[发明专利]用于确定血管几何形状和流特征的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定身体部位的血管系统中的血管几何形状和流特征的方法和探查系统。

背景技术

对于血管疾病(如神经血管、周围或冠状疾病)而言，从所观察的血管系统的形状及其流动力性(flow dynamics)获取重要的诊断信息。这些信息可例如估定肿瘤、缺血性狭窄和动静脉畸形。可从US2003/0040669获知允许进行这种诊断的系统，根据该专利，在旋转投影的第一序列的基础上对血管几何形状进行三维重构。然后从来自恒定方向的第二投影序列确定流特征，并且将流特征与三维血管模式相匹配。不过，由于必须产生两个图像序列，所以对于这种方法来讲，具有造影剂(contrast agent)和X光辐射的患者负载相当高。而且，由于在一个固定投影几何形状中观察流动力性，所以流信息仅可用于接近平行于图像平面延伸而没有来自其它血管的闭塞的血管亚群，因此，并不提供完整的诊断信息。

发明内容

以此情况为基础，本发明的目的在于提供用于确定血管几何形状和流特征的装置，且精度高并减少患者的紧张程度。

这种目的通过根据权利要求1的探查系统、根据权利要求12的方法和根据权利要求13的数据存储设备来实现。从属权利要求公开了优选实施例。

根据本发明的第一实施例，本发明涉及用于确定身体部位的血管系统中血管如患者的脑动脉的几何形状和流特征的探查系统。这种探查系统包括用于产生血管系统的不同取向的投影的X光设备，例如，这种X光设备可包括旋转X光设备和/或双平面X光设备。这种探查系统还包括数据处理单元，这种数据处理单元耦合到前面所提及的X光设备并用于从该X光设备接收图像。数据处理单元包括普通的硬件以及适当的软件，硬件如中央处理器、存储器(RAM、ROM和硬盘等)和I/O接口等等。数据处理单元适于以用X光设备在注入的造影剂药丸通过期间所产生的血管系统的不同取向的X光投影的单时间序列为基础在至少一个分支中重构血管几何形状的组合三维模式，包括流特征。这种重构的重要特性在于在血管几何形状在投影中成像时，血管几何形状会至少部分地以造影剂动力性(即在空间中的点时造影剂浓度的时间进程)为基础，其中，造影剂动力性由药丸与血液的流动所引起。将结合本发明的优选实施例对这种重构的示范性实现进行详细描述。

前面所提及的类型的探查系统的优点在于这种系统允许在X光投影的单序列的基础上重构三维血管系统并重构流特征。这样就相应地减少了具有造影剂和X光辐射的患者负载。尽管可获得的测量值的数量减少，但这种重构达到了高精度，因为这种重构利用造影剂动力性方面的模型认识，即X光衰减的比增加和减少，这种X光衰减在投影图像观察为“时间强度曲线”(TIC)，因为在血液流中有造影剂的流动。因此，利用与造影剂药丸的通过相关的时间变化来获得血管几何形状和流特征方面的信息。这甚至往往允许对“难以解决的”血管几何形状进行重构，而常规的方法不会取得效果或效果不确定。

根据探查系统的可选实施例，数据处理单元适于从X光投影的序列提取至少一组特性，其中，这些特性与血管几何形状和/或造影剂动力性有关。适用于血管和造影剂提取任务的图像特性包括但并不仅限于：

-所获得的投影中暗的伸长结构的位置、局部取向和局部直径。以不同比例提取的海赛(Hessian)矩阵的特征值分析是提取这种信息的优选实施方式。

-在重构容量中特定位置的时间强度曲线(TIC)从所获取的所有投影中提取。如果并且只要血管段出现在各自的位置，这些TIC中的每一个显示出适合于造影剂药丸的模型通过的特征进程。可提取TIC本身或适合的参数并将其用作特性，如药丸到达时间、药丸长度或药丸前部的分配。

在本发明的优选实现方式中，数据处理单元包括血管几何形状和造影剂动力性的参数模型，其中，这种模型至少限定在所观察的身体容量的子部位。具有动力流的血管系统的模型通常是从代表管状血管段的元件建造的树形数据结构。这种模型元件尤其可以是在重构的容量中具有固定直径、长度、位置和取向的圆柱体。此外，预计在这种管状分子中的血流容量和所导致的TIC是用于每个元件的模型的一部分。模型TIC可由如注入的造影剂模式的卷积表示，且在血液和造影剂的混合物流过管状血管段一直到TIC预测所要求的分子时获取调制函数。