[发明专利]半自动主动脉瘤分析用的系统和方法

说明书

相关美国申请的交叉引用

本申请要求O’Donnell等人在2006年4月21日提交的美国临时申请No.60/793,866“Semi-Automatic Aortic Aneurysm Analysis”的优先权，其内容在这里结合引用。

技术领域

本公开涉及用于根据计算机断层血管造影采集进行主动脉切面自动分割的方法。

背景技术

主动脉是体内最大的动脉并且是含氧血的主要导管。主动脉瘤(AA)是该脉管的一种永久性和不可逆性的局部膨胀，而且如果不予以治疗，将会逐渐扩张直至破裂，在90％的病例中导致死亡。在美国，主动脉瘤是第13位主要死因。标准疗法根据最大主动脉直径来评估动脉瘤破裂的风险。用于获取这些测量的当前临床手段需要大量的用户交互并且可能非常花费时间。

对这种病症的治疗(例如开放性修复)冒相当大的风险，包括感染、假动脉瘤形成、以及继发性阳痿。血管内扩张修复(endovascular stent repair)正获得普及，但这种疗法的远期结果仍是未知的，而且并非所有的主动脉瘤都是扩张用的候选。因此，对于不被认为有危急破裂风险的主动脉瘤而言，认为监视优于立即的侵入性治疗。这对于遭受这种病症影响的最大群体、超过65的男性来说尤其适用，因为其它原因的发病可能在破裂之前出现。

可是如何确定主动脉瘤的破裂风险仍然是一个未解决的问题。所提出的指标多种多样：壁应力、壁劲度、血管内血栓厚度、以及壁张力所有都已经被提出过。但是，当最大直径超过5.5cm时标准疗法需要介入(开放性修复或扩张)。最大直径随时间的变化也已经被提出作为一种预测量度。

目前有两种常见的主动脉直径测量方法。第一种包括对图像体积的最大强度投射(Maximum Intensity Projection，MIP)进行线性测量。但是，MIP投射角度的选择可能在这种测量中引入高度主观性。第二种采用双斜位(doubleoblique)MPR以获取与对其进行测量的脉管路径正交的重构图像。这种方法的缺点是耗费时间并且因此主动脉由于分析持续时间的实际限制而可能稀少地被采样。另外，在人工执行时，正交平面可能不是正确的，从而引入误差。在纵向研究中再现相同的正交切面方位也可能被证明是困难的。最后，所进行的人工测量可能不是正确的，因为它依赖于用户主观确定连通哪些点来形成最大直径。

一种方法采用三维水平集来分割管腔以及脉管边界。对于脉管边界采用一种停止准则，该停止准则基于主动脉表面是平滑和圆形的假设。生成中心线以计算正交MPR。

另一种方法是一种主动形状模型公式化(active shape model formulation)，其中通过使邻接的切片相关而不是训练数据来限定界标。该模型人工地被初始化并且两切片模型沿主动脉一次爬移一个切片。焦点在腹主动脉上，其中脉管的中心轴大约垂直于图像层叠，并且因此不需要计算中心线，但需要训练集并且由于主动脉切面通常为圆形的而冒变化模式简并的风险。

另一种方法是利用结合基于非参数区域信息的测地线主动区域模型(Geodesic Active Region Model)来分割脑中的动脉瘤。然而，在该领域中，挑战来自于脉管的形态学，相比于主动脉，脑血管更详细和复杂，并且不致力于血栓症的论点。

发明内容

这里所描述的本发明的示例性实施例主要包括用于通过半自动地确定主动脉(管腔)的中心线并重构一系列正交于该中心线的图像来自动分割主动脉切面的方法和系统。利用修改的等周分割算法自动分割脉管切面。由于血栓症、钙化、以及脉管壁和周围结构之间在灰度方面的相似性引起的挑战，分割可能是用户编辑的。从所编辑的分割来构建主动脉的三维模型。最后，记录两个图像体积以利于后续研究。

依据本发明的实施例，达到完全覆盖主动脉是可能的。对于一个实习临床医生被约束仅仅几分钟检查一项研究不是罕见的。采用依据本发明实施例的系统，临床医生在数秒内可获取整个脉管的一系列最佳的、可再现的正交切面，所述整个脉管对于任何不规则性都可能可视地被诊察。另外，用户可以分割这些切面并使自动计算所保证的最大直径。随着三维模型的产生，估计壁应力、壁劲度等的功效、以及容量特征成为可能。在三维模型被构建后，扩张规划是可能的并且该阶段被设置用来计算破裂风险指标，例如壁应力(结合血压读数)。最后，通过配准，同一主动脉在不同时间点的并排比较变得简明。由于监控有风险的主动脉瘤和修复过的主动脉都是平常事，所以这个特征是有价值的。