[發(fā)明專利]基于冠狀動(dòng)脈CT血管造影的狹窄病灶血流阻力計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710505979.1
• 申請(qǐng)日: 2017-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN107411767B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝辛舟;鄭敏文;文娣娣;李亞兵;謝松云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B6/03
• 分類號(hào): A61B6/03;G06T17/20;G06T7/13
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明針對(duì)冠狀動(dòng)脈CT血管造影(cCTA)圖像，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法進(jìn)行血流動(dòng)力學(xué)仿真分析，計(jì)算狹窄病灶血流阻力。本發(fā)明包含以下步驟：(1)基于cCTA圖像進(jìn)行冠狀動(dòng)脈三維重建，提取狹窄病灶3D模型；(2)構(gòu)建在不同總血流量條件下的7組邊界條件；(3)對(duì)步驟1獲取的3D模型，施加由步驟2獲取的7組邊界條件，并利用CFD方法分別仿真計(jì)算穩(wěn)態(tài)血流分布情況；(4)從7次仿真結(jié)果中提取壓降?血流曲線和表征曲線的參數(shù)來評(píng)估血流阻力。本發(fā)明結(jié)合cCTA和CFD，提出一種計(jì)算血流阻力參數(shù)的新方法。該方法以擬合的壓力?血流量二次曲線的參數(shù)作為描述血流阻力特性的參數(shù)，以準(zhǔn)確表征壓降和血流量的關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明利用冠狀動(dòng)脈CT血管造影(cCTA)圖像，建立基于冠狀動(dòng)脈CT血管造影的狹窄病灶血流阻力計(jì)算方法，本發(fā)明屬于基于醫(yī)學(xué)圖像的輔助診斷領(lǐng)域，主要涉及基于cCTA的血流動(dòng)力學(xué)仿真分析方法。

背景技術(shù)

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)是危害人類健康的嚴(yán)重疾病，經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入(PCI)是臨床上對(duì)其進(jìn)行治療的有效手段，僅2013年全國共完成PCI共計(jì)454505例。給予合理治療的前提是對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄病灶功能學(xué)意義的準(zhǔn)確評(píng)估，但遺憾的是，解剖學(xué)上的形態(tài)狹窄與血流動(dòng)力學(xué)意義上的功能性狹窄并不存在直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，單純的冠狀動(dòng)脈造影(coronary angiography，CAG)并不能準(zhǔn)確地對(duì)功能性狹窄進(jìn)行評(píng)估，從而可能造成對(duì)非功能性狹窄病灶的不必要干預(yù)或?qū)哂泄δ茱@著性的狹窄病灶錯(cuò)失最佳的治療時(shí)機(jī)。因此，對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄病灶功能學(xué)意義的評(píng)估研究受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的日益重視，成為國際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)和前沿課題。

現(xiàn)有的“金標(biāo)準(zhǔn)”血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)通過測(cè)量心肌充血狀態(tài)下狹窄病灶遠(yuǎn)端壓力與主動(dòng)脈根部壓力比值來評(píng)估冠狀動(dòng)脈狹窄，可真實(shí)地反映狹窄病灶對(duì)供血功能的影響。但其為有創(chuàng)的檢測(cè)手段，需在藥物誘發(fā)冠狀動(dòng)脈充血的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，價(jià)格昂貴且存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，這些都極大的限制了FFR的臨床應(yīng)用。隨著計(jì)算流體力學(xué)(computationalfluid dynamics,CFD)的發(fā)展，研究者們將CFD與醫(yī)學(xué)影像學(xué)相結(jié)合，提出了非侵入式的評(píng)估方法FFR_CT。該方法利用cCTA圖像精確的重建出冠狀動(dòng)脈的3D模型，通過構(gòu)建個(gè)性化的0D-3D耦合CFD仿真模型計(jì)算獲取充血狀態(tài)下冠狀動(dòng)脈內(nèi)的血流和壓力分布，并依據(jù)FFR的定義計(jì)算出狹窄病灶遠(yuǎn)、近端的壓力比值，即為FFR_CT。該方法所存在的最大問題是：其需要精確的獲取與患者對(duì)應(yīng)的最大充血狀態(tài)下血流阻力的分布，而目前該方法采用一系列生理模型(經(jīng)驗(yàn)公式)，由cCTA圖像間接的估計(jì)最大充血狀態(tài)下的血流阻力分布，故而不能充分考慮不同患者的個(gè)體化差異，同時(shí)其精確性也極大的受限于對(duì)血流阻力分布的估計(jì)。

基于以上研究背景，本發(fā)明結(jié)合cCTA和CFD，提出一種計(jì)算血流阻力參數(shù)的新方法。該方法以二次曲線建模血流量和壓降的對(duì)應(yīng)關(guān)鍵，通過仿真、提取出二次曲線的兩個(gè)參數(shù)作為描述血流阻力特性的參數(shù)，以準(zhǔn)確表征壓降和血流量的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種計(jì)算血流阻力參數(shù)的新方法，該方法基于cCTA圖像，利用數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)血流量和壓降的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行建模，并提取相應(yīng)參量。所采取的技術(shù)方案如下：

1.基于cCTA圖像進(jìn)行冠狀動(dòng)脈三維重建，提取出狹窄病灶3D模型；

2.邊界條件構(gòu)建：對(duì)提取的狹窄病灶3D模型，入口處施加壓力邊界條件，每個(gè)出口處耦合只包含一個(gè)阻力單元的集總參數(shù)模型；分別設(shè)置7組不同的出口血流阻力值，以獲得7組對(duì)應(yīng)不同總血流量條件下的邊界條件；

3.對(duì)應(yīng)所設(shè)置的7種不同的出口血流阻力值，利用CFD方法分別仿真計(jì)算7中條件下的穩(wěn)態(tài)血流分布情況；

4.對(duì)7次仿真計(jì)算結(jié)果，分別提取出對(duì)應(yīng)的狹窄病灶壓降和血流量，利用二次曲線擬合壓降-血流曲線，得到擬合參數(shù)即為血流阻力參數(shù)。

附圖說明