一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法和系统，属于胸主动脉腔内修复术评估领域。根据患者TEVAR术后的主动脉CTA图像或核磁共振图像数据，重建血流、覆膜支架及主动脉壁面的三维几何模型，对模型中的流体域和固体域划分计算网格；根据患者的临床无创测量数据，确定三维几何模型中主动脉的进、出口边界条件；基于主动脉的进、出口边界条件，对血流、覆膜支架及主动脉壁面三者的流固耦合作用进行仿真，仿真时利用基本库仑力摩擦模型约束覆膜支架与主动脉壁面的接触界面；获取主动脉血流动力学参数，用于定量评估TEVAR术后疗效。本发明专利技术显著提升了获取血流动力学参数的精度，实现对TEVAR术后疗效的定量评估。实现对TEVAR术后疗效的定量评估。实现对TEVAR术后疗效的定量评估。

【技术实现步骤摘要】
一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法和系统


[0001]本专利技术涉及胸主动脉腔内修复术评估领域，尤其涉及一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法和系统。

技术介绍

[0002]主动脉病变严重威胁国民生命健康，传统的外科治疗方式是开胸手术，即通过植入人工血管替代病变的主动脉。然而，开胸手术对人体的创伤较大，术后的并发症多，死亡率高。近年来，微创的胸主动脉腔内修复手术(TEVAR)已逐渐成为治疗主动脉病变的主流方式，植入的覆膜支架有效保护了病变的主动脉。目前，无法对该手术的疗效进行定量评估。
[0003]血流动力学参数可用于定量评估手术疗效，辅助医生制定个性化的术后随访方案。目前，临床测量技术受限于时空分辨率，无法获取全部的血流动力学参数。基于计算机断层扫描图像(CTA)的血流数值模拟方法表现出重大的应用潜力。然而，术后的主动脉结构复杂，传统方法仅关注血流区域，无法重建在体覆膜支架的几何模型，几何模型的重建难度高；覆膜支架改变了主动脉壁面运动变形，传统方法采用刚性壁面假设，没有考虑覆膜支架和主动脉壁面的运动和变形，忽略血流、覆膜支架及主动脉壁面三者之间的耦合作用，获取的TEVAR术后的主动脉血流动力学参数分布的准确性较差，缺少对胸主动脉腔内修复术后的疗效评估的研究。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出了一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法和系统，基于临床CTA图像(或核磁共振图像)重建血流、覆膜支架及主动脉壁面的三维几何模型，利用无创的测量数据确定个性化边界条件，模拟覆膜支架及主动脉壁面的运动变形，准确获取主动脉血流动力学参数，实现对TEVAR术后疗效的定量评估。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法，包括：
[0007]根据患者TEVAR术后的主动脉CTA图像或核磁共振图像数据，重建血流、覆膜支架及主动脉壁面的三维几何模型，对模型中的流体域和固体域划分计算网格；
[0008]根据患者的临床无创测量数据，确定三维几何模型中主动脉的进、出口边界条件；
[0009]基于主动脉的进、出口边界条件，对血流、覆膜支架及主动脉壁面三者的流固耦合作用进行仿真，仿真时利用基本库仑力摩擦模型约束覆膜支架与主动脉壁面的接触界面；
[0010]获取主动脉血流动力学参数，用于定量评估TEVAR术后疗效。
[0011]进一步地，所述的重建血流、覆膜支架及主动脉壁面的三维几何模型，包括：
[0012]对TEVAR术后的主动脉CTA图像或核磁共振图像进行分割，重建血流区域，保留升主动脉、主动脉弓、弓上三分支及降主动脉，将其转化为血流区域的三维几何模型；裁剪主动脉的进口、出口边界，利用精确曲面优化血流区域的三维几何模型；
[0013]基于血流区域几何模型的外表面，参考覆膜支架在体内的位置，得到覆膜支架的
内壁面，以抽壳形式将其向外延伸，得到覆膜支架的外壁面，将内、外壁面组合并封闭环形边界，得到覆膜支架的三维几何模型，利用精确曲面优化覆膜支架的三维几何模型；
[0014]将血流区域的三维几何模型的外表面与覆膜支架的三维几何模型结合，得到主动脉壁面的内壁面，以抽壳形式将其向外延伸，得到主动脉壁面的外壁面，将内、外壁面组合，并封闭环形的进、出口，得到主动脉壁面的三维几何模型，利用精确曲面优化主动脉壁面的三维几何模型。
[0015]进一步地，所述的主动脉的进口为升主动脉进口，主动脉的出口为弓上三分支、降主动脉的出口。
[0016]进一步地，对模型中的流体域和固体域划分计算网格时，流体域为血流区域，采用非结构化的四面体网格并绘制多层棱柱边界层；固体域为覆膜支架及主动脉壁面，直接采用非结构化的四面体网格。
[0017]进一步地，所述的临床无创测量数据包括身高、体重、心率和血压。
[0018]进一步地，所述的根据患者的临床无创测量数据，确定三维几何模型中主动脉的进、出口边界条件，具体为：
[0019]以标准的主动脉进口脉动血流曲线为基准曲线，根据患者的体表面积大小对基准曲线的波形进行纵向变换，根据患者的心率对基准曲线的波形进行横向变换，调整血液总流量，得到“准个性化”的进口边界条件；
[0020]将三元弹性腔模型作为主动脉的出口边界条件，利用患者的血压变化范围和主动脉各出口的截面面积计算弹性腔模型的参数，得到个性化的出口边界条件。
[0021]进一步地，所述的对血流、覆膜支架及主动脉壁面三者的流固耦合作用进行仿真，具体为：
[0022]为覆膜支架和主动脉壁面设置不同的材料属性；
[0023]在主动脉外壁面加载舒张期压力，模拟周围组织器官对主动脉的约束；
[0024]利用基本库仑力摩擦模型约束覆膜支架与主动脉壁面的接触界面；
[0025]在主动脉进口截面的几何中心指定三个方向的位移分量，固定主动脉出口的几何中心，允许壁面发生收缩和膨胀；
[0026]持续模拟若干个心动周期以消除初始化的影响，记录仿真参数。
[0027]进一步地，所述的主动脉血流动力学参数包括单个心动周期内的支架位移力F、米塞斯应力VMS、壁面变形WD、血流能量损失系数EL
i
，所述的血流能量损失系数EL
i
为血流能量损失与主动脉入口总能量的比值。
[0028]第二方面，本专利技术还提供一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估系统，用于实现上述方法。
[0029]本专利技术具备的有益效果是：
[0030](1)本专利技术基于临床CTA图像或核磁共振图像，通过无创的常规测量数据(身高、体重、血压等)确定“准个性化”边界条件，利用流固耦合方法，准确获取血流动力学参数在心动周期内的完整分布，并在体外模拟脉动血流与主动脉壁面的相互作用，同时通过指定升主动脉进口几何中心的运动，固定主动脉出口的几何中心，允许壁面发生收缩和膨胀，综合考虑心脏搏动对主动脉的运动牵引，能够准确预测覆膜支架和主动脉壁面的运动和变形。
[0031](2)本专利技术针对胸主动脉腔，首次引入血流动力学参数定量评估TEVAR术后疗效，
此外，在壁面剪切力相关系数的基础上，引入了血流能量损失等新指标，能够综合评估TEVAR术后疗效，辅助医生制定个性化的随访方案。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法的流程示意图；
[0033]图2是TEVAR术后主动脉血流模拟的边界条件和流固耦合示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0035]本专利技术主要针对TEVAR术后的疗效评估问题，提出了一种基于临床CTA图像的血液流动数值模拟方法。该方法重建了血流区域、覆膜支架及主动脉壁面的三维几何模型，采用了“准个性化”的边界条件，考虑了脉动血流、覆膜支架及主动脉壁面三者之间的耦合运动，真实地描绘了主动脉术后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法，其特征在于，包括：根据患者TEVAR术后的主动脉CTA图像或核磁共振图像数据，重建血流、覆膜支架及主动脉壁面的三维几何模型，对模型中的流体域和固体域划分计算网格；根据患者的临床无创测量数据，确定三维几何模型中主动脉的进、出口边界条件；基于主动脉的进、出口边界条件，对血流、覆膜支架及主动脉壁面三者的流固耦合作用进行仿真，仿真时利用基本库仑力摩擦模型约束覆膜支架与主动脉壁面的接触界面；获取主动脉血流动力学参数，用于定量评估TEVAR术后疗效。2.根据权利要求1所述的一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法，其特征在于，所述的重建血流、覆膜支架及主动脉壁面的三维几何模型，包括：对TEVAR术后的主动脉CTA图像或核磁共振图像进行分割，重建血流区域，保留升主动脉、主动脉弓、弓上三分支及降主动脉，将其转化为血流区域的三维几何模型；裁剪主动脉的进口、出口边界，利用精确曲面优化血流区域的三维几何模型；基于血流区域几何模型的外表面，参考覆膜支架在体内的位置，得到覆膜支架的内壁面，以抽壳形式将其向外延伸，得到覆膜支架的外壁面，将内、外壁面组合并封闭环形边界，得到覆膜支架的三维几何模型，利用精确曲面优化覆膜支架的三维几何模型；将血流区域的三维几何模型的外表面与覆膜支架的三维几何模型结合，得到主动脉壁面的内壁面，以抽壳形式将其向外延伸，得到主动脉壁面的外壁面，将内、外壁面组合，并封闭环形的进、出口，得到主动脉壁面的三维几何模型，利用精确曲面优化主动脉壁面的三维几何模型。3.根据权利要求2所述的一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法，其特征在于，所述的主动脉的进口为升主动脉进口，主动脉的出口为弓上三分支、降主动脉的出口。4.根据权利要求1所述的一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法，其特征在于，对模型中的流体域和固体域划分计算网格时，流体域为血流区域，采用非结构化的四面体网格并绘制多层棱柱边界层；固体域为覆膜支架及主动脉壁面，直接采用非结构化的四面体网格。5.根据权利要求1所述的一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法，其特征在于，所述的临床无创测量数据包括身高、体重、心率和血压。6.根据权利要求1或4所述的一种胸主动脉腔内修复术后的疗效评估方法，其特征在于，所述的根据患者的临床无创测量数据，确定三维几何模型中主动脉的进、出口边界条件，具体为：以标准的主动脉进口脉动血流曲线为基准曲线，根据患者的体表面积大小对基准曲线的波形进行纵向变换，根据患者的心率对基准曲线的波形进行横向变换，调整血液总流量，得到“准个性化”的进口边界条件；将三元弹性腔模型作为主动脉的出口边界条件，利用患者的血压变化范围和主动脉各出口的截面面积计算弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔永辉，罗坤，樊建人，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：