一种计算血管树任意位置血流量的方法及装置

本发明涉及医学图像处理，尤其涉及一种计算血管树任意位置血流量的方法及装置。

背景技术：

1、心脑血管疾病主要是由于血管狭窄、扩张、损伤或夹层等病变引发的缺血、阻塞或出血，比如发生在冠状动脉血管中的冠脉狭窄和脑血管中的颅内动脉瘤。

2、在临床中为了诊断心脑血管疾病，传统的影像学检查手段包括数字减影血管造影(digital subtraction angiography，dsa)、计算机断层扫描血管造影(computedtomography angiography，cta)和光学相干断层扫描(optical coherence tomography，oct)等，其中dsa是大多数血管疾病患者必需的检查手段。

3、近年来，越来越多的研究人员认为血流动力学特征与心脑血管疾病的发生密切相关，并根据多种血流动力学参数从血流生理学水平上评估和诊断血管类疾病。其中，血流量作为非常重要的血流指标，不但是血管类疾病诊断的重要评估参数，还是计算其他血流参数的必要基础。

4、现有的血流量计算方法主要包括有创测量和无创计算两大类，在无创血流计算方面，该技术主要基于dsa影像实现，包括：

5、1、timi计帧法，先观察造影剂从血管近端输送到远端经历的帧数，将帧数与跨帧时间相乘得到造影剂传输时间，然后利用近端到远端的三维中心线长度除以传输时间得到整段血管的平均血流速度，根据平均血流速度与血管横截面积的乘积得到平均血流量；

6、2、中心线长度变化拟合法，从一个心动周期内dsa序列的血管分割图像中提取血管中心线长度的变化序列，然后在变化均匀的时间段进行一次拟合，拟合直线的斜率经过单位转换即是血管平均血流速度，同样的将平均血流速度与血管横截面积相乘即得到平均血流量；

7、3、灌注区域灰度分析法，通过选取dsa影像中血管树灌注区域为感兴趣区域，记录感兴趣区域灰度变化曲线，通过积分获得曲线下面积，进而得到血管树的平均血流量。

8、但是，timi计帧法以及中心线长度变化拟合法都基于单只血管流量守恒假设，只能计算单血管的全血管段平均流速，进而获取单一血流量数值，忽略了由于分支分流作用导致的血管不同位置流量不一致的问题；灌注区域灰度分析法的计算结果受图像噪声影响大，且无法自动追踪感兴趣区域的动态变化，进而导致计算结果不准确。因此，现有技术中存在无法准确地计算血管任意位置处血流量的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种计算血管树任意位置血流量的方法及装置，其主要目的在于解决无法准确地计算血管任意位置处血流量的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种计算血管树任意位置血流量的方法，包括：

3、获取多类血管影像，根据所述多类血管影像提取出三维血管模型；

4、根据所述三维血管模型确定对应的目标血管区域，并根据所述多类血管影像对应的转运帧数计算所述目标血管区域对应的总血流量；

5、根据所述三维血管模型的横截面计算等效直径，根据所述三维血管模型的等效直径重构血管参考直径；

6、根据所述等效直径以及所述血管参考直径确定血管狭窄区域；

7、基于所述血管狭窄区域以及所述总血流量计算所述目标血管区域中目标位置对应的目标血流量。

8、本发明一实施例中，若所述多类血管影像为数字减影血管造影图像序列以及光学相干断层扫描图像序列，所述根据所述多类血管影像提取出三维血管模型，包括：

9、分别对所述数字减影血管造影图像序列以及光学相干断层扫描图像序列中的图像进行结构提取，得到二维血管骨架线以及血管横截面；

10、根据对所述二维血管骨架线进行矩阵映射得到的对应关系生成三维血管骨架线；

11、根据所述三维血管骨架线以及所述血管横截面进行图像融合重建，得到三维血管模型。

12、本发明一实施例中，若所述多类血管影像为数字减影血管造影图像序列以及ct血管造影图像，所述根据所述多类血管影像提取出三维血管模型，包括：

13、对ct血管造影图像进行三维血管分割，得到血管模型；

14、对所述血管模型进行表面优化处理，得到三维血管模型。

15、本发明一实施例中，所述根据所述多类血管影像对应的转运帧数计算所述目标血管区域对应的总血流量，包括：

16、根据所述数字减影血管造影图像序列对应的转运帧数计算转运时间；

17、根据所述目标血管区域确定母血管与子血管；

18、分别计算所述母血管以及所述子血管对应的血管体积；

19、根据所述血管体积以及所述转运时间计算所述目标血管区域对应的总血流量。

20、本发明一实施例中，所述分别计算所述母血管以及所述子血管对应的血管体积，包括：

21、根据所述目标血管区域构建三维坐标系；

22、计算所述母血管以及所述子血管中每个组成结构在所述三维坐标系下的空间体积；

23、根据每个组成结构对应的所述空间体积进行向量加和，得到对应的血管体积。

24、本发明一实施例中，利用下式根据所述三维血管模型的横截面计算等效直径：

25、

26、其中，d表示为等效直径，s表示为所述横截面的面积。

27、本发明一实施例中，所述根据所述三维血管模型的等效直径重构血管参考直径，包括：

28、根据目标血管区域以及所述三维血管模型确定母血管与子血管；

29、根据所述等效直径获取所述子血管与所述母血管之间的第一接口直径，并根据所述子血管的直径以及所述第一接口直径对所述母血管的第二接口直径进行修正，得到修正接口直径；

30、根据所述第一接口直径以及所述修正接口直径生成所述目标血管区域对应的血管参考直径。

31、本发明一实施例中，所述基于所述血管狭窄区域以及所述总血流量计算所述目标血管区域中目标位置对应的目标血流量，包括：

32、判断所述目标血管区域中是否存在血管狭窄区域：

33、若是，则利用第一血流量计算公式根据所述目标位置对应的血管参考直径以及所述总血流量计算目标血流量；

34、若否，则利用第二血流量计算公式根据所述目标位置对应的等效直径以及所述总血流量计算目标血流量。

35、本发明一实施例中，所述第一血流量计算公式表示为：

36、

37、其中，dinlet表示为目标血管区域的入口直径，qsum表示为总血流量，q表示为目标位置的目标血流量，d″表示为目标位置的血管参考直径，b表示为预设的第一系数；

38、所述第二血流量计算公式表示为：

39、

40、其中，dinlet表示为目标血管区域的入口直径，qsum表示为总血流量，q表示为目标位置的目标血流量，d′表示为目标位置的等效直径，c表示为预设的第二系数。

41、为了解决上述问题，本发明还提供一种计算血管树任意位置血流量的装置，所述装置包括：

42、三维血管模型重建模块，用于获取多类血管影像，根据所述多类血管影像提取出三维血管模型；

43、总血流量计算模块，用于根据所述三维血管模型确定对应的目标血管区域，并根据所述多类血管影像对应的转运帧数计算所述目标血管区域对应的总血流量；

44、血管狭窄区域确定模块，用于根据所述三维血管模型的横截面计算等效直径，根据所述三维血管模型的等效直径重构血管参考直径；根据所述等效直径以及所述血管参考直径确定血管狭窄区域；

45、目标血流量生成模块，用于基于所述血管狭窄区域以及所述总血流量计算所述目标血管区域中目标位置对应的目标血流量。

46、本发明通过多类血管影像进行三维重建，简化了三维血管模型重建的过程，提高了模型重建的效率，并且基于影像特性信息进行三维重建以及等效直径生成，提高了三维血管模型生成的准确性，同样也提高了血管直径生成以及血管参考直径生成的准确性；基于目标血管区域的总血流量计算血流量，省去了血流量计算参数，可以实现对于血管中任意位置血流量的计算，并且提高了血流量计算的效率和准确性。因此本发明提出的计算血管树任意位置血流量的方法及装置，可以解决无法准确地计算血管任意位置处血流量的问题。