[发明专利]一种血管三维模型的重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于X射线血管造影和血管内超声图像的血管三维重建方法，属医学检测技术领域。

背景技术

X射线冠状动脉造影(coronary angiography，CAG)检查是目前国际上公认的诊断冠心病的“金标准”。具体实施方法是：用特制的导管经皮穿刺从股动脉或上臂的肱动脉，插入导管，在X射线投影图像的指导下推送至主动脉根部置于冠状动脉口，然后推注造影剂，进行电影摄影或连续摄片。重复数次不同角度的拍摄，就能发现由粥样硬化引起的狭窄性病变，根据静止或动态观察造影剂的充盈和消失情况来判断血管解剖学形态异常的部位、性质和程度。该技术不仅能诊断缺血性心脏病及冠状动脉畸形等疾病，而且对冠状动脉内溶栓、PTCA(经皮腔内冠状动脉成形术)等介入手术治疗具有重要意义。但是CAG只能反映血管腔被造影剂充填后的投影轮廓，因而不仅会存在盲区，而且不能提供血管壁的结构信息和病变程度。

血管内超声(intravascular ultrasound，IVUS)是近年来应用于临床诊断血管病变的一项新技术。IVUS和CAG成像是同时进行的：经皮穿刺从股动脉或肱动脉插入导管，向目标血管内注入硝酸甘油后，在X射线透视图像的指导下将顶端带有高频超声探头的0.014英寸导引钢丝穿越病变部位，到达血管远端，将超声探头与超声成像仪连接去除伪影后，经马达控制匀回撤导引钢丝，并记录图像。该技术可清晰显示血管横断面，根据斑块声学特征进行组织学分型，发现CAG不能显示的血管病变，观察分叉处或血管重叠处的模糊病变等。但是由于采用高频探头，影响了探测深度，只能对某一段病变血管进行测量，不能进入严重狭窄的管腔，并且无法确定截面的轴向位置和空间方向。

与二维图像相比，医学图像的三维重建和可视化可以提供更为丰富的医疗信息。采用近似正交角度的CAG图像对进行冠状动脉的三维重建，不仅能为医生提供形象、直观的三维血管图像，而且可以对血管的有关参数(如直径、长度、曲率等)进行定量测量。但是，该重建结果仅描述了血管内腔的空间位置和形态，无法得到管腔截面的形态和硬化斑块的弥漫程度及组成。且重建时一般假设管腔横截面为椭圆，事实上冠状动脉发生狭窄时管腔形状复杂多样，狭窄多呈偏心型和不规则型，因此这种假设是不准确的，很难保证三维重建的精度。

与CAG相比，IVUS有其独特的图像方位，可以显示管腔的横断面、血管壁的形态结构、斑块的组织形态学特征等，因此IVUS图像的三维重建有利于评价沿血管长轴方向管腔的边界、截面轮廓以及斑块的几何形态等。目前常用的IVUS三维重建方法是把一系列的超声图像按采集顺序叠加起来形成一个三维直血管段。由于IVUS本身不能提供每一帧图像的空间几何信息，因此这种方法没有考虑在图像获取过程中导管的弯曲和扭曲，其结果也是不准确的。

总之，目前还没有一种更为精确的血管三维重建方法，能够克服IVUS和CAG各自显示血管形态的局限性，准确重建出血管的解剖结构和反映血管的真实弯曲和扭曲，得到病变的准确位置和形态。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足、提供一种既能描述血管内腔的空间位置和形态，又能得到管腔截面的形态以及病变的准确位置和形态的血管三维模型的重建方法。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种血管三维模型的重建方法，它将由IVUS图像获取的血管横截面信息和由基于X射线造影图像的三维重建获得的超声导管空间几何信息结合起来，准确重建出血管的解剖结构，具体重建步骤如下：

a、同时采集感兴趣血管段的IVUS和CAG图像：

将机械式超声导管探头置于感兴趣血管段的远端，在匀速等距地回撤导引钢丝过程中，利用血管内超声成像仪以ECG门控的方式在相同的心脏相位处采集等距的IVUS图像序列。同时，利用C型臂单面X射线血管造影机在导管回撤路径的起点拍摄记录相同心脏状态的两幅近似垂直角度的CAG图像；

b、根据上述两幅近似垂直角度的CAG图像，三维重建出超声导管的回撤路径；

c、在管腔截面是椭圆的假设前提下，从CAG图像对中三维重建出管腔，为后续确定各帧IVUS图像的空间方位所用：

将3D导管路径向两个成像平面反投影，得到对应的2D路径，对于2D路径上的每个点，通过在垂直于路径的方向上，寻找灰度梯度的两个极大值，得到血管管腔投影的左右边缘，然后在假设管腔的横截面是椭圆的前提下，完成整个管腔的三维重建；

d、各帧IVUS图像中血管壁轮廓的提取：