[发明专利]一种四维血管重建方法和力学计算方法

说明书

本发明提供一种四维血管重建方法和力学计算方法，包括以下步骤：(1)动态血管树骨架线自动提取：使用能表征一个完整心动周期运动的血管图像进行动态血管树骨架线重建；(2)动态血管表面重建：通过在造影图像上测量血管的直径信息和获得的三维血管骨架线信息，重建出三维空间中的血管截面，从而获得血管表面；(3)基于造影剂密度的血流速度评估。力学计算方法包括，流固耦合计算，分为固体计算和流体计算两部分。本发明提高了力学计算的准确性，能够辅助血管疾病的准确评估。

技术领域

本发明提供一种四维血管重建方法和力学计算方法，属于动态影像技术领域。

背景技术

在血管疾病中，狭窄类疾病的发生比例较高，且大多数的狭窄类血管疾病的发生是由于斑块的形成，且斑块的突然破裂会导致不良事件的发生，因此探究影响斑块破裂的因素对于血管疾病的临床治疗有很大意义。目前，普遍认为力传导机制对调控血管内皮细胞功能有着极其重要的作用，因为内膜/纤维帽受力状态不仅影响动脉粥样硬化的形成、进展及破裂，而且关系到斑块演变的快慢。理论上，在体斑块主要受到以下三种外力的作用：腔内的血流作用力、时变的心肌收缩以及周围软组织的束缚。上述作用力会在心动周期中会随着时间而变化，而目前针对这些作用力的在体测量方法尚且缺乏。目前常用的针对血管内作用力的模拟方法多依赖静态影像重建获得的模型，因而获得的结果无法反映心动周期内血管壁受到的时变腔内血流动力及心肌收缩等作用下的非线性、大变形动力学行为，因此无法获得能够准确评估血管疾病状态的力学状态。

发明内容

基于动态影像进行动态血管几何模型重建，并以此为基础获得在一个心动周期内管腔和管壁的应力状态，能够服务于血管疾病状态的准确评估。所以，本发明提出了一种四维血管重建和力学计算技术，主要包括以下四个部分：1)动态血管树骨架线自动提取；2)动态血管表面重建；3)基于造影剂密度的血流速度评估；4)四维生物力学计算。

本发明基于血管动态影像，构建了不同心动时刻血管三维模型，并且基于计算获得的位移场以及基于造影剂获得的速度场，作为生物力学计算的边界条件施加在舒张期末期的血管初始模型上，进而获得血管在一个心动周期内的力学分布情况，为血管疾病状态的准确评估提供科学依据。

一种四维血管重建方法，包括以下步骤：

(1)动态血管树骨架线自动提取：使用能表征一个完整心动周期运动的血管图像进行动态血管树骨架线重建时。本发明所阐述的方法可以针对包括但不限于CTA(Computedtomography angiography,CTA)，DSA(Digital Subtraction Angiography,DSA)，MRI(Magnetic resonance imaging,MRI)等动态影像进行处理。以动态影像DSA成像为例进行说明，选择两个成像角度差大于25度，且目标血管遮挡和重叠度最小的视图，依据和DSA配套的心电图筛序两个角度视图下能够完整呈现一个心动周期内血管运动的影像，并对两个角度视图下血管运动特征分期进行标定并配对，包括：收缩前期，收缩中期，收缩末期，舒张前期，舒张中期和舒张末期，其中每个时刻选出一张DSA图像进行分析。

首先将DSA影像转化为灰度图像，并使用Sobel算子计算图像梯度。而后确定感兴趣血管区域的起点和终点，构建图模型，其中，图模型中边的长度与相邻点长度、灰度、以及梯度有关，如式(1)所示，其中wi表示权重，length指长度，gray value代表图像灰度，gradient为梯度，而后使用最短路径的方法提取血管中心线。完成了单根血管骨架线提取之后，根据研究目的确定其他感兴趣血管分支，并进行相应的骨架线自动提取。

l_edge＝w1*length+w2*gray value+w3*gradient (1)