浅析冠状动脉三维重建技术的发展及应用

心血管疾病是全球导致死亡的首要原因，在中国，40% 以上的死亡与之相关。为了减少心血管疾病带来的死亡和不良影响，提升患者的预期寿命和改善患者的生活质量，尽早预测和提升诊治水平显得相同重要。

目前医学界研究出了很多方法诊断冠心病，心电图检查、超声心动图、CTA等都可以间接反映冠状动脉是否存在病变。FFR（血流储备分数）-CT是一项近些年新兴的技术，这种新型的方法基于冠状动脉CT血管成像图像建模和利用计算流体力学的原理模拟计算，可以模拟计算整个冠脉树上的任意一点的血流储备分数的值，不需要额外的扫描和负荷药物，而且这种方法结合了解剖和功能学检查，使得诊断过程更加简洁，诊断结果更加可靠。

医学图像与普通图像还是有一定的区别，医学图像是灰度图像，对比度比较低，人体的各个组织和器官密集而又多种多样，结构非常复杂，难以区分。对于冠脉CTA图像来说更是如此，原因有三个，

第一，血管本身存在一定弯曲具有细小分支，为血管分割带来了一定的挑战，而且血管和周围的器官、组织对比度低，用单一的算法很难将其分离出来；

第二：血管分割算法的主要是面向临床应用，因此医学CTA影像的分析需要结合医学解剖知识，最终的分割效果需要临床医生进行评价与验证，对其准确性和鲁棒性提出更高的要求；

第三：不论是CTA亦或是MRI图像都具有复杂的背景，噪声会影响图像质量，图像采集设备信号源、传感器、通讯设备会引起图像整体变暗，从而会对图像带来噪声干扰，例如椒盐噪声、高斯噪声等，再者背景图像由于受光照和造影剂影响，还会出现灰度值不一致的情况。想要精确的分割出血管以及诊断病变的部位和程度，难度相当大。

计算机辅助诊断技术（CAD）能够让计算机自动的识别和分析冠脉CTA中血管病变的区域并自动评估病变的程度，将最终的信息反馈给医生，提高了诊断的效率并且减少了医生的工作量，也减少了由于医生的主观判断和临床经验不足所导致的误诊断。

心脏CAD相关核心技术通常包括：血管中心线提取、血管的分割、和血管狭窄度评估。这其中最基础性也最具有挑战性的一步是对血管的分割，这是对冠脉血管进行三维重建以及后续模拟分析的关键一步；血管中心线提取是血管分割以及血管分析的基础；血管狭窄度评估是对血管的狭窄程度进行定量计算，为医生提供辅助诊断信息具有参考性的指标。

心脏CAD技术已经成为当前医学与计算机科学研究的热门，具有极其重要的临床价值和现实意义。目前，如何准确而又快速的完成血管的三维重建仍然是一个巨大的挑战。冠脉血管的分割准确性对FFR的测定也有很大影响。