一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的方法技术

本申请提供了一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的方法，所述方法包括：获取患者的肺动脉血管造影数据并重建三维肺动脉模型

【技术实现步骤摘要】
一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的方法


[0001]本申请涉及心血管检测
，特别是一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的方法
。

技术介绍

[0002]血管狭窄病变是人类生命健康的头号公敌
。
目前，肺动脉狭窄一般通过观察侵入性血管造影术中血管直径的变化来诊断
。
然而，通过血管造影的几何信息并不能评估血管的血流动力学，而且由于许多狭窄病变无法在血管造影中直接观察到，在诊断过程中很可能被忽略
。
因此，使用血流储备分数
(fractional flow reserve
，
FFR)
被视为评估肺动脉狭窄的基本指标
。
但
FFR
的测量通常需要患者进行侵入性检查来获取对应的压力值，这种侵入性检测给患者带来了高额的医疗费用和生理风险
。
[0003]不过，由于计算流体动力学
(Computational Fluid Dynamics
，
CFD)
的迅猛发展，基于医学图像数据来模拟人体血管血液流动不再是难题
。
但
CFD
模拟的计算成本很高，需要高精度的三位重建模型和高性能计算工作站，且计算时间也很长，无法快速获得指定血管的
FFR
值
。
另外，为了尽可能的逼近患者真实的生理状态，在三维模型上施加的边界条件需要足够准确
。
但是人体血管存在很多细小的分支，现有技术无法完全还原真实的血管形态及其血液流动情况
。
因此，难以非侵入性的界定患者的特异性边界条件
。

技术实现思路

[0004]鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的方法，包括：
[0005]一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的方法，所述方法包括：
[0006]获取患者的肺动脉血管造影数据并重建三维肺动脉模型；
[0007]依据所述血管造影数据构建零维右心集总参数模型和零维肺动脉模型；
[0008]通过所述零维右心集总参数模型和所述零维肺动脉模型模拟主肺动脉压力波形和肺动脉下游血管阻力；
[0009]依据所述主肺动脉压力波形
、
所述肺动脉下游血管阻力和所述三维肺动脉模型进行计算流体动力学模拟，确定肺动脉的压力分布；
[0010]依据所述压力分布确定对应于目标管腔的血流储备分数
。
[0011]进一步地，所述通过所述零维右心集总参数模型和所述零维肺动脉模型模拟主肺动脉压力波形和肺动脉下游血管阻力的步骤，包括：
[0012]通过所述零维右心集总参数模型与所述零维肺动脉模型模拟生成主肺动脉压力波形；
[0013]通过所述零维肺动脉模型模拟肺动脉下游血管阻力
。
[0014]进一步地，所述通过所述零维右心集总参数模型与所述零维肺动脉模型模拟生成主肺动脉压力波形的步骤，包括：
[0015]通过所述零维右心集总参数模型生成心输出量；
[0016]通过零维右心集总参数模型与零维肺动脉模型相耦合模拟肺动脉主干压力；
[0017]通过匹配所述心输出量和所述肺动脉主干压力，生成主肺动脉压力波形
。
[0018]进一步地，所述通过零维右心集总参数模型与零维肺动脉模型相耦合模拟肺动脉主干压力的步骤，包括：
[0019]获取多普勒超声数据中的肺动脉瓣返流峰值速度；
[0020]通过简化的伯努利
(Bernoulli)
方程和所述肺动脉瓣返流峰值速度计算肺动脉主干压力
。
[0021]进一步地，所述依据所述主肺动脉压力波形
、
所述肺动脉下游血管阻力和所述三维肺动脉模型进行计算流体动力学模拟，确定肺动脉的压力分布的步骤，包括：
[0022]依据所述主肺动脉压力波形和所述肺动脉下游血管阻力生成对应于所述患者的特异性边界条件；
[0023]依据所述边界条件对所述三维肺动脉模型进行计算流体动力学模拟，生成肺动脉的压力分布
。
[0024]进一步地，所述获取患者的肺动脉血管造影数据并重建三维肺动脉模型的步骤，包括：
[0025]获取患者的肺动脉血管造影数据；
[0026]通过对所述血管造影数进行阈值分割确定血管的表面和边界；
[0027]通过连接所有确定的血管所述边界创建三维肺动脉模型；
[0028]将所述三维肺动脉模型划分为四面体形状，并从所述三维肺动脉模型中创建网格
。
[0029]进一步地，所述依据所述压力分布确定对应于目标管腔的血流储备分数的步骤，包括：
[0030]通过
N
‑
S
方程
(Navier
‑
Stokes equations
，纳维
‑
斯托克斯方程
)
对所述压力分布进行血流动力学分析，从而确定对应于目标管腔管腔的血流储备分数
。
[0031]一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的装置，所述装置包括：
[0032]数据获取模块，用于获取患者的肺动脉血管造影数据并重建三维肺动脉模型；
[0033]右心模型构建模块，用于依据所述血管造影数据构建零维右心集总参数模型和零维肺动脉模型；
[0034]血流模型构建模块，用于通过所述零维右心集总参数模型和所述零维肺动脉模型模拟主肺动脉压力波形和肺动脉下游血管阻力；
[0035]压力确定模块，用于依据所述主肺动脉压力波形
、
所述肺动脉下游血管阻力和所述三维肺动脉模型进行计算流体动力学模拟，确定肺动脉的压力分布；
[0036]血流储备分数计算模块，用于依据所述压力分布确定对应于目标管腔的血流储备分数
。
[0037]一种计算机设备，包括处理器
、
存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的无创计算血流储备分数的方法的步骤
。
[0038]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计
算机程序被处理器执行时实现如上所述的无创计算血流储备分数的方法的步骤
。
[0039]本申请具有以下优点：
[0040]在本申请的实施例中，针对于现有技术中的难以非侵入性的检测血管狭窄病变的问题，本申请提供了通过个性化的肺循环模型来无创计算
FFR
的解决方案，具体为：获取患者的肺动脉血管造影数据并重建三维肺动脉模型；依据所述血管造影数据构建零维右心集总参数模型和零维肺动脉模型；通过所述零维右心集总参数模型和所述零维肺动脉模型模拟主肺动脉压力波形和肺动脉下游本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于肺循环模型无创计算血流储备分数的方法，其特征在于，所述方法包括：获取患者的肺动脉血管造影数据并重建三维肺动脉模型；依据所述血管造影数据构建零维右心集总参数模型和零维肺动脉模型；通过所述零维右心集总参数模型和所述零维肺动脉模型模拟主肺动脉压力波形和肺动脉下游血管阻力；依据所述主肺动脉压力波形
、
所述肺动脉下游血管阻力和所述三维肺动脉模型进行计算流体动力学模拟，确定肺动脉的压力分布；依据所述压力分布确定对应于目标管腔的血流储备分数
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述零维右心集总参数模型和所述零维肺动脉模型模拟主肺动脉压力波形和肺动脉下游血管阻力的步骤，包括：通过所述零维右心集总参数模型与所述零维肺动脉模型模拟生成主肺动脉压力波形；通过所述零维肺动脉模型模拟肺动脉下游血管阻力
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过所述零维右心集总参数模型与所述零维肺动脉模型模拟生成主肺动脉压力波形的步骤，包括：通过所述零维右心集总参数模型生成心输出量；通过零维右心集总参数模型与零维肺动脉模型相耦合模拟肺动脉主干压力；通过匹配所述心输出量和所述肺动脉主干压力，生成主肺动脉压力波形
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过零维右心集总参数模型与零维肺动脉模型相耦合模拟肺动脉主干压力的步骤，包括：获取多普勒超声数据中的肺动脉瓣返流峰值速度；通过简化的伯努利方程和所述肺动脉瓣返流峰值速度计算肺动脉主干压力
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述主肺动脉压力波形
、
所述肺动脉下游血管阻力和所述三维肺动脉模型进行计算流体动力学模拟，确定肺动脉的压力分布的步骤，包括：依据所述主肺动脉压力波形和所述肺动脉下游血管阻力生成对应于所述患者的特异性边界条件；依据所述边界条件对所述三维肺动脉模型进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘修健，雷昊，薛晓飞，张贺晔，高智凡，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：