способ прижизненной трехмерной визуализации атероматозного субстрата при облитерирующих поражениях артерий

Формула изобретения

1. Способ прижизненной трехмерной визуализации атероматозного субстрата при облитерирующих поражениях артерий, включающий ультразвуковое сканирование исследуемой артерии, получение серии двумерных внутрисосудистых изображений, выполнение синтеза объемных изображений с получением трехмерной реконструкции участка артерии в градации серого цвета, отличающийся тем, что полученное в градации серого цвета объемное изображение участка артерии подвергают цветному сегментированию с выделением местонахождения атероматозного субстрата, затем производят цветное сегментирование атероматозного субстрата с использованием гистограммы интенсивности яркости изображения с цветовым выделением участков различной плотности, выполняют синтез изометрического изображения участка артерии и путем отключения отображения сегментированных стенок и просвета участка артерии вычленяют объемное изображение атероматозного субстрата с выделенными цветом участками различной плотности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цветное сегментирование полученного в градации серого цвета объемного изображения участка артерии с выделением местонахождения атероматозного субстрата производят на нескольких кадрах из серии, а затем, при помощи интерполяционных алгоритмов, применяют ко всему объемному изображению.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что построение гистограммы интенсивности яркости изображения с цветовым выделением участков различной плотности производят на одном кадре с выраженным стенозирующим процессом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что цветное сегментирование атероматозного субстрата с использованием гистограммы интенсивности яркости изображения с цветовым выделением участков различной плотности проводят в автоматическом режиме.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что синтез изометрического изображения участка артерии выполняют при помощи программы для ЭВМ "мультимодальная рабочая станция MultiVox".

Описание изобретения к патенту

Изобретение представляет собой способ прижизненной трехмерной визуализации атероматозного субстрата при облитерирующих поражениях артерий. Данный способ может быть использован в рентгенологии, интервенционной кардиологии и радиологии, ангиологии и ангиотопоморфологии для изучения прижизненной морфологии сосудов, пораженных окклюзионно-стенозирующим процессом.

Известно, что для успешного выполнения операций в сосудистой хирургии, кардиохирургии, интервенционной кардиологии и радиологии необходимо точное представление о степени выраженности, распространенности и плотности окклюзионно-стенозирующего (атероматозного) субстрата в просвете артериальных сосудов. Знание этих параметров необходимо для решения вопроса о выполнимости тромбэндартерэктомии, для вынесения суждения о прогнозе дальнейшего течения заболевания, для определения показаний к имплантации стентов после баллонной ангиопластики, для профилактики эмбологенных осложнений с поверхности бляшки. Таким образом, знание топографии и пространственной конфигурации атероматозного субстрата (атероматозной бляшки) в просвете сосуда может оказать существенное влияние на результаты лечения.

Существуют различные способы исследования стенозированных артерий: рентгенологические (ангиография, сверхбыстрая компьютерная томография, ядерно-магниторезонансная ангиография), морфологические (макро- и микроскопическое исследование удаленных интраоперационно бляшек и резецированных участков артерий и секционных материалов), прямая визуализация (ангиоскопия), ультразвуковые (дуплексное сканирование, внутрисосудистое ультразвуковое исследование).

Контрастная ангиография (Sones F. M. et al.. Circulation, 1959; 20; 773-4) остается в течение длительного времени "золотым стандартом" для выявления клинически значимых поражений артериального русла. При этом способе контрастное вещество (урографин, ультравист, омнипак и др.) вводится в аорту или селективно в одну из артерий с использованием инвазивного доступа.

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет обнаружить ранние стадии атеросклеротического поражения артерий, не позволяет выявить увеличение размера бляшки до 40-45% за счет эффекта ремоделирования артерий, не дает информацию относительно поперечной структуры просвета сосуда. Площадь стеноза не может быть определена непосредственно, а только косвенно, путем сравнения диаметров пораженного и референсного сегментов. Ограничения ангиографии связаны с тем, что данный способ позволяет визуализировать только контуры внутреннего просвета сосуда.

Сверхбыстрая компьютерная томография (Achenbach S. et al., Herz, 1996; 21; 1-13) и магнитно-резонансная визуализация (Van der Wall et al.. Circulation, 1995; 92; 2723-39, Scheidegger M.В. et al., Herz, 1996; 21; 1-7) являются неинвазивными способами и позволяют не только получить информацию относительно пораженных сегментов сосудов, но и в ряде случаев представить пространственную трехмерную конфигурацию.

Вместе с тем, как и ангиография, эти способы не дают представления о состоянии стенки сосуда и атеросклеротической бляшки.

Ангиоскопия (Forrester J.S. et al., Circulation, 1987; 75; 505-13) позволяет достичь прямой визуализации внутреннего просвета сосуда и эндотелия, но также не дает информацию относительно строения стенки и характера атероматозной бляшки.

Морфологические исследования, в том числе макроскопическая оценка бляшки и микроскопическое изучение поперечных срезов артерии, позволяют получить наиболее полную информацию о характере атероматозной бляшки, однако не могут служить задачам дооперационной прижизненной диагностики.

Ультразвуковые способы позволяют получить информацию и о стенке сосуда, и о внутрипросветных наложениях, но не дают представления о трехмерной конфигурации патологического субстрата. При этом чрескожное дуплексное сканирование выполнимо только в некоторых сосудистых бассейнах (Pignoli P. et al. , Circulation, 1986; 74; 1399-406, Blankenhorn D.H. et al. Ultrasound Med. Biol, 1988; 14; 583-7). Внутрисосудистое ультразвуковое исследование (Hodgson J. McB. et al., Int. J. Card. Imaging, 1989; 4; 187-93, Mallery J. A. et al.,. Circulation, 1987; 76; IV371) позволяет получить изображения поперечных срезов сосуда с наиболее полной информацией относительно его стенки и атероматозной бляшки, однако, в ряде случаев достаточно трудно составить представление об их пространственных взаимоотношениях и длине поражения.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является способ трехмерной прижизненной визуализации атероматозного субстрата при облитерирующих поражениях артерий, включающий ультразвуковое сканирование исследуемой артерии, получение серии двумерных внутрисосудистых изображений, выполнение синтеза объемных изображений с получением трехмерной реконструкции участка артерии в градации серого цвета (Митьков В.В. Клиническое руководство по ультразвуковой диагностике, М.: ВИДАР, 1997, т. 4, с. 198-214).

Недостатком данного способа визуализации является выбор способов представления трехмерного изображения, не позволяющий наглядно показать форму и распространенность атероматозного субстрата (атероматозной бляшки). Кроме того, объемные изображения представляются в градации серого, что затрудняет оценку характера и плотности атероматозного субстрата. В связи с этим возникла необходимость в разработке усовершенствованного способа прижизненной трехмерной визуализации атероматозного субстрата.

Задачей настоящего изобретения являлось создание способа прижизненной трехмерной визуализации атероматозного субстрата при облитерирующих поражениях артерий. В данном способе на основе данных внутрисосудистого ультразвукового исследования производят построение трехмерной реконструкции участка артерии с последующим вычленением объемного прижизненного изображения атероматозной бляшки с цветным картированием участков различной плотности, что позволяет прижизненно получить информацию о морфологии и пространственной конфигурации атероматозной бляшки, а по полученному цветному изображению судить о ее структуре и плотности.

Данная задача решается настоящим изобретением.

Способ прижизненной трехмерной визуализации атероматозного субстрата при облитерирующих поражениях артерий по настоящему изобретению включает в себя ультразвуковое сканирование исследуемой артерии, получение серии двумерных внутрисосудистых изображений, выполнение синтеза объемных изображений с получением трехмерной реконструкции участка артерии в градации серого цвета. От указанного ближайшего аналога способ по настоящему изобретению отличается тем, что полученное в градации серого цвета объемное изображение участка артерии подвергают цветному сегментированию с выделением местонахождения атероматозного субстрата, затем производят цветное сегментирование атероматозного субстрата с использованием гистограммы интенсивности яркости изображения с цветовым выделением участков различной плотности, выполняют синтез изометрического изображения участка артерии и путем отключения отображения сегментированных стенок и просвете участка артерии вычленяют объемное прижизненное изображение атероматозного субстрата с выделенными цветом участками различной плотности.

Кроме того, цветное сегментирование полученного в градации серого цвета объемного изображения участка артерии с выделением местонахождения атероматозного субстрата предпочтительно производят на нескольких кадрах из серии, а затем, при помощи интерполяционных алгоритмов, применяют ко всему объемному изображению.

Дополнительно, построение гистограммы интенсивности яркости изображения с цветовым выделением участков различной плотности производят на одном кадре с выраженным стенозирующим процессом.

Кроме того, цветное сегментирование атероматозного субстрата с использованием гистограммы интенсивности яркости изображения с цветовым выделением участков различной плотности предпочтительно проводят в автоматическом режиме.

Синтез изометрического изображения участка артерии предпочтительно выполняют при помощи программы для ЭВМ "мультимодальная рабочая станция MultiVox".

На фиг.1 представлена серия снимков поперечных сечений исследуемого участка артерии.

На фиг.2 показана трехмерная реконструкция участка артерии, полученная в градациях серого цвета (проекция максимальной интенсивности).

На фиг.3 показано сегментирование кадра из серии, показанной на фиг.1, с выделением цветом стенки артерии.

На фиг.4 показано сегментирование кадра из серии, показанной на фиг.1, с выделением цветом стенки и просвета артерии.

На фиг. 5 показано сегментирование атероматозного субстрата на основе гистограммы интенсивности яркости изображения, с цветовым выделением участков различной плотности.

На фиг.6 (а, б) показано изометрическое изображение участка артерии.

На фиг. 7 (а, б, в) показано объемное изображение атероматозного субстрата с выделенными цветом участками различной плотности.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

На установках Oracle и Oracle In-Vision (фирма EndoSonics (Jomed)) или аналогичных им, получают двумерное внутрисосудистое ультразвуковое изображение, представляющее собой серию снимков поперечных сечений исследуемого участка артерии, посредством равномерного протягивания диагностического ультразвукового катетера внутри исследуемого сегмента сосуда с записью на S-VHS видеомагнитофон или CD-диск. Производится анализ полученной записи и выбирается участок для последующей обработки. Данный фрагмент записи вводится с помощью модуля оцифровки изображений в компьютер и обрабатывается при помощи программы для ЭВМ "мультимодальная рабочая станция MultiVox" (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ 2000610789, дата регистрации 24 августа 2000 г.) Производится синтез объемного изображения с получением трехмерной реконструкции исследуемого участка сосуда в градациях серого цвета. Далее в интерактивном режиме на нескольких кадрах из серии производится сегментирование объемного изображения - выделение контуров и поверхностей исследуемых структур (стенок и просвета сосуда) с окраской их псевдоцветами. Такое сегментирование позволяет выделить местонахождение атероматозного субстрата. Данные сегментирования в автоматическом режиме с помощью интерполяционных алгоритмов применяются ко всей серии, то есть распространяются на весь 3D-массив. В серии выбирается кадр с выраженным стенозирующим процессом, предпочтительно с разной плотностью атероматозного субстрата. На данном кадре производится построение гистограммы интенсивности яркости изображения с цветным картированием атероматозных бляшек различной плотности ("мягкие", фиброзные, кальцинированные) с целью подбора оптимальных пороговых значений интенсивности для данного больного. Далее производится автоматическое сегментирование атероматозной бляшки на основе подобранных пороговых значений гистограммы интенсивности. Синтезированный 3D-массив и сегментированные объекты с помощью программы для ЭВМ "мультимодальная рабочая станция MwtiVox" отображаются на экран монитора в виде изометрической проекции сосуда. После этого производится отключение отображения сегментированных объектов, не представляющих диагностический интерес (стенок и просвета сосуда). В результате остается трехмерное изображение атероматозной бляшки с цветовым выделением участков различной плотности и возможностью продольного вращения во всех плоскостях для анализа строения и характера распространения бляшки.

Пример.

Предложенный способ прижизненной трехмерной визуализации атероматозного субстрата был использован при изучении коронарных и периферических артерий во время диагностических исследований и рентгенохирургических операций, проводимых в связи с атеросклеротическими поражениями сосудов.

Примером использования предложенного способа является описание полученного трехмерного компьютерного изображения атеросклеротической бляшки в правой коронарной артерии. Исходные внутрисосудистые ультразвуковые данные, полученные, как это было описано выше, представляющие собой серию снимков поперечных сечений исследуемого участка артерии (фиг.1), вводятся в компьютер для обработки. Выполняется синтез объемного изображения с получением трехмерной реконструкции участка артерии в градациях серого цвета (фиг.2). На нескольких кадрах из серии производится сегментирование объемного изображения с окраской различными цветами стенки артерии (красный, фиг.3), просвета сосуда (синий. фиг.4). Данные сегментирования в автоматическом режиме распространяются на весь 3D-массив. Сегментирование атероматозной бляшки выполняется в автоматическом режиме на основе подобранных по гистограмме интенсивности значений яркости изображения - "мягкая" бляшка помечается желтым цветом, фиброзная - оранжевым, кальцинированная - коричневым, (фиг.5)). Синтезированный 3D-массив и сегментированные объекты с помощью средств программы для ЭВМ "мультимодальная рабочая станция MultiVox" отображаются на экран монитора в виде изометрической проекции участка артерии (фиг.6 а, б). После этого производится отключение отображения сегментированных объектов, не представляющих диагностический интерес (красного, черного и синего цветов в данном примере). Получившееся объемное цветное изображение атероматозной бляшки (фиг. 7 а, 6, в) оператор может произвольно поворачивать в различных плоскостях на любой заданный угол для получения наиболее информативных проекций.

Способ позволяет прижизненно получить информацию о морфологии и пространственной конфигурации атероматозного субстрата, а по полученному цветному изображению судить о его структуре и плотности.