(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210591301.0 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号北京理工大 学 (72)发明人 陈端端　张薛欢　张栩阳　梁世超　 程国良　仰若水　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 专利代理师 李鹏 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/33(2017.01) G06T 7/62(2017.01)G06T 17/20(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G16H 50/50(2018.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多模态影像的血管易损斑块评估 方法 (57)摘要 本发明提供一种基于多模态影像的血管易 损斑块评估方法， 包括以下步骤： S1.基于IV ‑OCT 的血管内腔和外管壁自动分割； S2.形态学参数 自动提取； S3.二维快速力学计算； S4.血管三维 骨架线重建； S5.图像融合配准； S6.基于三维模 型的生物力学计算； S7.易损斑块评估模型构建。 本发明使用多模态影像数据， 构建了和斑块相关 的力学计算方法， 包括二维快速力学计算方法和 基于三维血管和斑块模型的力学计算方法。 并且 基于获得的关键形态学和力学参数构建了易损 斑块的评估模 型， 并确定了模型预测性能的评估 方法， 最终实现易损斑块的预测， 服务于血管疾 病临床治 疗， 减轻病人痛苦 。 权利要求书4页 说明书9页 附图5页 CN 114841991 A 2022.08.02 CN 114841991 A 1.一种基于多模态影 像的血管易损斑块评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.基于IV ‑OCT的血管内腔和外管壁自动分割； S2.形态学参数自动提取； S3.二维快速力学计算； S4.血管三维骨架线重建； S5.图像融合配准； S6.基于三维模型的生物力学计算； S7.易损斑块评估 模型构建。 2.根据权利要求1所述的一种基于多模态影像的血管易损斑块评估方法， 其特征在于， S1包括以下步骤： 首先需要对图像中的导管圆环和导丝伪 影进行去除； 将图像从直角坐标系转换为极坐 标系进行图像处理； 设平面内点A的直角坐标系 坐标为A(x,y)， 其对应极坐标系 坐标为( ρ, θ )， 转换公式如式(1)和式(2)； 在进行图像坐标转换时， 以图像中心即导管圆环中心为极坐标变换的原点， 使用最邻 近插值填补变换后无相 应值的像素点； 导管圆环 区域集中在图像上端， 根据该区域范围大 小将此区域灰度值取零， 从而去除导管圆环图像； 计算极坐标系 下每一列图像的灰度平均 值， 得到灰度平均值变化图， 其横坐标对应极坐标系下的列数， 纵坐标为平均灰度值； 灰度变化图中存在一个极小值区域， 根据图像特点， 经测试后可以确定灰度平均值的 阈值， 将小于该阈值的列的灰度值取零， 去除极坐标系中的导丝伪影； 去除导管圆环和导丝 伪影后， 极坐标图像进 行二值化， 然后使用开运算操作， 使得图像在去除孤立像素点的情况 下保证主 要形态结构不变， 最后将开 运算后的二 值化图像转换为灰度图像； 使用线性插值的方法， 选取断裂处两端最靠近转换中心的两点的坐标值作为插值起点 和终点， 得到断裂处的管壁的近似坐标值， 并用一段具有一定灰度值的线段连接断裂处， 使 管壁组织连续； 线性插值连接后， 极坐标图像的管壁上方区域即为管腔区域， 并且开运算后 该区域内灰度值为零； 管腔轮廓点即为极坐标下每列图像的第一个灰度值非零点， 依 次识 别并连接每列的轮廓点， 并将其转换回直角坐标系坐标， 得到内管腔 轮廓； 而后基于IV ‑OCT 中的中膜和外膜以及斑块的表征完成血管壁、 斑块和内管腔轮廓的标注， 为生物力学计算 提供模型基础。 3.根据权利要求1所述的一种基于多模态影像的血管易损斑块评估方法， 其特征在于， S2包括以下步骤： 基于IV‑OCT的自动分割结果， 并且获得轮廓的二维坐标； 血管管壁、 管腔和斑块相关的 形态学参数自动提取算法构建方法如下： 分别计算每层图像中的管壁、 管腔和斑块轮廓所 围成的真实面积， 其中管腔 轮廓对应管腔面积， 斑块轮廓对应斑块面积， 管壁轮廓所围成的 面积减去管腔面积为管壁面积； 在此基础上， 计算标准化管壁指数NWI， 其定义为管壁面积权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114841991 A 2除以管壁 面积与管腔面积之和的商， 如式(3)： 设定从轮廓中心均匀 发出180条射线， 射线之间间隔角度相同， 每条射线与管腔、 管壁 轮廓均有交点， 且交点间隔均匀； 同一条射线与管腔、 管壁的两个交点之 间的距离定义为管 壁厚度， 将该层的管壁 厚度值的最大值记为该层轮廓的最大管壁 厚度； 在斑块所在层， 每条 射线与斑块区域交于两点， 除斑块两端的端点以外， 两点之间的距离为斑块 厚度， 靠近中心 的第一个点与射线和管腔 轮廓交点的距离为纤维帽厚度； 将同一层斑块 厚度值的最大值记 为该层轮廓的最大斑块厚度， 将同一层 纤维帽厚度的平均值、 最小值分别记为该层轮廓的 平均纤维帽厚度和最小纤维帽厚度； 射线与斑块区域有两条切线， 切线与斑块区域仅有一 个交点， 两条切线所 形成的角度定义 为斑块角度； 即提取九个形态学特征， 包括管腔面积、 管壁面积、 NWI、 最大管壁厚度、 斑块面积、 最大 斑块厚度、 斑块角度、 最小纤维帽厚度和平均纤维帽厚度。 4.根据权利要求1所述的一种基于多模态影像的血管易损斑块评估方法， 其特征在于， S3包括以下步骤： 使用壳单元进行有限元计算， 壳单元是有限元分析中常用的计算模拟结构， 其在某一 个方向的尺度远小于其他方向， 且厚度方向的应力忽略； 数值模拟首先需要对模型 的结构 进行离散化处理， 采用结构化网格和非结构化网格对计算域进行划分， 在进行材料属 性的 设置时可以根据实际情况设置血管壁和斑块的材料属性为线弹性和超弹性材料； 在约束设 置时选择了位于管壁外周与两个垂 直工作轴即x方向、 y方向相交的四个交点的位置， 对x方 向上的两点设置其y方向位移及旋转量为0， 对y方向上的两点设置其x方向位移及旋转量为 0， 即该四点切向位移 为零而只有径向位移， 从而在保证其在有 管壁膨胀的情况下避免刚性 位移和旋转； 管壁与斑块的两个交界面分别为主面和从面， 两者之间定义相互作用为绑定 约束， 即两个面之间不存在相对位移， 使两个结构联合为一个整体； 在进行模拟之后， 获得 应力， 应变相关参数的分布。 5.根据权利要求1所述的一种基于多模态影像的血管易损斑块评估方法， 其特征在于， S4包括以下步骤： 基于C型臂获得的DSA影像包含了多个角度的信息， 而结合两个不同角度 的二维投影图像通过计算机视觉的方法进行反投影重建， 得到原始三维模型； 选择处于舒 张期末期的两个角度DSA影像的血管三维中心线提取包括三个主要步骤： 在两个角度的二 维DSA影像上分别提取中心线坐标、 利用极线匹配方法建立两个投影平面上中心线坐标的 点匹配关系、 使用最小二乘法求解基于二维匹配点构建的三维坐标变换矩阵得到三维坐 标。 6.根据权利要求1所述的一种基于多模态影像的血管易损斑块评估方法， 其特征在于， S5包括以下步骤： 根据获得的血管三维骨架线和基于IV ‑OCT分割得到的血管管腔、 管壁轮廓， 构建其空 间位置相互联系的关系， 将其结合得到患者特异性血管三维模型； 两个空间坐标系之间的 转换通过定义坐标点的空间位置、 建立旋转矩阵实现； 在进 行配准时， 首先根据起点和终点 标记之间的中心线长度和对应范围IV ‑OCT图像的层数， 对三维中心线上的点坐标进行插 值， 使点的数 目与层数相等， 即三维中心线上的点与IV ‑OCT图像一一对应； 对于每一层IV ‑权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114841991 A 3