[发明专利]血管单位时间血流量与血流速度的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用于医疗领域，尤其涉及应用在基于影像的单位时间血流量与血流速度的准确、快速、无创计算。

背景技术

斑块引起的血管狭窄影响到心肌血流供应，对人的健康造成威胁。通过冠脉造影，可以显示冠脉狭窄的严重程度，但是不能反映狭窄的功能性意义。血流储备分数(FFR)被评价为诊断冠脉功能学的金标准，其定义为病变冠脉能为心肌提供的最大血流量与该冠脉完全正常时最大供血流量之比，可以通过在冠脉最大充血状态下，狭窄病变远端的压力与狭窄近端压力的比值计算得出。

通过压力传感器对血管进行有创侵入性压力测量不仅工作量大，而且存在着损伤血管的风险。通过三维或者二维定量冠脉造影可以获得冠脉系统的几何模型从而进行计算机流体力学分析，然而当前速度获得方法是通过半自动(人工+计算机)方法获得，重建过程需要精确勾勒出血管边界，历时较久且操作者要具备丰富经验，同时需要人工确定造影剂进入冠状动脉的起始位置(起始帧)以及充盈到目标远端的结束位置(结束帧)，另外，造影剂在微循环充分扩张时的充盈过程较短，通过感兴趣的血管段通常仅占用了一个心跳周期的某个时间段，这样会导致在心跳周期的不同时段所确定的血流速度的差异性非常大。除此之外，通常情况下只对一根狭窄血管做重建，忽略了边支对血流速度的影响，导致该方法最终计算出的血流速度与实际值之间的误差较大，影响了后续的血流储备分数(FFR)求解结果的准确性。

现有技术中，比较典型的计算血流速度的方法有如下几类：

首次分布分析方法：参见对比文件1(Wong JT，Ducote JL，Tong X，Hassanein MT，Sabee M.Automated Technique for Angiographic Determination of Coronary Blood Flow and Lumen Volume1[J].《Academic Radiology》，2006，13(2)：186-194)，Wong等人提出了首次分布分析的方法计算血流速度。该方法首先通过碘造影剂校正平台，对半径、长度已知的圆管填充满密度已知的碘造影剂后进行X射线造影，从圆管的造影结果中拟合出整合灰度值随碘质量变化的线性曲线。利用冠脉造影，提取冠脉感兴趣区域的整合灰度值随时间变化曲线，根据拟合的灰度值-碘质量线性曲线，得到感兴趣区域内碘造影剂质量随时间变化曲线，在已知碘造影剂密度的条件下，可以得到感兴趣区域血管内液体体积随时间变化曲线，从体积时间变化曲线中求得血流量和血流速度。该技术的缺陷在于所述的感兴趣区域不会随着造影序列目标血管位置移动而相应移位；且对于平均血流速度计算的时间段选取没有规定，可能是非整数个心动周期。导致该技术方案所求得的血流量和血流速度的精确度较低、数据的稳定性较差。

TIMI记帧法：参见对比文件2(Tu S，Barbato E，Koszegi Z et al.Fractional flow reserve calculation from 3-dimensional quantitative coronary angiography and TIMI frame count：a fast computer model to quantify the functional significance of moderately obstructed coronary afteries[J].JACC Cardiovascular interventions，2014，(7)：768-777)，该文件2公开了如下方案：播放冠脉造影图像，观察造影剂进入靶血管近端解剖标志点到远端解剖标志点所经历的帧数，根据造影图像的帧频，得到造影剂从近端标志点到远端标志点传输时间。再利用冠脉造影三维重建得到标志点之间的距离，得到造影剂的传输时间，用距离除以传输时间近似为血流速度。

数字跟踪法：参见对比文件3(陈兴新，骆秉锉，杨瑞华，陈莉莉.冠脉造影数字跟踪技术测量冠脉血流速度的临床研究[J].生物医学工程杂志，2007，24(2)：294-298)，该文件3公开如下技术方案：电影环放冠脉造影序列图像，选择靶血管，采用数字跟踪技术测定前后两帧或N帧(标志点)图像移动(径线或曲线)的距离和经过的时间，自动计算血流速度。

Doppler导丝法：参见对比文件1，该文件1还公开了：将Doppler导丝插入到冠脉血管中，利用超声波振源与相对运动的血液间就产生的多普勒效应测量血流速度。