压力差数值，

血管压力差修正装置从血管图像数据生成装置接收血管图像中计算获得边支血管的切割平面的面积数据，从血管压力差计算装置接收血管压力差数值，根据所述切割平面的面积数据对已经获得的血管压力差数值进行修正，获得修正后的血管压力差数值。

本发明实施例的有益效果之一是，通过oct或者ivus图像成像探头在主支血管内直接获得的序列图像中，提取出主支截面和边支凸面的轮廓线，两种轮廓线相交形成的相交线序列拟合成相交面，从相交面换算出边支的切割平面。改进了现有技术中计算方法，修正排除了现有计算方法中的估算误差，提高了边支几何参数的计算精度。

本发明实施例的有益效果之一是，采用实施例提供的边支几何参数的计算方法，通过建立血管分段，重建出血管管腔几何模型。根据血管官腔几何模型提取出边支血管的中心线参数，在中心线上做边支血管截面，计算该截面的面积，即为边支血管的切割面积。根据该切割面积修正血管段的血管压力差，提高了计算血流储备分数ffr的准确度。

本发明实施例的有益效果之一是，通过包括图像成像探头、存储器、图像信号处理单元、显示器、处理器和操作输入单元的血管几何参数检测装置，为心脏病学工作者提供了一种可以快速检测计算边支几何参数的工具。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是本发明实施例中主支血管与边支血管的血管截面示意图。

图2是本发明实施例中多条相交线示意图。

图3是本发明实施例中切割平面示意图。

图4是图1的横侧视图。

图5是本发明实施例中oct探头获取血管内图像示意图。

图6是本发明实施例中血管截面的主凸面与边凸面形成相交线示意图。

图7是本发明实施例中的多分叉血管管腔模型示意图。

图8是本发明实施例中血管压力差修正装置组成示意图。

图9是本发明实施例中血管压力差修正设备组成示意图。

100——主支，102——主支管壁，

200——边支，202——边支管壁，

300——主支中心线，301——第一主凸面，302——第三主凸面，303——第n主凸面，

400——边支中心线，401——第一边凸面，402——第三边凸面，403——第n边凸面，

500——分叉嵴点，

600——相交面，601——第一相交线，602——第三相交线，603——第n相交线，

700——切割平面，

800——oct探头。

具体实施方式

实施例一

如图1和图4所示，第一血管是主支100，第二血管是边支200。主支100与边支200成角度相交连通，主支100与边支200的远端分界点为分叉嵴点500。边支200的血管压力差修正方法包括：

沿主支中心线300方向，以主支100与边支200的近端分界点为第二端点，以分叉嵴点500为第一端点，获取第一端点与第二端点间的多个血管截面。

血管截面在主支管壁102和边支管壁202上形成轮廓线。

血管截面在主支管壁102上形成的轮廓线围成多个主凸面，例如图1中的第一主凸面301、第三主凸面302和第n主凸面303。

血管截面在边支管壁202上形成的轮廓线围成多个边凸面，例如图1中第一边凸面401、第三边凸面402和第n边凸面403。

主截面与边凸面相交形成多条相交线，例如图2中第一相交线601、第三相交线602和第n相交线603。

将多条相交线拟合成相交面，如图2所示的相交面600。

根据相交面计算获得切割平面700的面积。如图2和3所示的切割平面700。切割平面700是过分叉嵴点500垂直于边支中心线400的边支截面。切割平面700的面积＝(相交面600的面积)*(主支血管中心线300与边支血管中心线400的夹角的正弦值)。用切割平面700的面积对血管压力差进行修正。

根据一个或者多个实施例，如图1、4和6所示。在血管压力差修正计算中，计算切割平面的面积，进一步包括：

识别所述血管截面轮廓线上曲率变化最大的两个点，点a和点b；

将连接点a和点b的直线线段，作为第一血管和第二血管的交界线；

多个血管截面形成的交界线拟合成第二血管在第一血管上的圆形开口；

计算所述圆形开口的面积s0；

获取第一血管中心线与第二血管中心线之间的夹角θ，得到第二血管的切割平面的面积为：

s＝s0×sinθ(1)

其中，夹角θ的取值范围可以是0～180度。

根据一个或多个实施例，如图4所示，各个血管截面之间的间距是相等的。

根据一个或多个实施例，如图5所示，所述血管截面是通过oct的探头800在主支内沿主支中心线方向300扫描获得。oct的探头800匀速通过主支内与边支的相交连通区域。oct探头800移动的方向是从第一端点向第二端点移动。操作的方法是，首先将oct探头800移动至主支的远端，然后以恒定速度回撤，经过主支与边支相交的区域，获得多个血管截面图像。实际上，主支血管的管径是不均匀的。这里的oct探头也可以采用ivus探头。

实施例二

根据一个或者多个实施例，一种血管压力差修正方法，该方法包括：

接收感兴趣的血管段腔内断层图像，该血管段包括近端起点、至少一个分叉嵴点、远端终点；

分割出断层图像中血管管腔轮廓，经过三维重建获得血管管腔几何模型；

根据所获得的血管管腔几何模型，提取出边支血管的中心线参数；

过分叉嵴点做垂直于边支血管中心线的截面；

计算边支血管在该截面上的面积s，即为边支血管的切割面积；

根据该边支血管的切割面积对血管压力差进行修正。

其中，血管段包括主支血管和边支血管，所述几何参数包括主支血管管腔面积和边支血管管腔面积，边支血管管腔面积也称为边支血管的切割平面，是过分叉嵴点垂直于边支血管中心线的边支血管截面。

根据一个或者多个实施例，所述血管段中具有多个边支血管，将主支血管按照边支血管的分叉嵴点分为多个血管分段。设血管段的几何模型参数以血管横截面的半径或直径进行体现，所述血管段的血管管腔的几何模型可以参考murry公式、finet公式、hk公式或者能量守恒模型对参数进行逐级计算。

如图7所示，当血管存在一个分叉，且分叉和血管近端起点之间的血管段正常，分叉和血管远端终点之间的血管段存在狭窄时，可以参考以下方法对血管管腔模型的几何参数进行计算。血管段中具有1个边支血管，将主支血管按照边支血管的分叉嵴点分为2个血管分段。其中r0表示血管近端管腔半径，r′0表示血管近端理想管腔半径(当血管近端管腔正常时，r0＝r′0，s0表示血管近端管腔面积)；r1表示血管远端管腔半径，r′1表示血管远端理想管腔半径(当血管远端管腔正常时，r1＝r′1，s1表示血管远端管腔面积)；c1表示血管近端分叉切割平面面积，1表示血管近端分叉切割平面半径。

当获得近端分叉切割平面面积c1，血管近端正常管腔面积s0，其中由分叉分流定理的murray公式，可以求得血管远端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积。计算公式如下：

同样的，当血管存在一个分叉，且分叉和血管近端起点之间的血管段存在狭窄，分叉和血管远端终点之间的血管段正常时，可以参考上述类似方法对血管管腔模型的几何参数进行计算。当获得近端分叉切割平面面积c1，血管远端正常管腔面积s1，其中由分叉分流定理的murray公式，可以求得血管近端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积。计算公式如下：

进一步的，可以利用分叉分流定理的finet、hk等公式或者能量守恒模型对血管狭窄段理想管腔半径、直径或面积等参数进行计算。如果将由分叉分流定理的murray公式获得的计算方法作为方法(1)，则有，

方法(2)：当获得近端分叉切割平面面积c1，血管远端正常管腔面积s1，其中

由分叉分流定理中的finet公式求得血管远端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积，计算公式是：

r′1＝1.475r0-r1(4)

当血管存在一个分叉，且分叉和血管近端起点之间的血管段存在狭窄，分叉和血管远端终点之间的血管段正常时，血管管腔模型的几何参数计算过程包括：

当获得近端分叉切割平面面积c1，血管远端正常管腔面积s1，其中

由分叉分流定理求得血管近端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积，计算公式是：

r′0＝0.678(r1+r1)(5)；

方法(3)：当获得近端分叉切割平面面积c1，血管远端正常管腔面积s1，其中

由分叉分流定理中的hk公式求得血管远端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积，计算公式是：

当血管存在一个分叉，且分叉和血管近端起点之间的血管段存在狭窄，分叉和血管远端终点之间的血管段正常时，血管管腔模型的几何参数计算过程包括：

当获得近端分叉切割平面面积c1，血管远端正常管腔面积s1，其中

由分叉分流定理求得血管近端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积，计算公式是：

方法(4):当获得近端分叉切割平面面积c1，血管远端正常管腔面积s1，其中

利用能量守恒模型，求得血管远端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积，计算公式是：

当血管存在一个分叉，且分叉和血管近端起点之间的血管段存在狭窄，分叉和血管远端终点之间的血管段正常时，血管管腔模型的几何参数计算过程包括：

当获得近端分叉切割平面面积c1，血管远端正常管腔面积s1，其中

利用能量守恒模型，求得血管近端狭窄段的理想管腔半径、直径或面积，计算公式是：

在上述公式(2)～(9)中，涉及的参数定义：

r0表示血管近端管腔半径；

r′0表示血管近端理想管腔半径(当血管近端管腔正常时，r0＝r′0，s0表示血管近端管腔面积)；

r1表示血管远端管腔半径，

r′1表示血管远端理想管腔半径(当血管远端管腔正常时，r1＝r′1，s1表示血管远端管腔面积)；

c1表示血管近端分叉切割平面面积；

r1表示血管近端分叉切割平面半径。

进一步的，当血管存在多个分支，且部分血管段存在狭窄时，可以参照上述方式由分叉分流定理对血管狭窄段的理想管腔半径、直径和面积进行逐级计算。

进一步的，多个血管分段的血管段管腔几何模型的几何参数是以下参数的一种或其组合：血管管腔横截面积、血管管腔直径、血管管腔半径。考虑所述血管段中狭窄部位的情况，所述几何参数包括第一几何参数，代表该血管段远端横截面的面积或直径；第二几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第一分叉的横截面积或直径；第三几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第二分叉的横截面积或直径；……；第1+n几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第n分叉的横截面积或直径。

实施例三

如图8所示是本发明实施例中血管压力差修正装置组成示意图。

一种血管压力差修正装置，该装置包括oct探头、存储器、图像信号处理单元、显示器和操作输入单元，以及耦合到所述存储器的一个或多个处理器，

图像信号处理单元通过馈线与oct探头800连接，馈线用于给oct探头800的光源提供电源，同时将oct探头800的信号传输回图像信号处理单元。图像信号处理单元的输出端接入处理器，使得处理器获得主支和边支内的图像数据。显示器与处理器连接，用于显示oct探头800获得的血管内图像以及计算得到的切割平面700的数据。操作输入单元与处理器连接，用于对oct探头800操作参数的设定。

处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器执行以下操作：

采用oct探头800，沿主支中心线300方向，以主支100与边支200的近端分界点为第二端点，以分叉嵴点500为第一端点，获取第一端点与第二端点间的多个血管截面。该血管截面在主支管壁102和边支管壁202上形成轮廓线。

所述血管截面在主支管壁102上形成的轮廓线围成多个主凸面。血管截面在边支管壁202上形成的轮廓线围成多个边凸面。

主凸面与边凸面相交形成多条相交线。将所述的多条相交线拟合成相交面600。根据相交面600计算获得切割平面700的面积。切割平面700的面积＝(相交面600的面积)*(主支血管中心线300与边支血管中心线400的夹角的正弦值)。然后，用切割平面700的面积对血管压力差进行修正。这里的oct探头也可以采用ivus探头。

实施例四

如图9所示，一种血管压力差修正设备，其包括血管图像数据生成装置、血管压力差计算装置和血管压力差修正装置，

血管图像数据生成装置的输出端分别接入血管压力差计算装置的输入端和血管压力差修正装置的输入端，血管压力差修正装置的另一个输入端与血管压力差计算装置的输出端连接，

血管压力差计算装置从血管图像数据生成装置获得血管图像数据后计算得到血管压力差数值，

血管压力差修正装置从血管图像数据生成装置接收血管图像中按照根据实施例一中所述方法计算获得的边支血管的切割平面的面积数据，从血管压力差计算装置接收血管压力差数值，根据所述切割平面的面积数据对已经获得的血管压力差数值进行修正，获得修正后的血管压力差数值，

优选的，所述血管图像数据生成装置包括血管图像采集装置、血管图像传输装置和血管图像处理装置，血管图像采集装置的输出端依次连接至血管图像传输装置、血管图像处理装置，血管图像处理装置的输出端分别连接血管压力差计算装置的输入端和血管压力差修正装置的输入端，

优选的，所述血管图像数据生成装置采用血管管腔断层成像造影方法或者血管内超声造影方法获得血管管腔几何数据，包括采用oct或者ivus技术。血管压力差修正装置可以根据从血管图像处理装置获得的数据，采用实施例一中涉及的血管官腔几何参数(例如，边支血管切割平面的面积)的计算方法，对血管压力差数值进行修正；也可以采用根据实施例三中所述的血管压力差修正装置，独立获取血管官腔几何参数(例如，边支血管切割平面的面积)，根据该集合参数对血管压力差数值进行修正。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理。本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。