确定通过冠状动脉的血液流量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种确定通过冠状动脉的血液流量的方法。另外，本发明涉及对应的处理器、成像设备和计算机程序。
【背景技术】
[0002]基于单一相位CT冠状动脉血管造影数据集用于估计狭窄相关的血流储备分数(FFR)的流体动力学计算目前正在临床研宄中被评价。这些计算旨在传递仅次于对狭窄的程度的测量的额外功能参数。该方法基于根据患者的心脏CT数据集对冠状动脉树的分割，以及对包含狭窄的血管子系统中的血流速度和压力分布的随后模拟。
[0003]被假设为临床相关的所计算的量是血流储备分数，即狭窄两端的压力降。流体动力学计算依赖于不同的输入数据。在第一个实例中，其为冠状动脉的几何学，其决定流量模拟的结果。然而，其他个性化边界条件(如在血管入口的血流速度和/或血压)可以是重要的。由于心脏运动引起的冠状动脉的空间动力学目前被忽略了。
[0004]US 2012/0072190A1公开了一种用于对冠状动脉疾病的无创的患者特异性估计的方法和系统。根据医学图像数据生成冠状动脉的解剖模型。基于医学图像数据中造影剂传播的时空表示，来估计冠状动脉中的血液的速度。使用计算机流体动力学(CFD)(其使用冠状动脉中血液的速度作为边界条件)模拟在冠状动脉的解剖模型中模拟血流。
[0005]另外，Kim等人在Patient-SpecificModeling of Blood Flow and Pressure inHuman Coronary Arteries, Annals of B1medical Engineering，第 38 卷，第 10 号，2010年10月，第3195-3209页公开了一种通过考虑心脏和动脉系统的模型以及两个模型之间的相互作用，来预测三维心外膜冠状动脉的冠状动脉流量和压力的方法。针对每个冠状动脉出口，分配一集总参数冠状动脉血管床模型，以表示计算区域中缺少的下游冠状动脉血管网络的阻抗。取决于冠状动脉的位置，利用左心室或右心室来表示心肌内压。根据被耦合到(包括主动脉的三维模型、系统循环和肺循环的剩余部分的三元Windkessel模型，以及针对心脏的左侧和右侧的集总参数模型)闭环系统的集总参数心脏模型求解左心室和右心室压力。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种确定通过冠状动脉的血液流量的有效、准确和可靠的方法。本发明另外的目的是提供一种对应的处理器、成像设备和计算机程序。
[0007]在本发明的第一方面中，提出了一种确定通过冠状动脉的血液流量的方法，所述方法包括以下步骤:
[0008]-生成至少所述冠状动脉和心肌肌肉的3D图像数据集，
[0009]-根据在标记物的施予之后获得的双能量或光谱3D数据集来生成至少所述心肌肌肉的3D标记物数据集，所述3D标记物数据集指示所述心肌肌肉的体素内包含的所述标记物的量，
[0010]-将所述心肌肌肉细分成心肌肌肉节段，
[0011]-确定哪个冠状动脉供应各自的心肌肌肉节段，
[0012]-根据所述3D标记物数据集来确定流到所述各自的心肌肌肉节段中的血液的体积，以及
[0013]-通过对流到由所述冠状动脉供应的全部心肌肌肉节段中的所述血液的体积进行加和，来确定流到感兴趣冠状动脉中的血液的总体积。
[0014]在本发明的另外的方面中，提出了一种用于确定通过冠状动脉的血液流量的处理器，所述处理器被配置为执行所提议的方法的步骤。
[0015]在本发明的再另一方面中，提出了一种成像设备，所述成像设备包括:
[0016]-采集单元，其用于采集双能量或光谱3D数据集，
[0017]-如本文中所提议的用于确定通过冠状动脉的血液流量的处理器，以及
[0018]-输出单元，其用于输出所确定的流到感兴趣冠状动脉中的血液的总体积。
[0019]在本发明的再另外的方面中，提出了:一种包括程序代码单元的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，所述程序代码单元用于令所述计算机执行所述处理方法的步骤；以及一种非暂态计算机可读记录介质，其存储计算机程序产品，所述计算机程序产品在由处理器运行时，令本文中公开的所述方法被执行。
[0020]在从属权利要求中限定了本发明的优选的实施例。应理解，要求保护的处理器、成像设备、计算机程序和介质具有与要求保护的方法以及与独立权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施例。
[0021]本发明基于以下想法，即以新的方式组合各种信息，以获得关于通过至少冠状动脉的血液流量的精确且可靠的信息。全部所述信息一般都能够从至少所述冠状动脉和心肌肌肉的至少一个3D图像数据集导出。此处提议的方法的关键要素是导出关于流到各自的心肌肌肉节段中的血液的体积，以及将该信息用于确定流到冠状动脉中的血液的总体积。另外，在该途径中，使用能够以不同方式(例如通过使用已知的AHA(美国心脏协会)模型(也被称作17-节段模型))获得的关于哪个动脉(或多个动脉)与各自的心肌肌肉节段连接的信息。通过使用这样的模型进行的分割例如在Termeer M.等人的Patient-SpecificMappings between Myocardial andCoronary Anatomy, 1998ACM Subject Classificat1n1.3.8Applicat1ns, J.3Life and Medical Sciences 中得到描述。其中也描述了该模型能够被个体地调节，这也能够根据本发明被使用。
[0022]根据在标记物的施予之后获得的双能量或光谱3D数据集来生成至少心肌肌肉的所述3D标记物数据集。所述双能量或光谱3D数据集优选地是通过使用双能量或光谱CT扫描器来采集的。CT扫描可以提供额外的边界条件，其能够被用于对冠状动脉中的血液流量的流体动力学模拟中。该信息，例如在流体动力学模拟中被积分以增加其准确度，并使模拟更具患者特异性。双能量和光谱CT扫描不仅提供了不同的亮度水平，而且还提供了有关图像中的物质和物质的浓度信息。例如，骨和碘能够通过它们两者在标准CT图像中表现为明亮像素而被分开。然而，一般地，能够使用能够在某些图像区中量化标记物的量的其他成像模态，例如MR、超声或PET。
[0023]所施予的标记物(其例如是通过注射施予的)，优选为造影剂，能够根据所述双能量或光谱3D数据集按像素确定它们在组织内的浓度。优选地，使用基于碘或基于钆的造影剂。
[0024]根据一实施例，根据通过双能量或光谱CT扫描器的使用采集的双能量或光谱3D数据集生成不仅至少所述冠状动脉和所述心肌肌肉的所述3D图像数据集，而且还有至少所述心肌肌肉的所述3D标记物数据集。因此，一般地，仅单一双能量或光谱3D数据集的采集足以导出3D图像数据集和3D标记物数据集。采集双能量或光谱3D数据集并从其导出两个不同的数据集是在本领域广为人知的，特别是根据涉及双能量或光谱CT的一般出版物(例如US7627080B2或US7778383B2)，并且因此将不在这里详细解释。
[0025]根据进一步使得能够确定和/或模拟到主动脉中的血液的体积的优选实施例，所提议的方法包括以下步骤:
[0026]-根据心脏的至少两个3D图像数据集来确定在一个心动周期期间由所述心脏喷射的血液的总体积，其中，第一个3D图像数据集是在所述心脏的基本上最大填充的状态时获得的，并且第二个3D图像数据集是在所述心脏的基本上最小填充的状态时获得的，
[0027]-通过对流到全部心肌肌肉节段中的血液的体积进行加和，来确定流到全部冠状动脉中的血液的总体积，以及
[0028]-通过从在一个心动周期期间由所述心脏喷射的血液的总体积减去流到全部冠状动脉中的血液的总体积，来确定流到所述主动脉中的血液的总体积。
[0029]该实施例实现了不仅对冠状动脉而且还对主动脉的流量模拟，这在某些群集中是感兴趣的。
[0030]根据另一实施例，所提议的方法还包括使用所述流到冠状动脉中的血液的总体积以确定在所述冠状动脉中或沿所述