一种针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的方法及系统

1.本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的方法及系统。


背景技术：

2.主动脉夹层是指主动脉的内膜撕裂，由正常单腔变为真、假两腔，假腔可扩张成瘤，被撕裂形成的两个腔，分别称为真腔和假腔。真腔是原来未被撕裂的腔体，是向血管系统远端供给含氧血液的主要管道，而假腔是撕裂后的新腔体。研究人员认为，夹层的形态和扩展可能与血流动力学、血管壁特征、血栓和壁内血肿的存在等多种因素有关。壁内血肿是指夹层部分没有明显的内膜撕裂。研究表明血流动力在夹层形成和扩展中起着重要作用。例如，内膜撕裂位置与左锁骨下动脉远端局部壁剪切应力最大值相关，螺旋假腔形态与螺旋血流相关，血压可影响假腔的发展速度。除了血液动力学相关的因素外，大量研究表明，血管壁的微观结构与夹层和夹层扩展的相关性较高。
3.自1990年以来，关于血流旋转手性(一种结构和它的镜像不能重叠的不对称性，即手性)及其潜在原因的研究已有报道。但是由于主动脉夹层的几何形态个体化差异极大，其形态可能受到解剖学、生理学和病理学等多种因素的影响，因此对于主动脉夹层的手性形貌研究较少。目前国内尚无报道。在国外文献报道中，johan bondesson等人提出了建立在拉格朗日坐标系下的真腔螺旋角的测量，anna m.sailer等人则将人体内弯曲的主动脉三维重构成直线，并对真腔和假腔的圆周尺寸进行测量。该研究者均来自美国斯坦福大学血管外科系的christopher p.cheng教授团队，他们尝试基于主动脉夹层患者的计算机断层扫描(ct)成像特征，对主动脉夹层螺旋形态进行量化。但是上述两种方法都是基于三维尺度，对主动脉夹层的不同参数进行测量，这种主动脉的三维影像重构测量方法非常复杂、耗时，而且难以理解。临床医师无法轻易理解和接受。而且目前国内现有的影像后处理工作站中尚无基于该两种方法的测量软件。造成临床医生对该形态指标的认识不够充分。
4.因此，临床上亟需一种简便易行，操作简单，且能对主动脉夹层的手性形貌特征准确描述的方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的方法及系统，该方法操作简便，可操作性强，便于临床医生或技术人员理解和掌握，能够相对准确的阐述夹层螺旋形态的变化特点。
6.根据本发明的一个方面，本发明提供了一种针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的方法，所述方法包括以下步骤：
7.s1：获取主动脉夹层患者平躺状态下的增强ct血管造影的影像；
8.s2：基于所述增强ct血管造影的影像，区分主动脉夹层的真腔和假腔；
9.s3：对该夹层影像的手性形貌进行测量，得到测量结果；
10.s4：基于所述测量结果对主动脉夹层手性形貌进行量化分析。
11.优选地，所述对该夹层影像的手性形貌进行测量包括：
12.将每个ct截面中的主动脉整体近似简化成一个椭圆，确定椭圆中心点、x轴和y轴；其中，x轴表示水平面内与脊椎轴线方向垂直的右向射线，也是整个ct截面的主方向，y轴为真腔对称轴所在直线的外向射线，与椭圆长轴所在直线重合，所述y轴方向随案例和截面的变化而变化。
13.优选地，所述测量结果包括真腔手性形貌的量化指标，所述真腔手性形貌的量化指标包括真腔螺旋角，所述真腔螺旋角为x轴与y轴夹角。
14.优选地，所述测量结果包括与选定区域主动脉夹层手性形貌相关的几何定量指标，所述几何定量指标包括血管最大直径、血管最大直径方向上的真腔直径、血管最大直径方向上的假腔直径、内膜片长度、真腔外周长度、假腔外周长度，真腔面积和假腔面积。
15.优选地，所述方法还包括：
16.对主动脉结构进行分区，将其划分为c0、c1、c2、c3、c4、c5共六个区域，分别记录每个区域下端点的ct影像横断面位置，对应ct影像的横断层面定义为n0、n1、n2、n3、n4、n5；测量血管最大直径，并以x轴为正方向，逆时针旋转x轴使之与y轴重合，旋转的角度为真腔螺旋角α；根据六个ct影像横断面的位置n0、n1、n2、n3、n4、n5和真腔螺旋角α0、α1、α2、α3、α4、α5，计算五个区域中真腔螺旋角扭转率，计算公式为：
17.c1区域的扭转率＝(α1-α0)/(n1-n0)
18.c2区域的扭转率＝(α2-α1)/(n2-n1)
19.c3区域的扭转率＝(α3-α2)/(n3-n2)
20.c4区域的扭转率＝(α4-α3)/(n4-n3)
21.c5区域的扭转率＝(α5-α4)/(n5-n4)
22.根据五个区域的真腔螺旋角扭转率，判断主动脉夹层的手性形貌以及手性大小。
23.根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的系统，所述系统包括：
24.获取模块，用于获取主动脉夹层患者平躺状态下的增强ct血管造影的影像；
25.划分模块，用于基于所述增强ct血管造影的影像，区分主动脉夹层的真腔和假腔；
26.测量模块，用于对该夹层影像的手性形貌进行测量，得到测量结果；
27.分析模块，用于基于所述测量结果对主动脉夹层手性形貌进行量化分析。
28.优选地，所述测量模块对该夹层影像的手性形貌进行测量包括：
29.将每个ct截面中的主动脉整体近似简化成一个椭圆，确定椭圆中心点、x轴和y轴；其中，x轴表示水平面内与脊椎轴线方向垂直的右向射线，也是整个ct截面的主方向，y轴为真腔对称轴所在直线的外向射线，与椭圆长轴所在直线重合，所述y轴方向随案例和截面的变化而变化。
30.优选地，所述测量结果包括真腔手性形貌的量化指标，所述真腔手性形貌的量化指标包括真腔螺旋角，所述真腔螺旋角为x轴与y轴夹角。
31.优选地，所述测量结果包括与选定区域主动脉夹层手性形貌相关的几何定量指标，所述几何定量指标包括血管最大直径、血管最大直径方向上的真腔直径、血管最大直径方向上的假腔直径、内膜片长度、真腔外周长度、假腔外周长度，真腔面积和假腔面积。
32.优选地，所述划分模块还用于：
33.对主动脉结构进行分区，将其划分为c0、c1、c2、c3、c4、c5共六个区域，分别记录每个区域下端点的ct影像横断面位置，对应ct影像的横断层面定义为n0、n1、n2、n3、n4、n5；测量血管最大直径，并以x轴为正方向，逆时针旋转x轴使之与y轴重合，旋转的角度为真腔螺旋角α；根据六个ct影像横断面的位置n0、n1、n2、n3、n4、n5和真腔螺旋角α0、α1、α2、α3、α4、α5，计算五个区域中真腔螺旋角扭转率，计算公式为：
34.c1区域的扭转率＝(α1-α0)/(n1-n0)
35.c2区域的扭转率＝(α2-α1)/(n2-n1)
36.c3区域的扭转率＝(α3-α2)/(n3-n2)
37.c4区域的扭转率＝(α4-α3)/(n4-n3)
38.c5区域的扭转率＝(α5-α4)/(n5-n4)
39.根据五个区域的真腔螺旋角扭转率，判断主动脉夹层的手性形貌以及手性大小。
40.有益效果：本发明通过基于主动脉夹层患者的计算机断层扫描(ct)影像特征，在自然坐标系下，在二维尺度下对ct影像横断面中主动脉夹层的手性形貌特点进行描述和测量，方法操作简便，可操作性强，便于临床医生或技术人员理解和掌握，能够相对准确的阐述夹层螺旋形态的变化特点。
41.通过参照以下附图及对本发明的具体实施方式的详细描述，本发明的特征及优点将会变得清楚。
附图说明
42.图1是针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的方法流程图；
43.图2是二维尺度下主动脉夹层手性形貌特征表征示意图；
44.图3是图2中m处部位放大示意图；
45.图4是内膜片呈现弧形时，主动脉夹层手性形貌特征表征示意图；
46.图5是图4中n处部位放大示意图；
47.图6是主动脉夹层的手性分区示意图；
48.图7是针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的系统结构示意图。
具体实施方式
49.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.实施例1
51.图1是针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的方法流程图。如图1所示，本发明提供了一种针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的方法，所述方法包括以下步骤：
52.s1：获取主动脉夹层患者平躺状态下的增强ct血管造影的影像。
53.具体地，本实施例是基于主动脉夹层患者的ct血管造影cta影像为基础，患者的cta影像扫描获取时，患者为平躺在ct室的检查床上。这样获取的ct横断面影像，在主动脉
的某些区域，血管截面和躯体脊椎方向垂直。那么这些位置通过二维尺度测量得到的主动脉参数，跟真实参数接近。
54.s2：基于所述增强ct血管造影的影像，区分主动脉夹层的真腔和假腔。
55.具体地，首先获取主动脉夹层患者平躺状态下的增强ct血管造影的影像。在有主动脉夹层累及的断层影像中，如图2所示，将增强显影的主动脉夹层真腔和假腔进行区分。
56.s3：对该夹层影像的手性形貌进行测量，得到测量结果。
57.优选地，所述对该夹层影像的手性形貌进行测量包括：
58.将每个ct截面中的主动脉整体近似简化成一个椭圆，确定椭圆中心点、x轴和y轴；其中，x轴表示水平面内与脊椎轴线方向垂直的右向射线，也是整个ct截面的主方向，y轴为真腔对称轴所在直线的外向射线，与椭圆长轴所在直线重合，所述y轴方向随案例和截面的变化而变化。
59.优选地，所述测量结果包括真腔手性形貌的量化指标，所述真腔手性形貌的量化指标包括真腔螺旋角，所述真腔螺旋角为x轴与y轴夹角。
60.优选地，所述测量结果包括与选定区域主动脉夹层手性形貌相关的几何定量指标，所述几何定量指标包括血管最大直径、血管最大直径方向上的真腔直径、血管最大直径方向上的假腔直径、内膜片长度、真腔外周长度、假腔外周长度，真腔面积和假腔面积。
61.具体地，测量方法如下：将每个截面中的主动脉整体近似简化成一个椭圆，如图3所示，标记的部位为整体主动脉形状，而附图中的ab为椭圆长轴，cd为椭圆短轴，o为椭圆中心；ef为内膜片，g为椭圆长轴与内膜片交点；区域aegfa代表真腔，区域cbegfdc代表假腔；x轴表示水平面内与脊椎轴线方向垂直的右向射线，也是整个ct截面的主方向，y轴为真腔对称轴所在直线的外向射线，与椭圆长轴所在直线重合，由于不同截面真腔相对于血管的位置与方向不同，所以y轴方向随案例和截面的变化而变化。因此，x轴与y轴夹角α为真腔螺旋角，ac为血管最大直径，ga为血管最大直径方向上的真腔直径，gc为血管最大直径方向上的假腔直径，ef为内膜片长度，弧eaf为真腔外周长度，弧ebcdf为假腔外周长度，区域aegfa的面积为真腔面积，区域cbegfdc的面积为假腔面积。
62.在有的主动脉夹层病例中，由于假腔与真腔内压力不均，会出现主动脉夹层内膜片随心脏搏动呈现摆动的情况。ct扫描时该内膜片会偏向真腔或假腔。因此在测量时，内膜片表现出弧形的情况，如图4和图5所示，此时x轴与y轴夹角α为真腔螺旋角，ac为血管最大直径，ga为血管最大直径方向上的真腔直径，gc为血管最大直径方向上的假腔直径，弧egf为内膜片长度，弧eaf为真腔外周长度，弧ecf为假腔外周长度，区域aegfa的面积为真腔面积，区域cegfc的面积为假腔面积。
63.由此测量的真腔螺旋角α，即为真腔手性形貌的量化指标。测量的其余指标，包括血管最大直径、血管最大直径方向上的真腔直径、血管最大直径方向上的假腔直径、内膜片长度、真腔外周长度、假腔外周长度，真腔面积和假腔面积，均为与该选定区域主动脉夹层手性形貌相关的几何定量指标。
64.优选地，所述方法还包括：
65.对主动脉结构进行分区，将其划分为c0、c1、c2、c3、c4、c5共六个区域，分别记录每个区域下端点的ct影像横断面位置，对应ct影像的横断层面定义为n0、n1、n2、n3、n4、n5；测量血管最大直径，并以x轴为正方向，逆时针旋转x轴使之与y轴重合，旋转的角度为真腔螺
旋角α；根据六个ct影像横断面的位置n0、n1、n2、n3、n4、n5和真腔螺旋角α0、α1、α2、α3、α4、α5，计算五个区域中真腔螺旋角扭转率，计算公式为：
66.c1区域的扭转率＝(α1-α0)/(n1-n0)
67.c2区域的扭转率＝(α2-α1)/(n2-n1)
68.c3区域的扭转率＝(α3-α2)/(n3-n2)
69.c4区域的扭转率＝(α4-α3)/(n4-n3)
70.c5区域的扭转率＝(α5-α4)/(n5-n4)
71.根据五个区域的真腔螺旋角扭转率，判断主动脉夹层的手性形貌以及手性大小。
72.具体地，如图6所示，主动脉弓上左锁骨下动脉开口远心端水平到主动脉弓小弯侧顶点水平面为c0区域，主动脉弓小弯侧顶点水平面到主动脉窦所在水平面为c1区域，主动脉窦所在水平面到人体右侧隔膜顶点平面为c2区域，人体右侧隔膜顶点水平到腹腔干动脉开口近心端水平面为c3区域，腹腔干动脉开口近心端水平面到低位肾动脉开口远心端水平为c4区域，低位肾动脉开口远心端水平到腹主动脉分叉水平面为c5区域。在上述区域划分中，c1至c5区域的下端平面，主动脉轴线往往与脊椎轴线方向平行，因此，ct平扫所获得的二维影像与主动脉轴向垂直，可以反应真实主动脉夹层参数。
73.参考图3，具体的测量分析过程包括以下步骤：
74.步骤一：针对如上分区中的c0、c1、c2、c3、c4、c5共六个区域，分别记录每个区域下端点的ct影像横断面位置，对应为ct影像的横断层面定义为n0、n1、n2、n3、n4、n5。对每个ct影像横断面，重复步骤二到步骤四，以记录每个横断面的主动脉夹层参数。
75.步骤二：分辨真腔和假腔，选定横断面中血管长轴端点a点和c点。
76.将血管近似成一个椭圆，在真腔一侧选定椭圆长轴端点a点，在假腔一侧选定椭圆短轴端点c点。
77.计算机辅助连接a点和c点为椭圆长轴ac；计算机生成长轴ac的中点o为椭圆中心点；并以o点为原点，生成水平面内的右向射线为x轴，生成oa方向的射线为y轴。
78.测量线段ac的长度为血管最大直径，并以x轴为正方向，逆时针旋转x轴使之与y轴重合，旋转的角度为真腔螺旋角α。
79.步骤三：选定横断面中血管短轴一端的端点b点。
80.椭圆长轴确定后，过椭圆中心点并于长轴垂直的直线为短轴所在直线，选定椭圆短轴一端的端点b点。
81.根据对称性，计算机辅助生成椭圆短轴的另一端端点d点，连接b点和d点为椭圆短轴bd；并生成以a点、b点、c点、d点为顶点的椭圆。
82.步骤四：选定内膜片一端的端点e点和内膜片与椭圆长轴的交点g点。
83.根据内膜片的形状和位置，选定内膜片一端的端点e点，并选定内膜片与椭圆长轴的交点g点。
84.根据对称性，计算机辅助生成e点关于椭圆长轴ac的对称点f点，为内膜片的另一端点；并以e点、f点和g点生成一段位于椭圆内部的圆弧，为内膜片。
85.计算机辅助测量其他几何参数：
86.线段ag的长度为血管最大直径方向上的真腔直径；
87.线段gc的长度为血管最大直径方向上的假腔直径；
88.圆弧egf的长度为内膜片长度；
89.椭圆弧eaf的长度为真腔外周长度；
90.椭圆弧ebcdf的长度为假腔外周长度；
91.区域aegfa的面积为真腔面积；
92.区域cbegfdc的面积为假腔面积。
93.在整个测量过程中，每个ct影像横截面仅需人为选定五个点，就可以依赖计算机自动生成该横截面主动脉夹层的边界形状。
94.根据六个ct影像横断面的位置n0、n1、n2、n3、n4、n5和真腔螺旋角α0、α1、α2、α3、α4、α5，计算机辅助计算五个区域中真腔螺旋角扭转率，与真腔螺旋角同为手性参数，计算公式为
95.c1区域的扭转率＝(α1-α0)/(n1-n0)
96.c2区域的扭转率＝(α2-α1)/(n2-n1)
97.c3区域的扭转率＝(α3-α2)/(n3-n2)
98.c4区域的扭转率＝(α4-α3)/(n4-n3)
99.c5区域的扭转率＝(α5-α4)/(n5-n4)
100.根据五个区域的真腔螺旋角扭转率，即可判断主动脉夹层的手性形貌，以及手性大小。
101.需要注意的是，在计算过程中，如果遇到真腔螺旋角旋转超过一周的情况，相应的α值应增加360
°
，以保证计算的准确性。
102.s4：基于所述测量结果对主动脉夹层手性形貌进行量化分析。
103.具体地，利用该方法对主动脉夹层的手性形貌进行量化表示(即主要是α角，真腔螺旋角)，以及该测量方法提供的各项几何形态学指标，对主动脉夹层手性形貌进行量化分析，有助于临床医生对主动脉夹层的几何形态更好理解，同时有助于主动脉夹层手术方案的制定，有助于降低主动脉夹层术后并发症的发生，为将来新型主动脉覆膜支架的改良和优化提供理论基础。
104.本实施例通过基于主动脉夹层患者的计算机断层扫描(ct)影像特征，在自然坐标系下，在二维尺度下对ct影像横断面中主动脉夹层的手性形貌特点进行描述和测量，方法操作简便，可操作性强，便于临床医生或技术人员理解和掌握，能够相对准确的阐述夹层螺旋形态的变化特点。
105.实施例2
106.图7是针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的系统结构示意图。如图7所示，本实施例提供了一种针对主动脉夹层手性形貌进行量化分析的系统，所述系统包括：
107.获取模块501，用于获取主动脉夹层患者平躺状态下的增强ct血管造影的影像；
108.划分模块502，用于基于所述增强ct血管造影的影像，区分主动脉夹层的真腔和假腔；
109.测量模块503，用于对该夹层影像的手性形貌进行测量，得到测量结果；
110.分析模块504，用于基于所述测量结果对主动脉夹层手性形貌进行量化分析。
111.优选地，所述测量模块503对该夹层影像的手性形貌进行测量包括：
112.将每个ct截面中的主动脉整体近似简化成一个椭圆，确定椭圆中心点、x轴和y轴；
其中，x轴表示水平面内与脊椎轴线方向垂直的右向射线，也是整个ct截面的主方向，y轴为真腔对称轴所在直线的外向射线，与椭圆长轴所在直线重合，所述y轴方向随案例和截面的变化而变化。
113.优选地，所述测量结果包括真腔手性形貌的量化指标，所述真腔手性形貌的量化指标包括真腔螺旋角，所述真腔螺旋角为x轴与y轴夹角。
114.优选地，所述测量结果包括与选定区域主动脉夹层手性形貌相关的几何定量指标，所述几何定量指标包括血管最大直径、血管最大直径方向上的真腔直径、血管最大直径方向上的假腔直径、内膜片长度、真腔外周长度、假腔外周长度，真腔面积和假腔面积。
115.优选地，所述划分模块502还用于：
116.对主动脉结构进行分区，将其划分为c0、c1、c2、c3、c4、c5共六个区域，分别记录每个区域下端点的ct影像横断面位置，对应ct影像的横断层面定义为n0、n1、n2、n3、n4、n5；测量血管最大直径，并以x轴为正方向，逆时针旋转x轴使之与y轴重合，旋转的角度为真腔螺旋角α；根据六个ct影像横断面的位置n0、n1、n2、n3、n4、n5和真腔螺旋角α0、α1、α2、α3、α4、α5，计算五个区域中真腔螺旋角扭转率，计算公式为：
117.c1区域的扭转率＝(α1-α0)/(n1-n0)
118.c2区域的扭转率＝(α2-α1)/(n2-n1)
119.c3区域的扭转率＝(α3-α2)/(n3-n2)
120.c4区域的扭转率＝(α4-α3)/(n4-n3)
121.c5区域的扭转率＝(α5-α4)/(n5-n4)
122.根据五个区域的真腔螺旋角扭转率，判断主动脉夹层的手性形貌以及手性大小。
123.本实施例2中各个模块所实现的功能的具体实施过程与实施例1中的各个步骤的实施过程相同，在此不再赘述。
124.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。