【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于血流性状诊断的系统、其方法及计算机软件程序
本专利技术涉及用于血流性状诊断的系统、方法及计算机软件程序，更具体地说，涉及能够根据对象血管部位的血流状态而判别该对象血管部位未来有无发生病变或发展的可能性，进而能够提供治疗效果预测的系统、方法及程序。
技术介绍
循环器官系统疾病包括血管的瘤化、硬化、狭窄。这些疾病是由于血流的影响而使得正常部位发生病变，也有不少由于之后的发展而导致死亡，但其治疗因伴随生命危险而非常困难。为了弄清楚这种难治性循环器官系统疾病，在基于病理切片的基础医学方法的基础上运用流体解析或构造解析的工程技术是有益的。例如，脑动脉瘤是脑动脉管壁的一部分以囊状向外凸出的血管问题，在对脑部进行影像诊断时，在未破裂状态下偶然被发现的案例不断增加。所谓脑动脉瘤，是指由于动脉壁的脆弱性等而引起脑动脉的血管壁变为瘤状，因缺少中膜而容易破裂，大多数脑动脉瘤由于位于蛛网膜下腔，因此是蛛网膜下出血的主要原因。因此，对于破裂可能性高的脑动脉瘤，需要进行支架治疗等适当的预防治疗。但是，对于脑动脉瘤破裂的可能性，在尺寸小于或等于IOmm时，一年之内破裂的可能性小于1%，如果考虑预防治疗引起并发症的风险，盲目治疗是不当的，要求恰当判别导致破裂可能性高的脑动脉瘤，仅将这种脑动脉瘤作为治疗对象。因此，一直以来，都在研究使用肿瘤尺寸、形状、家族病史、血压、吸烟历史等作为破裂风险指标的脑动脉瘤判别方法。但是，上述指标均不是决定性的，要求开发高效的判别方法。在这里,在日本特开2010 — 207531号公报中，公开了一种基于作用在动脉瘤内壁上的流体粘性力，即流体剪切应力...
【技术保护点】
一种基于计算机的系统，其通过计算机模拟对受验者的对象血管部位处的血流进行解析，该系统的特征在于，具有：三维形状提取部，其由计算机读入所述对象血管部位的拍摄影像，生成所述对象血管部位的内腔的三维形状数据；流体解析部，其由计算机将与血流相关的边界条件赋予给所述三维形状数据，通过运算而求出所述对象血管部位的内腔的各位置处的血流的状态量（压力和流速）；血流性状判别部，其由计算机根据由所述流体解析部求出的血流状态量，求出所述对象血管部位的血管壁面的各位置处的壁面剪切应力矢量，并求出特定壁面位置处的该壁面剪切应力矢量的方向和该特定壁面位置的周围壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向之间的相对关系，根据壁面剪切应力矢量的形态，判别该壁面位置处的所述血流的性状，并输出其判别结果；以及显示部，其由计算机使所述血流性状判别部的判别结果与所述三维形状模型重叠，进行图形显示输出。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.26 JP 2011-1847511.一种基于计算机的系统，其通过计算机模拟对受验者的对象血管部位处的血流进行解析，该系统的特征在于，具有: 三维形状提取部，其由计算机读入所述对象血管部位的拍摄影像，生成所述对象血管部位的内腔的三维形状数据； 流体解析部，其由计算机将与血流相关的边界条件赋予给所述三维形状数据，通过运算而求出所述对象血管部位的内腔的各位置处的血流的状态量(压力和流速); 血流性状判别部,其由计算机根据由所述流体解析部求出的血流状态量,求出所述对象血管部位的血管壁面的各位置处的壁面剪切应力矢量，并求出特定壁面位置处的该壁面剪切应力矢量的方向和该特定壁面位置的周围壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向之间的相对关系，根据壁面剪切应力矢量的形态，判别该壁面位置处的所述血流的性状，并输出其判别结果；以及 显示部，其由计算机使所述血流性状判别部的判别结果与所述三维形状模型重叠，进行图形显示输出。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部， 由计算机判别所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向和其周围壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向之间的相对关系，是“平行”、“合流”、“旋转”、“发散”中的哪一个，在“平行”的情况下判别为血流性状是良性流动(非恶性流动)，在其它情况下判别为恶性流动(非良性流动)。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部，在所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向和其周围壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向之间的相对关系为“发散”的情况下，判别为在该壁面位置处会发生血管壁的薄弱化，输出该位置， 所述显示部，使存在发生所述薄弱化的可能性的位置与所述三维形状模型重叠，进行图形显示输出。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部，根据所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量τ和该特定壁面位置的周围壁面位置处的多个壁面剪切应力矢量的相对角度关系，求出作为矢量场τ的标量的旋度rot τ及散度div τ ,将这些值作为杂乱度而与阈值相比较,从而判别是所述“平行”、“合流”、“旋转”、“发散”中的哪一个， 在所述杂乱度的旋度rot τ的值是规定阈值范围外的负值或正值时判别为“旋转”， 在所述杂乱度的所述散度div τ的值是规定阈值范围外的负值时判别为“合流”， 在所述杂乱度的所述散度div τ的值是规定阈值范围外的正值时判别为“发散”，在所述杂乱度的旋度rot τ的值及所述散度div τ的值这二者在规定阈值内时判别为“平行”。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部在运算时，将所述多个壁面剪切应力矢量处理为单位矢量， 与所述旋度rot τ及散度div τ进行比较的阈值为O。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述血流性状判别部，将该壁面位置处沿法线方向作用的压力的指标值作为加权系数而赋予给所述旋度rot τ及散度div τ的值，从而求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度diVT的值。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部，使得求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度div τ的值时所赋予的压力的指标值，为将该壁面位置处作用的压力除以在对象血管部位的壁面上作用的平均压力值而得到的值。8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于， 所述显示部使所述杂乱度的所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值，在显示器上与所述三维形状模型重叠，进行显示输出， 这时，所述显示部将所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值显示为，能够识别这些值的大小，或者能够识别大于或等于规定阈值的部位和小于或等于阈值的部位。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部，根据所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量τ和该特定壁面位置的周围壁面位置处的多个壁面剪切应力矢量的相对关系，求出矢量场τ的旋度rot τ及散度div τ，将这些值作为杂乱度而与阈值相比较，在阈值范围内的情况下判别为良性流动(非恶性流动)，在范围外的情况下判别为恶性流动(非良性流动)10.根据权利要 求9所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部在运算时，将所述多个壁面剪切应力矢量处理为单位矢量， 与所述旋度rot τ及散度div τ进行比较的阈值为O。11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部，将该壁面位置处沿法线方向作用的压力的指标值作为加权系数，赋予给所述旋度rot τ及散度div τ的值，从而求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度diVT的值。12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于， 所述血流性状判别部，使得求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度div τ的值时所赋予的压力的指标值，为将该壁面位置处作用的压力除以在对象血管部位的壁面上作用的平均压力值而得到的值。13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于， 所述显示部使所述杂乱度的所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值在显示器上与所述三维形状模型重叠，进行显示输出， 这时，所述显示部将所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值显示为，能够识别这些值的大小，或者能够识别大于或等于规定阈值的部位和小于或等于阈值的部位。14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 还具有手术模拟部，其通过模拟而生成手术后的对象血管部位的三维形状数据， 该手术模拟部具有: 治疗方法接受部，其由计算机将由所述三维形状提取部所生成的所述三维形状数据以3维显示在显示器上，接受该显示器上的病变部的指定及针对该病变部的外科治疗方法的选择；修正方法存储部，其由计算机预先存储可选择的治疗方法和与治疗方法对应的三维形状数据的修正方法；以及 修正完成三维形状输出部，其由计算机基于所述治疗方法的选择而读取存储在所述修正方法存储部中的修正方法，以该修正方法对所述指定涉及的病变部的三维形状数据进行修正，输出修正后的三维形状数据。15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于， 所述可选择的治疗方法包括螺圈栓塞术， 与该螺圈栓塞术对应的三维形状数据的修正方法为，具有在上述三维形状数据化后的所述对象血管部位的内腔的一部分处配置多孔质构造体的程序，模拟以螺圈闭塞上述血管的内腔的一部分的状态。16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于， 还具有以所述多孔质构造体的开口率而使螺圈填充率变动的程序。17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于， 所述可选择的治疗方法包括夹闭法， 与该治疗方法对应的三维形状数据的修正方法为，具有将构成血管内腔的一部分(构成肿瘤等的部分)的表面的I个或多个多边形切除的程序、和由另外的I个或多个多边形对切除的表面进行再生的程序，模拟使所述血管内腔的一部分完全闭锁的情况。18.根据权利要求14所述的系统，其特征在于， 所述可选择的治疗方法包括支架置入术， 与该治疗方法对应的三维形状数据的修正方法为，具有通过使多边形移动或变形而对血管内腔的一部分表面的凹凸进行修正的程序，模拟通过所述支架而对血管内的血液流动进行控制的情况。19.根据权利要求14所述的系统，其特征在于， 所述可选择的治疗方法包括血流导向支架置入术， 与该治疗方法对应的三维形状数据的修正方法为，具有针对上述三维形状数据化后的所述对象血管部位的内腔的一部分而定义格子状物体的程序，模拟通过血流导向支架而限制血流的情况。20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于， 还具有以所述多孔质构造体的开口率而使血流导向支架的格子密度变动的程序。21.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述三维形状提取部具有对所提取的三维形状进行修正的形状修正部， 该形状修正部具有: 修正部位指定部，其由计算机将由所述血管形状提取部所生成的所述三维形状数据图形显示在显示器上，在该显示器上接受对三维形状数据显示的凹凸进行修正的部位处的至少I个多边形的指定； 多边形移动部，其由计算机将上述多边形的重心位置设为起点，使上述多边形在沿着面法线方向的血管外侧或内侧方向上移动或变形；以及 平滑处理部，其由计算机对所述多边形移动部使大于或等于I个的多边形移动或变形后生成的锐角形状进行检测，并进行平滑化处理。22.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述流体解析部具有: 运算条件存储部，其由计算机存储运算条件值的多个组，其中，该运算条件值的组中包含有用于运算在所述三维形状数据内流通的血流的状态量的边界条件，所述运算条件值的多个组，分别对应于用户要求的计算速度而包含有I个或者大于或等于I个的不同的运算条件值；以及 运算部，其由计算机向所述用户提示进行计算速度选择，对应于所选择的计算速度，读取与该计算速度相关联的运算条件值的组，基于在该组中包含的运算条件值，执行上述血流的状态量的运算，并输出运算结果。23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于， 所述运算条件值的多个组中的至少I个组，包含有与用户重视计算速度的情况相对应而将血流假定为定常流的情况下的运算条件值，至少I个另外的组包含有与相对于计算速度，用户更重视计算精度的情况相对应而将血流假定为脉动流的情况下的运算条件值。24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于， 所述至少I个另外的组还包含有，考虑在脉动流的脉动周期内流动从层流变为湍流的情况的运算条件值。25.根据权利要求23所述的系统，其特征在于， 所述运算部，具有在用户重视计算速度的情况下进行运算的第I处理器、和与计算速度相比用户更重视计算精度的情况下进行运算的第2处理器，还具有判断部，该判断部按照用户的选择而判断使用哪个处理器。26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于， 所述第2处理器，进行使用多个高速运算器的并行解析。27.根据权利要求25所述的系统，其特征在于， 所述第2处理器设置在可经由通信网络连接的另外的场所，所述判断部在判断为使用所述第2处理器的情况下，将计算所需的条件的一部分或全部经由所述通信网络发送至所述第2处理器，并接收运算结果。28.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述三维形状提取部具有标记部，该标记部基于提取出的对象血管部位的三维形状，对该对象血管部位进行标记， 该标记部具有: 存储部，其由计算机使特定对象血管部位所包含的主要血管要素的名称及其它血管要素的名称，与该特定对象血管部位相关联而进行存储；以及 标记结果输出部，其由计算机在多个截面处对特定对象血管部位所包含的各血管要素的截面积进行测定，将其面积的中央值最大的血管确定为主要血管，并且，基于该主要血管的判别而确定所述其它血管要素，标记上述主要血管要素及其它血管要素的名称，并与所述三维形状模型一起输出。29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于， 所述流体解析部对应于所述标记结果，使所述运算条件对应于每个血管要素而变动。30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述运算条件是血流的状态量解析中的网格详细度，针对每个血管要素而使网格详细度变动。31.根据权利要求30所述的系统，其特征在于， 所述网格详细度由所述截面形状的面积中央值的大小决定，从详细度的粗到细，以多个级别决定。32.—种计算机软件程序，其由计算机执行，从而通过计算机模拟而对受验者的对象血管部位处的血流进行解析，该计算机软件程序具有以下存储在存储介质中的各命令: 三维形状提取部，其由计算机读入所述对象血管部位的拍摄影像，生成所述对象血管部位的内腔的三维形状数据； 流体解析部，其由计算机将与血流相关的边界条件赋予给所述三维形状数据，通过运算而求出所述对象血管部位的内腔的各位置处的血流的状态量(压力和流速)； 血流性状判别部,其由计算机根据由所述流体解析部求出的血流状态量,求出所述对象血管部位的血管壁面的各位置处的壁面剪切应力矢量，并求出特定壁面位置处的该壁面剪切应力矢量的方向和该特定壁面位置的周围壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向之间的相对关系，根据壁面剪切应力矢量的形态，判别该壁面位置处的所述血流的性状，并输出其判别结果；以及 显示部，其由计算机使所述血流性状判别部的判别结果与所述三维形状模型重叠，进行图形显示输出。33.根据权利要求32所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部， 由计算机判别所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向和其周围壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向之间的相对关系，是“平行”、“合流”、“旋转”、“发散”中的哪一个，在“平行”的情况下判别为血流性状是良性流动(非恶性流动)，在其它情况下判别为恶性流动(非良性流动)。34.根据权利要求33所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部，在所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向和其周围壁面位置处的壁面剪切应力矢量的方向之间的相对关系为“发散”的情况下，判别为在该壁面位置处会发生血管壁的薄弱化，输出该位置， 所述显示部，使存在发生所述薄弱化的可能性的位置与所述三维形状模型重叠，进行图形显示输出。35.根据权利要求33所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部根据所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量τ和该特定壁面位置的周围壁面位置处的多个壁面剪切应力矢量的相对角度关系，求出作为矢量场τ的标量的旋度rot τ及散度div τ ,将这些值作为杂乱度而与阈值相比较,从而判别是所述“平行”、“合流”、“旋转”、“发散”中的哪一个， 在所述杂乱度的旋度rot τ的值是规定阈值范围外的负值或正值时判别为“旋转”， 在所述杂乱度的所述散度div τ的值是规定阈值范围外的负值时判别为“合流”， 在所述杂乱度的所述散度div τ的值是规定阈值范围外的正值时判别为“发散”， 在所述杂乱度的旋度rot τ的值及所述散度div τ的值这二者在规定阈值内时判别为“平行”。36.根据权利要求35所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部在运算时，将所述多个壁面剪切应力矢量处理为单位矢量， 与所述旋度rot τ及散度div τ进行比较的阈值为O。37.根据权利要求35所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部，将该壁面位置处沿法线方向作用的压力的指标值作为加权系数而赋予给所述旋度rot τ及散度div τ的值，从而求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度diVT的值。38.根据权利要求37所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部，使得求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度div τ的值时所赋予的压力的指标值，为将该壁面位置处作用的压力除以在对象血管部位的壁面上作用的平均压力值而得到的值。39.根据权利要求35所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述显示部使所述杂乱度的所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值，在显示器上与所述三维形状模型重叠，进行显示输出， 这时，所述显示部将所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值显示为，能够识别这些值的大小，或者能够识别大于或等于规定阈值的部位和小于或等于阈值的部位。40.根据权利要求32所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部，根据所述特定壁面位置处的壁面剪切应力矢量τ和该特定壁面位置的周围壁面位置处的多个壁面剪切应力矢量的相对关系，求出矢量场τ的旋度rot τ及散度div τ，将这些值作为杂乱度而与阈值相比较，在阈值范围内的情况下判别为良性流动(非恶性流动)，在范围外的情况下判别为恶性流动(非良性流动)41.根据权利要求40所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部在运算时，将所述多个壁面剪切应力矢量处理为单位矢量， 与所述旋度rot τ及散度div τ进行比较的阈值为O。42.根据权利要求40所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部，将该壁面位置处沿法线方向作用的压力的指标值作为加权系数而赋予给所述旋度rot τ及散度div τ的值，从而求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度diVT的值。43.根据权利要求42所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述血流性状判别部，使得求出所述杂乱度的所述旋度rot τ及散度div τ的值时所赋予的压力的指标值，为将该壁面位置处作用的压力除以在对象血管部位的壁面上作用的平均压力值而得到的值。44.根据权利要求40所述的计算机软件程序，其特征在于， 所述显示部使所述杂乱度的所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值在显示器上与所述三维形状模型重叠，进行显示输出， 这时，所述显示部将所述旋度rot τ和/或所述散度div τ的值显示为，能够识别这些值的大小，或者能够识别大于或等于规定阈值的部位和小于或等于阈值的部位。45.根据权利要求32所述的计算机软件程序，其特征在于，还具有手术模拟部，其通过模拟而生成手术后的对象血管部位的三维形状数据， 该手术模拟部具有: 治疗方法接受部，其由计算机将由所述三维形状提取部所生成的所述三维形状数据以3维显示在显示器上，接受该显示器上的病变部的指定及针对该病变部的外科治疗方法的选择； 修正方法存储部，其由计算机预先存储可选择的治疗方法和与治疗方法对应的三维形状数据的修正...
【专利技术属性】
技术研发人员：八木高伸，朴荣光，
申请(专利权)人：EBM株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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