本發(fā)明涉及一種用于動脈造影的圖像處理系統(tǒng)以及應用在基于造影影像的動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化的快速測量系統(tǒng)，包括單位時間血流量與血流速度的準確、快速、無創(chuàng)計算，尤其涉及校準造影劑使用量不同對血流計算結果的影響。

背景技術：

交感神經(jīng)是植物性神經(jīng)的一部分，由中樞部、交感干、神經(jīng)節(jié)、神經(jīng)和神經(jīng)叢組成。交感神經(jīng)系統(tǒng)的活動比較廣泛，刺激交感神經(jīng)狀態(tài)變化如交感神經(jīng)興奮性提高，能引起腹腔內(nèi)臟及皮膚末梢血管收縮、心搏加強和加速、瞳孔散大、外周血壓升高等生理現(xiàn)象，因此，交感神經(jīng)的興奮性狀態(tài)在人體生理機能調(diào)節(jié)中占有重要地位。

現(xiàn)有技術中，比較典型的評價動脈交感神經(jīng)狀態(tài)如興奮性的方法有如下幾類：

電刺激法：參見參考文件1(Gal P,de Jong M R,Smit J JJ,et al.Blood pressure response to renal nerve stimulation in patients undergoing renal denervation:a feasibility study[J].Journal of human hypertension,2015,29(5):292-295.)Gal的臨床研究結果顯示，使用高頻電刺激腎動脈交感神經(jīng)的某些點位，可引起外周血壓迅速暫時性的升高，同時，血壓升高的程度與交感神經(jīng)興奮性存在緊密聯(lián)系。

神經(jīng)遞質(zhì)直接檢測法：參見參考文件2(Grassi G,Seravalle G,Brambilla G,et al.The sympathetic nervous system and new nonpharmacologic approaches to treating hypertension:a focus on renal denervation[J].Canadian Journal of Cardiology,2012,28(3):311-317.)交感神經(jīng)興奮時可分泌多種神經(jīng)遞質(zhì)，這些遞質(zhì)可以隨血液運輸?shù)街車h(huán)中，所以直接測定血漿中神經(jīng)遞質(zhì)水平是評價交感神經(jīng)興奮性的方法。交感神經(jīng)遞質(zhì)主要包括去甲腎上腺素、腎上腺素和多巴胺等。文件中Grassi等通過高效液相色譜法測血漿中去甲腎上腺素的水平來評價交感神經(jīng)的狀態(tài)(興奮程度)。

神經(jīng)遞質(zhì)間接檢測法：參見參考文件3(Esler M,Jennings G,Korner P,et al.Measurement of total and organ-specific norepinephrine kinetics in humans[J].American Journal of Physiology-Endocrinology And Metabolism,1984,247(1):E21-E28.)將稀釋至一定濃度的³H標記的去甲腎上腺素注射液注入體內(nèi)，待20min后血藥濃度趨于穩(wěn)定時，取靜脈血清測量血清中³H標記的去甲腎上腺素濃度，再根據(jù)特定公式計算可得血漿去甲腎上腺素的溢出率。Esler等指出正常人肺的去甲腎上腺素的溢出率占血漿去甲腎上腺素溢出率的40％，腎臟占17％，而高血壓患者中，肺部占33％，腎臟占22％。該研究表明，交感神經(jīng)興奮時，血漿去甲腎上腺素溢出率可以在一定程度上評估局部交感神經(jīng)的興奮情況。

電位檢測法：參見參考文件4(Vallbo A B,Hagbarth K E,Torebjork H E,et al.Somatosensory,proprioceptive,and sympathetic activity in human peripheral nerves[J].Physiological reviews,1979,59(4):919-957.)Vallbo等通過將直徑為0.2mm的鎢電極插入骨骼肌的神經(jīng)纖維中，來測定腓神經(jīng)或橈神經(jīng)等多單位的交感神經(jīng)節(jié)后纖維的動作電位，由此評估交感神經(jīng)興奮性。

上述方法盡管從不同角度給出了交感神經(jīng)興奮性的評估/測量方法，但其仍具有至少以下一種或多個技術缺陷：

(1)外周血壓調(diào)節(jié)受多種機制影響，電刺激腎動脈造成外周血壓變化具有不確定性(不唯一性)，而外周血壓測量誤差較大，無法為交感神經(jīng)興奮性提供定量評價。且電刺激法操作復雜、創(chuàng)傷較大，不適宜臨床檢測推廣。

(2)神經(jīng)遞質(zhì)直接的檢測易受到檢測方法的影響，只能粗略評估全身交感神經(jīng)興奮情況，無法定位某局部區(qū)域的交感神經(jīng)狀態(tài)；去甲腎上腺素的溢出率檢測對檢測技術要求較高，目前無統(tǒng)一的評價標準，且注射入人體內(nèi)的3H標記的去甲腎上腺素可抑制交感神經(jīng)的真實活性。同時需要強調(diào)的是，激素的分泌過程相對比較緩慢，無法實現(xiàn)交感神經(jīng)興奮性的快速評估/測量。

(3)交感神經(jīng)電位的檢測雖能直接反映交感神經(jīng)的活性，然而操作有創(chuàng)，不利于推廣應用。

(4)直徑變化法由于沒有考慮消融后腎血流速度的變化，故無法定量評估消融前后腎血流量的變化。

“血管單位時間血流量與血流速度的計算方法”(申請?zhí)?201510916119.8，申請日：2015.12.10)專利通過獲得目標血管造影感興趣區(qū)域的灰度擬合曲線并計算曲線下面積，實現(xiàn)了無創(chuàng)、快速計算血管血流量和血流速度。然而，血管造影影像中背景組織移動、背景噪聲和造影劑使用量不同等原因都會對擬合曲線的灰度變化量會產(chǎn)生相應影響，造成所計算的血流量和血流速度可能存在較大偏差。

本發(fā)明所述用于動脈造影的圖像處理系統(tǒng)及基于造影影像的動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化的快速測量系統(tǒng)在本發(fā)明人之前申請的“單位時間血流量與血流速度的計算方法”專利的基礎上進行了針對上述技術問題的創(chuàng)新和改進，實現(xiàn)了對存在背景組織移動和背景噪聲的血管造影影像進行優(yōu)化，并校正了造影劑使用量不同對結果的影響，顯著提高了分析結果的準確性和可重復性。

本發(fā)明所述的動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化快速測量系統(tǒng)，基于所述改進的血流量和血流速度計算方法，可以實現(xiàn)對兩個時間點動脈交感神經(jīng)狀態(tài)的變化進行快速測量，針對現(xiàn)有評估方法存在的技術和安全問題進行了創(chuàng)新和改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于動脈造影的圖像處理系統(tǒng)以及基于造影的動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化的快速測量系統(tǒng)，其目的在于，通過對動脈造影中的圖像進行圖像處理，獲得基于動脈造影影像計算的血流量和血流速度，對分布于動脈的交感神經(jīng)狀態(tài)變化提供了一種更為優(yōu)化的快速定量的測量系統(tǒng)及方法，以解決背景技術中提到的現(xiàn)有評估方法的局限性。

本發(fā)明用于動脈造影的圖像處理系統(tǒng)，包括X射線造影機、造影影像接收模塊、造影劑參數(shù)輸入模塊、圖像處理模塊，其中：

所述X射線造影機用于進行動脈造影以及對該動脈造影影像進行采集；

所述造影影像接收模塊用于接收X射線造影機傳出的影像并將該影像傳輸給圖像處理模塊；

所述造影劑參數(shù)輸入模塊用于校準由于造影劑使用量不同對感興趣區(qū)域內(nèi)灰度變化量的影響；所述圖像處理模塊包括影像提取模塊、配準模塊和灰度校準模塊，用于對所獲取的造影影像進行圖像處理。

所述的系統(tǒng)，所述圖像處理模塊對所獲取的造影影像進行圖像處理包括：

背景提取模塊，其用于接收原始造影影像，提取原始造影影像的背景影像，將原始造影影像與背景影像相減，獲得原始造影影像的減影影像；

配準模塊，其用于對減影影像進行圖像配準，跟蹤目標動脈血管始終位于感興趣區(qū)域內(nèi)；

灰度校準模塊，其用于接收造影劑的參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，結合整幅影像內(nèi)灰度變化量擬合出造影劑量和影像灰度變化量的正比關系并計算比例系數(shù)；所述灰度校準模塊還用于計算并擬合出感興趣區(qū)域內(nèi)灰度隨時間變化的擬合曲線，檢測擬合曲線上波峰與波谷的中點并定義為第一時間點，計算以第一時間點為中心的一個心動周期灰度變化量。

所述的系統(tǒng)，其中，通過圖像配準模塊將目標動脈血管定位在所圈定的感興趣區(qū)域內(nèi)，確定減影影像包含包括有目標動脈血管及其微循環(huán)灌注區(qū)域的感興趣區(qū)域,以避免目標動脈血管由于心跳或者呼吸的影響在不同時間點顯影于感興趣區(qū)域外面。

所述的系統(tǒng)，其中，所述灰度校準模塊進一步用于:選擇起始時間為造影劑進入感興趣區(qū)域之前，截止時間為造影劑完全充盈感興趣區(qū)域之后，計算每幀造影中感興趣區(qū)域內(nèi)的總灰度值，并根據(jù)灰度值擬合出灰度隨時間變化的灰度擬合曲線。

所述的系統(tǒng)，其中，所述圖像配準模塊進一步用于：接收兩個角度的造影影像序列，選擇兩個影像序列中造影劑最充盈的幀，對目標動脈血管進行輪廓分割，以該輪廓作為感興趣區(qū)域；使用兩個角度的分割結果三維重建；對三維重建后的結果進行多次旋轉(zhuǎn)或平移，使得每次三維血管反投影后的血管與對應幀影像中的目標動脈血管重合，記錄此時旋轉(zhuǎn)角度和平移距離，對該幀影像實施相應的旋轉(zhuǎn)和平移；使得變換后的目標動脈血管位于感興趣區(qū)域內(nèi)；

所述灰度校準模塊，還用于計算造影序列每幀影像感興趣區(qū)域內(nèi)灰度和，獲得所述灰度曲線。

所述的系統(tǒng)，其中，

圖像處理模塊接收造影劑參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，所述造影劑參數(shù)包括造影劑的濃度和推注速度，則造影劑使用量＝濃度*推注速度*灰度統(tǒng)計時間，所述灰度統(tǒng)計時間為整幅影像灰度變化曲線上灰度和首次下降的時間點到首次下降到最小灰度和的時間點，造影劑使用量為整幅圖像內(nèi)進入血管的造影劑量及未進入血管的造影劑量總和，圖像處理模塊結合整幅影像內(nèi)灰度變化量，擬合造影劑量使用量和影像灰度變化量的正比關系并計算比例系數(shù)。

所述的系統(tǒng)，其中，灰度校準模塊對整幅圖像中每一幀影像統(tǒng)計其所有像素的灰度和，擬合其隨時間變化的灰度曲線，計算灰度曲線上最大和最小灰度和的差值D1，結合造影劑使用量I1，計算造影劑量和影像灰度變化量的比例系數(shù)k，其中k＝I1/D1。

所述的系統(tǒng)，其中，所述灰度曲線的擬合公式為：

g(t)＝a₀+a¹t₁+a₂t²+…+a_ntⁿ，其中a₀，a₁，a₂，…a_n為擬合系數(shù)，t為時間；

所述灰度曲線的擬合公式進一步用于擬合感興趣區(qū)域內(nèi)灰度和隨時間變化的灰度曲線。

所述的系統(tǒng)，其中：

當所述灰度曲線為感興趣區(qū)域內(nèi)灰度變化曲線時，檢測所述灰度曲線波峰和波谷的中心點，當所述灰度曲線變化趨勢為下降且該中心點斜率為負時，定義所述中心點為第一時間點；當所述灰度曲線變化趨勢為上升且該中心點斜率為正時，定義所述中心點為第一時間點。

所述的系統(tǒng)，當動脈造影影像為腎動脈或肺動脈造影時：

1)所述背景提取模塊接收造影劑注入前的造影影像作為背景，對配準后的影像進行減影；

2)所述感興趣區(qū)域為造影中整個腎臟或肺部結構的一部分區(qū)域；

3)感興趣區(qū)域的獲得通過邊緣檢測技術對每幀影像中的腎臟或肺部結構進行跟蹤；或者手動圈定整個腎臟或肺部輪廓。

一種交感神經(jīng)狀態(tài)變化的快速測量系統(tǒng)，包括血流分析模塊、交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量模塊、以及如上任一所述的用于動脈造影的圖像處理系統(tǒng)，其中：

所述血流分析模塊用于根據(jù)以第一時間點為中心的一個心動周期[t1,t2]內(nèi)曲線g(t)的變化量A結合比例系數(shù)k，獲得對應的造影劑變化量，即一個心動周期血流量Q＝A*k，結合血管橫截面積，進一步獲得血流速度；

所述交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量模塊，在圖像處理模塊獲取第一時間段和第二時間段的造影影像后，血流分析模塊分別計算出兩個時間段的血管單位時間血流量和血流速度，該交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量模塊根據(jù)兩個時間段的血流量或血流速度變化評估動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化。

所述系統(tǒng)，其中，所述交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量模塊根據(jù)血流分析模塊結合第一時間段的血流量基線計算得出的第一時間段和第二時間段動脈血流量變化百分比，測量動脈的交感神經(jīng)狀態(tài)變化。

本發(fā)明所述的基于造影的動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化快速測量系統(tǒng)，包括X射線造影機、造影劑參數(shù)輸入模塊、造影影像接收模塊、圖像處理模塊、血流分析模塊和顯示模塊，其中：

所述X射線造影機用于動脈造影影像采集；

所述造影影像接收模塊通過局域網(wǎng)獲取X射線造影機傳出的影像；

所述造影劑參數(shù)輸入模塊用于校準由于造影劑使用量不同引起的血流分析誤差；

所述圖像處理模塊包括影像背景提取、影像配準和影像灰度校準，用于對所獲取的造影影像進行技術處理；

所述血流分析模塊將獲得的影像信息轉(zhuǎn)化為血流信息，由此測量動脈交感神經(jīng)的狀態(tài)變化；

所述血流分析模塊包含血流量分析和血流速度分析，分別是基于所述圖像處理模塊改進的血管單位時間血流量和血流速度計算方法；

所述改進的血管單位時間血流量的計算方法，該方法包括：接收原始造影影像，通過圖像處理提取背景影像，并對原始圖像減影得到減影影像；對減影影像進行配準；接收造影劑濃度和推注速度作為輸入?yún)?shù)，結合整幅影像內(nèi)灰度隨時間的變化量，確定造影劑使用量和灰度變化量的正比關系并計算比例系數(shù)；確定包含目標血管及其微循環(huán)灌注區(qū)域作為感興趣區(qū)域，計算并擬合出感興趣區(qū)域內(nèi)灰度隨時間變化的擬合曲線，確定擬合曲線波峰與波谷的中點，計算以該點為中心的一個心動周期內(nèi)灰度變化量，結合比例系數(shù)計算該灰度變化量對應的造影劑變化量擬合單位時間血流量；

所述改進的血管血流速度的計算方法，該方法包括：接收原始造影影像，通過圖像處理提取背景影像，并對原始圖像減影得到減影影像；對減影影像進行配準；接收造影劑的使用量作為輸入?yún)?shù)，結合整幅影像內(nèi)灰度變化量，確定造影劑使用量和灰度變化量的正比關系并計算比例系數(shù)；確定包含目標血管及其微循環(huán)灌注區(qū)域作為感興趣區(qū)域，計算并擬合出感興趣區(qū)域內(nèi)灰度隨時間變化的擬合曲線，確定擬合曲線波峰與波谷的中點，計算以該點為中心的一個心動周期內(nèi)灰度變化量，結合比例系數(shù)計算該灰度變化量對應的造影劑變化量擬合單位時間血流量；基于所述單位時間血流量及血管管腔面積，獲得所屬血管的血流速度；

所述顯示模塊用于人機交互并顯示系統(tǒng)分析結果，包括血流分析結果和動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化分析結果。

優(yōu)選的，所述動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量方法包括：接收兩不同時間段動脈造影影像，所述時間段分別為第一時間段和第二時間段；使用所述系統(tǒng)計算第一時間段和第二時間段動脈血流量及其變化量；基于第一時間段血流量計算動脈血流量變化百分比；以該百分比或血流量變化量快速測量動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化。

優(yōu)選的，所述改進的血管單位時間血流量和血流速度計算方法，相對于“單位時間血流量與血流速度的計算方法”專利引入了背景提取、造影劑使用量和灰度校準等技術創(chuàng)新點。其中背景提取將原造影影像與背景影像相減，獲得原造影影像的減影影像，能夠有效減少心臟、膈肌等組織的位移和背景噪聲對感興趣區(qū)域內(nèi)灰度變化的影響；結合造影劑使用和整幅影像的灰度變化量，獲得二者對應關系并計算比例系數(shù)，可以顯著校準由于造影劑使用量不同造成的血流量計算誤差。

優(yōu)選的，所述感興趣區(qū)域包括含有造影劑的主支血管及其微循環(huán)灌注區(qū)域。

優(yōu)選的，當影像為腎動脈或肺動脈造影時，所述感興趣區(qū)域包括整個腎臟或肺部結構，感興趣區(qū)域的獲得可以通過邊緣檢測技術對每幀影像中的腎臟或肺部結構進行跟蹤；或者手動圈定整個腎臟或肺部輪廓。

優(yōu)選的，所述圖像處理模塊通過圖像配準跟蹤目標血管始終位于感興趣區(qū)域內(nèi)。

優(yōu)選的，所述背景提取方法進一步包括：接收血管的X射線造影影像序列，使用形態(tài)學操作對影像進行背景提取。

優(yōu)選的，所述背景提取方法進一步包括：當影像為腎動脈或肺動脈造影時，使用造影劑未進入血管的影像作為背景進行減影。

優(yōu)選的，所述灰度擬合曲線變化趨勢為下降時，所述第一時間點為灰度擬合曲線斜率為負時波峰與波谷的中點；當所述灰度擬合曲線變化趨勢為上升時，所述第一時間點為灰度擬合曲線斜率為正時波峰與波谷的中點。

優(yōu)選的，所述方法進一步包括：選擇起始時間為造影劑進入目標血管之前，截止時間為造影劑完全充盈目標血管之后，接收造影劑參數(shù)(包括造影劑濃度和推注速度)作為輸入?yún)?shù)，結合整幅影像灰度變化量，確定造影劑使用量和灰度變化量的正比關系并計算比例系數(shù)，校準造影劑使用量不同對感興趣區(qū)域內(nèi)影像灰度變化量的影響。

優(yōu)選的，計算單位時間血流量時，僅僅計算感興趣區(qū)域的灰度變化量，排除了造影劑返流引起的計算誤差。

優(yōu)選的，基于造影劑對血流的替代關系，可獲得單位時間血流量。

優(yōu)選的，所述原始灰度變化曲線是由每幀減影影像中感興趣區(qū)域內(nèi)灰度直方圖計算得到的灰度值所做的原始數(shù)據(jù)曲線。

優(yōu)選的，通過接受心臟冠脈造影，獲得血管感興趣區(qū)域后，所獲得的血流速度可用于評價血管狹窄對血流速度的影響，或者后續(xù)計算狹窄血管血流儲備分數(shù)FFR值。

優(yōu)選的，通過接受基于有腫瘤區(qū)域的血管造影，獲得血管感興趣區(qū)域后，所獲得的單位時間血流量或血流速度可用于評估腫瘤治療前跟治療后供血的變化，以提示治療效果。

優(yōu)選的，通過接受動脈血管造影，獲得血管感興趣區(qū)域后，所獲得的血流速度可用于外周血管計算狹窄血管的壓力降或血流儲備分數(shù)(FFR)值。

本發(fā)明的有益效果在于，該技術方案提供了一種基于造影的動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化的快速測量系統(tǒng)，不僅達到了無創(chuàng)檢測，避免了電刺激動脈等測量方式的不安全性和神經(jīng)遞質(zhì)檢測的較大誤差，同時，該技術方案實現(xiàn)了對現(xiàn)有血流量和血流速度計算方法的優(yōu)化，修正了背景移動、噪聲和造影劑使用量引起的計算誤差，顯著提升了方法的準確性和可重復性。

附圖說明

圖1為動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化快速測量系統(tǒng)示意圖；

圖2為改進的單位時間血流量和血流速度計算方法示意圖；

圖3為灰度形態(tài)學“閉”操作示意圖，其中a為一維形態(tài)學示意圖，b為二維形態(tài)學示意圖；

圖4為冠狀動脈造影影像配準示意圖；

圖5為腎動脈X射線造影示意圖，左、中、右分別為造影劑未進入目標血管、造影劑進入部分血管、造影劑充盈目標血管影像；

圖6為包含目標血管及其灌注心肌的感興趣區(qū)域充盈時刻示意圖；

圖7為Doppler導絲法測得的不同心動周期內(nèi)血流速度變化曲線示意圖；

圖8為感興趣區(qū)域不同心動周期內(nèi)的原始灰度變化曲線和灰度擬合曲線示意圖；

圖9為單位時間血流量與血流速度計算原理示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖1-9，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供一種動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化的快速測量系統(tǒng)，包括X射線造影機、造影劑參數(shù)輸入模塊、造影影像接收模塊、圖像處理模塊、血流分析模塊、交感神經(jīng)狀態(tài)測量裝置和顯示模塊，其中：

所述X射線造影機用于進行動脈造影以及對該動脈造影影像進行采集；所述造影影像接收模塊通過局域網(wǎng)獲取X射線造影機傳出的影像并將獲取的影像傳輸給圖像處理模塊；所述造影劑參數(shù)輸入模塊用于校準由于造影劑使用量不同引起的血流分析誤差；所述圖像處理模塊包括背景提取模塊、配準模塊和灰度校準模塊，以對所獲取的造影影像進行圖像處理，并將處理后的影像傳輸給血流分析模塊；所述血流分析模塊將獲得的影像信息轉(zhuǎn)化為血流信息，該血流信息被用于評估動脈交感神經(jīng)的狀態(tài)；所述顯示模塊用于人機交互并顯示系統(tǒng)分析結果。

工作時，首先通過局域網(wǎng)從X射線造影機分別接受兩不同時間段的動脈造影影像并存入計算機，所述時間段為第一時間段和第二時間段，使用所述圖像處理模塊分別對兩時間段動脈造影影像處理，并將結果輸入血流分析模塊，獲得第一時間段和第二時間段的動脈單位時間血流量Q1和Q2；其次，交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量裝置計算Q1和Q2的差值ΔQ＝Q1-Q2；其次，交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量裝置第一時間段動脈單位時間血流量為基線，計算兩時間段動脈單位時間血流量變化百分比；再次，交感神經(jīng)狀態(tài)變化測量裝置以該血流量變化百分比或ΔQ對動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化進行快速測量。

實施例2

本發(fā)明提供一種改進的計算血管單位時間血流量及血流速度的方法，如圖2所示，具體包括如下步驟：首先，接收血管的X射線造影影像，并對該影像進行背景提取，使用原影像與背景相減得到減影影像，以減少其他人體組織結構顯影對灰度變化曲線的影響；其次，確定包含目標血管及其灌注心肌作為感興趣區(qū)域；其次，對減影影像進行圖像配準，跟蹤目標血管始終位于感興趣區(qū)域內(nèi)；其次，接收造影劑參數(shù)輸入模塊輸入的造影劑濃度和推注速度等作為輸入?yún)?shù)，結合整幅影像灰度變化量，確定造影劑使用量(造影劑使用量＝造影劑濃度*推注速度*灰度統(tǒng)計時間)和灰度變化量的正比關系并計算比例系數(shù)；計算并擬合出感興趣區(qū)域內(nèi)灰度隨時間變化的擬合曲線(優(yōu)選的，選擇起始時間位于造影劑進入感興趣區(qū)域之前，截止時間位于造影劑完全充盈感興趣區(qū)域之后)，獲得擬合曲線波峰與波谷中點作為第一時間點；其次，獲取以第一時間點為中心的一個心動周期擬合曲線灰度變化量A，根據(jù)比例系數(shù)，計算該灰度變化量所對應的造影劑變化流量，得出單位時間血流量；最后，結合血管管腔面積，獲得所述血管的血流速度V。

優(yōu)選的，背景提取可以使用灰度形態(tài)學操作“閉”?！伴]”操作作為一種圖像的形態(tài)學操作，以結構元B對原圖像A進行灰度處理，可以彌合原圖像中較窄的間斷和細長的溝壑，消除小的空洞，填補輪廓線中的斷裂，在本系統(tǒng)中用于填補血管顯影產(chǎn)生的“溝壑”，從而重建出背景影像。如圖3a所示，假設f(x)為影像一維掃描線上灰度在x軸分布，g(x)為結構元，g對f的閉操作可從幾何角度解釋為，從f的上表面向下推動結構元，g的任何部分所到達的最低值(灰度值由黑線變?yōu)榧t線)。在二維影像中，將圖像函數(shù)f(x,y)看成是一個三維表面，即影像灰度值可解釋為xy平面上的高度值，如圖3b中實色區(qū)域，經(jīng)結構元g(x,y)作用后，影像灰度分布部分變?yōu)殛幱皡^(qū)域。

需要強調(diào)的是，現(xiàn)有技術中的影像減影使用心動周期同相位減影，需要記錄造影劑進入感興趣區(qū)域前的至少一個心動周期，人工對比挑選出適合作為背景的多幀影像，并確保心動周期的每一時間點都有相應的背景影像，耗時較久且無法解決不隨心動周期變化的膈肌位移現(xiàn)象。

優(yōu)選的，圖像配準可以使用互信息作為測度解決造影影像動態(tài)配準的問題。醫(yī)學影像配準是指對一幅醫(yī)學影像尋求一種空間變換，使它與另一幅醫(yī)學影像的對應點在圖像上具有相同的空間位置，如圖4所示，對浮動圖像做變換，使之與參考圖像對齊，圖中兩條直線交叉點對應三幅影像同一坐標點。冠脈造影中，血管會隨著心跳或呼吸運動在影像上產(chǎn)生位移，因此目標血管段會在某些時間點移出感興趣區(qū)域外，應用配準技術可以將每一幀影像中目標血管段“固定”在同一位置，減少灰度統(tǒng)計誤差。而互信息是信息理論中一種有用的信息度量，可以看成一個隨機變量中包含的關于另一隨機變量的信息量(或一個隨機變量由于已知另一個隨機變量而減少的不確定性)。假設兩個隨機變量(X,Y)的聯(lián)合分布為p(x,y)，邊際分布分別為p(x),p(y)，互信息表示為：

基于互信息的圖像配準就是尋找一個空間變換關系，使得經(jīng)過該變換后兩幅圖像間的互信息達到最大，在醫(yī)學圖像領域多用于多模態(tài)醫(yī)學影像的配準，用于本系統(tǒng)時可解決冠脈造影中血管“從無到有”的動態(tài)配準。

優(yōu)選的，接收造影劑使用量對所得灰度變化量進行校準，以解決造影劑使用量不同對灰度變化產(chǎn)生的影響。需要強調(diào)的是，“血管單位時間血流量與血流速度的計算方法”(申請?zhí)?201510916119.8，申請日：2015.12.10)專利沒有考慮到造影劑用量對灰度變化量的影響，會引入造影劑使用量產(chǎn)生的計算不同誤差。

優(yōu)選的，所述方法僅僅計算感興趣區(qū)域的灰度變化量對應的造影劑變化量作為目標血管單位時間血流量，排除了造影劑返流引起的計算誤差。需要強調(diào)的是，由于血管供血心肌的范圍不同，供血心肌區(qū)域?qū)ρ盒枨罅?反映在造影劑需求量)有所差異，當心動周期中的某些時刻供血區(qū)域?qū)ρ旱男枨罅可儆谠煊皠┩谱⒘?，造影劑會出現(xiàn)返流，對血管內(nèi)血流量變化不產(chǎn)生作用，如果選擇整幅影像的灰度變化量計算灰度擬合曲線，會引入較大誤差，同時忽略供血區(qū)域?qū)ρ盒枨罅康牟顒e，造成灰度擬合曲線的變化趨勢與目標血管實際灰度變化趨勢不符，降低計算結果的準確性和可重復性。

優(yōu)選的，由三維定量測量的方法，得到血管管腔面積A，平均血流速度V＝Q/A。

需要指出的是，本實施例采用了一般血管造影情況下的灰度值變化為下降趨勢的情況進行了分析，即在所得到灰度擬合曲線為下降曲線的情況下，通過選擇該曲線斜率為負時波峰與波谷的中點為第一時間點，并以該第一時間點為中心計算一個心動周期擬合曲線的灰度變化量，同時選擇整段灰度擬合曲線的最大值為基線對灰度變化量進行校準。

然而，在某些造影影像中，造影劑充盈后灰度值比充盈前的灰度值大，上述灰度值變化為上升趨勢，即所得到灰度擬合曲線為上升曲線，此時，則需要檢測灰度擬合曲線中斜率為正時波峰與波谷的中點為第一時間點，并以該第一時間點為中心計算一個心動周期擬合曲線的灰度變化量，同時選擇整段灰度擬合曲線的最小值為基線對灰度變化量進行校準。

實施例3

X射線造影利用人體軟組織和造影劑對射線吸收程度的不同，在造影圖像上形成了血管和周圍組織之間的不同高對比度。造影圖像中每一個像素的顏色深度由灰度值表示，灰度值越大像素越亮。如圖5所示，血管在沒有打入造影劑之前(左)灰度值較高，無法從周圍軟組織中區(qū)分出來，打入造影劑之后(中)造影劑隨血流擴散，由于造影劑對射線的吸收能力更強，感興趣區(qū)域的灰度值隨之減小，血管顏色變深，造影劑充盈時(右)，幾乎可以看見腎臟所有動脈血管。

腎動脈X射線造影在進行減影之前，干擾組織與周圍背景對比度較大，同時影像噪聲較多，干擾組織的移動和背景噪聲引起的灰度變化會嚴重影響包含目標血管的感興趣區(qū)域內(nèi)灰度變化。

腎動脈X射線造影在進行減影之后，可以明顯看見干擾組織與周圍背景對比對下降，影像噪聲顯著降低，有效減小了干擾組織移動和背景噪聲引起的灰度變化對包含目標血管的感興趣區(qū)域內(nèi)灰度變化的影響。

如圖6所示，其示出了腎動脈的整體影像，為進行圖像校準，先對每一幀影像統(tǒng)計其所有像素的灰度和，擬合其隨時間變化的灰度曲線，計算灰度曲線上最大和最小灰度和的差值D1，結合造影劑使用量I1，計算造影劑使用量和影像灰度變化量的比例系數(shù)k，其中k＝I1/D1。

我們選擇腎臟結構作為感興趣區(qū)域，如白線所圈出的區(qū)域。隨著造影劑注入，腎動脈出現(xiàn)圖5所示過程，幾個心動周期之后造影劑被稀釋，感興趣區(qū)域灰度值升高。

每個心動周期內(nèi)平均血流速度大小近似，但不同時間段的選取對于計算平均血流速度有很大影響。如圖7所示，用Doppler導絲法直接測量的不同心動周期內(nèi)血流速度曲線。時間間隔相同的不同時間段T1和T2所求解出的平均血流速度相差很大，因此，為了確保計算值精確，優(yōu)選的選取整數(shù)個心動周期進行血流速度均值計算，如整數(shù)個心動周期。

如圖8所示，提取感興趣區(qū)域每一幀的灰度值，并擬合出感興趣區(qū)域灰度擬合曲線g(t)。例如，優(yōu)先選擇3個以上(即N>＝3)心動周期，起始時間為造影劑進入感興趣區(qū)域之前，并根據(jù)灰度值擬合出灰度擬合曲線g(t),所述擬合公式為多項式擬合：

g(t)＝a₀+a₁t¹+a₂t²+…+a_ntⁿ；其中a₀，a₁，a₂，…a_n為擬合系數(shù)，t為時間。

如圖9，求出感興趣區(qū)域灰度擬合曲線波峰與波谷的中點(t0,g(t0))，所述點確定為第一時間點。計算第一時間點前后分別二分之一心動周期[t1,t2]內(nèi)曲線g(t)的變化量A，結合比例系數(shù)k，獲得對應的造影劑變化量，即一個心動周期血流量Q＝A*k。

優(yōu)選的，當影像為腎動脈造影時，接受造影劑注入前的影像作為背景，對配準后的影像進行減影。

優(yōu)選的，當影像為腎動脈造影時，所述感興趣區(qū)域為整個腎臟結構，感興趣區(qū)域的獲得可使用邊緣檢測技術對每幀影像中的腎臟結構進行跟蹤；或者手動圈定整個腎臟輪廓。

實例4

接受兩個角度的造影影像，選擇兩個影像序列中造影劑最充盈的幀，對目標血管進行輪廓分割，以該輪廓作為感興趣區(qū)域。

優(yōu)選的，輪廓分割使用半自動分割方法，保證分割速度的同時可以人工校正計算機軟件分割失誤。

使用所述兩個角度的分割結果三維重建，對三維重建后的結果進行多次旋轉(zhuǎn)或平移，使得每次三維血管反投影后的血管與對應幀影像中的目標血管重合，記錄此時旋轉(zhuǎn)角度和平移距離，對該幀影像實施相應的旋轉(zhuǎn)和平移變換，使得變換后的目標血管位于感興趣區(qū)域內(nèi)。

優(yōu)選的，所述反投影角度為三維重建使用的造影角度。

計算造影序列每幀影像感興趣區(qū)域內(nèi)灰度和，獲得所述灰度曲線。

優(yōu)選的，此時管腔橫截面積為整段目標血管的平均管腔面積。

優(yōu)選的，使用實例4所述方法替代傳統(tǒng)圖像配準技術對目標血管進行跟蹤，有利于減少圖像配準插值等過程引起的灰度和形變誤差，并可提高計算單支血管血流量和血流速度的準確性。

本發(fā)明的創(chuàng)新點之一就在于，基于兩時間段的動脈交感神經(jīng)X射線造影影像對動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化進行測量，有效避免了電刺激動脈等評估方法存在潛在危險、可重復性差等問題，并解決神經(jīng)遞質(zhì)檢測法操作復雜、誤差較大等問題，實現(xiàn)了動脈交感神經(jīng)狀態(tài)變化的快速測量。對原始X射線造影影像使用形態(tài)學操作“閉”進行背景提取并減影，避免了利用心動周期同相位減影耗時較久且無法解決不隨心動周期變化的膈肌位移現(xiàn)象；接受造影劑參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，計算影像灰度變化量和造影劑量的比例系數(shù)對感興趣區(qū)域內(nèi)灰度變化量進行校正，避免了造影劑使用量不同對擬合曲線灰度變化量的影響；使用擬合曲線整個時間段內(nèi)灰度最大值(或最小值)為基線對歸一化變化量進行校準，避免了感興趣區(qū)域包含血管范圍的不同對擬合曲線灰度變化量的影響。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。