ДИНАМИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ КОРОНАРНЫХ СОСУДОВ И ПЕРФУЗИИ МИОКАРДА Российский патент 2014 года по МПК A61B6/03 G06F17/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов и перфузии миокарда. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для сбора и динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов. Кроме того, настоящее изобретение относится также к компьютерному программному элементу, предназначенному для выполнения упомянутого способа, при исполнении в компьютере, и к компьютерно-читаемому носителю, на котором хранится упомянутый компьютерный программный элемент.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во время исследования сердца важно снабжать врача точными изображениями для облегчения процедуры. Обоснованным способом обеспечения изображений просвета сосуда является ангиография, при которой, после инъекции контрастного вещества (CA), получают последовательность изображений, например, с помощью рентгеновского излучения.

Существует несколько подходов к обеспечению изображений с высоким качеством изображения. Примером данного подхода является известная процедура цифровой субтракционной ангиографии (DSA), при которой первое изображение маски получают с использованием, например, рентгеновского излучения, и затем, например, после инъекции контрастного вещества в сосуды, подлежащие исследованию, получают контрастированное изображение. Вычитание изображения маски из контрастированного изображения предоставляет наблюдателю только релевантную информацию, которая составляет просвет сосуда, с формированием изображения, которое является более ценным для наблюдателя.

Так как сердце живого организма является подвижным объектом, то одиночные изображения обеспечивают моментальные снимки органа в течение разных фаз сердечного цикла. Кроме того, наблюдение распространения контрастного вещества в течение нескольких сердечных циклов позволяет представлять изображения разных стадий кровообращения (распространения CA), например, стадии коронарных артерий, перфузионной стадии и венозной стадии.

Собранная полезная информация может иметь низкий контраст, например, в течение перфузионной стадии, изображения могут быть зашумленными, и области интереса могут быстро перемещаться в зависимости от сердечного цикла. Кроме того, врачу, наблюдающему изображения или последовательности изображений, полученные во время исследования, возможно, было бы сложно сопоставлять информацию, собранную в течение разных стадий коронарных артерий кровообращения.

Возможно, следует иметь в распоряжении усовершенствованный способ или устройство для динамической визуализации высококачественных изображений, в частности изображений, содержащих информацию о состоянии коронарных сосудов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Упомянутые требования можно выполнить с помощью объекта изобретения в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения поясняются в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ динамический визуализации информации о состоянии коронарных сосудов, при этом способ содержит следующие стадии: собирают первые динамические данные о сердечной деятельности в течение первой стадии сердечной деятельности; собирают вторые динамические данные о сердечной деятельности в течение второй стадии сердечной деятельности; непрерывно визуализируют первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности в совмещенной форме представления изображения; причем первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности, соответствующие одной фазе в пределах сердечного цикла, визуализируют одновременно.

Иначе говоря, можно считать, что первый аспект настоящего изобретения основан на идее совмещения информации последовательности изображений, собранных в течение одной стадии сердечной деятельности, с последовательностью изображений, собранных в течение другой стадии сердечной деятельности. Совмещение или наложение последовательностей изображений выполняют таким образом, что изображения двух стадий сердечной деятельности, которые представляют информацию о сердце в разных сердечных циклах, но в соответствующих фазах, визуализируют одновременно. Например, с помощью совмещенных изображений разных сердечных циклов, можно установить связь информации о геометрии сосудов (артерий, а также вен) с информацией об орошении или перфузии мышцы.

Информацию о состоянии коронарных сосудов визуализируют динамически, что подразумевает, что исходные или обработанные данные визуализируют, например, на дисплейном устройстве типа экрана в виде последовательности изображений, например, в реальном времени. Информация о состоянии коронарных артерий может представлять собой данные, относящиеся к артериям сердца. Информация о состоянии коронарных сосудов может относиться к разным фазам сердечного цикла и может принадлежать разным стадиям кровообращения. Стадии кровообращения, отличающиеся от стадии коронарных артерий, можно выбирать и совмещать с исходными последовательностями. Визуализацию можно выполнять параллельно со сбором данных или, в альтернативном варианте, после сбора данных.

Сбор данных может представлять собой регистрацию и сохранение в памяти информации о сердце и его сосудах, при этом, в альтернативном варианте, упомянутый сбор данных может представлять собой выбор упомянутой информации из запоминающего устройства. В случае с регистрирующим устройством, возможно использование компьютерного томографа (CT) или любого рентгеновского устройства.

Сбор данных может осуществляться непрерывно по времени. Например, сбор данных можно начинать после инъекции контрастного вещества и/или, возможно, после сигнала запуска, получаемого, например, из электрокардиограммы (ЭКГ). Начальный момент сбора данных можно выбирать, например, с помощью ЭКГ или, в альтернативном варианте, с использованием ранее собранных данных. Начальный момент сбора данных можно выбирать как любой исходный момент, например, начало систолы. Затем сбор данных можно продолжать до тех пор, пока не пропадает видимость контрастного вещества, и, в дальнейшем, можно выделять или выбирать данные, содержащие информацию о первой и второй стадиях сердечной деятельности. В альтернативном варианте, сбор данных можно запускать таким образом, что регистрируется только первая стадия сердечной деятельности и вторая стадия, которые представляют интерес. Первая и вторая стадии сердечной деятельности могут быть получены в виде последовательности (когда они непрерывны во времени) или по отдельности. Полный сбор данных может продолжаться, например, в течение приблизительно 15 секунд.

Первая и вторая стадии сердечной деятельности не обязательно должны быть связаны, т.е. первая и вторая стадии не обязательно должны следовать одна за другой, между первой и второй стадиями может быть несколько дополнительных стадий.

Динамические данные о сердечной деятельности могут быть исходными или обработанными данными в двух пространственных измерениях и с одной временной координатой. То есть динамические данные о сердечной деятельности могут обеспечивать информацию о двумерных проекциях сердца, его окружающей среде и его сосудах. Кроме того, упомянутые данные содержат информацию о времени, и поэтому, состояние сердца и кровообращения может быть известно в разные моменты времени. Следовательно, можно визуализировать движение сердца.

Стадия сердечной деятельности может относиться к информации, касающейся событий, связанных с кровотоком, который имеет место во время распространения контрастного вещества, например, стадии коронарных артерий, перфузионной стадии и венозной стадии.

Сердечный цикл может относиться к полному циклу сердца, например, включающему в себя стадии систолы предсердий, систолы желудочков и полной диастолы сердца, составляющих периодически следующие циклы. Сердечные циклы можно определять, например, по сигналам ЭКГ, которые получают параллельно с данными о сердечной деятельности, при условии, что известно время инъекции. В альтернативном варианте, сердечные циклы можно определять или выделять из изображений, которые основаны на собранных данных о сердечной деятельности, например, посредством анализа выделенных признаков.

Сердечная фаза может относиться к состоянию сердца в заданный момент сердечного цикла. В фазе сердце находится в заданном положении.

Первые данные о сердечной деятельности являются данными, собранными в течение первой стадии сердечной деятельности. Вторые данные о сердечной деятельности являются данными, собранными в течение, по меньшей мере, сердечного цикла, который входит во вторую стадию сердечной деятельности. Первые и вторые данные о сердечной деятельности визуализируют непрерывно в совмещенной форме представления. В данном случае, непрерывно означает, что в представлении содержится координата времени. Примером непрерывного представления может быть «кинофрагмент» или представление в реальном времени, как изложено выше, причем в таком режиме, что последовательность двумерных изображений отображается с некоторой скоростью.

Совмещенная форма представления может быть представлением, при котором выполняют наложение двух последовательностей изображений. Представление можно осуществлять на дисплее или экране, например компьютерном мониторе. В совмещенной форме представления две последовательности изображений демонстрируются одновременно. Первые и вторые данные о сердечной деятельности можно дополнительно непрерывно визуализировать на дополнительных дисплеях, т.е. визуализировать наборы данных по отдельности.

В совмещенной форме представления первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности, соответствующие одной фазе в пределах сердечного цикла, визуализируют одновременно. Одновременность может подразумевать, что одиночные изображения последовательностей изображений, которые представляют двумерную проекцию сердца в одном и том же состоянии движения сердца, отображают в одно и то же время на одном и том же дисплее. Фаза может означать состояние движения сердца. Остаточное движение (обусловленное, например, дыханием), которое случилось между двумя моментами времени, соответствующими одной и той же фазе, можно компенсировать цифровыми методами, чтобы обеспечить достаточное совмещение изображений.

Посредством визуализации разных данных о сердечной деятельности в совмещенной форме представления, можно налагать, например, геометрию или топологию сосудов сердца на информацию о перфузии миокарда. Тем самым, можно облегчать, например, постановку диагноза таким пользователем, как врач. Когда, например, информация о топологии сосудов сердца отображается совместно с перфузионными данными, соответствующими одной и той же фазе движения сердца, то, возможно, проще визуально оценить, в надлежащей ли мере коронарные артерии снабжают кровью миокард, и в чем состоит возможная проблема перфузии. Кроме того, вышеописанный способ может облегчить оценку данных посредством обеспечения полезной высококонтрастной информации с низким уровнем шумов.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, первая стадия сердечной деятельности и вторая стадия сердечной деятельности являются соответствующей одной стадией из артериальной стадии, перфузионной стадии и венозной стадии информации о состоянии коронарных сосудов.

Например, первая стадия сердечной деятельности является артериальной стадией, и вторая стадия сердечной деятельности соответствует последовательности перфузионной стадии и венозной стадии. Стадия сердечной деятельности может означать период времени, в течение которого некоторое количество или объем крови, например, объем с инъецированным контрастным веществом, проходит некоторые стадии кровообращения. Примерами стадий сердечной деятельности являются артериальная стадия, перфузионная стадия и венозная стадия. После инъекции контрастного вещества в артерию контрастное вещество может определяться, например, в течение, приблизительно, 1,5 секунд в артериях тела, при этом данный период соответствует артериальной стадии. Продолжительность стадий зависит от количества или объема инъецированного контрастного вещества. После артериальной стадии объем крови с контрастным веществом может поступать в капиллярные сосуды и орошать мышцу или орган, подобный сердцу, что соответствует перфузионной стадии. Когда объем крови с контрастным веществом может обнаруживаться в венах, например, после выхода из органа, наступает венозная стадия. Возможны дополнительные разграничения стадий сердечной деятельности, в зависимости от их клинического проявления.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения, способ дополнительно содержит стадию определения переходного момента между первой стадией сердечной деятельности и второй стадией сердечной деятельности; при этом, первые данные о сердечной деятельности собирают до переходного момента; и вторые данные о сердечной деятельности собирают после переходного момента.

Переходный момент может быть моментом времени между стадиями сердечной деятельности. Данный момент может указывать время, когда может начинаться наложение. Например, переходный момент может быть моментом времени, когда закончилась артериальная стадия, и начинается перфузионная стадия. На практике могут возникать затруднения, так как возможно нечеткое разделение стадий сердечной деятельности. Например, коронарные артерии могут еще наблюдаться благодаря инъецированному контрастному веществу даже после начала перфузии. Таким образом, на практике, переходный момент может быть выбран таким образом, чтобы наложение и совмещенное представление данных из разных сердечных циклов начиналось по окончании артериальной стадии. Чтобы точнее разделять артериальную стадию с, например, перфузионной стадией, можно пропускать сердечные циклы между артериальной и перфузионной стадиями.

Переходный момент можно определять на основании критериев, основанных на анализе изображений, т.е. на основании собранных данных, или, в альтернативном варианте, переходный момент можно определять на основании физических параметров и исследований организма человека. Переходный момент можно определять и устанавливать для всех измерений или, в альтернативном варианте, можно определять для каждого измерения по отдельности.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, стадия непрерывной визуализации тех и других данных о сердечной деятельности в совмещенной форме представления начинается в течение второй стадии сердечной деятельности.

Непрерывную визуализацию обоих наборов данных начинают в течение второй стадии сердечной деятельности, например, перфузионной стадии. Например, первые данные о сердечной деятельности можно собирать в течение артериальной стадии и визуализировать, возможно, на первом дисплее. Затем, после начала второй стадии сердечной деятельности, данные, собранные в течение первой стадии сердечной деятельности, можно отображать на дополнительном втором дисплее вместе со вторыми данными о сердечной деятельности. Возможно, первые данные о сердечной деятельности или их часть отображают многократно, несколько раз, чтобы обеспечить подходящее наложение топологии сосудов подвижного сердца на процесс перфузии. Вторые данные о сердечной деятельности также можно дополнительно визуализировать на отдельном дисплее.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, по меньшей мере, какие-то одни из первых и вторых данных о сердечной деятельности собирают по внешнему сигналу.

Внешний сигнал может быть сигналом ЭКГ, получаемым, например, одновременно с динамическими данными о сердечной деятельности. В альтернативном варианте, внешний сигнал может быть любым сигналом, содержащим информацию о состоянии движения или текущей измеряемой фазе сердечного цикла.

Первые или вторые данные о сердечной деятельности собирают по внешнему сигналу. Данное условие может предполагать, что сбор данных можно запускать на основании информации, предоставляемой внешним сигналом.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, динамические данные о сердечной деятельности собирают в течение множества сердечных циклов, и первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности выбирают из собранных данных.

Например, сбор данных можно запускать или начинать в одно время с инъекцией контрастного вещества или через несколько секунд после инъекции. Затем собирают динамические данные о сердечной деятельности в течение нескольких сердечных циклов, которые вновь могут содержаться в нескольких разных сердечных стадиях. После или, предпочтительно, во время сбора данных, например, с помощью определения переходного момента, как пояснялось выше, можно сделать выбор, касающийся того, когда начинается вторая стадия сердечной деятельности. Данный выбор можно также выполнять с помощью сигнала ЭКГ, получаемого параллельно с данными о сердечной деятельности.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, по меньшей мере, какие-то одни из первых и вторых данных о сердечной деятельности выбирают на основании информации, содержащейся в собранных динамических данных о сердечной деятельности.

В качестве альтернативы выбору данных о сердечной деятельности по внешнему сигналу, данные о сердечной деятельности можно также выбирать на основании самих собранных данных, например, на основании периодических признаков, которые можно выделять из изображений, которые построены по собранным данным о сердечной деятельности.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, первые данные о сердечной деятельности соответствуют полному сердечному циклу с оптимальной видимостью коронарных артерий, и выбор вторых данных о сердечной деятельности основан на выбранных первых данных о сердечной деятельности.

Например, первые данные о сердечной деятельности могут быть последним сердечным циклом перед началом перфузионной стадии, и тогда вторые данные о сердечной деятельности могут быть остальной частью собранной последовательности, содержащей перфузионную стадию. Чтобы гарантировать пропадание из вида контрастного вещества, еще присутствующего в коронарных артериях, можно вводить сдвиг.

Выбор полного сердечного цикла с оптимальной видимостью коронарных артерий в качестве первых данных о сердечной деятельности может быть полезным решением. Например, если предполагается наложение топологии коронарных артерий сердца на перфузионные данные, то, может быть, важно обеспечить максимальную возможную видимость артерий. Кроме того, сбор данных и/или выбор полного сердечного цикла может быть важен потому, что в течение полного цикла представляется полное движение сердца, которое можно налагать несколько раз, например, в виде временной петли на перфузионные данные из вторых данных о сердечной деятельности. Возможно, предпочтителен выбор сердечного цикла с улучшенной или наилучшей видимостью коронарных артерий, например, в наполненном состоянии, когда сосуды наполнены объемом крови с контрастным веществом. Для ориентировочного выбора оптимального цикла можно выбрать последний цикл перед началом перфузионной стадии.

Выбор вторых данных о сердечной деятельности выполняют на основании выбранных первых данных о сердечной деятельности. Таким образом, можно, например, гарантировать, чтобы фаза в начале вторых данных о сердечной деятельности соответствовала фазе в начале первых данных о сердечной деятельности.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, способ дополнительно содержит стадию выполнения субтракции фона в течение первой стадии сердечной деятельности.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, способ дополнительно содержит стадию выполнения субтракции фона в течение второй стадии сердечной деятельности.

Субтракцию фона можно выполнять, например, с помощью цифровой субтракционной ангиографии (DSA) сердца. Как пояснялось выше, изображения маски можно получать перед инъекцией контрастного вещества, затем, после инъекции контрастного вещества в сосуды, подлежащие исследованию, можно получать контрастированное изображение. Субтракция изображений маски из контрастированных изображений может обеспечивать высокий контраст сосудов, наполненных контрастным веществом. Субтракция характерных признаков фона может давать, в результате, изображения, на которых намного лучше видны только коронарные артерии с инъецированным контрастным веществом и/или перфузия миокарда.

Первая стадия сердечной деятельности может составлять, например, один или несколько циклов, в течение которых видны артерии после инъекции контрастного вещества. В данном случае, первые данные о сердечной деятельности содержатся в артериальной стадии, и DSA сердца выполняют для формирования изображений, на которых можно видеть только контрастное вещество, инъецированное в артерии.

Вторые данные о сердечной деятельности могут относиться к изображениям, на которых показана доставка контрастного вещества в сердечную мышцу. В таком случае, вторая стадия сердечной деятельности может относиться к перфузионной стадии, и DSA сердца выполняют для формирования изображений, на которых видны только орошение или кровоснабжение мышцы.

Вычитание фона может быть существенной поддержкой и важным признаком способа, так как вычитание фона помогает существенно улучшить видимость сосудов и процессов в сердце, например, посредством усиления относительного контраста изображений.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, способ дополнительно содержит стадию вычисления пространственного соответствия между первыми данными о сердечной деятельности и вторыми данными о сердечной деятельности.

Между изображениями, основанными на первых данных о сердечной деятельности, и изображениями, основанными на вторых данных о сердечной деятельности, может возникать пространственный сдвиг. Пространственный сдвиг может возникать, например, из-за анатомических движений, подобных дыханию или движению пациента в целом.

Пространственное соответствие изображений предполагает, что, когда два изображения наложены в совмещенной форме представления, характерные признаки изображений, например, сосуды, находятся в одном и том же месте. Когда изображения визуализируют с обеспечением пространственного соответствия, характерные признаки находятся на одном участке дисплея. Например, когда визуализируют два идентичных изображения с обеспечением пространственного соответствия, данные изображения конгруэнтны между собой.

Один из возможных методов вычисления пространственного соответствия может состоять в оценке с использованием метода согласования блоков, например, на изображениях, полученных по динамическим данным о сердечной деятельности до стадии субтракции фона. После того как пространственный сдвиг обнаружен, его можно компенсировать.

В альтернативном варианте или дополнительно, в случае, если в обоих наборах собранных данных о сердечной деятельности присутствует инъекционный наконечник катетера, вычисление пространственного соответствия можно выполнять на основании упомянутого визуального ориентира.

Вычисление пространственного соответствия между первыми данными о сердечной деятельности и вторыми данными о сердечной деятельности обеспечивает более высокую точность определения положения сосудов типа коронарной артерии во время визуализации наборов данных о сердечной деятельности в совмещенной форме представления.

В соответствии с другим аспектом изобретения, предлагается устройство для получения и динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов, при этом устройство выполнено с возможностью выполнения вышеописанного способа.

Упомянутое устройство может содержать рентгеновский источник для испускания рентгеновского излучения, рентгеновский детектор для сбора, например, данных рентгеновского исследования органа, инъектор контрастного вещества для введения контрастного вещества в сосуды пациента, блок управления для управления, по меньшей мере, чем-то одним из рентгеновского источника, рентгеновского детектора и инъектора контрастного вещества, вычислительный блок для вычисления, например, субтракционных изображений и, по меньшей мере, один дисплей для непрерывной визуализации собранных данных в совмещенной форме представления.

В соответствии с другим аспектом изобретения, предлагается компьютерный программный элемент, который выполнен с возможностью выполнения вышеописанного способа динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов, при исполнении в компьютере.

В соответствии с другим аспектом изобретения, предлагается компьютерно-читаемый носитель с вышеописанным компьютерным программным элементом.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на разные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, по типу определяющие способ, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, по типу определяющие устройство. Однако специалист в данной области техники придет к выводу на основании вышеприведенного и последующего описания, что, если не заявлено иначе, то следует считать, что настоящая заявка предлагает любое сочетание признаков, принадлежащих предмету изобретения одного типа, а также любое сочетание признаков разных предметов изобретения, в частности, признаков из пунктов формулы изобретения, по типу определяющих устройство, и признаков из пунктов формулы изобретения, определяющих по типу способ.

Вышеописанные аспекты и дополнительные аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения можно получить из вариантов осуществления, описанных в дальнейшем. Ниже приведено подробное описание изобретения со ссылкой на примеры вариантов осуществления, которые, однако, не ограничивают изобретение.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1A - схематичный пример изображения, полученного с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением в течение перфузионной стадии сердечной деятельности.

Фиг. 1B - схематичный пример изображения, полученного с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением, в течение артериального притока контрастного вещества в сосуды сердца.

Фиг. 1C - схематичный пример наложенных изображений, полученных и визуализированных с помощью способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов в соответствии с одним примерным вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов в соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 4 - схематическое изображение устройства для динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов в совмещенной форме представления в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1A-1C представлены примерные моментальные снимки непрерывной формы представления, т.е. «кинофрагментов», данных, собираемых и визуализируемых с использованием способа в соответствии с изобретением. На фиг. 1A показано изображение на основе данных, собранных в течение перфузионной стадии сердца. Изображение, показанное на фиг. 1B, построено на основе данных, собранных во время артериального притока контрастного вещества в сосуды сердца, и изображение, показанное на фиг. 1C, представляет моментальный снимок непрерывно налагаемых изображений, показанных на фиг. 1A и фиг. 1B.

На фиг. 1A-1C можно видеть наконечник 7 катетера. Наконечник 7 катетера можно использовать для инъекции контрастного вещества в сосуды 9 сердца. Кроме того, наконечник 7 катетера можно использовать для медицинских процедур, возможно, хирургических операций. Местоположение наконечника 7 катетера является одинаковым на всех изображениях 1A-1C. Следовательно, наконечник 7 катетера можно использовать как полезный ориентир для вычисления пространственного соответствия между двумя изображениями, например, изображения 3, полученного в течение артериальной стадии, и изображения 1, полученного в течение перфузионной стадии. После получения или, возможно, уже во время получения, собранные данные о сердечной деятельности визуализируют по отдельности, как показано на фиг. 1A и 1B, и в форме представления совмещенного или наложенного изображения 5, как показано на фиг. 1C.

Если контрастное вещество инъекционно вводят в артерию, как показано на фиг. 1B, то можно собрать первый набор динамических данных о сердечной деятельности, соответствующий последовательности изображений, содержащей изображения, аналогичные изображению, показанному на фиг. 1B. Затем, в течение перфузии крови с контрастным веществом, можно собрать второй набор динамических данных о сердечной деятельности, соответствующий последовательности изображений, содержащей изображения, аналогичные изображению, показанному на фиг. 1A.

На фиг. 1A, можно наблюдать кровоснабжение мышцы 11 миокарда по мере того, как объем крови с контрастным веществом покидает сосуды и орошает окружающую ткань после артериальной стадии, показанной на фиг. 1B. На фиг. 1C визуализированы оба изображения с фиг. 1A и 1B в виде комбинированного совмещенного наложенного изображения 5, чтобы облегчить оценку, например, врачом состояния сердца и процессов в нем. В частности, для врачебной диагностики, существенной поддержкой является точное знание положения коронарных артерий относительно перфузионных структур.

Представление наложенного изображения 5 можно реализовать полутонами или в цвете, при этом два разных изображения 1 и 3, содержащихся в наложенном изображении 5, могут быть представлены в разных цветах.

На фиг. 2 представлена блок-схема последовательности операций способа динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов в соответствии с одним примерным вариантом осуществления изобретения. Собирают первые динамические данные о сердечной деятельности в течение первого сердечного цикла (стадия S1). В одно время со сбором или после сбора первых данных, собирают вторые динамические данные о сердечной деятельности в течение второго сердечного цикла (стадия S3). На последней стадии S5, первые динамические данные о сердечной деятельности и вторые динамические данные о сердечной деятельности непрерывно визуализируют в совмещенной форме представления, с одновременной визуализацией данных, собранных в течение разных сердечных циклов, соответствующих одной и той же фазе. Возможный результат визуализации на стадии S5 показан на фиг. 1C, при этом фиг. 1C представляет только моментальный снимок непрерывной визуализации.

На фиг. 3 представлена блок-схема последовательности операций способа динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов в соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, из которой можно вывести временные зависимости между некоторыми стадиями процесса. В примере, показанном на фиг. 3, способ применяют для измерения перфузионных процедур в сердечной ангиографии. Из собранных данных выделяют стадию коронарных артерий в течение артериальной стадии и налагают на перфузионные изображения, также основанные на собранных данных. Данный способ визуализации является значительной поддержкой, например, для врача, при решении им диагностической задачи, когда требуется оценить перфузионные зоны в связи с питающими артериями.

Когда, например, врач выполняет процедуры диагностической ангиографии сердца, врач должен визуально оценить, должным ли образом коронарные артерии орошают сердечную мышцу. Для этого врач должен сравнивать некоторые информации: во-первых, врач должен выполнить поиск возможных деформаций артерий, например стеноза, которые могут уменьшать доставку крови. Такое уменьшение можно наблюдать в течение артериальной стадии (в течение первых двух секунд) инъекции контрастного вещества, когда контрастное вещество постепенно наполняет рассматриваемую артерию. Кроме того, врач может также проверить, должным ли образом орошаются разные области миокарда. Данное наблюдение можно выполнять после артериальной стадии, в перфузионной стадии, когда контрастированная кровь мигрирует из коронарных артерий в сердечную мышцу. Затем врач должен установить зависимость между упомянутыми двумя наблюдениями: коронарных артерий и перфузионных структур миокарда. Некоторые стенозы не оказывают никакого влияния на орошение миокарда (например, потому, что для заместительного кровоснабжения служат некоторые коллатеральные сосуды) и, следовательно, не обязательно требуют вмешательства. И, наоборот, требуется подробно исследовать необъяснимые перфузионные утечки.

Примерный вариант осуществления, показанный на фиг. 3, может помогать врачу при решении данной последней задачи: установления связи между информацией о геометрии сосудов и информацией об орошении мышцы, посредством наложения, в течение перфузионной стадии, контрастированных коронарных вен на динамическое перфузионное изображение. Данный подход может быть полезен как для определения степени вмешательства, так и, в случае вмешательства, для контроля результата, подобно сравнению кровоснабжаемых зон во взаимосвязи с сосудами до и после вмешательства.

Способ в соответствии с примерным вариантом осуществления, показанный на фиг. 3, выдает, в результате, последовательность наложенных изображений коронарных артерий и перфузионных изображений, получаемых из ангиографической последовательности. Возможный моментальный снимок данной последовательности изображений показан на фиг. 1C.

Для получения упомянутого результата наложения коронарных артерий на перфузионные изображения способ в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения имеет следующую схему:

определяют коронарную стадию и перфузионную стадию (стадия S11), возможно, до или в течение сбора наборов динамических данных о сердечной деятельности. Момент времени между двумя стадиями именуется переходным моментом 6. Для выполнения нижеописанных вычислений, возможно, было бы полезно или необходимо знать, когда закончилась коронарная стадия (момент времени t_c) и когда началась перфузионная стадия (момент времени t_p). Возможно появление затруднения из-за нечеткого разделения упомянутых моментов: коронарные сосуды все еще видны после начала перфузии. t_c обозначает время исчезновения контрастированных коронарных сосудов, и t_p обозначает начало перфузии (t_c>t_p). Окончательное наложение начинается после t_c. Упомянутые два момента времени можно устанавливать на основании физических исследований (так как данные моменты зависят от анатомического процесса) и устанавливать раз и навсегда. В альтернативном варианте, для определения упомянутых пределов можно использовать критерии, основанные на анализе изображений.

Затем можно выполнять субтракцию фона в течение стадии коронарных артерий или артериальной стадии (стадия S13). В течение стадии коронарных артерий выполняют сердечную DSA, чтобы сформировать изображения, на которых видна только инъекция контрастного вещества. I(t) обозначает исходное изображение, известное также, как изображение 13 маски, и S(t) обозначает субтракционное изображение за вычетом соответствующего фона. Символ t указывает на временную зависимость динамического сбора данных. Субтракционные изображения 4 за вычетом фона, полученные в течение артериальной стадии, могут отображаться на отдельном первом дисплее 17, аналогично изображению, показанному на фиг. 1B.

За субтракцией фона может следовать выделение сердечного цикла с оптимальной видимостью коронарных артерий (стадия S15).

Для исполнения следующих стадий способа в соответствии с изобретением применим только полный сердечный цикл с контрастированными коронарными артериями. Сердечный цикл может быть задан по ЭКГ, или, в альтернативном варианте, сердечный цикл может быть выделен из изображения, например, посредством анализа некоторых выделяемых признаков.

Полезным решением может быть выбор сердечного цикла с хорошей или наилучшей видимостью коронарных артерий (наполненное состояние). В альтернативном варианте можно просто выбрать последний цикл перед началом перфузии (t_c). Можно также выбрать цикл с максимальным контрастом инъекции даже после того, как началась перфузия, при условии, что сосуды выделены из перфузии. Выбранный сердечный цикл 15 обозначен C_s.

Коронарные артерии можно также выделять из других полученных изображений или из изображений, полученных в других режимах. Когда коронарные артерии выделяют таким образом, в качестве дополнительной стадии применяют способы синхронизации перфузионного изображения с коронарными артериями.

В течение перфузионной стадии можно выполнять дополнительную субтракцию фона (стадия S17). Данную стадию можно выполнять параллельно, т.е. одновременно с субтракцией фона в течение стадии коронарных артерий, или, по времени, позднее. Например, сердечную DSA можно выполнять в течение перфузионной стадии, что дает, в результате, изображения S(t), на которых можно видеть только перфузию. На фиг. 3, изображения за вычетом контрастного вещества обозначены как изображения 13 маски. Субтракционные изображения 2 за вычетом фона, полученные в течение перфузионной стадии, могут отображаться на первом дисплее 17 аналогично изображению, показанному на фиг. 1A.

Дополнительная возможная стадия заключается в вычислении временного соответствия между изображением коронарных сосудов и перфузионным изображением (стадия S19). С данной целью, может быть выделено изображение I_Cs(t) коронарных сосудов, соответствующее стадии сердечной деятельности, относящейся к рассматриваемому перфузионному изображению I(t). Так как в данных фазах положение сердца является одинаковым, коронарные артерии будут находиться в одинаковом пространственном положении. Чтобы найти наилучшее согласование для I(t) во время C_s, можно воспользоваться, например, сигналом ЭКГ или периодическими признаками, выделенными из изображения.

Другая возможная стадия, которая может выполняться после вычисления временного соответствия, заключается в вычислении пространственного соответствия между изображением коронарных сосудов и перфузионным изображением (стадия S21).

Между изображениями I_Cs(t) и I(t) может возникать пространственный сдвиг вследствие анатомических движений, например, дыхания и общего движения пациента. Данные движения можно дополнительно оценивать и компенсировать. Оценку можно выполнять с использованием метода согласования блоков, например, на несубтракционных изображениях I_Cs(t) и I(t). Данная стадия обеспечивает более высокую точность определения местоположения коронарных артерий.

В альтернативном или дополнительном варианте, присутствие инъекционного наконечника катетера как на артериальной, так и на перфузионной стадиях может служить ориентиром при вычислении пространственного соответствия. Точное согласование между данными двумя стадиями означает также, что инъекционный наконечник должен быть приведен точно в соответствие между стадиями. Данное свойство можно использовать для обеспечения или поддержки точного пространственного согласования.

На последней стадии, коронарные артерии, видимые на I_Cs(t), налагают на «подвижное», т.е. динамическое перфузионное изображение I(t) и, в предпочтительном варианте, отображают (стадия S23). Если, например, перфузия на субтракционном изображении S_Cs(t) отсутствует, то в изображения S(t) можно вводить цветной вариант S_Cs(t). Если на S_Cs(t) можно видеть начало перфузии, то сосуды можно выделить до стадии S23 наложения.

Результат наложения, предпочтительно, отображается на втором дисплее 19, рядом с первым дисплеем 17, на котором отображается «динамическое» изображение. Таким образом, врач может свободно доверять результату наложения и пренебрегать им, если сомневается в его релевантности. Пример результата наложения представлен на фиг. 1C.

На фиг. 4 приведено схематическое изображение устройства 21 для динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов в совмещенной форме представления, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Устройство 21 содержит рентгеновский источник 23 для испускания рентгеновского излучения, рентгеновский детектор 25 для сбора, например, данных рентгеновского исследования органа, инъектор 27 контрастного вещества для введения контрастного вещества в сосуды пациента, блок 29 управления для управления рентгеновским источником 23, рентгеновским детектором 25 и инъектором 27 контрастного вещества, вычислительный блок 31 для вычисления, например, субтракционных изображений, первый дисплей 17 для непрерывной визуализации изображений 3, полученных в течение артериальной стадии, а также для непрерывной визуализации изображений 1, полученных в течение перфузионной стадии, и второй дисплей 19 для непрерывной визуализации изображений 5 в совмещенной форме представления. Как показано на фиг. 4, дисплеи 17, 19 могут быть разбиты на несколько дополнительных дисплеев или зон отображения. Кроме того, может быть несколько первых дисплеев 17 и несколько вторых дисплеев 19.

Следует отметить, что термины «содержащий» («comprising», «including») и т.д. не исключают другие элементы или стадии, и единственное число, обозначенное неопределенными артиклями единственного числа в оригинале, не исключают множественного числа. Кроме того, можно объединять элементы, описанные в связи с разными вариантами осуществления. Следует также отметить, что позиции в формуле изобретения нельзя интерпретировать в смысле ограничения объема притязаний формулы изобретения.

СПИСОК ПОЗИЦИЙ

1 Изображение в перфузионной стадии

2 Субтракционные изображения за вычетом фона в течение перфузионной стадии

3 Изображение в течение артериальной стадии

4 Субтракционные изображения за вычетом фона в течение перфузионной стадии

5 Наложенное изображение

6 Переходный момент

7 Наконечник катетера

9 Сосуды сердца

11 Миокард

13 Изображения маски

15 Изображения с выбранным сердечным циклом

17 Первый дисплей

19 Второй дисплей

21 Устройство

23 Рентгеновский источник

25 Рентгеновский детектор

27 Инъектор контрастного вещества

29 Блок управления

31 Вычислительный блок

S1 Сбор первых динамических данных о сердечной деятельности в течение первого сердечного цикла

S3 Сбор вторых динамических данных о сердечной деятельности в течение второго сердечного цикла

S5 Непрерывная визуализация наборов данных в совмещенной форме представления

S11 Разграничение стадии коронарных сосудов и перфузионной стадии

S13 Субтракция фона в течение артериальной стадии

S15 Выделение сердечного цикла с оптимальной видимостью коронарных артерий

S17 Субтракция фона в течение перфузионной стадии

S19 Вычисление временного соответствия

S21 Вычисление пространственного соответствия

S23 Наложение и визуализация изображений

Изобретение относится к способам и устройствам динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов. Способ включает этапы получения первых динамических данных о сердечной деятельности в течение первой стадии сердечной деятельности, во время которой контрастное вещество определяют в первой области, получения вторых динамических данных о сердечной деятельности в течение второй стадии сердечной деятельности, во время которой контрастное вещество определяют во второй области. Способ далее включает непрерывное визуализирование первых данных о сердечной деятельности и вторых данных о сердечной деятельности в совмещенной форме представления, которое представляет как первую, так и вторую области с контрастным веществом. Первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности, соответствующие одной фазе в пределах сердечного цикла, визуализируют одновременно. Стадия сердечной деятельности определяет период времени, в течение которого некоторое количество или объем крови с инъецированным контрастным веществом проходит некоторые стадии кровообращения. Причем первая стадия сердечной деятельности является артериальной стадией и вторая стадия - перфузионной стадией сердца. Устройство включает рентгеновский источник и детектор, вычислительный блок, а также компьютерно-читаемый носитель с программным элементом, выполненный с возможностью осуществления способа динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов. Использование изобретения позволяет улучшить динамическую визуализацию информации о состоянии коронарных сосудов. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов, при этом способ содержит следующие стадии:
получение первых динамических данных о сердечной деятельности в течение первой стадии сердечной деятельности, во время которой контрастное вещество определяют в первой области;
получение вторых динамических данных о сердечной деятельности в течение второй стадии сердечной деятельности, во время которой контрастное вещество определяют во второй области;
непрерывное визуализирование первых данных о сердечной деятельности и вторых данных о сердечной деятельности в совмещенной форме представления, которое представляет как первую, так и вторую области с контрастным веществом;
причем первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности, соответствующие одной фазе в пределах сердечного цикла, визуализируют одновременно,
причем стадия сердечной деятельности определяет период времени, в течение которого некоторое количество или объем крови с инъецированным контрастным веществом проходит некоторые стадии кровообращения,
причем первая стадия сердечной деятельности является артериальной стадией и вторая стадия сердечной деятельности является перфузионной стадией сердца.

2. Способ по п.1, в котором первая стадия сердечной деятельности и вторая стадия сердечной деятельности являются соответствующей одной стадией из артериальной стадии, перфузионной стадии и венозной стадии информации о состоянии коронарных сосудов.

3. Способ по п.2, дополнительно содержащий стадию определения переходного момента между первой стадией сердечной деятельности и второй стадией сердечной деятельности;
при этом первые данные о сердечной деятельности получают до переходного момента; и
причем вторые данные о сердечной деятельности получают после переходного момента.

4. Способ по одному из пп.2 и 3,
в котором стадия непрерывной визуализации обоих данных о сердечной деятельности в совмещенной форме представления начинается в течение второй стадии сердечной деятельности.

5. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, одни из первых и вторых данных о сердечной деятельности собирают по внешнему сигналу.

6. Способ по п.1, в котором динамические данные о сердечной деятельности получают в течение множества сердечных циклов; и
при этом первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности выбирают из собранных данных.

7. Способ по п.6, в котором, по меньшей мере, одни из первых и вторых данных о сердечной деятельности выбирают на основании информации, содержащейся в полученных динамических данных о сердечной деятельности.

8. Способ по п.6, в котором первые данные о сердечной деятельности соответствуют полному сердечному циклу с оптимальной видимостью коронарных артерий; и при этом выбор вторых данных о сердечной деятельности основан на выбранных первых данных о сердечной деятельности.

9. Способ по п.1, дополнительно содержащий выполнение субтракции фона в течение первой стадии сердечной деятельности.

10. Способ по п.1, дополнительно содержащий выполнение субтракции фона в течение второй стадии сердечной деятельности.

11. Способ по п.1, дополнительно содержащий вычисление пространственного соответствия между первыми данными о сердечной деятельности и вторыми данными о сердечной деятельности и их компенсацию.

12. Устройство для получения и динамической визуализации информации о состоянии коронарных сосудов, при этом, устройство содержит:
- рентгеновский источник (23) для испускания рентгеновского излучения;
- рентгеновский детектор (25), выполненный с возможностью сбора первых динамических данных о сердечной деятельности в течение первой стадии сердечной деятельности, во время которой контрастное вещество определяют в первой области, и выполненный с возможностью сбора вторых динамических данных о сердечной деятельности в течение второй стадии сердечной деятельности, во время которой контрастное вещество определяют во второй области;
- вычислительный блок (31), выполненный с возможностью непрерывного совмещения первых и вторых данных о сердечной деятельности, и
- дисплей (31) для отображения представления упомянутого совмещения, которое отражает как первую, так и вторую области с контрастным веществом,
причем первые данные о сердечной деятельности и вторые данные о сердечной деятельности соответствуют одной фазе в пределах сердечного цикла и визуализируются одновременно, и, причем, стадия сердечной деятельности определяет период времени, в течение которого некоторое количество или объем крови с инъецированным контрастным веществом проходит некоторые стадии кровообращения,
причем устройство подготовлено для осуществления способа в соответствии с одним из предыдущих пунктов и
причем первая стадия сердечной деятельности является артериальной стадией и вторая стадия сердечной деятельности является перфузионной стадией сердца.

13. Компьютерно-читаемый носитель с компьютерным программным элементом, подготовленный для осуществления способа в соответствии с одним из пп.1-11, при исполнении в компьютере.