基于IVUS图像的RFR计算方法及系统与流程

本发明涉及医疗影像处理，尤其涉及基于ivus图像的rfr计算方法及系统。

背景技术：

1、血管内超声（ivus）是一种广泛应用于动脉粥样硬化检查评估的影像学技术，可以提供丰富且重要的血管信息，如管腔面积、斑块负荷和病理细节。然而，根据图像判断的冠脉解剖学狭窄程度并不能完全表示患者心肌缺血的严重程度，在临界病变中更加明显。因此，针对冠脉的功能学检查越来越重要。冠脉静息全周期比值（restingfull-cycleratio，rfr）是一项新型冠脉功能学检查技术，相较于传统的血流储备分数，无需使用诱导最大充血的药物，且不局限于心脏舒张期，进行了全心动周期的测量，在评估冠脉功能性缺血方面具有较高的准确性。但rfr属于侵入式检查，手术风险和经济负担较高。

2、本申请提出一种基于ivus图像计算rfr的方法，以实现无需再次侵入即可获得rfr值，减轻患者痛苦，提高血管检测的方便度。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的在于提供一种基于ivus图像的rfr计算方法及系统，采用ivus一次回撤时采集的图像建立动态三维血管模型，利用动态三维血管模型计算平均管腔面积，获得全心动周期内血管平均管腔面积变化曲线，计算rfr，相比于静态血管模型能更清晰展示全心动周期内血管变化趋势，无需介入计算更准确。

2、为了实现上述目的，本发明提供的一种基于ivus图像的rfr计算方法，包括以下步骤：

3、s1、获取ivus图像序列，将获取的ivus图像序列中的所有图像按照心动周期和相位进行分类；

4、s2、根据分类后的心动周期图像和相位图像，构建全心动周期动态血管模型；利用全心动周期动态血管模型计算不同心动周期相同相位时刻血管模型的平均管腔面积；

5、s3、根据所述平均管腔面积，获得全心动周期内血管平均管腔面积变化曲线，将全心动周期内血管平均面积变化曲线与患者主动脉压匹配，获取全心动周期动态血管模型对应的主动脉压变化曲线，根据主动脉压变化曲线，设置不同心动周期相位血管模型的边界条件，进行流体力学仿真，获取一个全心动周期血管远端压力变化曲线，计算rfr。

6、进一步优选的，在s1中，包括：

7、s101、根据ivus图像序列按照如下公式（1）构建相似度曲线：

8、  公式（1）

9、其中，表示ivus图像序列，表示第帧图像和第帧图像的相似度值，

10、s102、根据得到的相似度曲线，选取相同相位的图像，记为按照相位分类的图像集；选取相同心动周期的图像，记为按照心动周期分类的图像集。

11、进一步优选的，在s101中，还包括按照如下公式（2）计算任意两帧图像的相似度值；

12、   公式（2）

13、其中，表示第帧图像和第帧图像的相似度值，为第帧图像的横、纵坐标，为第帧图像在第列第行的像素值，为第帧图像在第列第行的像素值，为第帧图像的像素标准差，为第帧图像的像素标准差，为第帧图像的像素均值；为第帧图像的像素均值。

14、进一步优选的，在s2中，根据分类后的心动周期图像和相位图像，构建全心动周期动态血管模型时，还包括对ivus图像进行配准，消除运动伪影。

15、进一步优选的，所述配准包括：

16、s201、将ivus图像序列中第一个心动周期内的所有帧图像分别与该心动周期内的第一帧ivus图像配准，配准后的图像作为模板图像；

17、s202、对处于不同心动周期但在相同相位拍摄的图像进行配准，使同一相位拍摄的图像与s201确定的模板图像配准，或从第二个心动周期开始，依次与配准后的前一心动周期同一相位拍摄的图像进行配准。

18、可选的，所述配准还包括：每个心动周期内的所有图像均与该心动周期内第一帧图像配准，每个心动周期的第一帧图像与整个ivus图像序列内第一帧配准，或在后的每个心动周期的第一帧图像与前一心动周期内第一帧图像配准。

19、进一步优选的，所述配准包括如下步骤：

20、定义ivus图像管腔和eel间血管组织区域为目标区域；

21、将待配准图像目标区域与模板图像的目标区域按照如下公式（3）所示的平面内刚性变化进行配准：

22、    公式（3）

23、其中，为旋转矩阵，为平移矩阵；

24、按照最大化模板图像目标区域和待配准图像目标区域重合部分的相似度函数，求解旋转矩阵r和平移矩阵t；

25、

26、其中，为模板图像目标区域和待配准图像目标区域重合部分，表示该区域像素数，为模板图像的目标区域像素标准差，为待配准图像的目标区域像素标准差；为模板图像的目标区域的像素均值，为待配准图像的目标区域的像素均值，为刚性变换矩阵。

27、本发明还提供一种基于ivus图像的rfr计算系统，包括图像获取模块、全心动周期动态血管模型、rfr计算模块；

28、所述图像获取模块，获取ivus图像序列，将获取的ivus图像序列中的所有图像按照心动周期和相位进行分类；

29、所述全心动周期动态血管模型，根据分类后的心动周期图像和相位图像，构建全心动周期动态血管模型；利用全心动周期动态血管模型计算不同心动周期相同相位时刻血管模型的平均管腔面积；

30、所述rfr计算模块，根据所述平均管腔面积，获得全心动周期内血管平均管腔面积变化曲线，将全心动周期内血管平均面积变化曲线与患者主动脉压匹配，获取全心动周期动态血管模型对应的主动脉压变化曲线，根据主动脉压变化曲线设置不同心动周期相位血管模型的边界条件，进行流体力学仿真，获取一个全心动周期血管远端压力变化曲线，计算rfr。

31、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储指令，当存储的指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述基于ivus图像的rfr计算方法的步骤。

32、本申请公开的一种基于ivus图像的rfr计算方法及系统，相比于现有技术，至少具有以下优点：

33、采用ivus一次回撤时采集的图像建立动态三维血管模型，利用动态三维血管模型计算平均管腔面积，获得全心动周期内血管平均管腔面积变化曲线，计算rfr，相比于静态血管模型能更清晰展示全心动周期内血管变化趋势，无需介入计算更准确。

技术特征：

1.一种基于ivus图像的rfr计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于ivus图像的rfr计算方法，其特征在于，在s1中，包括：

3.根据权利要求2所述的基于ivus图像的rfr计算方法，其特征在于，在s101中，还包括按照如下公式（2）计算任意两帧图像的相似度值；

4.根据权利要求1所述的基于ivus图像的rfr计算方法，其特征在于，在s2中，根据分类后的心动周期图像和相位图像，构建全心动周期动态血管模型时，还包括对ivus图像进行配准，消除运动伪影。

5.根据权利要求4所述的基于ivus图像的rfr计算方法，其特征在于，所述配准包括：

6.根据权利要求4所述的基于ivus图像的rfr计算方法，其特征在于，

7.根据权利要求4-6中任一项所述的基于ivus图像的rfr计算方法，其特征在于，所述配准包括如下步骤：

8.一种基于ivus图像的rfr计算系统，其特征在于，包括图像获取模块、全心动周期动态血管模型、rfr计算模块；

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储指令，当存储的指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1至7中任一项所述基于ivus图像的rfr计算方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于IVUS图像的RFR计算方法及系统，该方法包括获取IVUS图像序列，将所有图像按照心动周期和相位进行分类；根据分类后的心动周期图像和相位图像，构建全心动周期动态血管模型；计算不同心动周期相同相位时刻血管模型的平均管腔面积；获得全心动周期内血管平均管腔面积变化曲线，设置边界条件，进行流体力学仿真，获取一个全心动周期血管远端压力变化曲线，计算RFR。本申请采用IVUS一次回撤时采集的图像建立动态三维血管模型，利用动态三维血管模型计算平均管腔面积，获得全心动周期内血管平均管腔面积变化曲线，与患者主动脉压匹配，从而计算RFR。相比于静态血管模型本方法能更清晰展示全心动周期内血管变化趋势，无需介入计算更准确。

技术研发人员：董文薛
受保护的技术使用者：天津恒宇医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16