CT冠狀動(dòng)脈血管造影和血管內(nèi)超聲融合算法的研究

王傳真

河南省永城市永煤集團(tuán)醫(yī)院放射科，河南永城 476600

冠心病是導(dǎo)致人類(lèi)死亡的首要疾病之一，在我過(guò)發(fā)病比較高，并且隨著人們生活水平的水平提高而增加。高螺旋CT所運(yùn)用的是滑環(huán)技術(shù)，是把電源以及信號(hào)線等和金屬環(huán)能夠相連運(yùn)動(dòng)的X射線管和探測(cè)器的滑動(dòng)電刷與金屬環(huán)相導(dǎo)聯(lián)。這樣球管以及探測(cè)器都不再受到電纜長(zhǎng)度的限制。螺旋CT能夠連續(xù)的勻速旋轉(zhuǎn)并且是沿著人體長(zhǎng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，與此同時(shí)掃描床能夠同步勻速的跟隨遞進(jìn)，螺旋CT掃描的軌跡是呈現(xiàn)螺旋狀般前進(jìn)，可以快速地、不間斷地完成全部掃描[1]。因?yàn)槁菪鼵T具有比較高的分辨力，這樣就可以使得所需掃描的器官以及結(jié)構(gòu)清楚顯影，能清楚顯示出具體的病變。CT冠狀動(dòng)脈造影和血管內(nèi)超聲是介入冠心病手術(shù)治療最為常用的影像。在本次研究中選擇該院在2010年10月—2011年9月收治的80例冠心病患者，采用融合CTCA和IVUS的方法，來(lái)提供更多患者的影像資料。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇該院在2010年10月—2011年9月收治的80例冠心病患者，其中男44例，女36例，患者年齡在45～79歲之間，平均年齡為（58.2±12.6）歲。對(duì)于所有患者采用64排螺旋CT機(jī)來(lái)獲得CTCA的數(shù)據(jù)。CTCA數(shù)據(jù)采集的間距是0.625 mm，圖像的解析度是0.482 mm×0.482 mm。IVUS的數(shù)據(jù)是根據(jù)iLab獲得，獲取速率為30幀/秒，超聲探頭的回撤速率是0.5 mm/s，圖像的解析度是0.0175×0.0175 mm。

1.2 方法

1.2.1 CTCA冠狀動(dòng)脈中心線的提取 CTCA這種技術(shù)是近年來(lái)才出現(xiàn)的新的損傷性比較小的技術(shù)，這種技術(shù)是螺旋CT掃描以及計(jì)算機(jī)三維影像重建的結(jié)合。目前CT技術(shù)在不斷的發(fā)展，其在掃描速度和空間的分辨率上的提高特別大，這樣就提高了CT圖像的質(zhì)量。提取冠狀動(dòng)脈中心線首先要對(duì)圖像采樣，然后采用Fast Marching算法找到采樣圖像中起始點(diǎn)之間最短的路徑，并使用它在原始圖像上計(jì)算冠狀動(dòng)脈的中心線。這種方法不僅降低了計(jì)算量，而且確保了中心線的準(zhǔn)確。

1.2.2 IVUS內(nèi)膜、中-外膜的分割 IVUS一般有比較高的噪音，因此在自動(dòng)分割算法下很難得到滿(mǎn)意的結(jié)果。所以本文采用了IVUS內(nèi)膜、中-外膜的分割方法。這種方法先要提取縱截面，然后將縱截面的輪廓線轉(zhuǎn)變到橫截面，之后使用樣條插值來(lái)獲得活動(dòng)輪廓的初始輪廓，最后將活動(dòng)輪廓進(jìn)化得到內(nèi)膜以及中-外膜輪廓。

1.2.3 CTCA和IVUS的配準(zhǔn) 因?yàn)镃TCA和IVUS會(huì)涉及到很大的數(shù)據(jù)量，并且這兩者的影像性質(zhì)是不一樣的，CTCA是冠狀動(dòng)脈的斷層影像，而IVUS是導(dǎo)管路徑的斷層影響，這兩者相配準(zhǔn)難度會(huì)比較大。所以本文假設(shè)冠狀動(dòng)脈中心線的路徑和超聲導(dǎo)管的路徑重合，同時(shí)用CMIP算法來(lái)配準(zhǔn)CTCA影像和IVUS影像。

1.2.4 CTCA和IVUS的融合 在配準(zhǔn)CTCA和IVUS之后可以找到這兩者之間冠狀動(dòng)脈的中心線的相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而能夠通過(guò)這種關(guān)系把兩者顯示在同一個(gè)三維空間之中。

2 結(jié)果

經(jīng)過(guò)投影圖像的相互匹配，使得CTCA和IVUS的血管中心線有了相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通過(guò)影像較好的診斷了患者的冠心病。

3 討論

在過(guò)去的冠狀動(dòng)脈介入治療手術(shù)中，一般都會(huì)用到3種影像模態(tài)，第一種是CTCA，第二種是冠狀動(dòng)脈造影，第三種是IVUS[2]。它們都各自擁有其相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：CTCA能夠獲取冠狀動(dòng)脈的形狀是比較真實(shí)的，而冠狀動(dòng)脈造影能夠?qū)崟r(shí)的獲得影像，IVUS能夠把血管壁和斑塊以及板塊內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的很清晰。

在本次研究中是把CTCA和IVUS相融合起來(lái)，首先提取中心線，再提取冠狀動(dòng)脈的橫截面，再分割CTCA內(nèi)膜和中-外膜，最后把CTCA和IVUS投影分割的結(jié)果配準(zhǔn)，并且融合在一個(gè)三維坐標(biāo)內(nèi)。采用這種方法能夠更好的給醫(yī)生提供更多的冠心病的投影信息，配合診斷和治療。

[1]Sethian JA.A fast marching level set method for monotonically advancing fronts[J]. Proc Nat Acad Sci VSA，1996，93(4):1591-1595.

[2]Marquering HA，Dijkstra J.Coronary CT angiograghy-IVUS image fusion for quantitative plaque and stenosis analyses[J].Proc.SPIE 2008，69161-6918G-10.