專利名稱：測定解剖結構中應力的方法和裝置的制作方法
測定解剖結構中應力的方法和裝置本發明涉及用于測定解剖結構中應力的方法和裝置，特別但并不一定 涉及一種測定其中存在鈣化區域的腹主動脈的壁中應力的方法和裝置。各種血管疾病的醫學診斷和治療決策主要是以病變血管的解剖學和形態學、源自各種醫學圖像的信息為基礎。例如，腹主動脈瘤(AAA)(其是 腹主動脈的擴張并且在其破裂時通常直接導致死亡)的診斷和執行手術修 復的決策是以AAA的直徑為基礎。這通常在超聲和/或計算機斷層掃描血 管造影(CTA)圖像的基礎上進行測量。如果直接超過55mm通常執行介 入手術。然而，AAA在其直徑達到55mm之前破裂的比例小但有意義，并且相 當比例不能進行手術(例如由于心臟病)的患者逐步發展成具有直徑明顯 大于55mm (高達80mm)的非破裂AAA。因此可以看出直徑不是破裂風 險的精確指標。人們已經發現AAA的峰值壁應力是比AAA直徑更好的破裂風險指 標。眾所周知從CTA圖像可獲得AAA外壁的幾何結構，然后假設整個AAA 具有恒定物質屬性的等厚壁。然后，計算峰值壁應力，并測定AAA上這一 峰值壁應力的位置。這種已知方法具有的缺點在于其并不使用患者特異性的壁的物質屬 性和壁厚，這限制了所實現結果的精度。雖然同樣一直試圖將各種鈣化的 影響體現在血管壁中，但是該方法不能精確地表現鈣化的幾何結構。同樣， 由于鈣化一般具有復雜的形狀且相對于AAA的結構很小，因此對這些韓化 的精確幾何建模導致計算復雜的眾多模型。本發明優選各實施例試圖克服現有技術中的上述缺點。 根據本發明的一個方面，提供了一種測定解剖結構中應力的方法，該 方法包括
從解剖圖像數據中，基于具有第一范圍內硬度的所述結構，測定在所述結構內的多個位置處的各自第一應力值；測定多個第一所述位置，在所述位置處所述解剖結構的硬度在不同于 所述第一范圍的第二范圍內；以及測定在不同于所述各第一位置的多個第二所述位置處的各自第二應力 值，所述各自第二應力值表示考慮到在至少一個所述第一位置處具有所述 第二范圍內硬度的所述解剖結構所校正的各自所述第一應力值。通過在具有第一范圍內硬度的結構的基礎上計算第一應力值，然后對 考慮到不同于第一范圍的第二范圍內硬度的區域所校正的第二應力值進行 計算，這將能夠計算出患者特異性的第一應力值和更全面的第二應力值。 例如，在AAA的情形中，這將能夠根據第一硬度范圍計算出患者特異性的 第一應力值，然后根據考慮到各鈣化區域的更全面校正得到第二應力值。 這提供了將能夠與已知方法相比同樣精確但明顯更快地計算出主動脈壁的 應力的優勢。所述方法可使用有限元建模。所述方法可以是測定血管中壁應力的方法。各第二位置可對應于所述血管中的各鈣化區域。所述各位置可借助于體網格進行選擇。所述各第二應力值可借助于存儲器中存儲的各值進行測定。根據本發明的另一方面，提供了一種測定解剖結構中應力的裝置，所 述裝置包括至少一個處理器，用于從解剖圖像數據中，基于具有第一范圍內硬度的所述結構，測定在所 述結構內的多個位置處的各自第一應力值；測定多個第一所述位置，在所述位置處所述解剖結構的硬度在不同于 所述第一范圍的第二范圍內；以及測定在不同于所述各第一位置的多個第二所述位置處的各自第二應力 值，所述各自第二應力值表示考慮到在至少一個所述第一位置處具有所述 第二范圍內硬度的所述解剖結構所校正的各自所述第一應力值。至少一個所述處理器可適于使用有限元建模。所述裝置可適于測定血管中的壁應力。 各第二位置可對應所述血管中的各鈣化區域。 所述各位置可借助于體網格進行選擇。所述各第二應力值可借助于存儲器中存儲的各值進行測定。根據本發明的另一方面，提供了一種由計算機系統使用的數據結構， 用于測定解剖結構中的應力，所述數據結構包括第一計算機代碼，其可運行以便從解剖圖像數據中，基于具有第一范 圍內硬度的所述結構，測定在所述結構內的多個位置處的各自第一應力值;第二計算機代碼，其可運行以便測定多個第一所述位置，在所述位置 處所述解剖結構的硬度在不同于所述第一范圍的第二范圍內；以及第三計算機代碼，其可運行以便測定在不同于所述各第一位置的多個 第二所述位置處的各自第二應力值，所述各自第二應力值表示考慮到在至 少一個所述第一位置處具有所述第二范圍內硬度的所述解剖結構所校正的 各自所述第一應力值。所述數據結構可運行以使用有限元建模。所述數據結構可運行以測定血管中的壁應力。各第二位置可對應所述血管中的各鈣化區域。所述各位置可借助于體網格進行選擇。第三計算機代碼可運行以借助于存儲器中存儲的各值來測定所述各第 二應力值。現在將參照各幅附圖，僅通過舉例的方式而不具有任何限制意義地來 描述本發明的優選實施例，在附圖中
圖1是體現本發明的醫學成像裝置的示意圖；圖2是指示存在多個鈣化區域的腹主動脈瘤(AAA)的3D計算機斷層掃描血管造影(CTA)圖像采集的切片；圖3示出了圖2的AAA的自動分割出的AAA外壁幾何結構；圖4指示出在未考慮鈣化情況下AAA的峰值壁應力的圖示；以及圖5是在借助于體現本發明的方法所測定的AAA的壁中鈣化引入的壁應力圖示。
參照圖1，公開了體現本發明的醫學成像裝置2。裝置2包括位于圓形 框架8內用于支撐患者6的平臺4，所述圓形框架8具有對側成對的X線 源10和探測器12，用于對患者的心臟進行成像。支撐患者6的平臺4借助 于電機14沿箭頭A的方向傳送，源10、探測器12和電機14由計算機16 進行控制，計算機16還根據由源10和探測器12所獲得的圖像數據重建患 者心臟的三維模型。裝置2的這一方面操作是本領域技術人員所熟知的， 因此將不再贅述。參照圖2，示出了具有多個鈣化區域20的AAA 18的3D CTA圖像切 片。為了測定AAA18中的峰值壁應力，首先由計算機16自動分割出AAA 外壁幾何結構，以便借助于本領域技術人員熟習的一種或多種方法提供圖3 所示的圖像。然后通過假設圖3所示的AAA具有一致硬度來測定第一應力 值，并借助于有限元建模對布置在體網格上的若干位置計算壁應力。然后 這提供了如圖4所示的峰值壁應力的圖示。為了考慮到各鈣化區域20對壁應力的影響，在已經測定壁應力的每個 位置上測定應力的主要方向。正如本領域的技術人員將會意識到的，在借 助于有限元建模來測定壁應力中，應力的主要方向是表示應力張量的最大 特征向量的方向。然后測定各媽化區域的位置，以及為每個不對應轉化區域的位置，測 量在主應力方向上距最近鈣化區域的距離。這能夠將要在表格中存儲的各 預算值的基礎上來測定由各種類型的鈣化所引起的附加應力，并且如圖5 所示。使用該通用表格來計算第二應力值以考慮圖3和4所示布置中的鈣 化。本發明的過程具有這樣的優勢在標準計算機上幾小時內可執行基于 患者特異性有限元計算具有鈣化區的血管壁中的應力，由此所獲得的結果 與現存各種方法得到的結果一樣精確，但獲取卻快的多。本領域的技術人員將會意識到，已經僅通過舉例方式而沒有任何限制 性意義地描述了上述實施例，并且在不脫離如權利要求書所限定的本發明 范圍的情況下，各種變更和修改是可能的。
權利要求
1、一種測定解剖結構中應力的方法，所述方法包括從解剖圖像數據中，基于具有第一范圍內硬度的所述結構，測定在所述結構中多個位置處的各自第一應力值；測定多個第一所述位置，在所述位置處所述解剖結構的硬度在不同于所述第一范圍的第二范圍內；以及測定在不同于所述各第一位置的多個第二所述位置處的各自第二應力值，所述各自第二應力值表示考慮到在至少一個所述第一位置處具有所述第二范圍內硬度的所述解剖結構所校正的各自所述第一應力值。
2、 根據權利要求I所述的方法，其中，所述方法使用有限元建模。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述方法是測定血管中壁應力 的方法。
4、 根據權利要求3所述的方法，其中，所述各第二位置對應所述血管 中的各媽化區域。
5、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述各位置借助于體網格來測定。
6、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述各第二應力值借助于存儲 器中存儲的各值來測定。
7、 一種測定解剖結構中應力的裝置，所述裝置包括至少一個處理器， 其用于從解剖圖像數據中，基于具有第一范圍內硬度的所述結構，測定在所 述結構內的多個位置處的各自第一應力值；測定多個第一所述位置，在所述位置處所述解剖結構的硬度在不同于 所述第一范圍的第二范圍內；以及測定在不同于所述各第一位置的多個第二所述位置處的各自第二應力 值，所述各自第二應力值表示考慮到在至少一個所述第一位置處具有所述 第二范圍內硬度的所述解剖結構所校正的各自所述第一應力值。
8、 根據權利要求7所述的裝置，其中，至少一個所述處理器適于使用 有限元建模。
9、 根據權利要求7所述的裝置，其中，所述裝置適于測定血管中的壁 應力。
10、 根據權利要求9所述的裝置，其中，所述各第二位置對應所述血 管中的各鈣化區域。
11、 根據權利要求7所述的裝置，其中，所述各位置借助于體網格來 測定。
12、 根據權利要求7所述的裝置，其中，所述各第二應力值借助于存 儲器中存儲的各值來測定。
13、 一種由計算機系統所使用的用于測定解剖結構中應力的數據結構， 所述數據結構包括第一計算機代碼，其可運行以便從解剖圖像數據中，基于具有第一范 圍內硬度的所述結構，測定在所述結構內的多個位置處的各自第一應力值;第二計算機代碼，其可運行以便測定多個第一所述位置，在所述位置 處所述解剖結構的硬度在不同于所述第一范圍的第二范圍內；以及第三計算機代碼，其可運行以便測定在不同于所述各第一位置的多個 第二所述位置處的各自第二應力值，所述各自第二應力值表示考慮到在至 少一個所述第一位置處具有所述第二范圍內硬度的所述解剖結構所校正的 各自所述第一應力值。
14、 根據權利要求13所述的數據結構，其中，所述數據結構可運行以 使用有限元建模。
15、 根據權利要求13所述的數據結構，其中，所述數據結構可運行以 測定血管中的壁應力。
16、 根據權利要求15所述的數據結構，其中，所述各第二位置對應所 述血管中的各鈣化區域。
17、 根據權利要求13所述的數據結構，其中，所述各位置可借助于體 網格進行測定。
18、 根據權利要求13所述的數據結構，其中，所述第三計算機代碼可 運行以借助于存儲器中存儲的各值來測定所述各第二應力值。
全文摘要
公開了一種測定腹主動脈瘤中壁應力的方法。所述方法包括從解剖圖像數據中，基于具有基本一致硬度的主動脈，測定在壁上各位置處的各自第一應力值。測定那些位置處應力的主要方向，然后測定各鈣化區域(20)的位置。然后為每個不對應鈣化區域的位置測定距最近鈣化區域的距離，然后根據存儲器中存儲的各值來測定各鈣化區域所引起的附加應力。
文檔編號A61B6/00GK101400304SQ200780009199
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月9日 優先權日2006年3月17日
發明者M·布雷沃, S·德帕特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司