一种血管中血流速度的确定方法及确定装置

技术领域

本申请涉及医学图像处理技术领域，尤其是涉及一种血管中血流速度的确定方法及确定装置。

背景技术

目前，基于造影的功能学评估技术中，确定血管流速最常用的方法是TIMI数帧法，即通过观察造影剂在造影图像流经的血管长度，并除以时间，计算得到血液的流速。然而，受限于造影图像的拍摄角度和血管走形或者血管分叉等情况，造影图像中的血管情况与实际存在偏差，导致该方法计算出的血流速度不准确。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种血管中血流速度的确定方法及确定装置，根据造影图像中的造影剂浓度，确定主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或造影剂在背景区域中的微血管的显影情况，从而修正流经的血管长度，得到修正的血流速度。这样，能够减少因造影图像拍摄角度和血管走形或者血管分叉等情况导致的计算偏差，提高血流速度的评估精度。

本申请实施例提供了一种血管中血流速度的确定方法，所述确定方法包括：

在注入造影剂后获取初始造影图像以及目标造影图像；其中，所述初始造影图像的获取时间在造影剂充盈之前；

比较所述初始造影图像和所述目标造影图像，确定造影剂流经血管的血管长度；

根据所述目标造影图像中的造影剂浓度，确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或背景区域中的微血管的显影情况；

基于所述造影剂均匀程度和/或所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度；

基于所述修正血管长度确定血流速度。

进一步的，确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度，包括：

从所述目标造影图像中分割出所述主干血管区域；

确定所述主干血管区域中所述流经血管对应的流经血管区域的平均造影剂浓度；

将所述流经血管区域中最高的造影剂浓度与所述平均造影剂浓度的比值确定为所述造影剂均匀程度。

进一步的，确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度，还包括：

根据所述流经血管区域中的造影剂浓度进行聚类，得到多个血管重叠部位；

针对每个血管重叠部位，确定该血管重叠部位的造影剂浓度平均值与所述平均造影剂浓度的比值；

对每个血管重叠部位对应的比值进行加权平均，得到所述造影剂均匀程度。

进一步的，确定所述目标造影图像的背景区域中的微血管的显影情况，包括：

获取注入造影剂前的原始造影图像；

从所述目标造影图像中分割出所述背景区域；

比较所述背景区域和所述原始造影图像，从所述背景区域中筛选出图像灰度值变化超过预设阈值的变化区域；其中，所述变化区域用于表征造影剂在背景区域中的微血管的显影情况。

进一步的，基于所述造影剂均匀程度，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

使用所述造影剂均匀程度与所述血管长度相乘，得到所述修正血管长度。

进一步的，基于所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

基于所述变化区域确定所述背景区域中造影剂显影的微血管体积；

由所述微血管体积除以所述主干血管的血管横截面积，确定等效血管长度；

将所述等效血管长度与所述血管长度加权求和，得到所述修正血管长度。

进一步的，基于所述造影剂均匀程度和所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

使用所述造影剂均匀程度与所述血管长度相乘，得到第一修正血管长度；

基于所述变化区域确定所述背景区域中造影剂显影的微血管体积；

由所述微血管体积除以所述主干血管的血管横截面积，确定等效血管长度；

将所述第一修正血管长度与所述等效血管长度加权求和，得到所述修正血管长度。

本申请实施例还提供了一种血管中血流速度的确定装置，所述确定装置包括：

获取模块，用于在注入造影剂后获取初始造影图像以及目标造影图像；其中，所述初始造影图像的获取时间在造影剂充盈之前；

比较模块，用于比较所述初始造影图像和所述目标造影图像，确定造影剂流经血管的血管长度；

第一确定模块，用于确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或造影剂在背景区域中的微血管的显影情况；

修正模块，用于基于所述造影剂均匀程度和/或所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度；

第二确定模块，用于基于所述修正血管长度确定血流速度。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的一种血管中血流速度的确定方法的步骤。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的一种血管中血流速度的确定方法的步骤。

本申请实施例提供的一种血管中血流速度的确定方法及确定装置，根据造影图像中的造影剂浓度，确定主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或造影剂在背景区域中的微血管的显影情况，从而修正流经的血管长度，得到修正的血流速度。这样，能够减少因造影图像拍摄角度和血管走形或者血管分叉等情况导致的计算偏差，提高血流速度的评估精度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种血管中血流速度的确定方法的流程图；

图2示出了本申请实施例所提供的一种造影图像的示意图；

图3示出了本申请实施例所提供的一种血管中血流速度的确定装置的结构示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。

经研究发现，目前，基于造影的功能学评估技术中，确定血管流速最常用的方法是TIMI数帧法，即通过观察造影剂在造影图像流经的血管长度，并除以时间，计算得到血液的流速。示例性的，在第N

然而，受限于造影图像的拍摄角度和血管走形或者血管分叉等情况，造影图像中的血管情况与实际存在偏差。比如，上述示例中A点与B点之间的距离是通过二维图像计算得到的，该计算方法忽略了血管的实际走形可能是弯曲的，由于二维造影图像是三维血管沿拍摄角度的投影，所以一般而言，实际的三维血管的长度要长于造影图像上显示的长度。又比如，血管存在分叉，血液从上游流到下游，其实会经过很多血管分叉，这些分叉有可能在造影图像上能观察到，也有可能属于微血管而在造影图像上观察不到。但每经过一个血管分叉，理论上血液都会被分走一部分，血液流速会受到影响。综上所述，现有方法计算出的血流速度不准确。

基于此，本申请实施例提供了一种血管中血流速度的确定方法及确定装置，根据造影图像中的造影剂浓度，确定主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或造影剂在背景区域中的微血管的显影情况，从而修正流经的血管长度，得到修正的血流速度。这样，能够减少因造影图像拍摄角度和血管走形或血管分叉等情况导致的计算偏差，提高血流速度的评估精度。

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种血管中血流速度的确定方法的流程图。如图1中所示，本申请实施例提供的确定方法，包括：

S101、在注入造影剂后获取初始造影图像以及目标造影图像。

该步骤中，在注入造影剂后，使用造影成像设备将在初始时间节点获取的一帧造影图像作为初始造影图像，之后将在目标时间节点获取的一帧造影图像作为目标造影图像。初始造影图像的获取时间在造影剂充盈之前，初始造影图像以及目标造影图像的获取时间之间存在一定间隔。以冠脉造影为例，通过向冠脉血管中注射造影剂，然后通过X光显影造影剂，可以观察造影剂的流动情况，大致估计血液的流动情况。

S102、比较所述初始造影图像和所述目标造影图像，确定造影剂流经血管的血管长度。

请参阅图2，图2为本申请实施例所提供的一种造影图像的示意图。如图2所示，由于造影剂和不同人体组织的透光的程度的不同，因此在造影图像的表现也不同，该步骤中，可通过观察造影图像确定造影剂流动到的位置，进而通过比较两帧造影图像确定造影剂在造影图像上流经的长度；又因为造影图像与生理血管结构之间存在映射关系，因此可确定造影剂流经血管的血管长度。

S103、根据所述目标造影图像中的造影剂浓度，确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或背景区域中的微血管的显影情况。

需要说明的是，本申请实施例中的造影剂浓度指的是造影图像中显示出的造影剂浓度，而非造影剂注射时的医学含义上的浓度。这里，造影图像中显示出的造影剂浓度基于图像中像素点的灰度值确定，可将像素点的灰度值直接确定为对应位置的造影剂浓度，也可设置一定的映射关系将灰度值转换为对应位置的造影剂浓度。

该步骤中，可通过现有技术中的方法区分出造影图像中的主干血管区域和背景区域，例如血管分割模型。本申请实施例研究发现，造影图像中往往存在血管显影重叠和微血管无法观察到这两方面问题。

对于血管显影重叠问题，在主干血管区域，造影剂浓度较高的地方(图2中较暗的位置)，往往是因为血管弯曲沿投影方向走形，造成造影剂局部投影重叠，造影剂浓度不均匀。造影剂浓度可以反应血流的真实流经距离，所以结合造影剂浓度信息和血管的形态可以计算得到血管的真实长度，从而修正血流速度。

而对于微血管无法观察到的问题，如图2所示，除了主干血管区域，背景区域可见难以被血管分割模型区分出的部分微血管，同时也有很多微血管由于造影分辨率有限等原因无法在造影图像中表现出清楚的血管轮廓而不可见。但由于实际生理解剖结构中微血管分布极其密集，在注入造影剂后微血管的显影情况会表现为背景区域整体变灰。因此，造影剂浓度可以反应血流的真实流经区域，对于无法观察到具体直径的微血管，通过造影剂浓度在背景区域中的变化能够体现微血管的显影情况，估算出当前主干血管所带有的分支情况，从而更准确的估算出主干血管的流量变化，进而修正血流速度。

在一种可能的实施方式中，步骤S103中确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度，包括：

从所述目标造影图像中分割出所述主干血管区域；确定所述主干血管区域中所述流经血管对应的流经血管区域的平均造影剂浓度；将所述流经血管区域中最高的造影剂浓度与所述平均造影剂浓度的比值确定为所述造影剂均匀程度。

在具体实施时，可使用预先训练好的血管分割模型从目标造影图像中分割出主干血管区域；基于主干血管区域中每个像素点的灰度值确定每个像素点对应的造影剂浓度；之后，确定从初始造影图像到目标造影图像，造影剂流经血管对应的流经血管区域，进而确定流经血管区域的平均造影剂浓度；最后从流经血管区域中筛选出造影剂浓度最高的像素点，将该像素点的造影剂浓度与平均造影剂浓度确定为造影剂均匀程度k。因此，造影剂均匀程度与k的数值呈正相关；如果造影剂浓度完全均匀，则k＝1；如果造影剂浓度不完全均匀，则k>1。

进一步的，步骤S103中确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度，还包括：

根据所述流经血管区域中的造影剂浓度进行聚类，得到多个血管重叠部位；针对每个血管重叠部位，确定该血管重叠部位的造影剂浓度平均值与所述平均造影剂浓度的比值；对每个血管重叠部位对应的比值进行加权平均，得到所述造影剂均匀程度。

在具体实施时，考虑到主干血管上也可能存在多处重叠，因此可通过聚类算法对流经血管区域中的造影剂浓度进行聚类，得到多个血管重叠部位，并确定每个血管重叠部位的造影剂浓度平均值；再确定每个血管重叠部位的造影剂浓度平均值与流经血管区域整体的平均造影剂浓度的比值；最后，将每个血管重叠部位对应的比值进行加权平均，得到所述造影剂均匀程度。其中，每个血管重叠部位对应的比值的权重可结合该血管重叠部位的大小，涉及的血管数量等综合确定，公式可表示为：

式中，k表示造影剂均匀程度；w

在另一种可能的实施方式中，步骤S103中确定所述目标造影图像的背景区域中的微血管的显影情况，包括：

获取注入造影剂前的原始造影图像；从所述目标造影图像中分割出所述背景区域；比较所述背景区域和所述原始造影图像，从所述背景区域中筛选出图像灰度值变化超过预设阈值的变化区域；其中，所述变化区域用于表征造影剂在背景区域中的微血管的显影情况。

在具体实施时，同样可使用预先训练好的血管分割模型从目标造影图像中分割出背景区域；比较背景区域和注入造影剂前的原始造影图像，可从背景区域中筛选出图像灰度值变化超过预设阈值的变化区域，这一变化区域表征造影剂在背景区域中的微血管的显影情况。

S104、基于所述造影剂均匀程度和/或所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度。

S105、基于所述修正血管长度确定血流速度。

在一种可能的实施方式中，在仅基于造影剂均匀程度修正血管长度时，步骤S104中基于所述造影剂均匀程度，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：使用所述造影剂均匀程度与所述血管长度相乘，得到所述修正血管长度。

之后，可基于修正血管长度和初始造影图像以及目标造影图像之间的时间长度，确定血流速度。此时，血流速度的计算公式可表示为：

式中，k表示造影剂均匀程度；D表示血管长度；N

在第二种可能的实施方式中，在仅基于微血管的显影情况修正血管长度时，步骤S104中基于所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

基于所述变化区域确定所述背景区域中造影剂显影的微血管体积；由所述微血管体积除以所述主干血管的血管横截面积，确定等效血管长度；将所述等效血管长度与所述血管长度加权求和，得到所述修正血管长度。

在具体实施时，以冠脉血管为例，由于血管生在在心肌内，人体的心肌厚度基本一致，故将变化区域的面积与心肌厚度的乘积确定为背景区域中造影剂显影的微血管体积；微血管体积除以主干血管的血管横截面积，确定等效血管长度；将等效血管长度与血管长度加权求和，得到修正血管长度。

之后，可基于修正血管长度和初始造影图像以及目标造影图像之间的时间长度，确定血流速度。此时，血流速度的计算公式可表示为：

式中，α表示血管长度对应权重；β表示等效血管长度对应权重；V表示背景区域中造影剂显影的微血管体积；A表示主干血管的血管横截面积。

在第三种可能的实施方式中，在同时基于造影剂均匀程度和微血管的显影情况修正血管长度时，步骤S104中基于所述造影剂均匀程度和所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

使用所述造影剂均匀程度与所述血管长度相乘，得到第一修正血管长度；基于所述变化区域确定所述背景区域中造影剂显影的微血管体积；由所述微血管体积除以所述主干血管的血管横截面积，确定等效血管长度；将所述第一修正血管长度与所述等效血管长度加权求和，得到所述修正血管长度。

此时，血流速度的计算公式可表示为：

进一步的，在计算得到血流速度之后，可结合主干血管的血管横截面积计算血管流量Q，公式可表示为：

Q＝uA

其中，Q可以是整体的冠脉树的入口流量，也可以是部分血管的局部流量。

进一步的，在得到流量信息之后，还可以再更进一步计算得到FFR、IMR或其他功能学相关参数，因此本申请实施例确定出血流速度能够为后续的基于造影图像的相关分析提供更加可靠的血流动力学信息，间接提高其他功能学相关评估参数的精度。

本申请实施例提供的一种血管中血流速度的确定方法，包括：在注入造影剂后获取初始造影图像以及目标造影图像；其中，所述初始造影图像的获取时间在造影剂充盈之前；比较所述初始造影图像和所述目标造影图像，确定造影剂流经血管的血管长度；根据所述目标造影图像中的造影剂浓度，确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或背景区域中的微血管的显影情况；基于所述造影剂均匀程度和/或所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度；基于所述修正血管长度确定血流速度。

通过这种方式，根据造影图像中的造影剂浓度，确定主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或造影剂在背景区域中的微血管的显影情况，从而修正流经的血管长度，得到修正的血流速度。这样，能够减少因造影图像拍摄角度和血管走形或者血管分叉等情况导致的计算偏差，提高血流速度的评估精度和准确性。

请参阅图3，图3为本申请实施例所提供的一种血管中血流速度的确定装置的结构示意图。如图3中所示，所述确定装置300包括：

获取模块310，用于在注入造影剂后获取初始造影图像以及目标造影图像；其中，所述初始造影图像的获取时间在造影剂充盈之前；

比较模块320，用于比较所述初始造影图像和所述目标造影图像，确定造影剂流经血管的血管长度；

第一确定模块330，用于确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度和/或造影剂在背景区域中的微血管的显影情况；

修正模块340，用于基于所述造影剂均匀程度和/或所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度；

第二确定模块350，用于基于所述修正血管长度确定血流速度。

进一步的，所述第一确定模块330确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度，包括：

从所述目标造影图像中分割出所述主干血管区域；

确定所述主干血管区域中所述流经血管对应的流经血管区域的平均造影剂浓度；

将所述流经血管区域中最高的造影剂浓度与所述平均造影剂浓度的比值确定为所述造影剂均匀程度。

进一步的，所述第一确定模块330确定所述目标造影图像的主干血管区域中的造影剂均匀程度，还包括：

根据所述流经血管区域中的造影剂浓度进行聚类，得到多个血管重叠部位；

针对每个血管重叠部位，确定该血管重叠部位的造影剂浓度平均值与所述平均造影剂浓度的比值；

对每个血管重叠部位对应的比值进行加权平均，得到所述造影剂均匀程度。

进一步的，所述第一确定模块330确定所述目标造影图像的背景区域中的微血管的显影情况，包括：

获取注入造影剂前的原始造影图像；

从所述目标造影图像中分割出所述背景区域；

比较所述背景区域和所述原始造影图像，从所述背景区域中筛选出图像灰度值变化超过预设阈值的变化区域；其中，所述变化区域用于表征造影剂在背景区域中的微血管的显影情况。

进一步的，所述修正模块340基于所述造影剂均匀程度，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

使用所述造影剂均匀程度与所述血管长度相乘，得到所述修正血管长度。

进一步的，所述修正模块340基于所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

基于所述变化区域确定所述背景区域中造影剂显影的微血管体积；

由所述微血管体积除以所述主干血管的血管横截面积，确定等效血管长度；

将所述等效血管长度与所述血管长度加权求和，得到所述修正血管长度。

进一步的，所述修正模块340基于所述造影剂均匀程度和所述微血管的显影情况，对所述血管长度进行修正，得到修正血管长度，包括：

使用所述造影剂均匀程度与所述血管长度相乘，得到第一修正血管长度；

基于所述变化区域确定所述背景区域中造影剂显影的微血管体积；

由所述微血管体积除以所述主干血管的血管横截面积，确定等效血管长度；

将所述第一修正血管长度与所述等效血管长度加权求和，得到所述修正血管长度。

请参阅图4，图4为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图4中所示，所述电子设备400包括处理器410、存储器420和总线430。

所述存储器420存储有所述处理器410可执行的机器可读指令，当电子设备400运行时，所述处理器410与所述存储器420之间通过总线430通信，所述机器可读指令被所述处理器410执行时，可以执行如上述图1所示方法实施例中的一种血管中血流速度的确定方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1所示方法实施例中的一种血管中血流速度的确定方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。