[發明專利]升主動脈、主動脈弓及其三大分支參數化建模方法

有效

• 申請號: 202011273546.6
• 申請日: 2020-11-14
• 公開（公告）號: CN112353494B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 趙丹陽;郝江濤;李紅霞;張誠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;G06T17/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明升主動脈、主動脈弓及其三大分支參數化建模方法屬于生物3D打印建模領域，涉及到一種基于解剖學特征的升主動脈、主動脈弓及其三大分支的參數化建模方法。該方法首先獲取患者的CT醫學影像，并將數據導入影像分析軟件中，調整各項顯示參數。應用軟件自帶的閾值化功能與區域生長功能，結合手動修正繪制出患者目標血管段以及周邊約束器官組織遮罩；分割出患者動脈周邊器官及組織包括胸骨，胸椎，上腔靜脈，氣管，以及肺動脈干，生成目標血管段以及周邊約束器官組織的三維模型。該方法提升了置入性主動脈的適用性和置入物壽命，可以通過調整多組具體參數來對目標血管段的幾何模型進行調整，使血流設計個性化，自由度較高，還原度高。

技術領域

本發明屬于生物3D打印建模領域，涉及到一種基于解剖學特征的升主動脈、主動脈弓及其三大分支的參數化建模方法。

背景技術

主動脈是體循環動脈的主干，作為人體內最大的血管，承擔著向全身各部位輸送血液的功能。主動脈疾病大體分為三種：先天性畸形，后天性物理損傷及惡化，主動脈炎癥導致損傷。在治療方面常有藥物介入，支架輔助治療，嚴重者則需要進行主動脈部分段的置換?？晒┲脫Q的自體來源血管有限，市面上的人工血管能夠在一定程度上保證生物相容性，但是仍然存在形態學上的吻合度差以及難以實現與患者共同生長的缺陷。生物3D打印技術在這方面上的應用就占據了很大的優勢，首先細胞來自于患者本身就免于了排異反應，術后融合不佳不能與患者共同生長的問題。其次，可以通過設計動脈模型，并應用血流動力學仿真及優化就可以提升置入性主動脈的適用性，并提升置入物壽命。升主動脈、主動脈弓及其三大分支：頭臂干、左頸總及左鎖骨下動脈作為主動脈的一部分，也是發病率以及替換率較高的部分。

目前對于主動脈的建模大體有兩類：一類通過CT影像構建還原度較高的主動脈模型，比如在Sasaki T,Takizawa K等人《Aorta zero-stress state modeling with T-spline discretization》[J].Computational Mechanics,2019.的研究中就構建了此類模型，并進行了仿真分析。應用這種模型的優勢在于擬真程度高，可以很好的通過重構的模型來還原患者體內血流狀況，幫助醫生更加精準的判斷病灶位置。但是其缺陷也很明顯，由于僅僅是對于患者本體主動脈的還原，其各部位的尺寸以及相對位置關系就沒有辦法進行調整，僅僅做到了還原，但是沒有辦法進行優化設計。

另一類僅僅基于一些基礎數據對主動脈進行的粗略參數化建模，如M.Cilla與M.Casales的《A Parametric Model for Studying the Aorta Hemodynamics by meansof the Computational Fluid Dynamics》[J].Journal of Biomechanics,2020:109691.的研究，由于面向的是對于某一特定參數的流體分析，僅僅在建模中涉及到了主動脈入口直徑，主動脈弓寬度和主動脈弓與降主動脈之間的角度三個參數，并沒有考慮到主動脈弓本身的復雜程度以及周邊的約束狀況。

發明內容

本發明為克服現有技術的不足，發明了一種基于解剖學特征的升主動脈，主動脈弓及其三大分支的參數化建模方法，該方法充分考慮到主動脈弓本身的復雜程度以及周邊的約束狀況，構建主動脈弓及其三大分支參數化模型中，采用自由度很高的貝塞爾曲線，保證對主動脈中心線的控制程度，能夠有效的解決現有技術的不足。該方法首先獲取患者的CT醫學影像，并將數據導入影像分析軟件Mimics中，調整各項顯示參數；應用Mimics自帶的閾值化功能與區域生長功能，結合手動修正繪制出患者目標血管段以及周邊約束器官組織遮罩，分割出患者動脈周邊器官及組織包括胸骨，胸椎，上腔靜脈，氣管，以及肺動脈干，生成目標血管段以及周邊約束器官組織的三維模型，應用3-matic來對模型進行光順化處理，并導回到Mimics中，更加貼合健康升主動脈、主動脈弓的形態，還原度較高。