[发明专利]医学图象处理方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及药物输送装置。

本发明实施例涉及医学图象处理。更具体地说，本申请公开的实施例涉及处理患者的冠状动脉区域的医学图像，以通过确定血流储备分数(fractional flow reserve，FFR)来评估冠状动脉狭窄病变。

背景技术

心血管疾病是发达和发展中国家的主要死亡原因。它占全球所有死亡人数的30％。由于世界人口老龄化，心血管疾病患者人数预期大幅增加。冠状动脉疾病(CAD)是最常见的心血管疾病，其由冠状动脉内斑块的积聚引起。斑块使动脉变窄并最终影响到心脏的血液供应。因此，CAD与心血管相关事件的发展有关，占心血管疾病死亡人数的45％。

因此，对冠状动脉狭窄病变的意义进行特征描述和量化对于管理患者以预防因CAD死亡至关重要。在临床心脏病学中，解剖学和血液动力学指标通常被用于量化CAD的严重程度。快速发展的非侵入性成像技术，如计算机断层扫描血管造影(CTA)，是有价值的，因为其具有相对较低的成本和医疗并发症。大多数非侵入性成像技术都集中在解剖学意义上，并将直径狭窄病变(DS)作为指标进行计算。DS表示狭窄病变区域相对于“正常”区段的直径，但是它很少提供或不提供狭窄病变的血液动力学信息。评估冠状动脉狭窄病变的功能严重程度的当前金标准是血流储备分数(FFR)。FFR可以作为在充血状态下冠状动脉狭窄病变远侧的压力与主动脉压力的比率进行计算。当冠状动脉狭窄病变导致FFR≤0.80时，通常建议进行血管重建术。但是FFR只能通过侵入性冠状动脉导管术来进行测量，其具有较高的医疗成本和一些并发症。

侵入性冠状动脉导管术的局限性促使我们找到一种新的方法，直接根据非侵入性成像技术获得的医学图像评估冠状动脉狭窄病变的功能性意义。

在目前的临床实践中，心脏科医师和放射科医师仅从CTA图像中获得冠状动脉狭窄病变的解剖信息。缺乏关于冠状动脉病变的功能性意义的信息。然而，直径狭窄病变(DS)的解剖指标被发现相对于FFR导致高得多的假阳性率，往往高估了狭窄病变对于缺血的意义。

发明内容

根据本发明第一方面，提供了一种医学图象处理方法，其根据医学图像数据确定通过冠状动脉的狭窄病变的血流储备分数。所述医学图像数据包括患者的冠状动脉区域的一组图像。所述冠状动脉区域包括所述狭窄病变。该方法包括：根据所述医学图像数据重建患者的三维冠状动脉树模型；根据患者三维冠状动脉树模型确定狭窄病变尺寸；模拟患者的三维冠状动脉树模型中的血液流动，以确定模型流量；根据模型流量，使用分析模型取决于所述狭窄病变尺寸，预测所述狭窄病变两端模型压降；根据模型压降确定通过狭窄病变的血流储备分数。

本发明实施方式可以利用分析模型允许根据狭窄病变尺寸(近侧、远侧和最小管腔面积和长度)以及通过病变的充血冠状动脉流量，实时计算FFR。由于能够经由非侵入性CTA获得所述狭窄病变尺寸，并且计算流体动力学(CFD)能够有助于推导出通过所述病变的充血冠状动脉流量。用分析模型建立用于分析冠状动脉狭窄病变的血液动力学意义的框架是可行的。

在一个实施例中，模拟患者三维冠状动脉树模型中的血液流动以确定通过建模确定的流量，包括模拟稳态血液流动。模拟稳态血液流动可以包括以迭代方式确定稳态流体阻力和压力值。

本发明实施例使用简化的计算流体动力学(CFD)，其可以涉及使用稳态流动模拟和/或新颖的边界条件，降低了降阶模型作为边界条件的脉动流模拟的复杂性。

在一个实施例中，以迭代方式确定稳态流体阻力和压力值包括利用欠松弛方案以迭代方式更新所述稳态流体阻力和压力值。

在一个实施例中，所述患者三维冠状动脉树模型包括至少一个入口和多个出口，所述方法进一步包括根据所述医学图像数据估计流入所述患者三维冠状动脉树模型中的总流入流量，并且其中以迭代方式确定稳态流体阻力和压力值包括以迭代方式更新所述稳态流体阻力和压力值，直到流出所述多个出口的总流出流量匹配所述总流入流量。

模拟得到的血液流动可以是充血血液流动。充血流动是指一种生理状态，此时下游血管的阻力变得最小，通过冠状血管的血液流量变得最大。它涉及目标是以稳态流或者脉动流建模的流动条件。

在一个实施例中，根据通过建模确定的流量，使用分析模型取决于狭窄病变尺寸预测狭窄病变两端上的通过建模确定的压降，包括取决于狭窄病变长度和流量确定非粘性流芯的半径，并将非粘性流芯的半径与阈值比较，确定是否在分析模型中包括入口效应。

在一个实施例中，所述分析模型是基于伯努利方程的改进型。