早期血管三维重建方法的精确定位与融合技术

早期的血管三维重建方法是把一系列的IVUS图像按照采集顺序等间距叠加起来形成三维直血管段，如图3-82所示，不考虑血管本身的弯曲和扭曲、超声导管在回撤过程中的扭曲和滑动所造成的图像旋转和信息丢失，以及由于心脏运动所导致的运动伪影等。由于IVUS本身不能提供每一帧切片图像的空间信息（如轴向位置和空间方向，采集点处导管的曲率和挠率等）和定位导管回撤路径，因而此类方法往往将弯曲的血管重建成直的血管，其结果是不准确的。

图3-82 早期的血管三维重建方法

由于在进行IVUS检查的过程中，X射线血管造影和IVUS分别同步显示导管探头在管腔内的部位和相应血管壁的结构形态，因而可采用一对近似正交的造影图像对导管的回撤路径进行精确定位，将由造影图像获得的超声导管和管腔长轴方向的三维几何信息与由IVUS图像获得的管腔横截面信息相融合后三维重建血管，充分发挥两种成像手段的优势，克服分别独立采用二者重建血管时的不足，如图3-83所示。

该领域的研究开始于20世纪90年代中后期^［80］，流程图如图3-84所示，基本思路是在完成ECG门控的IVUS和CAG图像采集后，首先分别对原始造影和IVUS图像进行增强、去噪、畸变校正以及二维分割等预处理，然后从双面造影图像中三维重建出目标血管的中心线或导管回撤路径。之后，确定各帧IVUS图像沿血管中心线或导管路径的轴向位置和空间方向。最后，采用曲面拟合技术和表面绘制技术完成整段血管的重建。目前国内外各研究组主要对上述基本思路的具体实现方法进行研究，重点是确定各帧IVUS图像的空间方位，文献［81-89］是代表性方法。

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图3-83 基于血管造影和IVUS图像融合的重建结果^［79］

图3-84 基于IVUS和CAG图像融合的血管三维重建流程图

对于冠状动脉内超声图像序列，若只重建某一个时相（通常是舒张末期）的血管，则由于研究冠脉血管组织的生物力学特性、分析血管壁受到的由搏动血流引入的应力应变分布情况、建立血管弹性图等，都需要分析动脉血管在心动周期中不同时刻的变形，而限制了血管内超声在这些方面的应用。利用同步采集的、覆盖多个心动周期的冠状动脉内超声图像序列和一对近似正交的血管造影图像序列对靶血管段进行动态三维（四维，即三维＋时间）重建^［79］，再现冠状动脉血管（包含可能存在的斑块）在心动周期中各时相的真实形态，是未来的主要发展方向。

对重建结果精度的定量评价也是需要解决的关键问题，目前一般采用仿体实验或动物（如猪）心脏的体外实验，但是制做可真实模拟人体搏动状态下的血管仿体是非常困难的，动物体外实验同样存在不能模拟搏动的动脉血管的问题。