【技术实现步骤摘要】
本申请属于医学处理，具体涉及一种用于血管支架虚拟临床试验的数字孪生方法。
技术介绍
1、心血管疾病在人类疾病死亡原因中已接近首位。近年来，我国cvd发病率和死亡率持续升高，已成为导致我国城乡居民死亡的首要原因。据统计，2020年cvd分别占城乡居民死因的48.00％和45.86％；每5例死亡中就有2例死于cvd。它广泛侵犯各型动脉，而且颈动脉、脑动脉等是主要罹患部位，因而会导致如心肌梗死和脑梗塞等多种严重的血管疾病。
2、针对cvd发病率和死亡率逐年增高的趋势，血管支架介入治疗具有重要意义。目前的血管支架分为切割型支架、编织型支架、可降解支架，可改进地方很多。血管支架设计和放置可以利用计算机模拟和数学建模技术来进行虚拟临床试验从而基于少部分招募者的临床数据生成大量的虚拟患者，从而可以更快地进行试验设计、数据收集和分析，缩短研究周期，加速新治疗方法或药物的研发和上市进程。尤其是血管数字孪生三维重建和cfd血流动力学分析的应用，在临床医生和研究人员的工作中担任重要角色。与传统临床试验相比，其具有节省时间、降低成本、减少临床试验等优势。虚拟器械放置和设计还可以模拟多种不同的临床情况和疾病进展，帮助研究者更全面地评估治疗方法的有效性和安全性。
3、数字孪生(digital twin，dt)是充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。作为数字化、智能化、服务化的重要应用之一，dt突破了时间、空间、成本、安
4、另一方面，来自患者的真实临床数据可用于对dt建模进行基准测试、验证和改进。ssm(statistical shape models，统计形状建模)通过一组训练集中的形状来构建，这些形状通常是通过在所有形状上采集相同数量的点来获得的。通过计算这些点的协方差矩阵，可以推导出统计模型，包括平均形状和各个模态(即形状变化的主要模式)。在医疗领域，ssm可以帮助进行解剖结构的三维重建，分析解剖变异，以及作为未来数字解剖图谱的一部分，展示静态解剖结构及其正常或病理变化。利兹大学的研究使用“虚拟人群”评估了分流器在脑动脉瘤中的效果，通过临床数据库中提取的真实患者数据构建了一个虚拟人群，确保匿名虚拟患者在年龄、性别和动脉瘤特征方面与真实血流导向装置临床试验中使用的患者非常相似。将传统试验的纳入和排除标准应用于计算机模拟参考队列后，保留了82例虚拟患者。通过计算机模型，临床医生和患者可以更安全、更及时地获得新的治疗技术。仅用了数月时间，就复现了3项真实临床试验的结果，证实了计算机虚拟人体临床试验的巨大潜力。
技术实现思路
1、本申请提供一种用于血管支架虚拟临床试验的数字孪生方法，以解决上述的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：一种用于血管支架虚拟临床试验的数字孪生方法，包括以下步骤：
3、基于真实患者血管cta图像序列模型，获取经过分割以及预处理的预处理图像；
4、基于血管影像信息和dvt-unet模型，对预处理图像进行建模和全自动血管分割，获取血管分割图像；
5、基于血管分割图像进行表面处理，获取预处理的真实患者血管模型；
6、基于预处理的真实患者血管模型以及统计形状模型，进行虚拟血管样本扩增，生成虚拟血管模型；
7、基于包括虚拟血管模型以及实患者血管模型的所有血管模型，构建全阶cfd模型，进行虚拟斑块和支架设计和放置，并获取血流动力学参数；
8、将血流动力学参数作为训练集输入pinn物理神经网络进行训练，获得pinn预测数据；
9、基于pinn预测数据以及参数指标，同时基于获得的模型预测出的不同部位血流动力学信息，修改并改进介入器械设计与定位以获得预设的力学条件。
10、进一步，对预处理图像进行建模和全自动血管分割，获取血管分割图像的方法，包括：
11、将预处理图像中进行人工标注，获取图像数据集；
12、基于dvt-unet模型进行特征学习，血管分割，生成模拟血管图像；
13、基于模拟血管图像，对图像数据集进行预测分割，对dvt-unet模型的权重参数进行调节，以使得模拟血管图像达到预设性能；
14、基于达到预设性能的模拟血管图像，获得第一图像集。
15、进一步，进行虚拟血管样本扩增，生成虚拟血管模型的方法，包括：
16、对预处理的真实患者血管模型进行均匀重划网格，获取包括有立体网格的原始部件；
17、基于包覆模块，将包覆模块中的模板部件包覆到原始部件上并变形，获取包覆部件；
18、创建与模板部件有相同的三角剖分且保留了包覆部件中变形部分的形状；
19、基于缩放注册步骤，将包覆部件缩小，以使得包覆部件与原始部件对齐；
20、基于统计形状模型，消除位置差异，以确保包覆部件中变形部分的形状被捕获；更新统计形状模型中的实例系数，获取扩增后的虚拟血管模型。
21、进一步，构建全阶cfd模型，进行虚拟斑块和支架设计和放置，并获取血流动力学参数的方法，包括：
22、基于虚拟血管模型，对感兴趣的部位进行支架或斑块的融合，并设置边界条件，构建流固耦合模型；
23、基于流固耦合模型，求解瞬态navier-stokes方程并对血管模型进行cfd仿真，获取有限元离散化的形式的血管数据以及双向流固耦合cfd模型；
24、基于血管数据，通过斑块区域应力的计算，获得包括血流动力学参数。
25、进一步，构建全阶cfd模型，进行虚拟斑块和支架设计和放置，并获取血流动力学参数的方法，包括：
26、基于虚拟血管模型，对感兴趣的部位进行支架或斑块的融合，并设置边界条件，构建流固耦合模型；
27、基于流固耦合模型，求解瞬态navier-stokes方程并对血管模型进行cfd仿真，获取有限元离散化的形式的血管数据以及双向流固耦合cfd模型；
28、基于血管数据，通过斑块区域应力的计算，获得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于血管支架虚拟临床试验的数字孪生方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述预处理图像进行建模和全自动血管分割，获取血管分割图像的方法，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进行虚拟血管样本扩增，生成虚拟血管模型的方法，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构建全阶CFD模型，进行虚拟斑块和支架设计和放置，并获取血流动力学参数的方法，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述血流动力学参数作为训练集输入PINN物理神经网络进行训练，获得PINN预测数据的方法，包括：
【技术特征摘要】
1.一种用于血管支架虚拟临床试验的数字孪生方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述预处理图像进行建模和全自动血管分割，获取血管分割图像的方法，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进行虚拟血管样本扩增，生成虚拟血管模型的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴辉群，陈天韵，李行健，苏桐，吴玉聪，谢浩东，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。