JP6717514B2 - 冠状血管３次元再構築の方法、装置、設備及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、コンピュータ技術分野に属し、特に、冠状血管３次元再構築の方法、装置、設備及び記憶媒体に関する。
近年、冠動脈疾患の罹患率及び死亡率が上昇傾向を見せてきたが、冠動脈疾患に対する臨床上の主要診断方法は、冠状動脈造影（Ｃｏｒｏｎａｒｙ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ、ＣＡＧ）及び血管内超音波（Ｉｎｔｒａｖａｓｃｕｌａｒ ＵＩｔｒａｓｏｕｎｄ、ＩＶＵＳ）である。ＣＡＧは、現行の冠動脈疾患診断の「ゴールドスタンダード」で、ＣＡＧを通じて、冠状動脈が狭窄であるかどうか及び狭窄の部位・程度・範囲等を明確にでき、ＩＶＵＳを通じて、冠状動脈内の管壁形態及び狭窄度を得ることができる。しかしながら、ＣＡＧ画像では、血管壁の構造情報及び病変程度を提供できず、ＩＶＵＳが血管断面の軸方向位置及び空間方向を提供できない。血管の形状・形態・構造及び内腔病変情報を同時に検査できるようにするため、技術手段でＣＡＧ及びＩＶＵＳ各自の冠状動脈形態表示における利点を互いに補い合い、血管の解剖学的構造及び空間幾何学的形態を如実に反映できる技術的手段が必要とされていた。
現在、ＣＡＧ及びＩＶＵＳ各自の冠状動脈形態表示における利点の相互補完を実現する方法は、主に両眼視差原理に基づいて３次元ガイドワイヤ再構築を実現し、その方法がパラメータの既知に対する要求は比較的高く、臨床上の大部分の造影画像が造影過程の造影角度のみを記録し、線源から造影平面までの直線距離を記録せず、記録パラメータ消失の状況が起きる可能性もあり、３次元再構築に比較的大きな誤差をもたらす。
本発明は、従来技術内のＣＡＧとＩＶＵＳ画像データの収集や融合方法のパラメータの既知程度に対する要求が比較的高いため、冠状血管の３次元再構築に比較的大きな誤差が存在し、精度も高くないという課題を解決するため、冠状血管３次元再構築の方法、装置、設備及び記憶媒体を提供することを目的とする。
一つの実施態様において、本発明は冠状血管の３次元再構築方法を提供し、前記方法は、
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前記前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するステップと、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する前記冠状動脈造影画像内の前記２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の前記２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、前記互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするステップと、
前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、前記３次元ガイドワイヤ上の前記血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、前記血管内超音波画像を前記接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるステップと、
前記接ベクトルの垂直平面上において、前記接ベクトルの対応位置にある前記血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の前記血管内超音波画像を前記冠状動脈造影画像上に逆投影し、前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、前記各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するステップと、
前記各フレーム血管内超音波画像を対応する前記最適オリエンテーション角度に回転させ、前記３次元ガイドワイヤ上の前記各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、前記冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するステップと、
を含む。
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前記前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するステップと、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する前記冠状動脈造影画像内の前記２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の前記２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、前記互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするステップと、
前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、前記３次元ガイドワイヤ上の前記血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、前記血管内超音波画像を前記接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるステップと、
前記接ベクトルの垂直平面上において、前記接ベクトルの対応位置にある前記血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の前記血管内超音波画像を前記冠状動脈造影画像上に逆投影し、前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、前記各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するステップと、
前記各フレーム血管内超音波画像を対応する前記最適オリエンテーション角度に回転させ、前記３次元ガイドワイヤ上の前記各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、前記冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するステップと、
を含む。
他の実施態様において、本発明は冠状血管の３次元再構築装置を提供し、前記装置は、
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前記前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するための画像処理手段と、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する前記冠状動脈造影画像内の前記２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の前記２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、前記互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするためのガイドワイヤ再構築手段と、
前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、前記３次元ガイドワイヤ上の前記血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、前記血管内超音波画像を前記接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるための超音波画像位置決め手段と、
前記接ベクトルの垂直平面上において、前記接ベクトルの対応位置にある前記血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の前記血管内超音波画像を前記冠状動脈造影画像上に逆投影し、前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、前記各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するための超音波画像オリエンテーション手段と、
前記各フレーム血管内超音波画像を対応する前記最適オリエンテーション角度に回転させ、前記３次元ガイドワイヤ上の前記各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、前記冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するための表面再構築手段と、
を含む。
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前記前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するための画像処理手段と、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する前記冠状動脈造影画像内の前記２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の前記２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、前記互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするためのガイドワイヤ再構築手段と、
前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、前記３次元ガイドワイヤ上の前記血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、前記血管内超音波画像を前記接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるための超音波画像位置決め手段と、
前記接ベクトルの垂直平面上において、前記接ベクトルの対応位置にある前記血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の前記血管内超音波画像を前記冠状動脈造影画像上に逆投影し、前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、前記各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するための超音波画像オリエンテーション手段と、
前記各フレーム血管内超音波画像を対応する前記最適オリエンテーション角度に回転させ、前記３次元ガイドワイヤ上の前記各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、前記冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するための表面再構築手段と、
を含む。
更なる実施態様において、本発明は、メモリと、プロセッサと、前記メモリ内に保存され、前記プロセッサ上で実行できるコンピュータプログラムとを含む医療設備を提供し、前記プロセッサがコンピュータプログラムを実行した時、上記冠状血管の３次元再構築方法に記載されるステップを実現する。
更なる別の実施態様において、本発明は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体をさらに提供し、前記コンピュータ読み取り可能な記録媒体にはコンピュータプログラムを保存しており、前記コンピュータプログラムがプロセッサで実行された時、上記冠状血管の３次元再構築方法に記載されるステップを実現する。
本発明は、冠状動脈造影画像を前処理し、血管辺縁輪郭を抽出し、２次元ガイドワイヤも抽出し、血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割し、また各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する冠状動脈造影画像を平行移動させ、平行移動後、２次元ガイドワイヤに基づき互いに直交する曲面を構築し、曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットし、各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、血管内超音波画像を回転させることで、血管内超音波画像と３次元ガイドワイヤとの対応位置の接ベクトルを垂直にさせ、接ベクトルの垂直平面において、対応の血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、回転後の血管内超音波画像を冠状動脈造影画像上に逆投影し、逆投影と血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定し、さらに３次元ガイドワイヤ上の各フレーム血管内超音波画像における内膜間距離、外膜間距離に基づいて、血管表面を再構築する。従って、冠状動脈造影と血管内超音波画像の融合を実現し、同時に血管の形状・形態・構造及び内腔病変情報を検査させることができ、また患者の呼吸で起きる画像ノイズの血管再構築に対する影響を効果的に低減し、造影設備パラメータの欠陥或いはパラメータ標定の不完全によりもたらす影響を効果的に解決し、冠状血管３次元再構築の効率及び精度を高める。
本発明の目的、技術的解決策及び利点をより一層明確にさせるため、以下、添付図面を基に実施例を組み合わせて更に説明する。ここで記述する具体的実施例は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするものであって、本発明が限定されるものではないことを理解すべきである。
以下に、具体的実施例を基に本発明の具体的実現を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る冠状血管の３次元再構築方法の実現フローチャートを示す。説明の便宜のため、本発明の実施例と関連する部分のみが例示され、以下に詳述する。
ステップＳ１０１において、入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割する。
本発明の実施例において、入力された冠状動脈造影画像及び対応或いは関連の血管内超音波画像は、病院から提供された医療データベースに由来できる。冠状動脈造影設備は、幾つかの角度から患者の冠状動脈造影画像を記録でき、入力された冠状動脈造影画像が任意の２方向の冠状動脈造影画像とすることができ、ここで２方向を第１造影平面、第２造影平面と称する。入力された血管内超音波画像は、ガイドワイヤが標的病変部の遠い側から等速で抜去する時に記録された複数フレームの血管断面画像である。
本発明の実施例において、冠状動脈造影画像は、画像化、伝送、保存過程において各種要因の干渉を受けることにより、画像に容易にノイズが生じ、冠状動脈造影画像をより正確に処理するため、冠状動脈造影画像を前処理する必要がある。前処理プロセスにおいて、フィルタで冠状動脈造影画像を新しい画像内にマッピングさせ、そして冠状動脈造影画像のコントラスト（例えば、画像強度値内のあらかじめ設定されたパーセントの低い強度値を更に低く調節し、高い強度値を更に高く調節）を増強させることで、冠状動脈造影画像の若干の疑似画像を除去でき、例えば患者の胸部の骨格及び筋肉組織等の解剖学的部位が局部血管画像上において血管として表示される可能性があり、同時に冠状動脈造影画像内の血管輪郭及びガイドワイヤをより明瞭に抽出する。冠状動脈造影画像のノイズは、主にガウスノイズ、ソルト＆ペッパーノイズを含むため、さらにあらかじめ設定されたガウスローパスフィルタを通じて冠状動脈造影画像内のランダムノイズ及びソルト＆ペッパーノイズを処理できる。
本発明の実施例において、次に、冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、２次元ガイドワイヤは、冠状動脈造影画像内の血管中心線であることを理解できる。あらかじめ設定されたガウス−−ラプラス（ＬＯＧ）演算子により血管辺縁輪郭を抽出することで、血管辺縁輪郭を滑らかにすると共に血管辺縁輪郭を抽出した時に生じるノイズを除去できる。あらかじめ設定されたヘッセ（Ｈｅｓｓｉａｎ）行列により２次元ガイドワイヤを抽出でき、具体的に言えば、冠状動脈造影画像に対し２次テイラー（Ｔａｙｌｏｒ）級数に展開することによって、下式で表される冠状動脈造影画像のヘッセ行列を得ることができる。
冠状動脈造影画像のヘッセ行列は、下式で表されることができる。
冠状動脈造影画像の二次微分であり、冠状動脈造影画像の二次導関数とガウスフィルタを畳み込んで得ることができる。ヘッセ行列の絶対値が比較的大きい特徴値及び対応する特徴ベクトルは、点
の曲率が比較的大きな強度及び方向を表わし、絶対値が比較的小さい特徴値及び対応する特徴ベクトルは点
の曲率が比較的小さな強度及び方向を表わし、冠状動脈造影画像のヘッセ行列の絶対値が比較的大きな特徴値に対応する特徴ベクトルは、局部血管のスケルトンに垂直となり、絶対値が比較的小さい特徴値に対応する特徴ベクトルは局部血管のスケルトンに平行となることが分かり、絶対値が比較的小さい特徴値に対応する特徴ベクトルは局部血管のスケルトンに平行となる特性を利用して、２次元ガイドワイヤを抽出できる。抽出した後、抽出された２次元ガイドワイヤの画像について収縮、細線化、血管走向に垂直となる干渉を除去し、面積が比較的小さい連通分枝を除去してから補間を当てはめ、２次元血管のガイドワイヤ曲線、すなわち、２次元ガイドワイヤを得ることで、血管の変異が生じた時、やはり２次元ガイドワイヤの正確な位置を見つけ出すことができる。
の曲率が比較的大きな強度及び方向を表わし、絶対値が比較的小さい特徴値及び対応する特徴ベクトルは点
の曲率が比較的小さな強度及び方向を表わし、冠状動脈造影画像のヘッセ行列の絶対値が比較的大きな特徴値に対応する特徴ベクトルは、局部血管のスケルトンに垂直となり、絶対値が比較的小さい特徴値に対応する特徴ベクトルは局部血管のスケルトンに平行となることが分かり、絶対値が比較的小さい特徴値に対応する特徴ベクトルは局部血管のスケルトンに平行となる特性を利用して、２次元ガイドワイヤを抽出できる。抽出した後、抽出された２次元ガイドワイヤの画像について収縮、細線化、血管走向に垂直となる干渉を除去し、面積が比較的小さい連通分枝を除去してから補間を当てはめ、２次元血管のガイドワイヤ曲線、すなわち、２次元ガイドワイヤを得ることで、血管の変異が生じた時、やはり２次元ガイドワイヤの正確な位置を見つけ出すことができる。
本発明の実施例において、血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割し、ＩＶＵＳ Ａｎｇｉｏ ｔｏｏｌソフトウェア（血管内画像処理に使用できる公に入手可能なソフトウェアである）を通じて各フレーム血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割でき、そのソフトウェアは心電図を組み合わせてＲ波の検出をベースに心臓拡張末期のＩＶＵＳ画像を認識して内膜、外膜の自動分割を実現できる。同時に心電図を提供しない場合、手動で心臟拡張末期のＩＶＵＳ画像を選択すると共に手動で校正できる。図２に示すように、図内のＡ〜Ｃは血管辺縁輪郭の抽出であり、Ａ〜Ｂ〜Ｄが２次元ガイドワイヤの抽出である。
ステップＳ１０２において、各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットする。
本発明の実施例において、ガイドワイヤの始点が固定されているため、異なる方向（第１造影平面、第２造影平面）の冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤを同一の始点（或いは同一の高さ）に移動させる必要がある。平行移動した後、２次元ガイドワイヤに基づき、第１造影平面上の冠状動脈造影画像と直交する第１曲面を構築し、第２造影平面上の冠状動脈造影画像に直交する第２曲面を構築し、第１曲面、第２曲面を直交すると共に得られた交線を３次元ガイドワイヤ、すなわち、ガイドワイヤの３次元曲線としてセットすることで、造影設備が一部のパラメータを標定しないこと、或いはパラメータ偏差が発生したことによってもたらされた３次元ガイドワイヤで生成された誤差を効果的に低減し、また患者の呼吸に起因する幾何学的歪みを減らす。
本発明の実施例において、図３に示すように、ＹＯＺ平面は、第１造影平面であり、ＸＯＺ平面が第２造影平面であり、中央の破線と実線で構成された曲面が各々第１造影平面と直交する第１曲面、第２造影平面と直交する第２曲面であり、第１曲面と第２曲面が直交した後に得られる交線が、３次元ガイドワイヤである。２つの曲面の交線を解く時、第１造影平面或いは第２造影平面上の冠状動脈造影画像の２次元ガイドワイヤを基準標的と設定でき、別の造影平面冠状動脈造影画像の２次元ガイドワイヤのＺ座標と基準標的のＺ座標を１対１比較し、差があらかじめ設定された閾値範囲内にある時、基準標的のＺ座標が両曲面の交点であることを考えられる。
２次元ガイドワイヤを平行移動した後、２次元ガイドワイヤに対し補間を処理しＢスプライン曲線を生成させ、Ｂスプライン曲線に基づいて曲面を構築することで、曲線をより滑らかにさせることが好ましい。
ステップＳ１０３は、各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、３次元ガイドワイヤ上の血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、血管内超音波画像を接ベクトルに垂直となる位置まで回転させる。
本発明の実施例において、３次元ガイドワイヤにおいて、各フレーム血管内超音波画像を位置決めする。血管内超音波画像は、モータで超音波プローブをけん引してガイドワイヤに沿って設定された速度で移動し、得られた血管全体のスライス画像を得て、弦長法で計算して各フレーム血管内超音波画像の３次元ガイドワイヤにおける位置を得ることができ、各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤ上において等間隔で配列させる。例として既知パラメータは、血管内超音波画像のフレーム番号、フレーム数及び抜去全長の場合、各フレーム血管内超音波画像から抜去点までの距離を計算することで、各フレーム血管内超音波画像の３次元ガイドワイヤにおける位置を確認できる。既知パラメータは、血管内超音波画像のフレーム数、フレームレート及び抜去速度の場合、抜去全長を算出でき、そして血管内超音波画像の内膜、外膜数量により計算して隣接血管内超音波画像の間隔を得ることができる。血管内超音波画像に記録するのは、血管の断面であるため、血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤ対応位置の接ベクトルに垂直となるよう回転させる必要がある。
具体的に言えば、各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤが所在するローカル座標系からあらかじめ設定されたワールド座標系（冠状動脈造影画像が所在する座標系でもある）に順次平行移動し、平行移動した後、血管内超音波画像の３次元ガイドワイヤにおける位置がワールド座標系の原点と重なる。３次元ガイドワイヤ上の血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルを取得し、その接ベクトルと各々ワールド座標系のＸＯＺ平面、ＹＯＺとの交角に基づいて、血管内超音波画像を回転させることができる。
ステップＳ１０４において、接ベクトルの垂直平面上において、接ベクトルの対応位置にある血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の血管内超音波画像を冠状動脈造影画像上に逆投影し、血管内超音波画像の逆投影及び血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定する。
本発明の実施例において、接ベクトルは、３次元ガイドワイヤ上の血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルである。血管が規則的な円柱ではなく、断面も標準的な円形ではないため、血管内超音波画像を接ベクトルの垂直平面上において異なる角度の回転（例えば、血管内超音波画を毎回２度回転させ、計３６０度回転させるよう設定できる）させる必要があり、毎回回転後血管内超音波画像を第１造影平面、第２造影平面の冠状動脈造影画像に逆投影することで、血管内超音波画像の逆投影及び血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまで各々距離に基づいて、各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を見つけ出し、血管表面３次元再構築の誤差を効果的に減少する。図４に示すように、血管内超音波画像を
角度に回転させた後、
は血管内超音波画像の逆投影と３次元ガイドワイヤの距離であり、
が血管辺縁輪郭と３次元ガイドワイヤの距離である。
角度に回転させた後、
は血管内超音波画像の逆投影と３次元ガイドワイヤの距離であり、
が血管辺縁輪郭と３次元ガイドワイヤの距離である。
本発明の実施例において、血管内超音波画像の逆投影及び血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまでの各々距離に基づいて、あらかじめ設定された誤差累積式により、血管内超音波画像を異なる角度に回転させた後で対応する再構築誤差を計算できる。誤差累積式は、下式で表される。
ステップＳ１０５において、各フレーム血管内超音波画像を対応する最適オリエンテーション角度に回転させ、３次元ガイドワイヤ上の各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築する。
本発明の実施例において、各フレーム血管超音波画像に対応する最適オリエンテーション角度を確定した後、各フレーム血管内超音波画像を対応する最適オリエンテーション角度に回転させると、血管内超音波画像の冠状動脈造影画像における位置決め及びオリエンテーションを完了する。分かるように、血管内超音波画像が内膜と外膜で構成され、内膜、外膜を分割した後離散的な点で構成された内膜、外膜を得ることができる。全ての血管内超音波画像の内膜から２層の内膜を選択し、また選択された２層の内膜を上下２層の標的輪郭線としてセットする。図５に示すように、
は、上層の標的輪郭線上の頂点シーケンスであり、
が下層の標的輪郭線上の頂点シーケンスであり、それらデータは選択された２層の内膜上の離散的な点である。同様に、全ての血管内超音波画像の外膜から２層の外膜を選択する。
は、上層の標的輪郭線上の頂点シーケンスであり、
が下層の標的輪郭線上の頂点シーケンスであり、それらデータは選択された２層の内膜上の離散的な点である。同様に、全ての血管内超音波画像の外膜から２層の外膜を選択する。
本発明の実施例において、あらかじめ設定された最短スパン法により、血管表面を再構築できる。具体的に言えば、図５に示すように、上層の標的輪郭線から
まで最も近い距離が
の場合、スパン
をベースに上下層の標的輪郭線をつながる三角ファセットを構築し、すなわち、
を三角ファセットの２つの頂点に設定してから最短スパン基準に基づいてその三角ファセットの３番目の頂点を確定する。スパン
の長さがスパン
の長さより短い場合、三角ファセットの３番目の頂点が
となり、３つの頂点をつながると、三角ファセット
を構成し、さもなければ三角ファセットの３番目の頂点が
となり、３つの頂点をつながると、三角ファセット
を構成する。全ての輪郭頂点を一周回るまで、三角ファセットのつながりを繰り返す。内膜或いは外膜の階層順、及び外膜から内膜の順序により上記を操作することで、最後に血管表面の再構築を完成できる。
まで最も近い距離が
の場合、スパン
をベースに上下層の標的輪郭線をつながる三角ファセットを構築し、すなわち、
を三角ファセットの２つの頂点に設定してから最短スパン基準に基づいてその三角ファセットの３番目の頂点を確定する。スパン
の長さがスパン
の長さより短い場合、三角ファセットの３番目の頂点が
となり、３つの頂点をつながると、三角ファセット
を構成し、さもなければ三角ファセットの３番目の頂点が
となり、３つの頂点をつながると、三角ファセット
を構成する。全ての輪郭頂点を一周回るまで、三角ファセットのつながりを繰り返す。内膜或いは外膜の階層順、及び外膜から内膜の順序により上記を操作することで、最後に血管表面の再構築を完成できる。
本発明の実施例において、冠状動脈造影画像を前処理することで、画像ノイズの血管３次元再構築精度に対する不利な影響を効果的に軽減し、前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭を抽出し、またヘッセ行列を通じて冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤを抽出し、血管の異変が発生した時、やはり２次元ガイドワイヤの正確位置を見つけ出すことができる。血管内超音波画像に対し、内膜、外膜を分割し、２次元ガイドワイヤ、冠状動脈造影画像の第１造影平面、第２造影平面に基づいて、３次元ガイドワイヤを生成させ、影設備が一部のパラメータを標定しないこと、或いはパラメータ偏差が発生したことによってもたらされた３次元ガイドワイヤで生成された誤差を効果的に低減し、３次元ガイドワイヤを確認した後、血管内超音波画像の３次元ガイドワイヤにおける位置及び方向を位置決め及びオリエンテーションし、オリエンテーション時逆投影を通じて計算量を効果的に減少し、最後に血管表面を再構築することで、冠状動脈造影と血管内超音波画像の融合を実現し、同時に血管の形状・形態・構造及び内腔病変情報を検査でき、冠状血管３次元再構築の効率及び精度を高める。
図６は、本発明の実施例２に係る冠状血管の３次元再構築装置の構造を示す。説明の便宜のため、本発明の実施例と関連する部分のみが例示される。前記装置は、
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するための画像処理手段６１と、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするためのガイドワイヤ再構築手段６２と
各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、３次元ガイドワイヤ上の血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、血管内超音波画像を接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるための超音波画像位置決め手段６３と、
接ベクトルの垂直平面上において、接ベクトルの対応位置にある血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の血管内超音波画像を冠状動脈造影画像上に逆投影し、血管内超音波画像の逆投影及び血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するための超音波画像オリエンテーション手段６４と、
各フレーム血管内超音波画像を対応する最適オリエンテーション角度に回転させ、３次元ガイドワイヤ上の各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するための表面再構築手段６５と、
を含む。
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するための画像処理手段６１と、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするためのガイドワイヤ再構築手段６２と
各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、３次元ガイドワイヤ上の血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、血管内超音波画像を接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるための超音波画像位置決め手段６３と、
接ベクトルの垂直平面上において、接ベクトルの対応位置にある血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の血管内超音波画像を冠状動脈造影画像上に逆投影し、血管内超音波画像の逆投影及び血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するための超音波画像オリエンテーション手段６４と、
各フレーム血管内超音波画像を対応する最適オリエンテーション角度に回転させ、３次元ガイドワイヤ上の各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するための表面再構築手段６５と、
を含む。
好ましくは、図７に示すように、画像処理手段６１は、
冠状動脈造影画像に対しコントラストを増強すると共に冠状動脈造影画像上のノイズに対し平滑化処理を行うための画像増強ノイズ除去手段７１１と、
冠状動脈造影画像上の血管辺縁輪郭を抽出すると共にあらかじめ設定されたヘッセ行列抽出方式により、冠状動脈造影画像内の血管の２次元ガイドワイヤを抽出するための画像抽出手段７１２と、
を含む。
冠状動脈造影画像に対しコントラストを増強すると共に冠状動脈造影画像上のノイズに対し平滑化処理を行うための画像増強ノイズ除去手段７１１と、
冠状動脈造影画像上の血管辺縁輪郭を抽出すると共にあらかじめ設定されたヘッセ行列抽出方式により、冠状動脈造影画像内の血管の２次元ガイドワイヤを抽出するための画像抽出手段７１２と、
を含む。
好ましくは、ガイドワイヤ再構築手段６２は、
平行移動後の２次元ガイドワイヤに基づいて第１造影平面と直交する第１曲面、第２造影平面と直交する第２曲面を各々構築するための曲面構築手段７２１と、
各々第１曲面と第２曲面を直交して交線を生成することで、交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするための交線生成手段７２２と、
を含む。
平行移動後の２次元ガイドワイヤに基づいて第１造影平面と直交する第１曲面、第２造影平面と直交する第２曲面を各々構築するための曲面構築手段７２１と、
各々第１曲面と第２曲面を直交して交線を生成することで、交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするための交線生成手段７２２と、
を含む。
本発明の実施例において、冠状動脈造影画像を前処理することで、画像ノイズの血管３次元再構築精度に対する不利な影響を効果的に軽減し、前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭を抽出し、またヘッセ行列を通じて冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤを抽出し、血管の異変が発生した時、やはり２次元ガイドワイヤの正確位置を見つけ出すことができる。血管内超音波画像に対し、内膜、外膜を分割し、２次元ガイドワイヤ、冠状動脈造影画像の第１造影平面、第２造影平面に基づいて、３次元ガイドワイヤを生成させ、影設備が一部のパラメータを標定しないこと、或いはパラメータ偏差が発生したことによってもたらされた３次元ガイドワイヤで生成された誤差を効果的に低減し、３次元ガイドワイヤを確認した後、血管内超音波画像の３次元ガイドワイヤにおける位置及び方向を位置決め及びオリエンテーションし、オリエンテーション時逆投影を通じて計算量を効果的に減少し、最後に血管表面を再構築することで、冠状動脈造影と血管内超音波画像の融合を実現し、同時に血管の形状・形態・構造及び内腔病変情報を検査でき、冠状血管３次元再構築の効率及び精度を高める。本発明の実施例の各手段の具体的実施内容は、実施例１における対応ステップの説明を参照にできるため、ここでその説明を省略する。
本発明の実施例において、冠状血管的３次元再構築装置の各手段は、対応のハードウェア或いはソフトウェアユニットから実現でき、各手段が独立したソフト、ハードウェアユニットとすることができ、１つのソフト、ハードウェアユニットとして統合することもでき、ここで本発明を限定することもない。
図８は、本発明の実施例３に係る医療設備の構造を示す。説明の便宜のため、本発明の実施例と関連する部分のみが例示される。
本発明の実施例に係る医療設備８は、プロセッサ８０と、メモリ８１と、メモリ８１内に保存され、プロセッサ８０上で実行できるコンピュータプログラム８２とを含む。前記プロセッサ８０は、コンピュータプログラム８２を実行した時、上記方法の実施例内のステップ（例えば図１に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０５である）を実現する。或いは、プロセッサ８０は、コンピュータプログラム８２を実行した時、上記各装置の実施例における各手段の機能を実現し、例えば図６に示す手段６１〜６５の機能である。
本発明の実施例において、冠状動脈造影画像を前処理し、血管辺縁輪郭を抽出し、２次元ガイドワイヤも抽出し、血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割し、また各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する冠状動脈造影画像を平行移動させることで、第１造影平面の冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤ、第２造影平面の冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤの始点を一致させ、平行移動後、２次元ガイドワイヤに基づき互いに直交する曲面を構築し、曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットし、各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、血管内超音波画像を回転させることで、血管内超音波画像と３次元ガイドワイヤとの対応位置の接ベクトルを垂直にさせ、接ベクトルの垂直平面において、対応の血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、回転後の血管内超音波画像を冠状動脈造影画像上に逆投影し、逆投影と血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定し、さらに３次元ガイドワイヤ上の各フレーム血管内超音波画像における内膜間距離において、外膜間距離に基づいて、血管表面を再構築する。従って、冠状動脈造影と血管内超音波画像の融合を実現し、同時に血管の形状・形態・構造及び内腔病変情報を検査させることができ、また患者の呼吸で起きる画像ノイズの血管再構築に対する影響を効果的に低減し、造影設備パラメータの欠陥或いはパラメータ標定の不完全によりもたらす影響を効果的に解決し、冠状血管３次元再構築の効率及び精度を高める。
本発明の実施例において、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供し、前記コンピュータ読み取り可能な記録媒体にはコンピュータプログラムを保存しており、前記コンピュータプログラムがプロセッサで実行された時、前記方法の実施例におけるステップ（例えば、図１に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０５である）を実現する。或いは前記コンピュータプログラムがプロセッサで実行された時、上記各装置の実施例における各手段の機能を実現し、例えば図６に示す手段６１〜６５の機能である。
本発明の実施例において、冠状動脈造影画像を前処理し、血管辺縁輪郭を抽出し、２次元ガイドワイヤも抽出し、血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割し、また各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する冠状動脈造影画像を平行移動させることで、第１造影平面の冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤ、第２造影平面の冠状動脈造影画像内の２次元ガイドワイヤの始点を一致させ、平行移動後、２次元ガイドワイヤに基づき互いに直交する曲面を構築し、曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットし、各フレーム血管内超音波画像を３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、血管内超音波画像を回転させることで、血管内超音波画像と３次元ガイドワイヤとの対応位置の接ベクトルを垂直にさせ、接ベクトルの垂直平面において、対応の血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、回転後の血管内超音波画像を冠状動脈造影画像上に逆投影し、逆投影と血管辺縁輪郭から３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定し、さらに３次元ガイドワイヤ上の各フレーム血管内超音波画像における内膜間距離において、外膜間距離に基づいて、血管表面を再構築する。従って、冠状動脈造影と血管内超音波画像の融合を実現し、同時に血管の形状・形態・構造及び内腔病変情報を検査させることができ、また患者の呼吸で起きる画像ノイズの血管再構築に対する影響を効果的に低減し、造影設備パラメータの欠陥或いはパラメータ標定の不完全によりもたらす影響を効果的に解決し、冠状血管３次元再構築の効率及び精度を高める。
本発明の実施例に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータプログラムコードを携帯できるいずれかの実体或いは装置、記録媒体とすることができ、例えばＲＯＭ／ＲＡＭ、ディスク、光ディスク、フラッシュメモリ等のメモリである。
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変更や修飾を加えることは、本発明の特許保護範囲内に含めるものであるのは勿論である。
Claims (10)
- 冠状血管３次元再構築方法であって、
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前記前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するステップと、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する前記冠状動脈造影画像内の前記２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の前記２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、前記互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするステップと、
前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、前記３次元ガイドワイヤ上の前記血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、前記血管内超音波画像を前記接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるステップと、
前記接ベクトルの垂直平面上において、前記接ベクトルの対応位置にある前記血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の前記血管内超音波画像を前記冠状動脈造影画像上に逆投影し、前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、前記各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するステップと、
前記各フレーム血管内超音波画像を対応する前記最適オリエンテーション角度に回転させ、前記３次元ガイドワイヤ上の前記各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、前記冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。 - 入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前記前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出するステップは、
前記冠状動脈造影画像に対しコントラストを増強すると共に前記冠状動脈造影画像上のノイズに対し平滑化処理を行うことと、
前記冠状動脈造影画像上の血管辺縁輪郭を抽出すると共にあらかじめ設定されたヘッセ行列抽出方式により、前記冠状動脈造影画像内の血管の２次元ガイドワイヤを抽出することと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 平行移動後の前記２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、前記互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするステップは、
平行移動後の２次元ガイドワイヤに基づいて前記第１造影平面と直交する第１曲面、前記第２造影平面と直交する第２曲面を各々構築することと、
各々前記第１曲面と第２曲面を直交して前記交線を生成することで、前記交線を前記３次元ガイドワイヤとしてセットすることと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、前記３次元ガイドワイヤ上の前記血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、前記血管内超音波画像を前記接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるステップは、
前記各フレーム血管内超音波画像の前記３次元ガイドワイヤにおける対応の位置を計算し、前記対応の位置に基づいて前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列することと、
將前記各フレーム血管内超音波画像をあらかじめ設定されたワールド座標系内に平行移動し、前記血管内超音波画像に対応する前記接ベクトルの前記ワールド座標系における方向により、前記各フレーム血管内超音波画像を回転することで、前記各フレーム血管内超音波画像が所在する平面を対応する前記接ベクトルに垂直となると共に前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤが所在する座標系に移動することと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、前記各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するステップは、
前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでの各々距離に基づいて、あらかじめ設定され、下式で表される誤差累積式により、前記各フレーム血管内超音波画像を前記垂直平面において異なる角度に回転させた後で対応する再構築誤差を計算することと、
各フレーム血管内超音波画像に対応する最小再構築誤差を取得し、前記最小再構築誤差に対応する回転角度を前記各フレーム血管内超音波画像に対応する最適オリエンテーション角度としてセットすることと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 冠状血管３次元再構築装置であって、
入力された冠状動脈造影画像を前処理し、前記前処理後の冠状動脈造影画像から血管辺縁輪郭及び２次元ガイドワイヤを抽出し、また入力された関連の血管内超音波画像に対し内膜、外膜を分割するための画像処理手段と、
各々あらかじめ設定された第１造影平面、第２造影平面に位置する前記冠状動脈造影画像内の前記２次元ガイドワイヤを同一の始点に平行移動し、平行移動後の前記２次元ガイドワイヤに基づき、互いに直交する曲面を構築し、前記互いに直交する曲面の交線を３次元ガイドワイヤとしてセットするためのガイドワイヤ再構築手段と、
前記各フレーム血管内超音波画像を前記３次元ガイドワイヤに沿って等間隔で配列し、前記３次元ガイドワイヤ上の前記血管内超音波画像が所在する位置の接ベクトルに基づいて、前記血管内超音波画像を前記接ベクトルに垂直となる位置まで回転させるための超音波画像位置決め手段と、
前記接ベクトルの垂直平面上において、前記接ベクトルの対応位置にある前記血管内超音波画像を異なる角度に回転させ、また回転後の前記血管内超音波画像を前記冠状動脈造影画像上に逆投影し、前記血管内超音波画像の逆投影及び前記血管辺縁輪郭から前記３次元ガイドワイヤまでそれぞれ距離に基づいて、前記各フレーム血管内超音波画像の最適オリエンテーション角度を確定するための超音波画像オリエンテーション手段と、
前記各フレーム血管内超音波画像を対応する前記最適オリエンテーション角度に回転させ、前記３次元ガイドワイヤ上の前記各フレーム血管内超音波画像内の内膜間距離、外膜間距離に基づいて、前記冠状動脈造影画像及び血管内超音波画像の血管に対し表面を再構築するための表面再構築手段と、
を含むことを特徴とする、冠状血管３次元再構築装置。 - 前記画像処理手段は、
前記冠状動脈造影画像に対しコントラストを増強すると共に前記冠状動脈造影画像上のノイズに対し平滑化処理を行うための画像増強ノイズ除去手段と、
前記冠状動脈造影画像上の血管辺縁輪郭を抽出すると共にあらかじめ設定されたヘッセ行列抽出方式により、前記冠状動脈造影画像内の血管の２次元ガイドワイヤを抽出するための画像抽出手段と、
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の冠状血管３次元再構築装置。 - ガイドワイヤ再構築手段は、
前記平行移動後の２次元ガイドワイヤに基づいて前記第１造影平面と直交する第１曲面、前記第２造影平面と直交する第２曲面を各々構築するための曲面構築手段と、
前記第１曲面と前記第２曲面を直交して前記交線を生成することで、前記交線を前記３次元ガイドワイヤとしてセットするための交線生成手段と、
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の冠状血管３次元再構築装置。 - メモリと、プロセッサと、前記メモリ内に保存され、前記プロセッサ上で実行できるコンピュータプログラムとを含む医療設備であって、前記プロセッサは、前記コンピュータプログラムを実行した時、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法のステップを実行することを特徴とする、医療設備。
- コンピュータプログラムを保存するコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記コンピュータプログラムがプロセッサで実行された時、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法のステップを実行することを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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