重要性与效果：理解冠脉运动的估计

临床实践证明，左心室的收缩异常是发生冠状动脉疾病的一个重要标志，而心室壁运动异常可能由心肌缺血或心肌损伤引起，这表明动脉和其供血的局部心肌有直接的联系。由于现有的成像系统无法得到一个或多个心脏周期中有关心肌运动的实时空间／时间信息，因而一般只是估计病变部分的运动。这项复杂的工作通常由经验丰富的专家来完成，由左心室造影图像（Ventriculogram）进行定量测量（例如心室的体积和左心室的整体运动）和定性估计（例如腔室的形态和肌肉损伤的程度等）^［54］。辅助医生诊断的自动心脏运动解释多数都是在二维空间中进行，即采用二维心室造影图像，比较左心室在舒张期和收缩期的轮廓。而实际的心脏运动是三维的，并且包括许多复杂的运动形式，因而其结果是不准确的。

心室并不是心脏运动信息的唯一来源。冠状动脉分布于心外膜的表面，在心动周期中随心脏有节律的运动，因此冠脉的运动可反映心脏本身的运动，通过研究冠脉的运动可辅助诊断相关的心脏疾病。在应用于临床的心脏成像技术中，X射线冠脉造影是提取血管时间和空间运动信息的最佳手段，CAG图像序列不仅可提供冠脉血管腔被造影剂重填后的投影轮廓，检测缺血性损伤的位置和程度，而且与同一场景的静态图像相比，图像序列记录了心脏搏动时的心室和冠状动脉的形态和运动，以及心脏的供血功能等动态信息。采用计算机辅助的方法，通过分析不同时刻造影图像中的冠脉树，可提取出血管的运动信息，获得以运动场、形状的变化和运动描述方式表达的丰富的整体／局部运动信息。根据冠脉的运动信息，还可进行潜在的病理性运动检测，提取出有临床参考价值的室壁运动参数。冠脉的中心线分布于心肌的表面，它们的位移与相关心外膜的位移是相同的，因此通过跟踪和考察冠脉的运动，可以分析相关心肌的局部／整体运动，探索冠状动脉粥样硬化的发病机理，辅助冠心病的诊治等。

另一方面，冠状动脉造影成像可提供快速、高质量的血管图像序列，方便诊断。可是心脏是运动的，在二维投影中，冠脉血管运动和变形的幅度很大，使得观察者很难仔细观察某一块区域，比如可能发生狭窄的部位。通过估计不同时刻之间血管的运动，对图像序列进行运动补偿，从而使兴趣点周围的区域看上去是静态的，可方便医生更加清晰地分辨冠状动脉及其分支有无狭窄、狭窄的部位和程度，以及侧支循环等。

为了使图像更加直观，实现心血管疾病的量化描述，指导心血管的介入性治疗，可利用两幅不同角度的冠脉造影图像三维重建静态的冠状动脉树。但是对于单面造影成像系统，因为两个角度的造影图像是在不同时刻获取的，而成像过程中冠状动脉随心脏的运动不断改变其空间位置，就无法保证两个角度的图像记录的是心脏和血管的同一状态。为了提高冠状动脉树三维重建的精度，必须消除心脏运动带来的影响，将血管恢复到运动前的状态。由两个角度的血管造影图像序列对心脏的血管网络进行三维动态重建一般需要完成如下工作：图像的采集；血管的提取（包括轮廓和中心线）；复杂结构的分析（交叉、重叠）；二维血管运动估计（消除跟踪中的多义性）；三维静态重建；三维图像序列的重建（三维运动估计）；形态学的表达（图像的重现）；功能性的解释（运动属性）。因此对冠状动脉的运动进行准确估计，是由冠脉造影图像序列重建动态三维动脉树的一个必不可少且十分关键的步骤。(www.xing528.com)

此外，在很多情况下血管的运动估计都是必要的，例如：采用X射线血管造影图像序列进行血液动力学的研究时，由于心脏会发生复杂的运动，必须首先测量图像中帧与帧之间血管的运动，并且消除该运动带来的影响，以得到对血流更准确的测量。此外，对动脉流体场和相关的壁剪应力（Wall Shear Stress，WSS）分布的估计中大多都没有考虑血管的运动。这种近似对大多数的动脉而言是适当的，可是对于冠状动脉其可行性就不一定了。因为冠脉附着于心脏的表面，因此随着心肌的收缩，它会发生很大的运动和变形，并且有时其运动非常剧烈。一系列的研究证明，在确定WSS时，血管运动对管腔内血流模式的影响是非常重要的^{［55，56］}。

同时血管运动速度的测量对于设计新的图像采集设备也十分重要。因为要确定采集设备的采样率，必须确定心脏周期中冠脉上各点的三维速度。

综上所述，由冠脉造影图像序列进行血管的运动跟踪、分析和估计具有重要意义和临床参考价值。