[发明专利]基于模型的流动分析和可视化

说明书

本发明涉及一种基于图像序列导出血管中血液流动的模型，从而使导 出的模型与标准血管模型相匹配，以自动测量血液流动的属性、识别异常 并显现结果，供医生或介入医师利用该模型时作进一步考虑的系统、装置 和方法。

很多医学成像模式给医生和介入医师提供有关不同血管系统中血液流 动的信息。临床观察的自动和计算机辅助分析十几年来一直是研发的一个 焦点。这同样适用于血管造影采集的流动分析。这种分析的主要目的是根 据示出造影剂在血流中动力学的观察图像序列鲁棒地提取定量和特性流动 属性。

这种分析必须处理血液的流体属性、心跳、图像噪声、造影剂注射以 及其它在临床采集中不能确定或是患者特异性的属性。因此，任何自动流 动分析的重要属性在于它能够处理确定各特征的表现的所有已知影响。然 而，这么大一组不同影响的先验知识很难合并到基于观察特征的解释的分 析中，因此导致大多数当前已知的方法对于临床应用缺乏足够的鲁棒性。

从对造影剂通过血管子系统的前进进行成像的血管系统诊断采集中提 取的功能信息可提供这些影响的初步测量。例如，对于针对狭窄的分级而 言，主治医师主要感兴趣的是狭窄处的压降。对于针对动脉瘤的分级而言， 可能感兴趣的是没有绕过动脉瘤而是通过该动脉瘤的血液量，然而对于分 叉而言，进入各分支的流动部分是重要的功能信息。所处理的情况决定了 什么功能信息是相关的。用于定量血液流动评估的所有已知算法都是基于 简单的特征分析，例如一团注射的对比物质的到达时间，并且这些算法没 有特异性以及不足以进行复杂血管形态的评估。

血液流动测量是评估动脉或静脉疾病(例如，狭窄或动脉瘤)严重性 所必需的。可以由介入X射线、超声、使用计算机断层摄影或磁共振成像 的重复采集以及其它模式来对造影剂的前进进行成像。给出了针对介入X 射线的示例；然而，这仅是举例说明并不意味着对X射线模式的任何限制。

在微创手术中，介入医师将导管插入到感兴趣血管中，并注射造影剂 使血液流动可在其的X射线序列中显现。随后，医师通过视觉检查所采集 的X射线序列中造影剂的扩散而对血液流动进行评估。为了在X射线序列 中得到流体动力学的最佳视觉效果，需要对图像进行预处理。例如，必须 去除背景噪声，这是因为它可产生令人不满意的视觉效果。这尤其可应用 于以高帧频采集的流动序列，这是因为由于为了将总的患者剂量保持在可 预期的范围内必须使用低的帧剂量(frame dose)而获得较低的图像质量。 一种普通的噪声抑制方法是时间滤波，其中对给定数量的帧进行加权和平 均。

到目前为止，在不考虑患者个体血液流动的情况下一直用固定的参数 集来执行信号处理。结果，不适当的参数可扰乱流体动力学效应的视觉效 果。在时间滤波的情况下，时间滤波的强度是关键。如果滤波强度选择太 高，则在成像期间造影剂团径向改变其的位置。结果，显示出模糊的团块 并且丢失了重要的功能信息。因此，时间滤波的强度必须适应实际的流速， 这在很大程度上取决于患者、疾病和器官。此外，造影剂主要以高浓度的 团块出现，并且观察的可视化常常转为显示这种团块的出现，然而更多诊 断上的相关信息包含于显示在造影剂浓度有局部、更小变化的微流现象中。 这些局部、更小的变化常常让较大的造影剂团块弄的模糊，而且人们期望 有用于揭示并显现微流现象的方法。

功能信息能够得到疾病对人体影响的直接测量，但同时通常不会得到 很高的期望。因而，对于从医学成像中提取功能信息的需求越来越大。然 而，血液流动分析不是临床的常规操作，这是因为从对比增强的X射线图 像或其它模式中自动获得的信息并不充分。

本发明的系统、装置和方法提供了基于具体流动分析的有关个体潜在 物理血液流动的功能信息，即在所成像的感兴趣血管子系统中具体患者的 血液流动参数。将先验知识灵活地结合到本发明的系统、装置和方法的血 液流动分析中是一种从现有技术的特征计算分析转换到以适当选择的预测 模型为基础的新的基于模型的功能分析的范例。