[发明专利]一种动脉粥样硬化斑块医学图像的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于医学技术领域，具体涉及一种动脉粥样硬化斑块医学图像的处理方法。

背景技术

近年来，对心脑血管疾病的研究表明，动脉粥样硬化斑块破裂和继发血栓形成才是急性冠状动脉综合症和脑卒中等血管疾病发生的主要原因，粥样斑块的稳定性与其组分、形态结构和斑块受力状况密切相关，逐渐形成了易损斑块(vulnerable plaque)的概念。从生物力学角度出发，目前已有的评估方式主要是肩部区域的应力值大小或者是斑块表面处受到血液动力学压力和剪切应力，当斑块不能抵抗上述应力而失效时，即认为是斑块破裂。

现有技术中，高精度增强核磁共振(MRI)成像技术的发展使得这些血管中可能的高危特征能够被很好地、无创伤地显像出来。最新的颈动脉成像技术已经使得分辨率达到300μm，同时黑血(Black-blood)技术也能精确的分辨管壁和整个斑块形状。使用不同的T2和T1加权扫描方法能够对斑块的不同成分进行成像，并已经和组织学数据做了比较。现在已经能够准确分辨和量化斑块的主要成分，例如：纤维帽，粥样脂质池和神经血管。目前也基本能分辨出钙化和血栓，还可以活体测量巨噬细胞的活性。最近，自动和半自动的影像分析工具也被开发出来，用以分割和量化斑块的成分。

然而，对于上述技术获得的高分辨率的粥样硬化斑块医学图像和上述技术对疾病的诊断结果等数据，尚未形成系统的分析、处理方法，导致大量的临床医学数据得不到分析，对医学研究造成不可估量的损失。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种动脉粥样硬化斑块医学图像的处理方法，以病人已获得的动脉粥样硬化斑块医学图像为基础，通过软件对临床医学数据进行分析和计算，辅助医学研究。

技术方案：一种动脉粥样硬化斑块医学图像的处理方法，主要包括以下步骤：

1)用交互式的方式进行血管壁、脂质池以及斑块三部分的半自动化分割，勾画出各自的轮廓线，记录坐标并输出文件；

2)读入坐标文件，在斑块的裂纹肇始处产生裂纹，进行疲劳裂纹扩展模拟分析，计算斑块破裂的寿命(plaque life，简称PL)；

3)结合已有病人样本，计算得出该病人动脉截面不同位置肇始裂纹的危险指数，绘制危险指数图；

其中，步骤2)中疲劳裂纹扩展模拟分析过程划分步骤进行，每一步采取相同的裂纹扩展步长Δa，某一步裂纹形态下的有限元分析后，依次提取应力裂纹尖端的应力强度因子，计算裂纹扩展方向，产生下一步的裂纹尖端，计算这一步裂纹扩展的时间，重建模并重划分网格，重复上述步骤直到斑块破裂；有限元分析中，裂纹尖端的一层单元采用奇异单元，其他位置采用四边形单元；提取应力强度因子采用的是商用软件自带的围道积分方法；计算裂纹扩展方向，采用最大切向法则公式，扩展角度的计算公式为：其中，θ是裂纹扩展角，K_I是裂纹的I型应力强度因子，K_II是裂纹的II型应力强度因子；裂纹扩展的时间ΔN_i，采用的公式为：其中，ΔN_i是裂纹扩展时间，Δa是裂纹扩展步长，C和m是疲劳常数，ΔK_i是第i步应力强度因子的变化；斑块破裂的寿命(PL)是由每一步的ΔN_i相加而成；所述步骤3)中，在病人动脉血管不同裂纹肇始位置的PL中，选取最小值得出该病人斑块的整体寿命(overall plaque life，简称OPL)；所有病人样本中OPL最大的定危险指数为1，以该病人的OPL除以所需计算病人的某处肇始裂纹后的PL，即得到所需计算病人该处危险指数(critical index，简称CI)值，即可绘制病人的危险指数图。

优选地，所述步骤1)中交互式的方式如下：分割之前，首先将彩色图像转换为灰度图像，对图像进行对比度拉伸以增加模糊边缘的能辨度；勾画轮廓时，利用Canny算子检测出外边缘，再利用边界跟踪算法将轮廓的坐标点按顺时针的顺序扫描出来，得到有序的轮廓点，已勾画部分的像素被设定为最低的0像素，对已勾画好的图像进行参数的开运算以消除人眼不易分辨的连通部分；对灰度图像进行二值化，轮廓以外的所有的像素都会被设定为白像素，再利用像素与图像边缘的连通性将轮廓外的白像素消除。