基于多源运动分析的X射线冠脉造影四维重建方法研究

Coronary 4D reconstruction from X-ray angiography is one of the important aspects for diagnosis of cardiovascular diseases in clinical practice. In this research, based on multiple motions analysis, by constructing time sequence correlation and spatial correspondence of X-ray coronary images, the influence mechanism to the coronary arterial extration from heartbeat, breath and overflow of contrast agent will be revealed, and the principle of automatic matching and dynamic reconstruction for the coronary arterial in the multi-view sequence contrastographic pictures will also be clarified. By breath-heartbeat inflenced coronary motion analysis, the periodic motion model is established for the timing synchronization of motion images in different views. By spatio-temporal correlation analysis and overflow motion detection of contrast agent, the extraction and structure identification of coronary artery are achieved. By energy back-projection synthesis model and time correlation analysis, the 4D reconstruction of coronary artery structure is attained. Related researches will provide the theoretical basis and technological method for coronary 4D reconstruction in the single plane, multi-plane and even rotational coronary angiography system. It has significance for improving X-ray angiography aided cardiovascular disease diagnosis, and lightening the radiation damage to patients and the treatment burden of doctors.

X射线冠脉造影四维重建可有效辅助医生进行冠心病的临床诊断与治疗。本项目以多源运动分析为切入点，围绕序列造影图像前后帧的时序关联与多视角图像中冠脉结构的空间对应两条主线，揭示心跳、呼吸及造影剂充溢等多源运动对冠脉提取的影响规律与机制，阐明多视角序列造影图像中冠脉自动匹配与动态重建的原理与方法。通过呼吸、心跳影响下冠脉运动分析，建立冠脉周期运动模型，实现不同角度运动图像的时序同步；通过时空关联与造影剂充溢运动检测，实现冠脉提取与结构识别；通过能量反投影合成重建模型以及时间轴上的关联分析，实现冠脉结构的四维重建。本项目的研究成果将为单平面乃至多平面、旋转造影系统中冠脉四维重建提供理论、方法与技术支持，对提高X射线冠脉造影在冠心病辅助诊疗中的效果，并降低对病人的辐射与医生的诊疗负担，具有重要的意义与价值。

血管造影术因其较高的空间分辨率和实时性已成为冠脉介入治疗的金标准。然而，造影图像无法直接提供冠脉的三维结构及运动信息，在治疗过程中，医生只能凭经验构想冠脉的空间结构，治疗过程费时费力且主观性强。由此，研究基于多源运动分析的X射线冠脉造影四维重建，为单平面乃至多平面、旋转造影系统中冠脉四维重建提供理论、方法与技术支持，对提高X射线冠脉造影在冠心病辅助诊疗中的效果，并降低对病人的辐射与医生的诊疗负担，具有重要的意义与价值。本项目重点突破了以下关键技术难题：.1）多视角序列造影图像间的时序同步；2）造影剂充溢阶段划分；3）冠脉序列图像增强；4）冠脉自动分割与中心线提取；5）指定冠脉结构中心线跟踪；6）冠脉结构三维重建；7）冠脉四维运动重建。.本项目申请国家发明专利6项，发表高水平SCI论文25篇，完成冠脉造影四维重建原型系统一套，成果成功在重庆维冠公司进行应用转化。