临床智能经皮激光心肌血运重建激光孔道参数计算装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种临床智能经皮激光心肌血运重建激光孔道参数计算装置。使用本发明专利技术能够整体优化经皮激光心肌血运重建过程中激光孔道的位置、数量、深度、孔径以及能量等参数，具有在满足缺血心肌灌注情况下，心肌激光孔道数目最少，均匀分布，且对激光孔道周围心肌热损伤最小的效果。本发明专利技术计算装置对确定的心肌组织的缺血区域及所需要的总血流量范围，对心肌组织的缺血区域进行网格划分，然后针对每一个网格，计算激光孔道的位置、数量、激光能量、孔道生成时间、激光孔道的深度和孔径等参数，并给出了优化方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医学信息
，具体涉及一种临床智能经皮激光心肌血运重建的方法。
技术介绍
冠状动脉性心脏病(Coronaryheartdisease)是中老年人群最常见的身体疾病之一，又称为冠心病。近50年来，冠心病在世界范围内发病率持续增高，成为主要的死亡原因之一，并且发病人群有年轻化趋势。80％的冠心病患者采用传统的药物治疗、经皮冠状动脉腔内血管成形术(PTCA)以及冠状动脉旁路移植术(CABG)等方式来缓解自身症状。但是对于弥漫性冠脉病变、小血管病变、远端病变以及多次PTCA或CABG后的晚期复杂病例，以及术后支架或血管再狭窄等病例，上述治疗方法常常难以奏效，因此，如何对上述复杂病例进行有效的治疗，成为医学和病理学领域的一个重要课题。20世纪以来，激光科学技术迅猛发展，许多学者开始尝试将激光技术应用于临床医学。1981年，Mirhoscini等将实验狗的冠状动脉结扎，然后利用二氧化碳激光在其左心室腔和心肌间建立许多激光孔道，试图使实验狗的心肌缺血区域恢复，最终实验狗的成活率超过70％，而且在术后对一些存活的实验狗进行解剖检查时发现，建立的激光孔道通畅并内皮化。激光心肌血运重建术分为心外膜照射与心内膜照射。心外膜照射法又称经胸激光血运重建法(TransmyocardialLaserRevascularization，TMLR)。这种方法的优点是对激光孔道的定位准确，不会对冠状动脉造成损伤，比较容易判断激光孔道效果；但是它也有自身的缺点，如由于需要打开胸腔，因此会对身体造成较大的损伤，而建立的贯穿性激光孔道会导致出血较多。心内膜照射法又称经皮激光血运重建法(PercutaneousMyocardialLaserRevascularization，PMLR)，它是在心外膜照射法的基础上发展起来的一种新的冠心病介入治疗技术。与TMLR相比，PMLR不仅可以避免PTCA和CABG术后支架或血管再狭窄，还具备不开胸、损伤小、恢复快、医疗花费少等诸多优点；但光纤导管定位不够准确是该技术还需要进一步提高的部分。目前较为理想的激光器类型是准分子类的激光，如二氧化碳激光，Nd:YAG激光，Ho:YAG激光等。这种激光产生的热量可以迅速被组织吸收，是组织温度升高发生汽化，形成表面较为光滑的激光孔道，且无炭化层及凝固性坏死。临床常用的激光参数是每次2个脉冲，每个脉冲激光输出能量2J、功率3.5W，脉宽200us，激光孔道直径约1.0mm，激光孔道深度约5.0～6.0mm，打孔数目取决于缺血心肌区域的面积，例如：对于左冠状动脉主干病变合并左前降支慢性完全闭塞打孔20个左右。在国外，1965年Sen等就采用针刺法进行动物实验，在实验狗的左心室腔和心肌间建立许多孔道，并证实孔道对狗梗塞后的心肌具有保护作用，能有效的改善心肌的缺血状况。1990年1月，Crew等在全球第一次单独采用高功率(800W)CO2激光对1例83岁的高龄冠心病患者在心脏跳动情况下进行了PMLR手术，在手术过后，患者的心绞痛消失，心脏的其它功能也得到明显改善。美国的食品与药品监督管理局(FDA)于1990～1996年经过多个研究中心对高功率CO2激光TMLR长达6年的观察，最终批准了TMLR的临床应用。我国紧随世界TMLR发展潮流，在20世纪末成功开展TMLR的临床与基础研究。安徽省立医院与合工大，首都医科大学，第三军医大学西南医院、北京301医院和中山医科大学附属第一医院等也对TMLR进行了一系列的临床研究，都得到了较为理想的结果。在PMLR手术过程中，所建立的激光孔道的血液灌注能力将会直接影响手术的治疗效果，而在血液动力学中，用单位时间内流过激光孔道某一截面处的血流量来描述激光孔道对缺血心肌组织的灌注能力。对于激光孔道的孔径和孔道深度的影响因素有激光器的输出功率、激光束的光斑半径和激光脉冲持续的时间等，另外，心肌组织自身的光学特性参数、密度、汽化潜热、比热以及组织的热扩散率和热导率等也对其有一定的影响。在实际过程中，也有部分热量会对组织造成热损伤，热损伤的程度将会直接影响到手术的效果。但目前都是医生依据经验进行判定，主观性较强，结果比较保守。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种临床智能经皮激光心肌血运重建的方法，能够整体优化经皮激光心肌血运重建过程中打孔位置、数量、深度、孔径以及能量，具有在满足缺血心肌灌注情况下，心肌打孔数目最少，均匀分布，且对激光打孔周围心肌热损伤最小的效果。本专利技术的临床智能经皮激光心肌血运重建的方法，包括如下步骤：第1步，确定心肌组织的缺血区域，根据临床经验评估所需要的总血流量范围；第2步，根据心肌壁的厚度对心肌组织的缺血区域进行网格划分，将一定厚度范围内的心肌组织划分在同一个网格中，并对所有网格进行编号；记录各网格区域内心肌壁的厚度范围；第3步，针对每一个网格，首先从网格中心肌壁最厚部位打第1个激光孔道，其中，在超声心动图检查舒张期心肌壁厚度<8mm处不打孔；初步确定激光的输出功率P；第4步，针对当前激光孔道i，根据公式(1)确定当前激光孔道的打孔时间ti， P ( t i - t 0 ) ρ ( q + 63 c ) = λ 2 z i 3 3 πω 0 2 + πω 0 2 z i - - - ( 1 ) ]]>其中，P为激光的输出功率；t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种临床智能经皮激光心肌血运重建的方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，确定心肌组织的缺血区域，根据临床经验评估所需要的总血流量范围；第2步，根据心肌壁的厚度对心肌组织的缺血区域进行网格划分，将一定厚度范围内的心肌组织划分在同一个网格中，并对所有网格进行编号；记录各网格区域内心肌壁的厚度范围；第3步，针对每一个网格，首先从网格中心肌壁最厚部位打第1个激光孔道，其中，在超声心动图检查舒张期心肌壁厚度<8mm处不打孔；初步确定激光的输出功率P；第4步，针对当前激光孔道i，根据公式(1)确定当前激光孔道的打孔时间ti，P(ti-t0)ρ(q+63c)=λ2zi33πω02+πω02zi---(1)]]>其中，P为激光的输出功率；t0为从激光发射到心肌组织因激光作用开始发生汽化所经历的时间；ρ为心肌组织的密度；q为心肌组织的汽化热；c为心肌组织的比热；λ为激光波长；zi为第i个激光孔道的深度，其中，激光孔道的剩余心肌壁厚度大于等于4mm；ω0为zi＝0处的高斯光束的束腰半径；第5步，利用步骤4确定的打孔时间ti，采用公式(2)计算激光器的阈值功率Pc,i；Pc,i=2qρk12ti-12---(2)]]>其中，k为热扩散率；将计算获得的阈值功率Pc,i与激光输出功率P进行比较，如果P＜Pc,i，则调大激光的输出功率，重新计算打孔时间，直到P≥Pc,i，执行第6步；第6步，根据第5步最终确定的激光输出功率P和打孔时间ti，利用公式(3)确定当前激光孔道的孔径di；di=ω02lnμaP(ti-t0)πω2[1+(λziπω02)2](63cρ+ρq)---(3)]]>其中，μa为心肌组织对激光的吸收系数；ω为高斯光束在心肌内任一深度的束腰半径；如果di位于设定的孔径范围内，则执行第7步，否则增加激光孔道的深度后、重新计算打孔时间和阈值功率Pc,i，直到P≥Pc,i且di位于设定的孔径范围内；如果激光孔道的深度已经达到最大值，即剩余心肌壁厚度为4mm，则最大激光孔道深度为最终的激光孔道的深度；第7步，根据公式(4)确定当前激光孔道的灌注量Vi，Vi=πdi4Δp128ηhi---(4)]]>其中，Δp为左室内压，η为血液粘滞度；若Vi在设定的单个激光孔道的灌注量范围内，则激光开始进行打孔操作，否则放弃打孔，重新选取激光输出功率P后，返回第4步；第8步，将前i次打孔的累积灌注量Vi,sum与缺血心肌所需总血流量的最大值进行比较，如果则按照第4步～第7步进行下一次打孔，其中，下一个激光孔道的位置为：与当前激光孔道间隔1cm；当结束打孔。...

【技术特征摘要】
1.一种临床智能经皮激光心肌血运重建的方法，其特征在于，包括如下步
骤：
第1步，确定心肌组织的缺血区域，根据临床经验评估所需要的总血流量
范围；
第2步，根据心肌壁的厚度对心肌组织的缺血区域进行网格划分，将一定
厚度范围内的心肌组织划分在同一个网格中，并对所有网格进行编号；记录各
网格区域内心肌壁的厚度范围；
第3步，针对每一个网格，首先从网格中心肌壁最厚部位打第1个激光孔
道，其中，在超声心动图检查舒张期心肌壁厚度<8mm处不打孔；初步确定激光
的输出功率P；
第4步，针对当前激光孔道i，根据公式(1)确定当前激光孔道的打孔时
间ti，
P ( t i - t 0 ) ρ ( q + 63 c ) = λ 2 z i 3 3 πω 0 2 + πω 0 2 z i - - - ( 1 ) ]]>其中，P为激光的输出功率；t0为从激光发射到心肌组织因激光作用开始发
生汽化所经历的时间；ρ为心肌组织的密度；q为心肌组织的汽化热；c为心肌
组织的比热；λ为激光波长；zi为第i个激光孔道的深度，其中，激光孔道的剩
余心肌壁厚度大于等于4mm；ω0为zi＝0处的高斯光束的束腰半径；
第5步，利用步骤4确定的打孔时间ti，采用公式(2)计算激光器的阈值
功率Pc,i；
P c , i = 2 qρk 1 2 t i - 1 2 - - - ( 2 ) ]]>其中，k为热扩散率；
将计算获得的阈值功率Pc,i与激光输出功率P进行比较，如果P＜Pc,i，则调
大激光的输出功率，重新计算打孔时间，直到P≥Pc,i，执行第6步；
第6步，根据第5步最终确定的激光输出功率P和打孔时间ti，利用公式(3)
确定当前激光孔道的孔径di；
d i = ω 0 2 l n μ a P ( t i - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭树理，韩丽娜，司全金，李铁岭，牛前犇，
申请(专利权)人：北京理工大学，中国人民解放军总医院，
类型：发明
国别省市：北京;11