[发明专利]一种交互式冠状动脉虚拟血管镜的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多成像方法融合的交互式冠状动脉虚拟血管镜的实现方法，属医学成像技术领域。

背景技术

虚拟内窥镜技术(Virtual Endoscope，VE)是利用医学影像作为原始数据，综合利用数字图像处理、计算机图形学、科学计算可视化、虚拟现实等技术，重建三维图像，形成虚拟人体组织；然后把视点置入重建出的器官空腔内，借助导航或漫游技术以及伪彩技术来逼真地模拟腔道内镜检查。

目前临床普遍采用的冠状动脉介入影像手段是X射线冠状动脉造影(CAG，Coronary ArteryAngiography)和血管内超声(IVUS，Intravascular Ultrasound)，二者是同时进行的，血管造影和血管内超声分别同步显示导管超声探头在管腔内的部位和相应血管壁的结构形态。CAG和IVUS具有优势和不足互补的特点：CAG反映血管腔被造影剂充填后的投影轮廓，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，但不能提供血管壁的结构信息和病变程度；IVUS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。但是由于采用高频超声探头，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。

此外介入成像检测还包括冠状动脉血管镜，它是利用光纤技术的一种微小内窥镜成像技术。但该技术在临床上并未得到广泛接受，原因包括：只能提供管腔表面的形态学资料，不能观察到管壁内的病变深部结构，也不能进行狭窄程度和血流的定量分析；不能用于显像主动脉-冠状动脉开口处的病变和前降支及回旋支近端的病变；从侧孔进入的血流会使视野模糊；导管缺乏可操纵性，限制了显像范围；检查过程中需要暂时堵塞血流，会导致心肌缺血的发生等。

目前，无创性的心血管影像检查主要包括CTA(CT Angiography)和MRCA(Magnetic ResonanceCoronary Angiography)。但是心脏CT检查的主要局限性在于容易产生伪像，影响图像质量。对于MRCA，由于冠脉血管本身较细、扭曲和结构较复杂，且有心脏搏动和呼吸的影响，冠脉周围脂肪组织和心肌组织等信号可影响其显像的结果。同时MR检查过程中虽然没有放射线，相对安全，但有噪音的影响，一些金属植入物(如人工金属瓣、心脏起搏器等)的安全性也受到关注。总之，由于成像原理所造成的不足和技术上的局限，使得到目前为止CTA和MRCA一般仅可作为对心脏综合评价的一种选择方法，或作为冠心病导管造影检查的筛查措施，减少不必要的创伤性检查，以及对心脏手术或介入治疗效果的无创性随访研究，在对冠心病的临床诊治上并不能完全取代介入性的影像检查方法。

综上所述，介入性的CAG和IVUS仍然是临床诊治冠心病的主要影像方法，而且二者具有优势与不足互补的特点。目前还没有一种基于CAG和IVUS图像融合的交互式冠状动脉虚拟血管镜系统，能够实现内镜漫游模式的冠状动脉可视化。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足、提供一种能够实现内镜漫游模式的冠状动脉可视化的交互式冠状动脉虚拟血管镜的实现方法。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种交互式冠状动脉虚拟血管镜的实现方法，它是通过将由近似正交的X射线冠状动脉造影图像获得的管腔三维几何形态信息与由血管内超声获得的管腔横截面数据相融合，得到血管的三维模型，然后运用虚拟现实建模语言(VRML)交互地描述血管模型，实现内镜漫游模式的冠状动脉可视化，具体步骤如下：

A、同时采集感兴趣血管段的血管内超声IVUS和X射线冠状动脉造影CAG图像：

将机械式超声导管探头置于感兴趣血管段的远端，在匀速等距回撤导引钢丝的过程中，利用血管内超声成像仪以心电ECG门控的方式采集等距的IVUS图像序列，即以心电信号的R波作为触发，仅在每个心动周期内相同的心脏相位处采集图像，可解决冠状动脉IVUS图像序列中的运动伪影问题。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、利用采集的IVUS和CAG图像建立血管的三维模型；

C、运用虚拟现实建模语言实现冠状动脉血管重建结果的内镜漫游模式的可视化。

上述交互式冠状动脉虚拟血管镜的实现方法，所述利用采集的IVUS和CAG图像建立血管的三维模型的具体步骤如下：