[发明专利]一种基于隐式建模技术的冠脉血管模型修正方法

说明书

一种基于隐式建模技术的冠脉血管模型修正方法。虚拟支架术：1)输入重建后的冠脉血管模型；2)用户选择需要进行修正的病变血管段的两个端点，获取该病变血管段的中轴线；3)根据中轴线及前后两端的截面信息构造表示虚拟支架的管状模型；4)混合因子将构造的管状模型F_S与原始的血管模型F_O段平滑地混合。虚拟旁路移植术：1)输入重建后的冠脉血管模型；2)用户选择要进行旁路移植的病变血管段两个连接点以及一些控制点，以确定一中轴线路径，用于引导旁路移植的管状结构；3)确定该管状结构的横截面大小，并根据其中轴线，构造表示虚拟旁路移植的管状模型；4)采用平滑分段多项式混合因子将构造的管状模型F_B与原始的血管模型F_O段平滑地混合。

技术领域

本发明涉及计算机医学图像处理和几何建模与编辑领域，尤其是涉及一种基于隐式建模技术的冠脉血管模型修正方法。

背景技术

冠状动脉疾病(Coronary Artery Disease,CAD)，又称冠心病，是全世界公认的严重威胁人类生命和健康的三大疾病之一。当前治疗CAD的主要手术包括冠状动脉介入手术(即支架术，stenting)与冠状动脉搭桥手术(即虚拟旁路移植术，bypass grafting)。介入手术的主要原理是用正常的管状结构来代替病变部位的血管模型，以使血流可以正常地流动。搭桥手术的原理是在血管病变部位的旁边移植入一根管状结构，其两端连接正常的血管部位，用于改善病变部位远端心肌的血流供应状况。虽然这两种手术可以在短时间内有效地改善心脏的血流供应效果，但是据研究表明，经过一定时间(5～10年)，手术部位很容易出现再狭窄等问题。而且，手术过程中对支架大小与弯曲程度的选取、搭桥位置的选择等，都极大地依赖于外科医生的经验与主观判断，存在着较大的主观性，这些都会极大地影响到手术的治疗效果。因此，有必要以计算机断层扫描的CTA影像为基础，借助计算机图形学技术，重建出病人个性化的冠脉血管几何模型，利用计算机虚拟现实技术在此几何模型上方便地构造想象中的手术模型，然后进行血流动力学数值模拟，分析不同术式或手术参数对术后血流动力学的影响，从而达到从血流动力学的角度来优化手术的目的。

与血管几何模型重建相比，致力于个性化血管几何模型编辑，并用于预测和评估手术效果的研究报道还少得多(Xiong,G.,Choi,G.,and Taylor,C.A.,VirtualInterventions for Image-based Blood Flow Computation,Computer-Aided Design,2012，44：3-14)。典型的报道有：丁金正、刘有军等开发了心血管手术虚拟建模工具，实现血管疾病手术中的搭桥、补片等模拟操作，并从搭桥血管几何多样性角度研究了不同手术方式的血流动力学特征(丁金正,心血管手术规划的血流动力学数值研究,博士学位论文,北京工业大学,2013)；Appanaboyina等(Windecker,S.,Maier-Rudolph,W.,and Bonzel,T.,Interventional cardiology in Europe 1995,Eur Heart J,1999，20(7)：484-495)利用自适应嵌入非结构化网格技术，在虚拟血管镜治疗颅内动脉瘤手术中，实现不同支架设计与个性化血管模型的映射；Xiong等(Xiong,G.,Choi,G.,and Taylor,C.A.,VirtualInterventions for Image-based Blood Flow Computation,Computer-Aided Design,2012，44：3-14)开发了基于三角片网格的几何编辑方法，对个性化血管几何模型进行虚拟支架部署与虚拟支架移植手术。在这些报道中，血管或支架的几何模型是由三角片网格或NURBS函数来显式表达的，对其进行各种几何编辑与优化操作是一项较为繁琐且困难的工作(Marsden,A.L.,Optimization in Cardiovascular Modeling,Annual Review ofFluid Mechanics,2014，46(1)：519-546)。