[发明专利]基于冠状动脉CT血管造影的狭窄病灶血流阻力计算方法

说明书

本发明针对冠状动脉CT血管造影(cCTA)图像，结合计算流体力学(CFD)方法进行血流动力学仿真分析，计算狭窄病灶血流阻力。本发明包含以下步骤：(1)基于cCTA图像进行冠状动脉三维重建，提取狭窄病灶3D模型；(2)构建在不同总血流量条件下的7组边界条件；(3)对步骤1获取的3D模型，施加由步骤2获取的7组边界条件，并利用CFD方法分别仿真计算稳态血流分布情况；(4)从7次仿真结果中提取压降‑血流曲线和表征曲线的参数来评估血流阻力。本发明结合cCTA和CFD，提出一种计算血流阻力参数的新方法。该方法以拟合的压力‑血流量二次曲线的参数作为描述血流阻力特性的参数，以准确表征压降和血流量的关系。

技术领域

本发明利用冠状动脉CT血管造影(cCTA)图像，建立基于冠状动脉CT血管造影的狭窄病灶血流阻力计算方法，本发明属于基于医学图像的辅助诊断领域，主要涉及基于cCTA的血流动力学仿真分析方法。

背景技术

冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)是危害人类健康的严重疾病，经皮冠状动脉介入(PCI)是临床上对其进行治疗的有效手段，仅2013年全国共完成PCI共计454505例。给予合理治疗的前提是对冠状动脉狭窄病灶功能学意义的准确评估，但遗憾的是，解剖学上的形态狭窄与血流动力学意义上的功能性狭窄并不存在直接的对应关系，单纯的冠状动脉造影(coronary angiography，CAG)并不能准确地对功能性狭窄进行评估，从而可能造成对非功能性狭窄病灶的不必要干预或对具有功能显著性的狭窄病灶错失最佳的治疗时机。因此，对冠状动脉狭窄病灶功能学意义的评估研究受到国内外学术界的日益重视，成为国际学术界研究的热点和前沿课题。

现有的“金标准”血流储备分数(FFR)通过测量心肌充血状态下狭窄病灶远端压力与主动脉根部压力比值来评估冠状动脉狭窄，可真实地反映狭窄病灶对供血功能的影响。但其为有创的检测手段，需在药物诱发冠状动脉充血的状态下进行测量，价格昂贵且存在一定的风险，这些都极大的限制了FFR的临床应用。随着计算流体力学(computationalfluid dynamics,CFD)的发展，研究者们将CFD与医学影像学相结合，提出了非侵入式的评估方法FFR_CT。该方法利用cCTA图像精确的重建出冠状动脉的3D模型，通过构建个性化的0D-3D耦合CFD仿真模型计算获取充血状态下冠状动脉内的血流和压力分布，并依据FFR的定义计算出狭窄病灶远、近端的压力比值，即为FFR_CT。该方法所存在的最大问题是：其需要精确的获取与患者对应的最大充血状态下血流阻力的分布，而目前该方法采用一系列生理模型(经验公式)，由cCTA图像间接的估计最大充血状态下的血流阻力分布，故而不能充分考虑不同患者的个体化差异，同时其精确性也极大的受限于对血流阻力分布的估计。

基于以上研究背景，本发明结合cCTA和CFD，提出一种计算血流阻力参数的新方法。该方法以二次曲线建模血流量和压降的对应关键，通过仿真、提取出二次曲线的两个参数作为描述血流阻力特性的参数，以准确表征压降和血流量的关系。

发明内容

本发明提出了一种计算血流阻力参数的新方法，该方法基于cCTA图像，利用数值仿真技术对血流量和压降的对应关系进行建模，并提取相应参量。所采取的技术方案如下：

1.基于cCTA图像进行冠状动脉三维重建，提取出狭窄病灶3D模型；

2.边界条件构建：对提取的狭窄病灶3D模型，入口处施加压力边界条件，每个出口处耦合只包含一个阻力单元的集总参数模型；分别设置7组不同的出口血流阻力值，以获得7组对应不同总血流量条件下的边界条件；

3.对应所设置的7种不同的出口血流阻力值，利用CFD方法分别仿真计算7中条件下的稳态血流分布情况；

4.对7次仿真计算结果，分别提取出对应的狭窄病灶压降和血流量，利用二次曲线拟合压降-血流曲线，得到拟合参数即为血流阻力参数。

附图说明