基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法和系统，方法包括由医学影像建立冠脉血管模型；为冠脉生成侧支血管；将冠脉和侧支血管均视为主体血管，根据主体血管的出口位置，拟合构建心肌模型外表面，基于与外表面相似原理建立心肌模型内表面，并保证该模型的体积为心肌体积值；使用椭球面进行分层插值；在最外层中选取点P，连接主体血管出口，生成微循环血管；在当前层以外选取点T，配合最近的微循环血管，生成分岔式的微循环血管；逐步向内层推进形成分岔，保证每层分岔次数；计算主体血管出口的阻力值。与现有技术相比，本发明专利技术考虑了真实状况下冠脉在心肌各个层次的分布，使得计算得到的阻力值更准确且具有患者的特异性。患者的特异性。患者的特异性。

【技术实现步骤摘要】
基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法和系统


[0001]本专利技术涉及血管阻力获取
，尤其是涉及基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法和系统。

技术介绍

[0002]冠心病的主要病因是动脉硬化所致的冠脉狭窄。血流储备分数(FFR)指在冠状动脉存在狭窄病变的情况下，该血管所供心肌区域能获得的最大血流量与同一区域理论上正常情况下所能获得的最大血流量之比，可以简化为心肌最大充血状态下的狭窄远端冠状动脉内平均压(Pd)与冠状动脉口部主动脉平均压(Pa)的比值。FFR可表明冠脉狭窄病变对远端血流产生的影响，用于评估心肌是否缺血，FFR已经成为冠脉狭窄功能性评价的公认指标。
[0003]确定FFR的时候，需要基于心肌最大充血状态下的血流速度和冠状动脉口部主动脉平均压，通过不同的手段获取狭窄远端冠状动脉内平均压来计算FFR。目前，FFR的获取方式多为侵入式，风险较高，而且费用昂贵。为了解决上述问题，研究人员提出了结合冠脉CTA和计算流体力学(CFD)的FFR无创测量方式；
[0004]如授权公告号为CN106650267B的专利技术公开的一种应用计算流体力学来模拟计算血流储备分数的系统和方法。系统包括：血管树模型生成模块，获取医学图像、执行分割并重建个体的血管树的几何模型；计算网格生成模块，为几何模型生成计算网格，建立血管树的CFD模型；边界条件设置模块，为血管树的CFD模型设置相应的入口和出口边界条件；属性设置模块，设置血液的物理属性以及流动方程；求解器，基于入口和出口边界条件、所设置的物理属性和流动方程，对血管树的CFD模型进行求解，以得到血管树各处的流体参数；以及后处理模块，对流体参数进行后处理，以得到血流储备分数，入口和出口边界条件均为个体特异性的。
[0005]该方案还具体介绍了所述出口边界条件为个体的血管树整体的各个出口处的微血管阻力，目前对于微血管阻力的计算，现有技术中一般采用带有温度传感器的压力导丝来测量相关参数进而获取冠脉微血管阻力指数值。然而，采用带有温度传感器的压力导丝来测量相关参数进而获取冠脉微血管阻力指数的过程中需要医生进行复杂的操作，极大地增加了医生的工作量。
[0006]为解决该问题，公开号为CN111627002A的专利技术公开了一种冠脉微血管阻力指数计算装置及方法。所述冠脉微血管阻力指数计算装置包括：主动脉压获取模块，用于获取主动脉压；DSA影像获取模块，用于获取一冠脉DSA影像序列；变化曲线生成模块，与所述DSA影像获取模块相连，用于根据造影剂在多个目标帧中的成像面积，以及所述目标帧的成像时间生成一造影剂面积变化曲线；曲线斜率获取模块，与所述变化曲线生成模块相连，用于获取所述造影剂面积变化曲线的平均斜率；阻力指数计算模块，与主动脉压获取模块和曲线斜率获取模块相连，用于根据所述主动脉压和所述平均斜率计算冠脉微血管阻力指数。
[0007]该方法通过造影剂面积变化曲线的平均斜率和主动脉压计算冠脉微血管阻力指
数，造影剂面积的获取和主动脉压的测量均存在较大的测量误差，并且冠脉微血管很难从冠脉DSA影像序列中捕捉到，难以保证获取的冠脉微血管及其阻力的准确性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在获取的冠脉微血管及其阻力的准确性差的缺陷而提供一种考虑了真实状况下冠脉在心肌各个层次之间的分布的基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法和系统。
[0009]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010]一种基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法，包括以下步骤：
[0011]S1：获取医学影像，提取建立冠脉血管模型、主动脉根部所在的横截面以及心肌总体积；
[0012]S2：在所述冠脉血管模型中每个冠脉的上游和下游生成侧支血管；
[0013]S3：将所有所述冠脉和侧支血管均视为主体血管，获取每个主体血管出口的位置坐标和血管半径；
[0014]S4：根据所述每个主体血管出口的位置坐标，并通过椭球面方程，拟合构建心肌外壁方程，然后结合所述主动脉根部所在的横截面，获得心肌外壁面；
[0015]S5：基于心肌外壁面与心肌内壁面相似的原理，根据所述心肌外壁面，构建心肌内壁面，并使得心肌外壁面、心肌内壁面和主动脉根部所在的横截面三者围成的体积与心肌总体积相等，从而构成心肌模型；
[0016]S6：在所述心肌模型的内部分层使用椭球面进行插值，并为每一层分配厚度；
[0017]S7：对所述心肌模型的各层分别进行网格划分，获取每层的点云文件；
[0018]S8：在所述心肌模型的最外层点云文件中随机选取点P，将该点P与各个主体血管出口预连接，根据生成血管总体积最小的原则，从该预连接中，选出连接生成一段血管，作为微循环血管；
[0019]S9：重复步骤S8，直至每个主体血管出口均生成一段微循环血管；
[0020]S10：在当前层以及当前层外侧的心肌模型点云文件中随机选取点T，筛选出与点T最近的m根微循环血管进行预连接，针对每根预连接的微循环血管，根据同一个主体血管出口下的各条分支的总压力降相等和微循环血管总体积最小的原则，选取点K分别连接点T以及该微循环血管中的上游和下游，新生成分岔式的多个微循环血管，并结合面积分岔幂律规则设定新生成的每根微循环血管的血管半径；比较所有预连接后构成的血管树的总体积，保留血管树总体积最小的预连接情况，所述血管树包括冠脉、侧支血管和微循环血管；
[0021]S11：重复步骤S10，直至在该层心肌模型的点云文件中，新生成的分岔式的多个微循环血管的分岔数量达到预设的分岔次数；
[0022]S12：以当前层内侧的一层作为当前层，重复步骤S11，并逐步推进到最内层，直至所生成的血管树中所有血管出口的半径都小于预设的血管阈值；
[0023]S13：根据步骤S12获取的血管树，计算主体血管各个出口的阻力值。
[0024]进一步地，步骤S6中，从内到外以线性变化的方式为每层分配厚度。
[0025]进一步地，步骤S10中，结合面积分岔幂律规则设定新生成的每根微循环血管的血管半径具体为：
[0026]生成的分岔式的多个微循环血管包括K
‑
上游血管、K
‑
下游血管和K
‑
T血管，所述K
‑
上游血管的血管半径等于主体血管出口的血管半径，所述K
‑
下游血管和K
‑
T血管的血管半径相等，所述K
‑
下游血管和K
‑
T血管的血管半径的计算表达式为：
[0027][0028]式中，R
T
为K
‑
T血管的血管半径，R
P
为K
‑
下游血管的血管半径，R
i
为K
‑
上游血管的血管半径，γ为分岔幂律。
[0029]进一步地，所述同一个主体血管出口下的各条分支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取医学影像，提取建立冠脉血管模型、主动脉根部所在的横截面以及心肌总体积；S2：在所述冠脉血管模型中每个冠脉的上游和下游生成侧支血管；S3：将所有所述冠脉和侧支血管均视为主体血管，获取每个主体血管出口的位置坐标和血管半径；S4：根据所述每个主体血管出口的位置坐标，并通过椭球面方程，拟合构建心肌外壁方程，然后结合所述主动脉根部所在的横截面，获得心肌外壁面；S5：基于心肌外壁面与心肌内壁面相似的原理，根据所述心肌外壁面，构建心肌内壁面，并使得心肌外壁面、心肌内壁面和主动脉根部所在的横截面三者围成的体积与心肌总体积相等，从而构成心肌模型；S6：在所述心肌模型的内部分层使用椭球面进行插值，并为每一层分配厚度；S7：对所述心肌模型的各层分别进行网格划分，获取每层的点云文件；S8：在所述心肌模型的最外层点云文件中随机选取点P，将该点P与各个主体血管出口预连接，根据生成血管总体积最小的原则，从该预连接中，选出连接生成一段血管，作为微循环血管；S9：重复步骤S8，直至每个主体血管出口均生成一段微循环血管；S10：在当前层以及当前层外侧的心肌模型点云文件中随机选取点T，筛选出与点T最近的m根微循环血管进行预连接，针对每根预连接的微循环血管，根据同一个主体血管出口下的各条分支的总压力降相等和微循环血管总体积最小的原则，选取点K分别连接点T以及该微循环血管中的上游和下游，新生成分岔式的多个微循环血管，并结合面积分岔幂律规则设定新生成的每根微循环血管的血管半径；比较所有预连接后构成的血管树的总体积，保留血管树总体积最小的预连接情况，所述血管树包括冠脉、侧支血管和微循环血管；S11：重复步骤S10，直至在该层心肌模型的点云文件中，新生成的分岔式的多个微循环血管的分岔数量达到预设的分岔次数；S12：以当前层内侧的一层作为当前层，重复步骤S11，并逐步推进到最内层，直至所生成的血管树中所有血管出口的半径都小于预设的血管阈值；S13：根据步骤S12获取的血管树，计算主体血管各个出口的阻力值。2.根据权利要求1所述的一种基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法，其特征在于，步骤S6中，从内到外以线性变化的方式为每层分配厚度。3.根据权利要求1所述的一种基于分层心肌模型的冠脉微循环血管阻力获取方法，其特征在于，步骤S10中，结合面积分岔幂律规则设定新生成的每根微循环血管的血管半径具体为：生成的分岔式的多个微循环血管包括K
‑
上游血管、K
‑
下游血管和K
‑
T血管，所述K
‑
上游血管的血管半径等于主体血管出口的血管半径，所述K
‑
下游血管和K
‑
T血管的血管半径相等，所述K
‑
下游血管和K
‑
T血管的血管半径的计算表达式为：式中，R
T
为K
‑
T血管的血管半径，R
P
为K
...

【专利技术属性】
技术研发人员：余龙，王盛章，秦旺，万军，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：