專利名稱：基于模型的流動(dòng)分析和可視化的制作方法
基于模型的流動(dòng)分析和可視化
本發(fā)明涉及一種基于圖像序列導(dǎo)出血管中血液流動(dòng)的模型，從而使導(dǎo) 出的模型與標(biāo)準(zhǔn)血管模型相匹配，以自動(dòng)測(cè)量血液流動(dòng)的屬性、識(shí)別異常 并顯現(xiàn)結(jié)果，供醫(yī)生或介入醫(yī)師利用該模型時(shí)作進(jìn)一步考慮的系統(tǒng)、裝置 和方法。
很多醫(yī)學(xué)成像模式給醫(yī)生和介入醫(yī)師提供有關(guān)不同血管系統(tǒng)中血液流 動(dòng)的信息。臨床觀察的自動(dòng)和計(jì)算機(jī)輔助分析十幾年來(lái)一直是研發(fā)的一個(gè) 焦點(diǎn)。這同樣適用于血管造影采集的流動(dòng)分析。這種分析的主要目的是根 據(jù)示出造影劑在血流中動(dòng)力學(xué)的觀察圖像序列魯棒地提取定量和特性流動(dòng) 屬性。
這種分析必須處理血液的流體屬性、心跳、圖像噪聲、造影劑注射以 及其它在臨床采集中不能確定或是患者特異性的屬性。因此，任何自動(dòng)流 動(dòng)分析的重要屬性在于它能夠處理確定各特征的表現(xiàn)的所有已知影響。然 而，這么大一組不同影響的先驗(yàn)知識(shí)很難合并到基于觀察特征的解釋的分 析中，因此導(dǎo)致大多數(shù)當(dāng)前已知的方法對(duì)于臨床應(yīng)用缺乏足夠的魯棒性。
從對(duì)造影劑通過(guò)血管子系統(tǒng)的前進(jìn)進(jìn)行成像的血管系統(tǒng)診斷采集中提 取的功能信息可提供這些影響的初步測(cè)量。例如，對(duì)于針對(duì)狹窄的分級(jí)而 言，主治醫(yī)師主要感興趣的是狹窄處的壓降。對(duì)于針對(duì)動(dòng)脈瘤的分級(jí)而言， 可能感興趣的是沒有繞過(guò)動(dòng)脈瘤而是通過(guò)該動(dòng)脈瘤的血液量，然而對(duì)于分 叉而言，進(jìn)入各分支的流動(dòng)部分是重要的功能信息。所處理的情況決定了 什么功能信息是相關(guān)的。用于定量血液流動(dòng)評(píng)估的所有已知算法都是基于 簡(jiǎn)單的特征分析，例如一團(tuán)注射的對(duì)比物質(zhì)的到達(dá)時(shí)間，并且這些算法沒
有特異性以及不足以進(jìn)行復(fù)雜血管形態(tài)的評(píng)估。
血液流動(dòng)測(cè)量是評(píng)估動(dòng)脈或靜脈疾病(例如，狹窄或動(dòng)脈瘤)嚴(yán)重性
所必需的?？梢杂山槿離射線、超聲、使用計(jì)算機(jī)斷層攝影或磁共振成像
的重復(fù)采集以及其它模式來(lái)對(duì)造影劑的前進(jìn)進(jìn)行成像。給出了針對(duì)介入x 射線的示例；然而，這僅是舉例說(shuō)明并不意味著對(duì)X射線模式的任何限制。 在微創(chuàng)手術(shù)中，介入醫(yī)師將導(dǎo)管插入到感興趣血管中，并注射造影劑 使血液流動(dòng)可在其的X射線序列中顯現(xiàn)。隨后，醫(yī)師通過(guò)視覺檢査所采集 的X射線序列中造影劑的擴(kuò)散而對(duì)血液流動(dòng)進(jìn)行評(píng)估。為了在X射線序列 中得到流體動(dòng)力學(xué)的最佳視覺效果，需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理。例如，必須 去除背景噪聲，這是因?yàn)樗僧a(chǎn)生令人不滿意的視覺效果。這尤其可應(yīng)用 于以高幀頻采集的流動(dòng)序列，這是因?yàn)橛捎跒榱藢⒖偟幕颊邉┝勘３衷诳?預(yù)期的范圍內(nèi)必須使用低的幀劑量(frame dose)而獲得較低的圖像質(zhì)量。 一種普通的噪聲抑制方法是時(shí)間濾波，其中對(duì)給定數(shù)量的幀進(jìn)行加權(quán)和平 均。
到目前為止，在不考慮患者個(gè)體血液流動(dòng)的情況下一直用固定的參數(shù) 集來(lái)執(zhí)行信號(hào)處理。結(jié)果，不適當(dāng)?shù)膮?shù)可擾亂流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的視覺效 果。在時(shí)間濾波的情況下，時(shí)間濾波的強(qiáng)度是關(guān)鍵。如果濾波強(qiáng)度選擇太 高，則在成像期間造影劑團(tuán)徑向改變其的位置。結(jié)果，顯示出模糊的團(tuán)塊 并且丟失了重要的功能信息。因此，時(shí)間濾波的強(qiáng)度必須適應(yīng)實(shí)際的流速， 這在很大程度上取決于患者、疾病和器官。此外，造影劑主要以高濃度的 團(tuán)塊出現(xiàn)，并且觀察的可視化常常轉(zhuǎn)為顯示這種團(tuán)塊的出現(xiàn)，然而更多診 斷上的相關(guān)信息包含于顯示在造影劑濃度有局部、更小變化的微流現(xiàn)象中。 這些局部、更小的變化常常讓較大的造影劑團(tuán)塊弄的模糊，而且人們期望 有用于揭示并顯現(xiàn)微流現(xiàn)象的方法。
功能信息能夠得到疾病對(duì)人體影響的直接測(cè)量，但同時(shí)通常不會(huì)得到 很高的期望。因而，對(duì)于從醫(yī)學(xué)成像中提取功能信息的需求越來(lái)越大。然 而，血液流動(dòng)分析不是臨床的常規(guī)操作，這是因?yàn)閺膶?duì)比增強(qiáng)的X射線圖 像或其它模式中自動(dòng)獲得的信息并不充分。
本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法提供了基于具體流動(dòng)分析的有關(guān)個(gè)體潛在 物理血液流動(dòng)的功能信息，即在所成像的感興趣血管子系統(tǒng)中具體患者的 血液流動(dòng)參數(shù)。將先驗(yàn)知識(shí)靈活地結(jié)合到本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法的血 液流動(dòng)分析中是一種從現(xiàn)有技術(shù)的特征計(jì)算分析轉(zhuǎn)換到以適當(dāng)選擇的預(yù)測(cè) 模型為基礎(chǔ)的新的基于模型的功能分析的范例。
在第一實(shí)施例中，先驗(yàn)知識(shí)來(lái)自于流體動(dòng)力學(xué)，并用從一幅或多幅血 液流動(dòng)圖像的序列中獲得可利用的患者特異性信息進(jìn)行補(bǔ)充，其中，各圖 像用于將恰當(dāng)選擇的血液流動(dòng)行為的模型適配到由患者血液流動(dòng)圖像的序 列所表現(xiàn)的真實(shí)生理過(guò)程。作為本發(fā)明的基本優(yōu)勢(shì)，不再須要進(jìn)行用公式 表示并執(zhí)行特征分析算法以解釋觀察(從患者獲得的血液流動(dòng)圖像的序列) 的所有可能偏差。代替的是，使用本發(fā)明基于模型的方法，能結(jié)合不同的 影響以便能夠預(yù)測(cè)在診斷采集中可能遇到的廣泛觀察和特征。與現(xiàn)有技術(shù) 的計(jì)算特征分析相比的優(yōu)勢(shì)在于，本發(fā)明第一實(shí)施例的方法給出了定義明 確的可能性，從而將所有有關(guān)觀察過(guò)程的先驗(yàn)知識(shí)包括到該分析中。
其它的實(shí)施例關(guān)注于將提取的流動(dòng)信息進(jìn)行可視化的有利用法以及以 易于訪問的方式呈現(xiàn)給觀察者?？梢詫?duì)不同的信息和現(xiàn)象進(jìn)行提取并增強(qiáng) 或者濾除，以及基于來(lái)自預(yù)測(cè)的任何偏差引起醫(yī)生/介入醫(yī)師注意這些信息 和現(xiàn)象，使得醫(yī)生/介入醫(yī)師能夠用期望的數(shù)值實(shí)現(xiàn)微流現(xiàn)象的進(jìn)一步可視 化(所識(shí)別異常的流動(dòng)的更詳細(xì)可視化)并進(jìn)行視覺比較。
在第二實(shí)施例中，將診斷圖像序列中所包含的造影劑傳播與建模得到 的與觀察序列相匹配的生理流動(dòng)模式進(jìn)行比較。各個(gè)剩余偏差的可視化和 量化用于首先識(shí)別異常的流動(dòng)，然后執(zhí)行詳細(xì)地分析，諸如提取的參數(shù)與 目標(biāo)血管結(jié)構(gòu)中期望值的分布進(jìn)行比較。
在第三實(shí)施例，在濾波步驟期間應(yīng)用自適應(yīng)信號(hào)預(yù)處理(濾波)，以便 說(shuō)明具體患者的血液流動(dòng)速度、總的血流量和其它相關(guān)流動(dòng)參數(shù)。 一種替 代方案包括自適應(yīng)濾波，其取決于慢動(dòng)作重放中的重放速度。


圖1示出了本發(fā)明的基于模型的流動(dòng)分析工作流程，并示出了使用提 取的特征來(lái)詳細(xì)說(shuō)明模型，且包括針對(duì)具體患者最終得到的模型的誤差測(cè)
量和校正；
圖2示出了用于通過(guò)確定模型預(yù)測(cè)和原始觀察之間的差來(lái)對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象 進(jìn)行可視化的方案；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具有觀察點(diǎn)和相關(guān)模型的動(dòng)脈瘤； 圖4示出了與各種血管局部解剖相關(guān)的各觀察點(diǎn)的示例； 圖5示出了在其中觀察動(dòng)脈瘤中造影劑流動(dòng)(來(lái)自采集的各原始幀a)
的各血管段的診斷圖像和顯現(xiàn)這種異常微流的經(jīng)處理圖像(b)的示例；
圖6示出了實(shí)現(xiàn)第一實(shí)施例的基于模型的流動(dòng)分析的裝置； 圖7示出了實(shí)現(xiàn)第二實(shí)施例的可視化方案的裝置； 圖8示出了實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)觀察圖像進(jìn)行濾波的裝置；以及
圖9示出了一種系統(tǒng)，用于由成像模式捕獲動(dòng)態(tài)觀察、根據(jù)本發(fā)明第
三實(shí)施例對(duì)各圖像進(jìn)行濾波、將本發(fā)明第一實(shí)施例的流動(dòng)分析應(yīng)用到濾波 后的動(dòng)態(tài)觀察中以及用本發(fā)明第二實(shí)施例顯現(xiàn)濾波和模擬的動(dòng)態(tài)觀察的重 放。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，為了便于說(shuō)明而非限制提供以下 的說(shuō)明書。技術(shù)人員可以理解到，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求書的范圍內(nèi) 存在很多變更。為了使本發(fā)明清楚起見，本說(shuō)明書不再贅述已知的功能和 結(jié)構(gòu)。各示例僅是為了闡述，并不打算限制本發(fā)明的范圍。
在第一實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法為醫(yī)生/介入醫(yī)師提供涵 蓋感興趣的重要血管形態(tài)及病理的示例性數(shù)學(xué)流動(dòng)模型集，并提供了一種 針對(duì)所考慮情況手動(dòng)或自動(dòng)選擇適當(dāng)模型的技術(shù)。每種模型包括的參數(shù)集 涵蓋血管局部解剖或病理的具體流動(dòng)參數(shù)集。優(yōu)選實(shí)施例的基于模型的分 析的目的是優(yōu)化該集合，并在模型給出與觀察盡可能相似的預(yù)測(cè)時(shí)向用戶 提供參數(shù)。因而，經(jīng)優(yōu)化的模型參數(shù)包括用于診斷的臨床相關(guān)信息和用于 所考慮血管結(jié)構(gòu)的結(jié)果控制。在替代的優(yōu)選實(shí)施例中，可以通過(guò)連接若干 定制的模型對(duì)復(fù)雜的血管系統(tǒng)進(jìn)行分析。模型選擇取決于在至少一幅圖像 的序列中所描繪的血管局部解剖，并且可以手動(dòng)或自動(dòng)地來(lái)執(zhí)行。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，在第一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明基于所觀察特征的流體動(dòng) 力學(xué)結(jié)合血液流動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)，以確定適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)模型，該模型適配于由
顯示造影劑在血管系統(tǒng)中前進(jìn)的診斷圖像數(shù)據(jù)序列構(gòu)成的觀察ioi所代表
的真實(shí)生理過(guò)程。然而，由于在不同血管局部解剖和病理中的不同流動(dòng)行 為，每個(gè)感興趣的血管結(jié)構(gòu)都需要定制的模型。本發(fā)明詳述了涵蓋感興趣 的重要血管局部解剖及病理的示例性數(shù)學(xué)流動(dòng)模型集，并提供為所考慮的 每種情況選擇適當(dāng)模型的技術(shù)。對(duì)于其它血管子系統(tǒng)的其它可能預(yù)測(cè)模型
包括腫瘤送料(tumor feed)、動(dòng)靜脈畸形等，但這些僅是示例，并不打算
作為該方法的限制。
在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)模型包括跨越血管形態(tài)和血管病理中至少一個(gè) 的具體流動(dòng)參數(shù)的參數(shù)集。本發(fā)明對(duì)各模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以反應(yīng)用于診斷 的臨床相關(guān)信息和用于所考慮血管結(jié)構(gòu)的結(jié)果控制。
在替代的優(yōu)選實(shí)施例中，可以為分析特定的復(fù)雜血管系統(tǒng)形態(tài)連接若 干定制模型。最后得到的具體情況的流動(dòng)模型及其選擇能夠?qū)θ魏紊硐?關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行血液流動(dòng)評(píng)估，這是將應(yīng)用到患者體內(nèi)可觀察的所有不同血管 形態(tài)的這種分析的先決條件。本發(fā)明的模型選擇程序采用了診斷成像中， 即圖像序列中所描繪的血管局部解剖。
對(duì)于人類血液流動(dòng)的基于模型的流動(dòng)分析而言，現(xiàn)在可以處理的主要 問題是血液流動(dòng)的搏動(dòng)性質(zhì)、血液在患者間和患者內(nèi)具有強(qiáng)可變性的所有 非牛頓流體屬性以及造影劑注射本身的影響。
因而，由本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法所提供的基于模型的流動(dòng)分析范 例將所需的各特征并入算法架構(gòu)中，使其能夠用于分析圖像序列所捕獲的 臨床觀察。在該基于模型的分析范例中假設(shè)，各模型參數(shù)有效并能解釋真 實(shí)世界的觀察，使得使用這些參數(shù)得到的似乎合理的模型預(yù)測(cè)產(chǎn)生先前已 經(jīng)觀察到的各特征。
圖1示出了基于模型的流動(dòng)分析方法的優(yōu)選實(shí)施例。采集中的觀察數(shù)
據(jù)101現(xiàn)在向分析架構(gòu)提供兩個(gè)輸入102。提取的代表特征104包含流動(dòng)過(guò) 程所需的所有信息。附加地，提取模型的各邊界條件以使模型具有一定形 態(tài)103。在這種背景下，各邊界條件是血管系統(tǒng)中后期特征預(yù)測(cè)107所需要 了解、但獨(dú)立于流動(dòng)本身的各屬性。在優(yōu)選實(shí)施例中，血管系統(tǒng)模型的形 態(tài)包含所有能從所分析的血管造影照片中確定或者可從其它成像模式中獲 得的特性幾何屬性。
模型實(shí)例106預(yù)測(cè)107當(dāng)具有各邊界條件的形態(tài)時(shí)取決于各流動(dòng)屬性 的特征108。適配回路110-113修改各流動(dòng)屬性直到在預(yù)先確定的公差內(nèi)， 預(yù)測(cè)特征108與來(lái)自觀察101的提取特征104相匹配為止。
一旦創(chuàng)建出適配的模型實(shí)例106，則其現(xiàn)在可以在由流動(dòng)參數(shù)控制的情 況下預(yù)測(cè)特征。該預(yù)測(cè)是本發(fā)明基于模型的分析的特征步驟，因?yàn)樵诖藢?所有可利用的先驗(yàn)知識(shí)包括在該過(guò)程中。將從觀察101中提取102的特征
104與預(yù)測(cè)107的特征108進(jìn)行比較給出了該模型的偏差或預(yù)測(cè)誤差測(cè)量。 根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用選擇相關(guān)的流動(dòng)參數(shù)，并將其形成搜索空間。適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算 法用于適配110這些流動(dòng)參數(shù)112，從而減少并最終最小化預(yù)測(cè)誤差。根據(jù) 本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基于模型的范例，使觀察和模型預(yù)測(cè)之間剩余誤差最 小的那些參數(shù)是該分析的結(jié)果，并將其提供114給應(yīng)用115。
另外，這些結(jié)果的質(zhì)量取決于該模型的預(yù)測(cè)和形態(tài)的有效性和似真性。 在優(yōu)選實(shí)施例中，在無(wú)需修改分析架構(gòu)本身的情況下，針對(duì)每種應(yīng)用調(diào)整 這兩種基本屬性。
基于模型的分析確定具有形態(tài)的模型實(shí)例，其可以使用似乎合理的先 驗(yàn)知識(shí)預(yù)測(cè)并因此解釋觀察，從而處理各復(fù)雜觀察。在創(chuàng)建這種基于模型 的分析中，在優(yōu)選實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)在分析中表示出的每種效應(yīng)都包括在對(duì) 特征108的預(yù)測(cè)107中。
針對(duì)介入X射線給出根據(jù)第一實(shí)施例的方法100的示例，但并不意味 著將該方法限制于這種模式
1. 在X射線監(jiān)視下團(tuán)注的成像將造影劑注射到感興趣血管中，以 便可在至少兩幅X射線圖像的序列中觀察到血液流動(dòng)。為此，使用預(yù)先確 定的具體注射規(guī)程。
2. 識(shí)別血管結(jié)構(gòu)并選擇流動(dòng)模型通過(guò)在至少兩幅X射線圖像的序 列上執(zhí)行最大化/最小化運(yùn)算來(lái)計(jì)算不透明的血管樹蒙片(mask)。隨后， 醫(yī)生/介入醫(yī)師通過(guò)對(duì)不透明血管樹的視覺檢查，從所提供的標(biāo)準(zhǔn)模型集中 選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?br> 由第一實(shí)施例提供的每一流動(dòng)模型描述了對(duì)于具體形態(tài)的造影劑輸 移。通過(guò)各流動(dòng)模型，預(yù)測(cè)此處各特征的時(shí)間強(qiáng)度曲線，即在預(yù)先確定的 一組觀察點(diǎn)處造影劑隨時(shí)間變化的濃度。每一模型包括模型特異性參數(shù)集， 其涵蓋血管局部解剖或病理中的至少一個(gè)具體特征并需要至少一個(gè)不同數(shù) 量的預(yù)定觀察點(diǎn)。結(jié)果，為感興趣血管形態(tài)提取與具體血液流動(dòng)相關(guān)的參 數(shù)。
流動(dòng)模型集包括(但不局限于)狹窄模型、動(dòng)脈瘤模型以及分叉模型。 從定制的流動(dòng)模型中提取臨床相關(guān)信息的示例是狹窄分級(jí)。在現(xiàn)有技術(shù)的 臨床常規(guī)操作中，通過(guò)使用壓力導(dǎo)絲測(cè)量狹窄上的壓降來(lái)執(zhí)行針對(duì)狹窄的
分級(jí)?？梢酝ㄟ^(guò)在x射線監(jiān)視下進(jìn)行血液流動(dòng)測(cè)量來(lái)模擬該程序。 一種程
序從對(duì)比增強(qiáng)的X射線圖像序列中或由類似的適當(dāng)模式采集的圖像系列 中，測(cè)量在非分叉血管中任意觀察點(diǎn)處搏動(dòng)的血流量(volumetric blood flow)和搏動(dòng)速度。借助于該方法，可計(jì)算狹窄上若干觀察點(diǎn)處的速度v(O， 參見圖4b。注意，血液流動(dòng)g(O對(duì)于每個(gè)觀察點(diǎn)是相同的。通過(guò)利用 和^(/)，隨后由下式計(jì)算出每個(gè)觀察點(diǎn)處狹窄的有效半徑及<formula>formula see original document page 15</formula>(1)
壓降4p、有效半徑及和血液流動(dòng)g(o之間的關(guān)系是本領(lǐng)域己知的。結(jié)果， 可以執(zhí)行狹窄上壓降的計(jì)算。
在替代實(shí)施例中，使用基于速度的狹窄分級(jí)來(lái)執(zhí)行壓降測(cè)量。在這里， 狹窄的程度由下式進(jìn)行計(jì)算-
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中，V;是觀察點(diǎn)l處的速度，而V2是觀察點(diǎn)2處的速度。
對(duì)于上面的分析，創(chuàng)建流動(dòng)模型來(lái)預(yù)測(cè)造影劑通過(guò)各觀察點(diǎn)之間管狀
結(jié)構(gòu)的輸移。該預(yù)測(cè)優(yōu)選考慮到血液和造影劑輸移的所有機(jī)制，主要是搏
動(dòng)的離散、擴(kuò)散和血管橫截面上變化的血流速度。
從定制的各流動(dòng)模型中提取臨床相關(guān)信息的另一示例是動(dòng)脈瘤的評(píng)
估。在這里，醫(yī)師感興趣的是血液流動(dòng)取自繞行通過(guò)動(dòng)脈瘤的部分。需要
來(lái)自母管(parenting vessel)的流過(guò)動(dòng)脈瘤體積的血液流動(dòng)部分來(lái)確定血流 在動(dòng)脈瘤中的剩余時(shí)間，這被認(rèn)為是治療決策和結(jié)果控制的相關(guān)參數(shù)。
首先，通過(guò)模擬進(jìn)料中觀察點(diǎn)301-302間的造影劑輸移來(lái)確定總的血 流量，參見圖3a的300a。隨后，計(jì)算取自繞行通過(guò)動(dòng)脈瘤304的部分和經(jīng) 過(guò)動(dòng)脈瘤而未進(jìn)入的部分。為此，使用圖3中區(qū)域(dement) 300b所描繪 的模型來(lái)模擬造影劑從第二觀察點(diǎn)302到第三觀察點(diǎn)303的輸移。該底層 模型由連接兩個(gè)觀察點(diǎn)305、 306的兩個(gè)管狀結(jié)構(gòu)組成。第一管狀結(jié)構(gòu)306 模擬各觀察點(diǎn)的原始生理連接，而第二管狀結(jié)構(gòu)305模擬動(dòng)脈瘤304中造 影劑采用的迂路。每個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和半徑是優(yōu)化過(guò)程的參數(shù)，并且造 影劑在每個(gè)建模管中的動(dòng)力學(xué)優(yōu)選建模為如上所述的管狀血管。如另一實(shí) 施例，為了預(yù)測(cè)動(dòng)脈瘤囊內(nèi)造影劑的濃度和量，將動(dòng)脈瘤建模為內(nèi)部具有
均勻造影劑濃度的流體體積，這可根據(jù)造影劑通過(guò)觀察點(diǎn)302流動(dòng)的量來(lái) 進(jìn)行預(yù)測(cè)。
從定制的各流動(dòng)模型中提取臨床相關(guān)信息的另一示例是使用血液流動(dòng) 在分支404.1、 404.2中的比率進(jìn)行分叉的評(píng)估(參見圖4a的404)。為此， 優(yōu)選使用上面給定的各管狀結(jié)構(gòu)中造影劑輸移的模型，模擬從進(jìn)料401中 的觀察點(diǎn)到分流管(drain)的每個(gè)分支中觀察點(diǎn)402、 403的造影劑輸移。 該模擬的一個(gè)參數(shù)是進(jìn)入每個(gè)分支402、 403的流動(dòng)部分。這些比例因數(shù)的 比率指示出血流量在各分流管(各分支)402 、 403中的比率。
3. 提取各相關(guān)觀察點(diǎn)處的時(shí)間強(qiáng)度曲線(TIC):對(duì)于上面給定的所 有觀察點(diǎn)而言，在優(yōu)選實(shí)施例中，為了降低噪聲的影響，對(duì)血管內(nèi)觀察點(diǎn) 周圍預(yù)先指定區(qū)域中的造影劑強(qiáng)度取平均來(lái)確定造影劑的局部濃度。觀察 點(diǎn)的數(shù)量和位置取決于當(dāng)前的血管局部解剖或病理，因此取決于流動(dòng)模型。
4. 優(yōu)化模型參數(shù)流動(dòng)模型提供了各特征的預(yù)測(cè)，優(yōu)選為時(shí)間強(qiáng)度曲 線和沿血管在每個(gè)觀察點(diǎn)處的造影劑濃度的預(yù)測(cè)。在優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)化過(guò) 程中，將預(yù)測(cè)的TIC和觀察到的TIC進(jìn)行比較109，并調(diào)整各模型參數(shù)， 使得測(cè)得的時(shí)間強(qiáng)度曲線與模型預(yù)測(cè)之間的誤差最小。然后輸出的參數(shù)提 供用于疾病評(píng)估的重要診斷值。在分叉的情況下，在優(yōu)選實(shí)施例中，圖400a 的分量404是血流量在分支404.1、 404.2中的比率(如上所述)，然而對(duì)于 狹窄而言，圖400b的分量408是在狹窄408上的壓降。在動(dòng)脈瘤的情況下， 來(lái)自母管的流過(guò)動(dòng)脈瘤本身的血液流動(dòng)部分是主要的參數(shù)。
5. 顯示相關(guān)的輸出參數(shù)在優(yōu)選實(shí)施例中，以適當(dāng)?shù)姆绞较蜥t(yī)生/介 入醫(yī)師顯示流動(dòng)參數(shù)112。在替代實(shí)施例中，將結(jié)果傳送給對(duì)來(lái)自流動(dòng)分析 的結(jié)果進(jìn)行處理的應(yīng)用115中。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6，示出了實(shí)現(xiàn)第二實(shí)施例的裝置600，其包括模型實(shí)例生 成器，它能控制模型形態(tài)模塊從包含所有可能的感興趣血管系統(tǒng)的示例性 模型的數(shù)據(jù)庫(kù)602中選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ图捌涑跏夹螒B(tài)(基于提取的真實(shí)特征)。 模型實(shí)例細(xì)化模塊106運(yùn)行該模型以獲得預(yù)測(cè)特征108，然后將該預(yù)測(cè)特征 108與提取的真實(shí)特征進(jìn)行比較，并且通過(guò)比較和適配模塊110來(lái)適配與選 定模型相關(guān)的流動(dòng)參數(shù)值D由模型實(shí)例細(xì)化模塊106使用適配的流動(dòng)參數(shù) 對(duì)模型實(shí)例進(jìn)行細(xì)化，并重復(fù)預(yù)測(cè)、比較、適配和細(xì)化的過(guò)程，直到真實(shí)
特征和預(yù)測(cè)特征間的差落在預(yù)先確定的至少一個(gè)公差范圍內(nèi)為止。將從這
種迭代過(guò)程中最終確定的流動(dòng)參數(shù)輸出114給使用這些參數(shù)的其它系統(tǒng)/應(yīng) 用，例如用在下面描述的第二實(shí)施例中。 使用模型進(jìn)行流動(dòng)可視化
參見圖2，第二實(shí)施例是一種基于模型的可視化機(jī)制，其中不同的信息 和現(xiàn)象是提取/增強(qiáng)和濾除中的一種。在預(yù)測(cè)步驟207過(guò)程中做出進(jìn)行增強(qiáng) 或者執(zhí)行濾波過(guò)程的決定。
在第二實(shí)施例的基于模型的可視化框架中，真實(shí)觀察201中的選定部 分通過(guò)已具有形態(tài)的模型206進(jìn)行解釋，并且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行抑制或特別處 理。預(yù)測(cè)的觀察208與真實(shí)觀察201之間的差210包含經(jīng)模型預(yù)測(cè)步驟207 中可用的先驗(yàn)知識(shí)濾波的所有信息。
對(duì)于第二實(shí)施例的基于模型的可視化方案，確定模型實(shí)例。再次從真 實(shí)觀察中提取202有關(guān)血管幾何形狀的邊界條件。對(duì)于對(duì)比增強(qiáng)的血管造 影照片的流動(dòng)分析而言，該預(yù)測(cè)包括感興趣的血管子系統(tǒng)中的局部造影劑 量。此外，同樣確定出動(dòng)態(tài)流動(dòng)參數(shù)。這些通常由先驗(yàn)的流動(dòng)分析來(lái)提供。 在該第二實(shí)施例中模型實(shí)例206提供增強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力。通過(guò)從真實(shí)觀察201 中減去模型預(yù)測(cè)的觀察208可獲得可視化相關(guān)內(nèi)容的濾波或選擇。該差包 含模型實(shí)例206本身還沒有解釋的所有流動(dòng)現(xiàn)象。有利的是，以這樣的方 式創(chuàng)建模型實(shí)例206，使得其能解釋并預(yù)測(cè)生理流動(dòng)現(xiàn)象。于是，由模型實(shí) 例206預(yù)測(cè)的觀察208和真實(shí)觀察201之間的差包含相對(duì)于正常生理流動(dòng) 的所有偏差。然后在第二實(shí)施例中，將原始觀察201與生理預(yù)測(cè)的剩余差 的融合213用于增強(qiáng)，例如顏色編碼的所有病理或難以解釋的流動(dòng)現(xiàn)象。
在第二實(shí)施例中這些差的增強(qiáng)可視化214相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有顯著的進(jìn) 步，這是由于一般情況下，在生理流動(dòng)模式下造影劑使得所有的微流效應(yīng) 不清楚，因此造影劑的存在極大地削弱了感興趣的血管結(jié)構(gòu)。融合和圖像 濾波213有利地從流動(dòng)參數(shù)本身中取得用于這種可視化214的第二優(yōu)選實(shí) 施例中的參數(shù)。具體而言，在下面將要詳細(xì)描述的第三實(shí)施例中，期望的 造影劑的時(shí)間動(dòng)力學(xué)用于在該融合步驟202中控制205噪聲降低濾波。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，示出了實(shí)現(xiàn)第二實(shí)施例的裝置700，其包括根據(jù)第一實(shí) 施例的模型實(shí)例生成器600，它通過(guò)比較和差分模塊209以獲得預(yù)測(cè)的觀
察，并將預(yù)測(cè)的觀察與基準(zhǔn)圖像(真實(shí)觀察201)進(jìn)行比較，且得到它們之 間的差210,然后通過(guò)融合和濾波模塊213來(lái)相對(duì)于基準(zhǔn)圖像(真實(shí)觀察 201)可視化該差，濾波是第三實(shí)施例800的實(shí)現(xiàn)。
在第二實(shí)施例的示例中，參見圖5，將動(dòng)脈瘤囊建模成一個(gè)與母管流進(jìn) 行交換的含有造影劑的均勻混合腔。現(xiàn)在參照?qǐng)D5的al-a4，來(lái)自診斷采集 的各幀示出造影劑到達(dá)動(dòng)脈瘤囊的過(guò)程。當(dāng)把各診斷X射線的血管造影照 片看作輸入(如上，見第2項(xiàng))時(shí)，從流動(dòng)序列的不透明血管系統(tǒng)蒙片中 提取該動(dòng)脈瘤囊的幾何結(jié)構(gòu)。在用戶選擇的ROI (如圖5的a-l中的矩形 501所示)中，對(duì)在跡線減影圖像(trace subtract image)中存儲(chǔ)的最大衰 減進(jìn)行閾值分割，以確定投影中的血管內(nèi)腔。結(jié)果，圖包含動(dòng)脈瘤的血管 內(nèi)腔和最大造影劑濃度(代表局部厚度)。提取動(dòng)脈瘤中造影劑的總量。在 模型預(yù)測(cè)中使用由該總量對(duì)動(dòng)脈瘤圖進(jìn)行的縮放，以便從可視化中去除總 衰減的影響。從觀察本身減去該建模得到的造影劑濃度揭示了動(dòng)脈瘤中獨(dú) 立于其內(nèi)部瞬間衰減的微流(圖5的bl-b4)。
替代的第二實(shí)施例引入了顏色(未示出)，顏色能夠在不改動(dòng)原始診斷 信息的情況下增強(qiáng)灰度血管造影照片的表現(xiàn)，并極大地提高彩色血管造影 的引人注意的質(zhì)量以及其診斷的效用。對(duì)于這種彩色可視化，在診斷觀察 I(x， y， t)中，灰度I對(duì)應(yīng)于在實(shí)例時(shí)間因此在圖像幀t時(shí)位置(x, y)處的造影 劑局部濃度。模型預(yù)測(cè)提供了包含在位置(x, y)處和時(shí)間t時(shí)由該模型提供 的所有預(yù)測(cè)造影劑濃度P的圖像序列P(x,y，t)。因此，這兩個(gè)圖像序列的差 D(x,y,t)包含有所有未解釋的造影劑變化。在優(yōu)選的可視化中，原始采集I 用于確定可視化的局部強(qiáng)度，而局部差D用于在優(yōu)選不修改強(qiáng)度本身的情 況下選擇者色。
在又一替代的第二實(shí)施例中，創(chuàng)建所成像血管結(jié)構(gòu)的合成視圖。為此， 將提取的幾何結(jié)構(gòu)顯示為血管系統(tǒng)的示意圖。配色方案可以用于具有選定 流動(dòng)參數(shù)的每個(gè)血管段。體積流量或脈動(dòng)程度是在這種概觀示意圖內(nèi)可顯 現(xiàn)的流動(dòng)樹中可能的局部參數(shù)。具體而言，通過(guò)在從生理血管系統(tǒng)中獲得 的統(tǒng)計(jì)分布對(duì)提取數(shù)據(jù)進(jìn)行的分類可指示出不期望的高值或低值。這種著 色示意圖可用作概觀復(fù)雜血管系統(tǒng)中各子樹的狀況，或者用作受病理影響 的血管中游程長(zhǎng)度的函數(shù)。與第一替代實(shí)施例相比，此處根據(jù)模型和提取
的參數(shù)創(chuàng)建新的合成顯示。
使用流動(dòng)和重放參數(shù)進(jìn)行濾波
為降低噪聲和偽影所進(jìn)行的圖像濾波通常應(yīng)用于所有的醫(yī)學(xué)圖像數(shù) 據(jù)。然而，用不合適技術(shù)參數(shù)進(jìn)行的濾波可能使重要的觀察變得不清楚， 甚至產(chǎn)生觀察者的眼睛能夠看見但從未在采集數(shù)據(jù)中存在的偽影結(jié)構(gòu)。第 三實(shí)施例使用有關(guān)個(gè)體患者血液流動(dòng)速度(其由于心跳而隨時(shí)間變化)的 信息解決了這些問題，以便調(diào)整濾波使得各圖像包含盡可能少的噪聲，但 另一方面總是在不產(chǎn)生模糊(它是濾波在沒有進(jìn)行正確調(diào)整時(shí)引入的一種 最常見的圖像質(zhì)量惡化)的情況下示出造影劑團(tuán)的運(yùn)動(dòng)。在第三實(shí)施例中 圖像的(預(yù))處理及其各參數(shù)取決于估算的流動(dòng)速度、總的血流量或在至
少一種圖像，例如x射線的序列中描繪的患者解剖的任意其它相關(guān)流動(dòng)參
數(shù)o
第三實(shí)施例的示例是通過(guò)時(shí)間濾波來(lái)降低圖像噪聲。此處，時(shí)間濾波 的強(qiáng)度取決于血液流動(dòng)速度。濾波強(qiáng)度可隨時(shí)間和位置而變化，這是因?yàn)?流動(dòng)速度由于搏動(dòng)依賴于時(shí)間，并且可觀察到流動(dòng)速度在不同血管系統(tǒng)中 有極大地變化。
根據(jù)第三實(shí)施例的方法的優(yōu)選實(shí)施例包括如下步驟-
1. 由介入放射醫(yī)師將造影劑團(tuán)注射入感興趣的血管中。
2. 使用公知的視頻密度技術(shù)和第一實(shí)施例的技術(shù)從采集的X射線序列 中測(cè)量流動(dòng)速度。結(jié)果，獲得類似流動(dòng)速度或總流量的特性流動(dòng)參數(shù)。
3. 用適配的濾波尺度進(jìn)行時(shí)間濾波，其通過(guò)僅允許團(tuán)塊覆蓋加權(quán)和平
均幀中最大距離d而避免了模糊。引入流動(dòng)速度v (根據(jù)前面所估算的)，
由加權(quán)和平均幀覆蓋的最佳時(shí)間段^為A-^v。由于附加地知道序列的幀
頻/，因此用于時(shí)間濾波的高斯低通濾波的標(biāo)準(zhǔn)偏差a由下式進(jìn)行計(jì)算
cr =——=^ v
由于流動(dòng)速度V(f，JC)是時(shí)間和位置的函數(shù)，因此可為每個(gè)單獨(dú)的時(shí)刻和(血
管)像素單獨(dú)地計(jì)算反應(yīng)時(shí)間濾波強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差a (籍此在血管外可選擇 適當(dāng)強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差a)。然而，如果使用這種噪聲抑制的局部強(qiáng)度，有可能 導(dǎo)致閃爍序列的視覺效果。為了解決這一問題，存在2種可能性
a.代替使用噪聲抑制的周部強(qiáng)度的是使用全局a。為了獲得適當(dāng)?shù)娜?br> 局CT，必須知道圖像序列的最大流動(dòng)速度max (v(W)。至少在整個(gè)心跳周期 上測(cè)量流動(dòng)速度。在該時(shí)間期間，要么不執(zhí)行時(shí)間濾波，要么優(yōu)選地執(zhí)行 使用迄今為止最大測(cè)得速度的時(shí)間自適應(yīng)的時(shí)間濾波。優(yōu)選地，使用第一 實(shí)施例確定心跳周期上的流動(dòng)速度及其變化。
b.如果使用噪聲抑制的局部強(qiáng)度，則對(duì)于圖像和時(shí)間執(zhí)行適當(dāng)?shù)恼齽t化。
4.在時(shí)間濾波后即時(shí)重放X射線圖像，或者在圖像采集后以慢動(dòng)作重 放方式重放X射線圖像。對(duì)于即時(shí)重放而言，由附加的血液流動(dòng)評(píng)估引入 己經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理所需要的附加等待時(shí)間。然而，由于在慢動(dòng)作重放情況 下人眼不能對(duì)屏幕序列進(jìn)行平均，因此圖像質(zhì)量在慢動(dòng)作重放中更加重要， 從而實(shí)時(shí)要求不是非常重要。
在替代的第三實(shí)施例中，當(dāng)由該裝置提供慢動(dòng)作重放時(shí)，應(yīng)用的噪聲 濾波強(qiáng)度還取決于用戶已經(jīng)選擇的重放速度。為了加快重放給定無(wú)噪聲的 可視化，可增加時(shí)間濾波的強(qiáng)度，而為了減慢重放速度，可降低時(shí)間濾波 強(qiáng)度以避免當(dāng)在慢動(dòng)作中觀看單個(gè)幀時(shí)各個(gè)模糊變得越來(lái)越明顯。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，示出了用于濾波模塊800的裝置。使用第一實(shí)施例來(lái)確 定各流動(dòng)參數(shù)112，并且濾波確定模塊805根據(jù)流動(dòng)速度(流動(dòng)參數(shù)112) 和重放速度中的至少一個(gè)來(lái)選擇、調(diào)整和應(yīng)用濾波。圖像序列重放模塊806 對(duì)觀察進(jìn)行重放，即該模塊806使用本發(fā)明第二實(shí)施例以顯現(xiàn)與經(jīng)濾波的
觀察相比的真實(shí)觀察中所包含的觀察中的造影劑輸移。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9， 一種系統(tǒng)包括醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)801，其向?yàn)V波模塊SOO提 供真實(shí)診斷觀察101，該濾波模塊800應(yīng)用根據(jù)該觀察選定的濾波(使用從 應(yīng)用第一實(shí)施例中最終得到的流動(dòng)參數(shù)112)，以重放真實(shí)的流動(dòng)和從流動(dòng) 分析600中最終得到的建模的可能流動(dòng)(預(yù)測(cè)的流動(dòng))，然后通過(guò)第三實(shí)施 例700顯現(xiàn)該濾波的重放。
雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所描述的系統(tǒng)、裝置和方法是說(shuō)明性的，并且在不 脫離本發(fā)明真實(shí)范圍的情況下，可做出各種改變和修改，以及可制作用于 代替本發(fā)明系統(tǒng)、裝置和方法的元件和元素的各等價(jià)物。另外，在不脫離 其中心范圍的情況下，可做出各種修改以使本發(fā)明講授的內(nèi)容適應(yīng)特定的
情形。因此，本發(fā)明旨在不局限于為實(shí)施本發(fā)明設(shè)想的最佳模式所公開的 各特定實(shí)施例，而本發(fā)明的意圖是包括落在其權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實(shí) 施例。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)血管系統(tǒng)中血液流動(dòng)的診斷觀察對(duì)其進(jìn)行分析的方法(100)，包括如下步驟提供至少一個(gè)示例性血管系統(tǒng)血液流動(dòng)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)(602)，所述至少一個(gè)模型具有所建模血管系統(tǒng)的最相關(guān)血液流動(dòng)參數(shù)的相關(guān)參數(shù)集；以至少兩幅圖像的序列方式提供診斷觀察(101)，所述圖像示出造影劑在所述血管系統(tǒng)中的前進(jìn)；根據(jù)所提供的診斷觀察(101)，使用所述模型的所述參數(shù)集提取一組所述血管系統(tǒng)的所提取定量血液流動(dòng)特征(102)；從所述數(shù)據(jù)庫(kù)(602)中選擇(103)并關(guān)聯(lián)至少一個(gè)針對(duì)所觀察血管系統(tǒng)的血液流動(dòng)模型(603)，使得根據(jù)預(yù)先確定的所述血液流動(dòng)參數(shù)的相關(guān)集合的匹配函數(shù)，將由所述模型預(yù)測(cè)的所預(yù)測(cè)血液流動(dòng)特征(108)與提取的血液流動(dòng)特征(102)相匹配；以及輸出所述模型和所述血液流動(dòng)參數(shù)的相關(guān)參數(shù)集。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法(100)，還包括如下步驟，所述選定的模 型預(yù)測(cè)所述診斷觀察(101)和從所述診斷觀察(101)中提取的所述組定 量特征(102)中的至少一個(gè)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法(100)，其中，所述預(yù)先確定的匹配函數(shù) 包括如下步驟，系統(tǒng)地改變所述選定模型的血液流動(dòng)參數(shù)值，直到所述預(yù) 測(cè)的特征與對(duì)應(yīng)的提取特征彼此間的每個(gè)差都小于預(yù)先規(guī)定的公差。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法(100)，其中，所述系統(tǒng)地改變步驟執(zhí)行 數(shù)值優(yōu)化過(guò)程。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法(100)，其中，觀察點(diǎn)處造影劑的局部濃 度既是所述提取特征(102)之一又是所述預(yù)測(cè)特征(108)之一。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法(100)，還包括如下步驟 將所述造影劑注射到所述血管系統(tǒng)的血管內(nèi)；以及其中，所述診斷觀察(101)是通過(guò)在所述注射步驟后執(zhí)行拍攝所述血 管系統(tǒng)的至少兩幅X射線圖像系列的步驟所獲得的診斷X射線。
7、 如權(quán)利要求8所述的方法(100)，還包括如下步驟，根據(jù)拍攝所述 血管系統(tǒng)得到的所述診斷X射線確定所述血管系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。
8、 如權(quán)利要求8所述的方法(100)，還包括給用戶呈現(xiàn)所述流動(dòng)參數(shù) 的步驟。
9、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述示例性模型集(602)包括 一種模型，所述模型描述出造影劑在選自如下各機(jī)制構(gòu)成的組的輸移機(jī)制 作用下通過(guò)管狀結(jié)構(gòu)的流動(dòng)離散、擴(kuò)散、對(duì)流、血管橫截面上的變速、 以及心搏周期內(nèi)的變速。
10、 如權(quán)利要求l所述的方法(100)，其中 所述數(shù)據(jù)庫(kù)(602)包括針對(duì)狹窄的模型；以及 所述組的提取特征(102)包括針對(duì)所述狹窄的分級(jí)。
11、 如權(quán)利要求l所述的方法(100)，其中所述數(shù)據(jù)庫(kù)(602)包括一種模型，所述模型包括至少一個(gè)母管和至少 兩個(gè)形成其分叉的分支管；以及所述組的提取特征(102 )包括進(jìn)入所述至少兩個(gè)分支管中的流動(dòng)部分。
12、 如權(quán)利要求l所述的方法(100),其中所述數(shù)據(jù)庫(kù)(602)包括具有母管的血管的動(dòng)脈瘤囊模型；以及 所述組的提取特征(102)包括所述母管中流過(guò)所述動(dòng)脈瘤的流動(dòng)部分。
13、 如權(quán)利要求13所述的方法(100)，其中，所述動(dòng)脈瘤囊包括兩個(gè)平行的管狀血管， 一個(gè)用于所述母管和一個(gè)取替所述動(dòng)脈瘤本身。
14、 如權(quán)利要求14所述的方法(100)，其中，所述動(dòng)脈瘤囊包括具有 均勻造影劑濃度的液體腔。
15、 一種根據(jù)所觀察血管系統(tǒng)中血液流動(dòng)的診斷觀察(101)對(duì)其進(jìn)行 分析的裝置(600)，包括血管系統(tǒng)中血液流動(dòng)各示例性模型的數(shù)據(jù)庫(kù)(602)，每個(gè)模型具有與 所模擬血管系統(tǒng)最相關(guān)的血液流動(dòng)參數(shù)的相關(guān)集合；以及模型實(shí)例生成器(600)，用于控制基于所觀察血管系統(tǒng)的提取特征 (102)從所述數(shù)據(jù)庫(kù)(602)中選擇并關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)示例性模型的實(shí)例 的創(chuàng)建，使得根據(jù)預(yù)先確定的所述血液流動(dòng)參數(shù)相關(guān)集合的匹配函數(shù)，將 由所述至少一個(gè)模型預(yù)測(cè)的所預(yù)測(cè)血液流動(dòng)特征(108)與所提取的血液流 動(dòng)特征(102)相匹配。
16、 一種根據(jù)血管系統(tǒng)中血液流動(dòng)的診斷觀察對(duì)其進(jìn)行可視化的方法 (200)，包括如下步驟通過(guò)執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法確定血液流動(dòng)模型及其血液流動(dòng)參數(shù)， 使得所述模型基于所述流動(dòng)參數(shù)預(yù)測(cè)所述觀察；以及提供可視化裝置(700)以基于所述流動(dòng)參數(shù)顯現(xiàn)所述模型的血液流動(dòng)。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法(200)，還包括如下步驟 使用戶萬(wàn)確定出的血液流動(dòng)模型生成預(yù)測(cè)的觀察；以及 用所提供的可視化裝置顯現(xiàn)所述觀察和所述觀察與所述預(yù)測(cè)的觀察之間的差。
18、 如權(quán)利要求16所述的方法(200)，還包括如下步驟 使用所確定出的血液流動(dòng)模型生成預(yù)測(cè)的觀察； 用所提供的可視化裝置顯現(xiàn)所述觀察；以及 用所述觀察與所述預(yù)測(cè)的觀察之間的差的函數(shù)增強(qiáng)所顯現(xiàn)的觀察。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法(200)，其中，所述函數(shù)是根據(jù)所述差 創(chuàng)建的顏色疊加。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法(200)，其中，所述預(yù)測(cè)的觀察是當(dāng)以 所述診斷觀察的方式隨時(shí)間觀察進(jìn)入管狀血管的入流處的造影劑濃度時(shí)在 所述段管狀血管中的造影劑濃度。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法(200)，其中，所述生成步驟還包括如 下步驟，包括選自如下各機(jī)制構(gòu)成的組的輸移機(jī)制的造影劑輸移效應(yīng)離 散、擴(kuò)散、對(duì)流、血管橫截面上的變速、以及心搏周期內(nèi)的變速。
22、 如權(quán)利要求20所述的方法(200)，其中所述提取的血液流動(dòng)特征(102)包括在所述血管系統(tǒng)或其一部分中的 造影劑量；以及所述生成步驟還包括如下步驟假設(shè)血管系統(tǒng)或其一部分中的所述造 影劑有均勻濃度。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法(200)，其中所述提取的血液流動(dòng)特征(102)包括所述血管系統(tǒng)或其一部分的幾何 結(jié)構(gòu)；以及所述生成步驟還包括如下步驟包括有關(guān)所述血管系統(tǒng)或其一部分的 所述幾何結(jié)構(gòu)的信息。
24、 如權(quán)利要求22所述的方法(200)，其中，所述生成步驟還包括如 下步驟，包括與從不同于所述診斷觀察的替代模式中獲得的所述血管系統(tǒng) 或其一部分的所述幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的信息。
25、 一種根據(jù)血管系統(tǒng)中血液流動(dòng)的診斷觀察對(duì)其進(jìn)行可視化的裝置 (700): 血管系統(tǒng)中血液流動(dòng)各示例性模型的數(shù)據(jù)庫(kù)(602)，每個(gè)模型具有與 所模擬血管系統(tǒng)最相關(guān)的血液流動(dòng)參數(shù)的相關(guān)集合；根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置(600)，用于創(chuàng)建所述數(shù)據(jù)庫(kù)(602)中 示例性模型的模型實(shí)例，以根據(jù)所述診斷觀察(101)分析所觀察的血管系 統(tǒng)中的血液流動(dòng)；以及可視化生成器(214)，用于顯現(xiàn)所述診斷觀察的基準(zhǔn)圖像(201)，以 供與由所述模型實(shí)例預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)觀察(208)進(jìn)行視覺比較。
26、 如權(quán)利要求25所述的裝置(700)，其中，所述可視化生成器(214) 還配置成執(zhí)行權(quán)利要求24所述的方法。
27、 一種用于對(duì)動(dòng)態(tài)診斷觀察序列進(jìn)行濾波的方法，其中，所述動(dòng)態(tài) 診斷觀察序列示出了造影劑在血管系統(tǒng)中的前進(jìn)，所述方法包括如下步驟-基于選自如下各項(xiàng)構(gòu)成的組的至少一種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)局部確定時(shí)間濾波的強(qiáng)度-所述診斷觀察的局部血流速度，以及-由于濾波僅覆蓋在濾波尺度所定義的觀察時(shí)間內(nèi)造影劑可通過(guò)的預(yù) 定距離而造成的模糊；通過(guò)最少量比較從所述局部確定的濾波強(qiáng)度中確定全局濾波強(qiáng)度；以及向所述觀察應(yīng)用從由時(shí)間濾波和全局濾波構(gòu)成的組中選出的預(yù)定數(shù)量 的濾波。
28、 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括如下步驟，在所述應(yīng)用步驟之 前，對(duì)每一時(shí)間濾波的強(qiáng)度進(jìn)行正則化。
29、 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述正則化步驟通過(guò)所述濾波 強(qiáng)度的空間和時(shí)間低通來(lái)執(zhí)行。
30、 如權(quán)利要求29所述的方法，還包括如下步驟，與所述應(yīng)用步驟同時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求24所述的方法，以顯現(xiàn)所述造影劑在血管系統(tǒng)中的前進(jìn)。
31、 一種用于對(duì)動(dòng)態(tài)診斷觀察序列進(jìn)行濾波以在其中顯現(xiàn)造影劑在血管系統(tǒng)中前進(jìn)的方法，包括如下步驟 提供可調(diào)整的重放速度； 調(diào)整所述重放速度；基于所述選定的重放速度選擇噪聲濾波；以及 同時(shí)執(zhí)行如下步驟-a. 應(yīng)用所述選定的噪聲濾波，以及b. 執(zhí)行權(quán)利要求25所述的方法，以顯現(xiàn)所述造影劑在所述血管系統(tǒng)中 的前進(jìn)。
32、 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括如下步驟 當(dāng)所述重放速度超過(guò)預(yù)先確定的強(qiáng)閾值時(shí)，應(yīng)用強(qiáng)的時(shí)間濾波；以及 當(dāng)所述重放速度低于預(yù)先確定的弱閾值時(shí)，應(yīng)用弱的和沒有時(shí)間濾波中的一種。
33、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中-所述提供步驟還包括提供所述重放速度的連續(xù)改變速率；以及 以及當(dāng)所述重放速度的所述改變速率連續(xù)時(shí)，所述選擇步驟還僅包括 所述時(shí)間濾波強(qiáng)度的連續(xù)改變。
34、 一種對(duì)血管系統(tǒng)中造影劑前進(jìn)的動(dòng)態(tài)診斷觀察序列進(jìn)行濾波的裝 置(800)，包括流動(dòng)參數(shù)確定模塊，配置成如權(quán)利要求15所述的那樣以確定所述觀察 的流動(dòng)參數(shù)(112);濾波確定模塊805，配置成執(zhí)行權(quán)利要求30所述的方法，以確定將應(yīng) 用于所述觀察序列的預(yù)定數(shù)量的濾波；圖像序列重放模塊(806)，用于確定重放速度和使用權(quán)利要求33所述 的方法根據(jù)所述重放速度確定所述濾波的濾波強(qiáng)度，并用于輸出經(jīng)濾波的 觀察序列(ior)的重放；以及可視化生成模塊，配置成權(quán)利要求27所述的那樣以接收并顯現(xiàn)由所述 圖像序列重放模塊(806)輸出的所述經(jīng)濾波的觀察序列(IOI')的重放。
35、 一種對(duì)動(dòng)態(tài)觀察序列(101)進(jìn)行濾波、重放和顯現(xiàn)的系統(tǒng)(900)， 包括濾波模塊(800)，用于-根據(jù)所述動(dòng)態(tài)觀察序列的流動(dòng)參數(shù)(112)確定至少一種濾波，以及-以確定的速度重放所述經(jīng)濾波的動(dòng)態(tài)觀察序列(101);流動(dòng)分析模塊，可操作地連接到所述濾波模塊(800)，以確定所述動(dòng) 態(tài)觀察序列的流動(dòng)參數(shù)(112)并向所述流動(dòng)分析模塊(800)提供所述確 定的流動(dòng)參數(shù)；以及可視化系統(tǒng)(700)，可操作地連接到所述濾波模塊，以顯現(xiàn)所述經(jīng)濾 波序列的重放和所述觀察的重放中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于根據(jù)動(dòng)態(tài)診斷觀察序列(101)對(duì)血管系統(tǒng)中的血液流動(dòng)進(jìn)行分析的系統(tǒng)(900)、方法(100、200)和裝置(600、700、800)，以確定血液流動(dòng)參數(shù)(112)，從而進(jìn)一步確定濾波、重放速度以及所重放的原始和濾波序列的最終可視化。第一實(shí)施例(100)提取觀察的各特征，并使用這些特征從預(yù)先確定的具有相關(guān)參數(shù)的感興趣血管系統(tǒng)模型中選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ?。改變這些參數(shù)以創(chuàng)建與原始觀察最匹配的模型實(shí)例。第二實(shí)施例(200)顯現(xiàn)原始觀察(101)和由模型預(yù)測(cè)的觀察(101′)的重放，以突出它們之間的差。第三實(shí)施例(800)提供了濾波和對(duì)重放速度的控制。
文檔編號(hào)A61B6/00GK101374462SQ200680045955
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者A·格羅特, H·施泰因豪澤, J·威斯, J·布雷多諾, P·龍根, R·赫爾曼斯, T·布魯金斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司