或多種不透射線標記、光纖和扭轉絲。另外，探針尖端包括一種或多種數(shù)據(jù)收集子系統(tǒng)，諸如光束定向器、聲束定向器、壓力檢測器傳感器、其它變換器或檢測器以及前述的組合。
[0091]對于包括光束定向器的探針，光纖33與具有光束定向器的探針光通信。扭轉絲限定了其中設置光纖的孔。在圖1中，示出光纖33，而沒有包圍光纖33的扭轉絲。另外，探針30也包括形成導管的一部分的護套，諸如聚合物護套(未示出)。在OCT系統(tǒng)的情況下是干涉儀的樣品臂的一部分的光纖33光學上與示出的患者界面單元(PIU) 35聯(lián)接。
[0092]患者界面單元(PIU) 35包括適于接收探針30的一端并且光學上與探針30聯(lián)接的探針連接器。典型地，數(shù)據(jù)收集探針30是一次性的。基于正使用的數(shù)據(jù)收集探針的類型，PIU 35包括適合的接頭和元件。例如，組合OCT和IVUS數(shù)據(jù)收集探針需要OCT和IVUS PIU0PIU 35典型地也包括適于撤回扭轉絲的電機、護套和作為撤回程序的一部分設置在其中的光纖33。除了被撤回之外，典型地也通過PIU 35旋轉探針尖端。以這種方式，受試者10的血管可以縱向地或通過橫截面成像。探針30也可以用于測量特定的參數(shù)，諸如FFR或其它壓力測量。
[0093]進而，PIU 35與一個或多個血管內數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)40連接。血管內數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)40可以是OCT系統(tǒng)、IVUS系統(tǒng)、其它成像系統(tǒng)和前述的組合。例如，在探針是OCT探針的情況下，系統(tǒng)40可以包括干涉儀的樣品臂、干涉儀的參考臂、光電二極管、控制系統(tǒng)和患者界面單元。類似地，如另一個實例，在IVUS系統(tǒng)的情況下，血管內數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)40可以包括超聲信號生成和處理電路、靜噪濾波器、可旋轉接頭、電機和界面單元。在一個實施例中，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)40和血管造影系統(tǒng)20具有配置為使血管造影視頻幀時間戳記和OCT圖像幀時間戳記同步的共享時鐘或其它定時信號。
[0094]除了圖1的侵入性和非侵入性圖像數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和設備之外，可以收集關于受試者的區(qū)域25和受試者的感興趣的其它參數(shù)的各種其它類型的數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)收集探針30可以包括一個或多個壓力傳感器，諸如例如壓力線。壓力線可以在沒添加OCT或超聲組件的情況下使用。沿受試者10的區(qū)域25中的血管的片段可以獲得壓力讀數(shù)。
[0095]可以通過有線連接或通過無線連接轉發(fā)這種讀數(shù)。如血流儲備分數(shù)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)45中所示，無線收發(fā)器47配置為接收來自探針30的壓力讀數(shù)和將它們發(fā)送到系統(tǒng)以生成FFR測量或沿測量的血管的更多位置。也可以使用一個或多個顯示器82來示出血管造影數(shù)據(jù)幀、OCT幀、用于OCT和血管造影數(shù)據(jù)的用戶界面以及感興趣的其它控制和特征。
[0096]血管內圖像數(shù)據(jù)(諸如使用數(shù)據(jù)收集探針30生成的血管內數(shù)據(jù)幀)可以被路由到通過PIU 35與探針聯(lián)接的數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)40。使用血管造影系統(tǒng)22生成的非侵入性圖像數(shù)據(jù)可以被發(fā)送至、儲存到以及由一個或多個服務器或工作站(諸如配準服務器50、工作站87)處理。視頻幀抓取設備55 (諸如配置為捕獲來自系統(tǒng)22的血管造影圖像數(shù)據(jù)的計算臺)可以用在各種實施例中。
[0097]在一個實施例中，服務器50包括存儲器70中儲存并且由處理器80執(zhí)行的一個或多個配準軟件模塊60。服務器50可以包括用于基于處理器的計算服務器的其它典型的組件?；蛘吒鄶?shù)據(jù)庫(諸如數(shù)據(jù)庫90)可以配置為接收生成的圖像數(shù)據(jù)、受試者的參數(shù)以及由圖1中示出的一種或多種系統(tǒng)設備或組件生成、接收或傳遞至數(shù)據(jù)庫90的其它信息。雖然數(shù)據(jù)庫90示出為與服務器50連接，同時儲存在工作站87處的存儲器中，但這僅是一個示例性配置。例如，軟件模塊60可以在工作站87處的處理器上運行，并且數(shù)據(jù)庫90可以位于服務器50的存儲器中。提供用于運行各種軟件模塊的設備或系統(tǒng)作為實例。在各種組合中，本文中描述的硬件和軟件可以用于獲得圖像數(shù)據(jù)幀，處理這種圖像數(shù)據(jù)以及配準這種圖像數(shù)據(jù)。
[0098]如本文中另外指出的，軟件模塊60可以包括諸如預處理軟件的軟件、變換、矩陣和用于處理圖像數(shù)據(jù)或響應于患者觸發(fā)的基于其它軟件的組件，以促進由基于其它軟件的組件60進行的對不同類型的圖像數(shù)據(jù)的配準或以其他方式實施這種配準。
[0099]數(shù)據(jù)庫90可以配置偽接收和儲存血管造影圖像數(shù)據(jù)92，諸如由血管造影系統(tǒng)20生成和由服務器50的幀抓取器55獲得的圖像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫90可以配置為接收和儲存OCT圖像數(shù)據(jù)95，諸如由OCT系統(tǒng)40生成和由服務器50的幀抓取器55獲得的圖像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫90可以配置為接收和儲存諸如圖14中示出的血管造影表和諸如圖15中示出的配準表。
[0100]另外，受試者10可以通過一個或多個電極與一個或多個監(jiān)控器(諸如例如監(jiān)控器49)電聯(lián)接。監(jiān)控器49可以包括但不限于配置為生成與心功能相關和示出受試者的各種狀態(tài)(諸如心臟收縮和心臟舒張)的數(shù)據(jù)的心電監(jiān)護儀。了解心臟時相可以用于輔助跟蹤血管中心線，因為甚至在不同的心臟周期內，包括冠狀動脈的心臟的幾何形狀在某個心臟時相時幾乎相同。
[0101]因此，如果血管造影數(shù)據(jù)跨越幾個心臟周期，，相同心臟時相處的血管中心線的一級匹配可在整個撤回過程中輔助跟蹤中心線。另外，由于心臟收縮期間發(fā)生心臟的大多數(shù)運動，預期血管運動在心臟收縮周圍較大，并且朝著心臟擴張而減幅。這向一個或多個軟件模塊提供數(shù)據(jù)，顯示連續(xù)的血管造影幀之間預期的運動量。預期運動的知識可以由一個或多個軟件模塊使用，以通過允許基于預期運動的適應性約束來改善跟蹤質量和血管中心線質量。
[0102]使用或不使用在給定圖中示出方向的箭頭并不旨在限制或要求信息可以流動的方向。對于給定的連接器，諸如示出為連接圖1中示出的元件的箭頭和線，例如，信息可以在一個或多個方向流動，或僅在適合于給定實施例的一個方向上流動。連接可以包括各種適合的數(shù)據(jù)傳輸連接，諸如光學、有線、電力、無線或電連接。
[0103]此外，在一個實施例中，雖然示出FFR數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)45具有適合于無線發(fā)送和接收信息的無線系統(tǒng)47，但圖1中示出的其它系統(tǒng)和組件也包括諸如系統(tǒng)47的無線系統(tǒng)，并且可以無線發(fā)送和接收信息。
[0104]一個或多個軟件模塊可以用于處理從血管造影系統(tǒng)(諸如圖1中示出的系統(tǒng)22)接收的血管造影數(shù)據(jù)幀。在本發(fā)明的給定實施例中可以使用各種軟件模塊，各種軟件模塊可以包括但不限于軟件、其組件或基于軟件的或處理器執(zhí)行的方法的一個或多個步驟。
[0105]這種軟件模塊的實例可以包括但不限于視頻處理軟件模塊、預處理軟件模塊、圖像文件大小減小軟件模塊、導管去除軟件模塊、陰影去除軟件模塊、血管增強軟件模塊、斑點增強軟件模塊、高斯拉普拉斯濾波器或變換軟件模塊、導絲檢測軟件模塊、解剖特征檢測模塊、固定標記檢測軟件模塊、背景減除模塊、Frangi血管(vesselness)軟件模塊、圖像強度采樣模塊、移動標記軟件檢測模塊、迭代中心線測試軟件模塊、背景減除軟件模塊、形態(tài)學閉運算軟件模塊、特征跟蹤軟件模塊、導管檢測軟件模塊、底帽濾波器軟件模塊、路徑檢測軟件模塊、Dijkstra軟件模塊、維特比軟件模塊、基于快速行進方法的軟件模塊、血管中心線生成軟件模塊、血管中心線跟蹤模塊軟件模塊、Hessian軟件模塊、強度采樣軟件模塊、圖像強度疊加軟件模塊和本文中描述的其它適合的軟件模塊。圖1中示出的軟件模塊60可以包括前述軟件模塊和本文中描述的其它軟件模塊中的一種或多種。
[0106]圖像數(shù)據(jù)處理特征和示例性實施例
[0107]如圖4A和如4B中所示，概括了各種處理階段、步驟或軟件模塊以提供配準血管造影圖像數(shù)據(jù)和使用血管內成像技術(諸如OCT、IVUS或其它技術)獲得的圖像數(shù)據(jù)的過程的高水平的概況。在一個實施例中，在OCT或IVUS服務器或工作站上使用幀抓取器或其它數(shù)據(jù)捕獲設備捕獲血管造影數(shù)據(jù)幀。從成像模式實時捕獲圖像確保兩種來源彼此之間的精確的時間戳記。DICOM血管造影數(shù)據(jù)采集時間不可內在地校準以匹配OCT數(shù)據(jù)的定時。例如，可以通過用戶界面控制視頻軟件模塊，以將血管造影視頻呈送到幀抓取器，幀抓取器進而可以獲得和儲存具有時間戳記的單獨幀的血管造影數(shù)據(jù)。在一個實施例中，OCT數(shù)據(jù)和血管造影數(shù)據(jù)是由在相同計算機上平行運行并因此共享相同時基的兩個相應的過程作的日期戳記。
[0108]一但血管造影數(shù)據(jù)幀己被緩存或以其他方式儲存，在預處理階段期間可以修改每個儲存的幀。可以以像素為基礎應用各種矩陣，諸如卷積矩陣、Hessians和其它矩陣，以改變強度、去除或以其他方式修改給定的血管造影圖像幀。如本文中討論的，預處理階段有效地增強或修改或去除血管造影圖像的特征，以提高精確性、處理速度、成功率和之后處理階段的其它性質。
[0109]如圖4A中所示的，示出各種基于軟件的處理階段140。首先，在支持將這種幀與用另一種成像技術(諸如0CT、IVUS、其它技術及其組合)獲得的其它圖像數(shù)據(jù)配準的各種檢測和跟蹤階段之前，在預處理階段期間處理一幀或多幀血管造影圖像140a。下一階段是血管中心線確定或計算階段140b。如圖3的用戶界面中所示，由一個或多個軟件模塊生成血管中心線，并且血管中心線疊加或以其他方式相對于血管造影圖像顯示。
[0110]在一個實施例中，中心線表示諸如圖1的數(shù)據(jù)收集探針30的探針在撤回期間經(jīng)過被成像的血管的軌跡。在一個實施例中，中心線也稱為跡線。另一個階段是檢測血管造影幀中的標記帶140c。在一個實施例中，最后階段是配準階段。可以以不同的順序，交互地、平行地或順序地或其組合，來實施這些階段和本文中描述的其它階段和方法。在給定階段或步驟之前或之后或之間也可以增加另外的步驟和階段。圖4B和圖5A至圖5C中示出敘述進一步細節(jié)的示例性階段和步驟的另外的實例。
[0111]如圖4B中所示，示出包括相對于圖4A中示出的那些的進一步的細節(jié)的各種基于軟件的處理階段或處理步驟145。首先，實施血管造影幀的預處理150a。如圖6D中所示，實施沒有造影劑的幀上導絲的檢測150c。圖6N是示出導絲檢測的結果的示例性血管造影圖像。如圖6N中所示，檢測導絲的遠端部分。
[0112]接下來，在一個實施例中，實施在一個幀上生成血管中心線150e。在一個實施例中，諸如通過用戶界面對被成像的內腔中的導絲端點的選擇的用戶輸入被儲存為用戶選擇的端點(可選地稱為提示點)。這種提示點可以用于在一個幀上生成血管中心線，從而為血管造影數(shù)據(jù)的相關幀生成提示點和遠端點之間的跡線。在一個實施例中，在沒有設置在血管中的造影溶液的情況下獲得這種相關幀。
[0113]仍參照圖4B，實施沿血管造影幀的血管中心線的跟蹤150f。在一個實施例中，關于撤回期間獲得的所有或基本上所有的血管造影幀實施血管中心線的這種跟蹤。實施血管造影幀中的不透射線標記跟蹤和/或標記檢測150h。在一個實施例中，維特比算法用于實施標記跟蹤。實施配準OCT圖像和血管造影圖像150j。實施生成置信分數(shù)/品質因數(shù)1501ο
[0114]使用一個或多個軟件模塊實施生成置信分數(shù)/品質因數(shù)(FOM) 1501。在一個實施例中，通過計算器監(jiān)控器上的圖形表示，例如通過在顯示具有高或低的被配準的置信度的OCT撤回的區(qū)域的X射線或OCT圖像上提供彩色代碼來為用戶提供置信分數(shù)或F0M。例如，可由靠近獲得低FOM值的血管段的X射線圖像上的紅帶或條表示低置信度的區(qū)域。FOM/分數(shù)反映返回結果中的置信度量。分數(shù)的范圍為[0，1]，其中O反映最低置信度，而I反映最高置信度?？梢赃x擇FOM閾值以限定高置信度和低置信度配準結果之間的邊界?？梢赃x擇閾值以提供用于通過產(chǎn)生受試者工作曲線(ROC)來識別高誤差位置的所需敏感性和特異性。如果對于給定撤回中的大部分幀獲得低FOM值，從而配準的總質量是有疑問的，則可能沒有配準結果被顯示給用戶。
[0115]FOM確定是基于一種或多種因素(諸如所檢測斑點的質量(與鄰域的斑點相比的所檢測斑點的對比度或強度、形狀、大小等))、所檢測斑點與其名義上預期的位置的距離(基于撤回速度、幀速率計算)、發(fā)現(xiàn)是相似的斑點候選者的數(shù)量(候選者越多，F(xiàn)OM越小)以及維特比算法的基于強度的ζ分數(shù)、總分數(shù)(所檢測斑點的總收集多好地代表撤回)以及其它因素和測量。在一個實施例中，包括本文中敘述的一個或多個參數(shù)的加權平均值可以用于生成FOM或分數(shù)。
[0116]在各種實施例中，可以全部或部分自動地實施圖4Α和圖4Β中示出的各個步驟和階段以及本文中描述的其它步驟和階段。本文中描述了涉及圖4Α和圖4Β的一些步驟和方法的一些具體實例的另外的細節(jié)，諸如關于圖5Α至圖5C的。例如，圖5Α示出關于一些示例性預處理步驟或階段的流程圖。
[0117]示例性血管造影圖像數(shù)據(jù)預處理實施例
[0118]部分地，如圖4Α和圖4Β中所示的以及本文中描述的其它，部分地，本發(fā)明包括關于所收集的血管造影數(shù)據(jù)幀的一個或多個預處理階段、預處理軟件模塊以及相關的方法。在一個實施例中，關于血管造影圖像數(shù)據(jù)(諸如由圖1的系統(tǒng)20生成的數(shù)據(jù))幀，以幀為基礎實施圖像預處理。預處理階段可以包括但不限于方法、階段和軟件組件以及適合于實施血管增強、血管去除、陰影去除、心臟陰影去除、斑點增強的其它組件，諸如通過應用多尺度高斯拉普拉斯、解剖特征的檢測、輪廓生成、血管造影圖像大小縮減、背景減除、底帽濾波器以及其它。
[0119]可以應用各種矩陣，諸如Hessians和其它類型的濾波器和遮罩，以在它們經(jīng)受進一步處理之前增強血管造影數(shù)據(jù)幀，以跟蹤標記，生成中心線，與OCT、IVUS或其它圖像或數(shù)據(jù)配準。一個或多個圖像處理階段可以用于預處理從諸如圖1中示出的系統(tǒng)22或服務器或工作站50和87的血管造影系統(tǒng)接收的血管造影數(shù)據(jù)幀。
[0120]圖5A示出涉及一些另外的具體示例性預處理步驟或階段的工藝流程160。如示出的，可以在各個階段平行處理血管造影圖像。在一個實施例中，在多個尺度下實施LoG過濾160a。每個尺度與將由濾波器作用的圖像中的元素的大小對應。在一個實施例中，可以使用基于LoG多尺度的濾波器，以增強與成像探針上的移動標記對應的斑點。由于標記的不同大小，使用不同的尺度。在一個實施例中，為了對斑點的不同大小敏感和對噪音較不敏感，在若干尺度下計算LoG算子。圖6A中示出LoG濾波器的實例。圖6B中示出與由應用圖6A的LoG作為成像處理軟件增強一部分而己增強的標記對應的斑點(來自血管造影圖像的像素集)的實例。在一個實施例中，實施背景減除，以降低基于若干血管造影圖像幀的平均值的靜態(tài)特征的影響。
[0121]另外，在一個實施例中，可以對血管造影數(shù)據(jù)應用底帽濾波器或變換160c，以提高圖像中的導絲的可見性。在一個實施例中，底帽濾波器配置為擦除比給定血管造影圖中的特定結構元素(諸如隔膜、輪廓特征等)的大小大的特征。圖6E中示出應用于血管造影圖像的底帽濾波器或底帽算