支架可視化和貼壁不良檢測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】支架可視化和貼壁不良檢測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備和方法
【背景技術(shù)】
[0001] 冠狀動(dòng)脈疾病是世界范圍內(nèi)死亡的主要原因之一。更好地診斷、監(jiān)控和治療冠狀 動(dòng)脈疾病的能力可具有挽救生命的重要性。血管內(nèi)光學(xué)相干斷層掃描（0CT)是基于導(dǎo)管的 顯像模式，其利用光窺視冠狀動(dòng)脈壁并生成其圖像用于研究。利用相干光、干涉和微光學(xué)， 0CT可以以微米級(jí)分辨率提供病變血管內(nèi)視頻速率的體內(nèi)斷層掃描。采用光纖探針高分辨 率觀察表面下結(jié)構(gòu)使得0CT特別有利于內(nèi)部組織和器官的微創(chuàng)成像。用0CT使細(xì)節(jié)的該水 平成為可能，這允許臨床醫(yī)生診斷以及監(jiān)控冠狀動(dòng)脈疾病的進(jìn)展。
[0002] 患者身體部分的0CT成像為醫(yī)生和其他人提供了有用的診斷工具。例如，通過(guò)血 管內(nèi)0CT對(duì)冠狀動(dòng)脈的成像可以揭示窄化或狹窄（stenosis)的位置。這些信息有助于心 臟病專(zhuān)家在侵入冠脈搭橋手術(shù)和基于導(dǎo)管的微創(chuàng)程序（諸如血管成形術(shù)或支架遞送）之間 進(jìn)行選擇。雖然是普遍的選擇，但支架遞送有其自身相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003] 支架是常常由網(wǎng)眼形成的管狀結(jié)構(gòu)。它可以插入到血管中并擴(kuò)張以抵消限制血流 的狹窄條件。支架通常是由金屬或聚合物支架構(gòu)成。它們可以通過(guò)導(dǎo)管部署到狹窄部位。 在心血管程序期間，支架可經(jīng)由導(dǎo)向線通過(guò)導(dǎo)管被遞送到狹窄部位，并使用氣囊擴(kuò)張。通 常，使用預(yù)設(shè)壓力使支架擴(kuò)張以放大狹窄血管的管腔。
[0004] 部署支架時(shí)，存在影響患者結(jié)果的幾個(gè)因素。在一些程序中，應(yīng)將支架的直徑擴(kuò)張 到相當(dāng)于相鄰健康血管段的直徑。支架過(guò)度擴(kuò)張可能會(huì)對(duì)血管造成大面積損傷，使得它易 于切開(kāi)、脫落以及內(nèi)壁出血。擴(kuò)張不足的支架可能不足以擴(kuò)張血管。如果部分支架未能接 觸血管壁，則可能增加血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)。膨脹不足或貼壁不良的支架可能無(wú)法恢復(fù)正常流 動(dòng)。顯然，安裝支架后，支架貼壁不良和支架擴(kuò)張不足可導(dǎo)致各種問(wèn)題。
[0005] 存在與支架布置和相關(guān)程序有關(guān)的其他挑戰(zhàn)。使用血管造影系統(tǒng)可視化支架相對(duì) 于血管壁的部署，承擔(dān)檢查時(shí)的挑戰(zhàn)。此外，手動(dòng)瀏覽圖像以確定每個(gè)圖像基礎(chǔ)上支架的位 置也容易出錯(cuò)。考慮到在支架中使用的金屬的反射特性，可能導(dǎo)致諸如暈染（blooms)或圖 像拖尾的各種成像偽影和影響，當(dāng)它們出現(xiàn)時(shí)會(huì)劣化圖像。這些偽影和影響進(jìn)一步加劇用 戶(hù)手動(dòng)分析支架和血管結(jié)構(gòu)的困難。
[0006] 本發(fā)明解決了這些挑戰(zhàn)和其他挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 部分地，本發(fā)明涉及用于可視化并測(cè)量支架相對(duì)于血管壁的位置的基于計(jì)算機(jī)的 方法、系統(tǒng)和設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，使用一組0CT圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行血管中的諸如支架貼壁不 良的支架位置變化的檢測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，支架的結(jié)構(gòu)部件被稱(chēng)為支架支柱。使用相對(duì) 于有支架的血管獲得的0CT數(shù)據(jù)可對(duì)支架可視化并測(cè)量，隨后支架顯示為支架支柱或作為 一個(gè)或多個(gè)圖形用戶(hù)界面（GUI)的一部分的支架部分。這種界面可以包括使用由0CT系統(tǒng) 獲得的距離測(cè)量生成的血管的一個(gè)或多個(gè)視圖。
[0008] 作為擴(kuò)張狹窄區(qū)域的過(guò)程的一部分，支架被引入到具有閉合或折疊狀態(tài)的狹窄區(qū) 域的血管管腔。不幸的是，作為這個(gè)過(guò)程的一部分，如果氣囊或部件未充分?jǐn)U張，該支架的 部分可能不能被正確部署。在一些情況下，這會(huì)導(dǎo)致支架不與血管壁接觸。結(jié)果是，該支架 可能貼壁不良，支架的外表面與血管壁之間有間隙。這個(gè)未充分?jǐn)U張的支架可能需要后續(xù) 處理來(lái)糾正。閾值可以設(shè)定為基礎(chǔ)值，以執(zhí)行使用圖像處理管線的階段中生成的管腔邊界 或輪廓確定的分離距離與已被評(píng)估或過(guò)濾以降低不希望的視覺(jué)偽影的影響的支架支柱位 置的比較。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，評(píng)估參考幀和成像偽影和影響以生成輸入和參數(shù)來(lái)選擇合適的 距離度量。該距離度量用于獲得支架支柱和血管壁之間的測(cè)量，以評(píng)估支架貼壁不良的程 度。這種距離度量和有關(guān)支架反射和管腔中探針位置的其他考慮的選擇可用于減少或補(bǔ)償 不希望的成像偽影和影響。進(jìn)而，這些因素和結(jié)合這類(lèi)特征的基于軟件的方法可以提高圖 像質(zhì)量和/或測(cè)量準(zhǔn)確性，導(dǎo)致更好的患者結(jié)果。
[0010] 此外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及適于顯示就血管和一個(gè)或多個(gè)支架采集的數(shù)據(jù)的 基于計(jì)算機(jī)的方法和圖形用戶(hù)界面。諸如0CT探針的數(shù)據(jù)采集探針可用于采集用于生成血 管和一個(gè)或多個(gè)支架的圖像的數(shù)據(jù)。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及檢測(cè)血管中支架貼壁不良的方法。該方法包括：在一 個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)支架貼壁不良閾值；在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)血管的多個(gè)截 面圖像；使用支架檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)處理模塊檢測(cè)多個(gè)截面圖像中的一個(gè)或多個(gè)支架支柱；使 用管腔檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)處理圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)血管管腔的邊界；使用支架貼壁不良 檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)處理模塊測(cè)量相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)支架支柱的支架貼壁不良距離；比較一個(gè)或 多個(gè)支架貼壁不良距離；以及顯示相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括：使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)處理管 線，所述圖像數(shù)據(jù)處理管線包括所述管腔檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)處理模塊和所述支架貼壁不良檢測(cè) 圖像數(shù)據(jù)處理模塊。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括通過(guò)使用距離度量補(bǔ)償與照射在檢測(cè) 到的支架支柱上的光相關(guān)的向日葵效應(yīng)（sunflower effect)或暈染效應(yīng)，以測(cè)量沿垂直于 檢測(cè)的管腔邊界延伸到檢測(cè)的支架支柱的貼壁不良距離。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括 使用圖形用戶(hù)界面接收支架貼壁不良閾值的步驟。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括：生成指示超過(guò)檢測(cè)的支架支柱的支架貼壁不良 閾值的標(biāo)記的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括生成指示達(dá)到或超過(guò)檢測(cè)的支架支柱 的支架貼壁不良閾值的第一標(biāo)記的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括顯示血管、檢測(cè)的 支架支柱和第一標(biāo)記的截面圖的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，第一標(biāo)記是第一顏色，并且用于顯 示該支架支柱的一個(gè)或多個(gè)像素具有第一顏色。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括生成指示 達(dá)到或不超過(guò)檢測(cè)的支架支柱的支架貼壁不良閾值的第二標(biāo)記的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中， 該方法還包括顯示在第一方向定向的血管的第一縱向圖像的步驟。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括顯示在第二方向定向的血管的第二縱向圖像的步 驟。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括顯示指示超過(guò)每個(gè)檢測(cè)到的支柱基礎(chǔ)的支架貼壁不良 閾值的標(biāo)記的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括檢測(cè)導(dǎo)向線和顯示指示相對(duì)于一個(gè)或 多個(gè)所顯示的支架支柱的導(dǎo)向線或?qū)蚓€陰影的標(biāo)記的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還 包括生成具有使得矢量垂直于管腔邊界的距離的矢量的步驟，其中使用支架支柱的陰影區(qū) 域的測(cè)量生成矢量。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及用于檢測(cè)每個(gè)支架支柱基礎(chǔ)上的支架貼壁不良的基 于自動(dòng)處理器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備；與所述存儲(chǔ)設(shè)備連通的計(jì)算設(shè)備， 其中所述存儲(chǔ)設(shè)備包括可通過(guò)計(jì)算設(shè)備執(zhí)行以使所述計(jì)算設(shè)備進(jìn)行以下操作的指令：通過(guò) 一個(gè)或多個(gè)圖像檢測(cè)軟件模塊處理使用數(shù)據(jù)采集探針從相對(duì)于血管的光學(xué)相干斷層掃描 回調(diào)（pullback)獲得的多個(gè)圖像，從而檢測(cè)管腔邊界和多個(gè)支架支柱；在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ) 設(shè)備中存儲(chǔ)支架貼壁不良閾值；生成垂直于并從管腔邊界延伸至檢測(cè)到的支架支柱的多個(gè) 測(cè)量；以及通過(guò)比較貼壁不良閾值與一個(gè)或多個(gè)所述多個(gè)測(cè)量來(lái)確定支架支柱貼壁不良的 一種或多種情況。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備包括以使計(jì)算設(shè)備顯示在第一方向定向的血管的第一 縱向圖像和在第二方向定向的血管的第二縱向圖像的進(jìn)一步的指令。在一個(gè)實(shí)施例中，使 用一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記將支架支柱貼壁不良的一種或多種情況顯示在血管的在第一縱向圖像 上。在一個(gè)實(shí)施例中，支架支柱貼壁不良的一種或多種情況作為用戶(hù)界面中的面板顯示在 血管的視覺(jué)表征上。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備包括使用支架支柱在橢圓上的投影補(bǔ)償向日葵成像偽 影的進(jìn)一步指令。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備包括檢測(cè)導(dǎo)向線并且顯示指示相對(duì)于一個(gè)或 多個(gè)所顯示的支架支柱的導(dǎo)向線或?qū)蚓€陰影的標(biāo)記的進(jìn)一步指令。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，沿具有從檢測(cè)的管腔邊界延伸到檢測(cè)的支架支柱的長(zhǎng)度的垂直 線段或垂直矢量來(lái)測(cè)量從一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)的支架支柱和檢測(cè)的管腔邊界的距離。在一個(gè)實(shí) 施例中，該距離的值可以是零或在一組限制值或閾值內(nèi)使得沒(méi)有發(fā)生貼壁不良，或該值可 以是非零并指示貼壁不良。在一個(gè)實(shí)施例中，這種測(cè)量可以在每個(gè)掃描線的基礎(chǔ)上執(zhí)行。在 一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行該測(cè)量使得基于檢測(cè)到的支架相關(guān)值，諸如支架支柱位置、陰影區(qū)域尺 寸、支架支柱尺寸或其他檢測(cè)到的支架支柱相關(guān)參數(shù)，來(lái)設(shè)定與給定的支架支柱相關(guān)的終 點(diǎn)。厚度或角度測(cè)量是這種檢測(cè)到的支架相關(guān)值的一個(gè)實(shí)例。
[0019] 歸一化處理也可以用作支架支柱和管腔邊界之間的距離測(cè)量的部分，包括將支架 支柱位置擬合至橢圓，以補(bǔ)償管腔中數(shù)據(jù)采集探針的位置。具體而言，歸一化處理被配置成 補(bǔ)償可導(dǎo)致成像偽影的向日葵效應(yīng)或?qū)Ч芪恢孟嚓P(guān)的偏心效應(yīng)。每個(gè)檢測(cè)到的支架支柱具 有尺寸，諸如陰影厚度或可投影至橢圓上的其他可測(cè)量尺寸，該橢圓追蹤由實(shí)際相對(duì)于血 管管腔設(shè)置的支架支柱所形成的支架邊界。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)檢測(cè)到的支架支柱代表 二維空間中的點(diǎn)，該二維空間可用于模擬代表可投影至橢圓上的支架的二維截面的橢圓， 該橢圓追蹤由實(shí)際相對(duì)于血管管腔設(shè)置的支架支柱所形成的支架邊界。
[0020] -種檢測(cè)的支架支柱尺寸可以被用來(lái)模擬或投射到橢圓，該支架支柱已擬合至橢 圓以校正成像探針相對(duì)于支架的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將檢測(cè)到的尺寸轉(zhuǎn)換為橢圓 上的投影尺寸可執(zhí)行該投影。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)到的支架支柱尺寸是第一支架支柱和 第二支架支柱之間陰影區(qū)域的長(zhǎng)度?？赏ㄟ^(guò)將檢測(cè)到的尺寸視為直角三角形的斜邊來(lái)執(zhí)行 該投影。如果斜邊和投影尺寸之間的角度是S，則投影尺寸是角度S的余弦和斜邊的乘積。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，基于軟件的圖像數(shù)據(jù)處理模塊響應(yīng)于貼壁不良距離閾值。這個(gè) 閾值可以被設(shè)定為輸入，響應(yīng)于該輸入，成像管線中的軟件組件自動(dòng)檢測(cè)支架支柱并計(jì)算 從管腔輪廓的貼壁不良。可使用諸如對(duì)應(yīng)于從檢測(cè)到的管腔邊界到檢測(cè)到的支架支柱的垂 直距離的顏色的標(biāo)記，對(duì)每個(gè)支架支柱進(jìn)行編碼。
[0022] 用戶(hù)指定的距離閾值提供了指示存在貼壁不良水平的距離值。這個(gè)距離值可以設(shè) 定為以達(dá)到或超過(guò)其對(duì)應(yīng)于貼壁不良水平的值，其需要校正步驟，諸如重新支架植入、重新 膨脹或其他程序。在另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置貼壁不良閾值表明使用視覺(jué)提示發(fā)生在圖形用 戶(hù)界面中的貼壁不良水平。該貼壁不良閾值可以針對(duì)每個(gè)用戶(hù)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)置?？梢允褂糜?戶(hù)界面來(lái)設(shè)置該閾值并在回調(diào)完成之前、期間或之后更新。
[0023] 例如，約100微米至約1000微米范圍的值可被指定為這種貼壁不良距離閾值。此 外，該貼壁不良距離閾值可以大于或等于約10微米。在另一個(gè)實(shí)施例中，該貼壁不良距離 閾值可被設(shè)定為支架支柱厚度的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)。因此，閾值可以被設(shè)定為支架支柱厚度值 的1倍、2倍、3倍或另一倍數(shù)。這些值是示例，在某些實(shí)施例中可以使用更大或更小的值。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，包括貼壁不良檢測(cè)軟件模塊的多個(gè)圖像處理軟件模塊的序列被 配置為對(duì)0CT圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)操作。在一個(gè)實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)"自動(dòng)"是指未經(jīng)人工干預(yù)。盡管 如此，本文所討論的術(shù)語(yǔ)的范圍并不意圖限制，而是為了澄清其使用和并入本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知的術(shù)語(yǔ)的最廣泛的含義。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，貼壁不良檢測(cè)軟件模塊計(jì)算多個(gè)垂直線段的測(cè)量和相對(duì)于貼壁 不良閾值對(duì)它們進(jìn)行評(píng)分。分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)于貼壁不良的水平，然后其被映射或用于改變支架支 柱的顯示模式，以顯示每個(gè)支柱相對(duì)于血管壁的相對(duì)貼壁不良?？梢允褂弥T如彩色刻度或 其他標(biāo)記的各種標(biāo)記或刻度顯示這些每個(gè)支架支柱的貼壁不良分?jǐn)?shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，