[发明专利]基于血管图像的血管功能评估方法和血管功能评估装置

说明书

本公开涉及一种基于血管图像的血管功能评估方法和血管功能评估装置。其中该方法包括：获取血管的CTA图像并提取其3D中心线，获取血管的CAG图像并提取其2D中心线；建立血管的3D中心线和血管的2D中心线之间的映射关系；获取3D中心线上的至少一个位置的第二特征信息，第二特征信息至少包含从血管的CAG图像提取的该位置对应的第一特征信息；基于所获取的第二特征信息，利用训练好的学习网络，确定至少一个位置的血管功能评估参数。本公开从CTA图像提取的3D中心线上的第二特征信息融合了血管CTA图像的特征信息和CAG图像的特征信息，这样基于第二特征信息能够更准确的确定血管功能评估参数。

技术领域

本公开涉及一种基于血管图像的血管功能评估方法和血管功能评估装置。

背景技术

当由于冠状动脉病变而使心脏供血不足时，可能会发生心肌缺血。病变信息可通过计算机断层扫描血管造影（CTA）或冠状X线血管造影（CAG）等放射学技术进行评估。在这些技术中，通常在捕获图像的同时将造影剂注入血流。造影剂突出显示冠状血管的管腔结构，然后可以进行医学图像分析以量化血管的几何形状。尽管这些技术提供了可视化血管几何形状的方法，但它们无法提供功能性血液供应和冠状动脉病变的血流动力学意义的评估。例如，来自血管几何形状的严重狭窄可能不会明显导致该血管向心肌块的血液供应不足。仅基于这种视觉解释的病变诊断可能会导致不必要的经皮冠状动脉介入治疗（PCI）。

目前评估冠状动脉病变在提供血液中的功能重要性的金标准是基于有创造影术中的功能评估，包括血流储备分数（Fractional Flow Reserve, FFR）或者瞬时无波形比值（instantaneous wave-Free Ratio, iFR）等。此外，基于CTA或CAG的FFR仿真技术采用血管几何建模和血液动力学控制方程来求解血液动力学参数。现有技术可以从独立的CTA或CAG成像技术获得虚拟FFR评估，然而这两者都有其优势和局限性。

在CTA衍生的虚拟FFR中，从CTA体积数据中分割出与血管腔相对应的区域，并将其重建为3D冠状动脉树。在CTA中，每个体素都有固定的已知空间尺寸。因此，CTA保留了出色的空间完整性，从CTA重建的3D模型包含准确的位置信息。但是，由于分辨率的限制，CTA分割可能不足以进行精确的血管管腔尺寸（即假设血管呈管状结构的半径）的估算。另外，一些与CTA相关的成像问题（例如与严重钙化有关的运动伪影和泛光伪影）可能会严重妨碍邻近区域血管的精确分割，尤其是对于病变狭窄的准确重塑。最后，CTA成像不提供患者特定的血流信息，这对于FFR计算很重要。

在CAG衍生的虚拟FFR中，通常使用来自不同角度和预定义角度的两个或多个2D血管造影术序列来重建血管的3D模型。CAG图像是当前狭窄量化的黄金标准。由于X射线图像的分辨率更高，因此与CTA衍生的对应物相比，可以更准确地描绘血管边界，同时还能够提取患者特定的冠状动脉血流信息，例如，可以使用基于TIMI（心肌梗塞中的血栓溶解）帧计数方法的方法。基于CAG成像的虚拟FFR的主要局限性是从2D图像的多个视图进行3D重建时遇到的困难。首先，从数量有限的视图中重建3D模型时会存在固有的模糊性，尤其是在血管轮廓重叠的区域。其次，图像序列之间的视角必须大于特定的阈值（例如25度），以允许在两个视图之间进行准确的重建，理想地，视角应垂直于感兴趣的血管，以便完全捕获其包括病变的真实几何形状。然而，在临床常规过程中，确保介入医师的这种精确操作是不切实际的。实际上，视角偏离直角的距离越多，发生的透视就越多，从而导致重建模型中血管的长度和半径的准确性越差。在血管重建过程中，至少需要两个视角来进行血管重建，这会给介入医师带来额外的干扰，这不可避免地增加了临床工作量和负担。

此外，基于流场仿真的计算方法需要对血管进行网格划分，并且求解复杂的流体力学偏微分方程，计算量大。且该类方法是基于模型的方法，模型中需要的参数是基于经验所得或者基于少量数据进行调节的，模型的扩展性差，同时模型性能也不会随着数据量的增加而提升。

发明内容