[發明專利]針對患者定制的冠狀動脈旁路移植物的快速成型和體外建模

有效

• 申請號: 201780058769.0
• 申請日: 2017-07-22
• 公開（公告）號: CN109863501B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 詹姆斯·K·敏;B·莫薩德;西蒙·鄧納姆;K·K·科拉爾
• 申請（專利權）人: 康奈爾大學
• 主分類號: A61L27/16
• 分類號: A61L27/16;A61L27/18;A61L27/38;A61L27/50;G06T7/00;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F113/10
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;石磊

本公開描述了用于產生用于冠狀動脈旁路移植(CABG)手術的針對患者定制的小直徑血管移植物(SDVG)的系統和方法。在一些實施方案中，用于產生SDVG的方法包括通過將計算流體動力學(CFD)，快速原型制作和體外技術應用于醫學圖像來對患者定制的冠狀動脈和血管生理學進行非侵入性量化，并將量化的對患者定制的冠狀動脈和血管生理學從CFD耦合到計算流體?結構相互作用和SDVG結構因子，以設計對患者定制的SDVG。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年7月22日提交的題為“針對患者定制的冠狀動脈旁路移植物的計算建模和快速成型”的美國臨時專利申請62/365474的優先權，其全部內容通過引用并入本文。

背景技術

提供以下描述以幫助理解讀者。所提供的信息或引用的參考文獻均未被認為是本技術的現有技術。

冠狀動脈疾病(CAD)是患者發病率和死亡率的重要原因。在美國，CAD影響超過1600萬成年人，占死亡人數的三分之一以上，每年造成120多萬人住院。盡管進行了藥物治療，但每年仍需要超過150萬人進行冠狀動脈血運重建。對于患有復雜多血管疾病的穩定個體，冠狀動脈旁路移植術(CABG)仍然是心肌缺血減少的主要治療方法，并且每年在美國為近40萬人進行治療。

后CABG發病率和死亡率仍然很高。早期CABG閉塞-特別是隱靜脈移植物(SVG)-在10％的移植物中發生，50％在18個月內失敗。此外，30％的個體甚至不具有適合CABG的自體條件。自體移植物可以以各種尺寸生產。通常，小直徑移植物可包括直徑小于約6mm的移植物。中直徑移植物可包括直徑在約6mm和約8mm之間的移植物。大直徑移植物可包括直徑大于約8mm的移植物。

小直徑血管移植物(SDVG)失敗的常見原因是一系列重疊因素，未充分考慮影響長期SDVG通暢的變量總數。這些可包括：(i)對患者定制的心胸解剖和生理學，以告知移植物的大小，位置，角度和路徑以優化流動；(ii)SDVG的特征，例如機械性能，確保足夠的移植物順應性以適應脈動流動狀態，同時避免扭結和減少耐久性，以及表面生物相容性，以最小化炎癥和血小板粘附；(iii)手術相關因素，例如最佳血運重建策略，以將移植物適當地定位于特定動脈以減輕缺血，以及使吻合口閉塞或流量減少最小化。

發明內容

根據本公開的一個方面，一種方法包括接收受試者的至少一個醫學圖像。該方法還包括確定受試者的冠狀動脈體積幾何形狀。響應于至少一個醫學圖像確定體積幾何形狀。該方法還包括響應于確定的冠狀動脈體積幾何形狀生成對患者定制的血管圖模型。該方法還包括使用對患者定制的血管圖模型確定血液動力學曲線。該方法還包括基于血液動力學曲線和確定的冠狀動脈體積幾何形狀產生對患者定制的血管移植物。

在一些實施方式中，該方法可以包括用3D打印機打印對患者定制的血管移植物。對患者定制的血管移植物可具有約0.5mm至約6mm的內徑。在一些實施方案中，對患者定制的血管移植物由生物相容性聚合物形成。在一些實施方案中，對患者定制的血管移植物沿其長度的至少一部分表現出連續的空間變化的機械性質。

在一些實施方式中，確定冠狀動脈體積幾何形狀可包括確定冠狀動脈的動脈中心線。該方法還可以包括執行冠狀動脈體積幾何形狀的腔分割。在一些實施方式中，該方法可以包括計算對患者定制的血管移植物的流量，速度，壓力或剪切應力中的至少一個。

在一些實施方式中，計算對患者定制的血管移植物的流量、速度、壓力或剪切應力中的至少一個可包括提供包括泵、對患者定制的血管移植物和至少一個測量工具的流動系統。所述至少一個測量工具可以是壓力計、流量計、速度計、粒子圖像測速裝置、壓力導絲、導流線、光學相干斷層攝影裝置或應變傳感器中的至少一種。在一些實施方式中，生成血液動力學曲線還可包括基于一組參數應用優化技術，所述參數包括流速、壓力梯度、剪切應力或流動振蕩中的至少一個。在一些實施方式中，至少一個醫學圖像包括至少一個計算機斷層血管造影(CTA)圖像。