[发明专利]基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法和系统

说明书

本发明公开了基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法和系统，基于三维血管造影方法获取的医学影像(CTA、MRA),进而生成血管三维模型以及血管周组织模型。通过有限元流固耦合模拟获取血管中血流流动情况以及血管周组织受力情况，在临床可辅助医生了解感兴趣区域缺血与斑块严重情况。与现有技术相比，其有益效果是：提供针对感兴趣区域对保留与去除末端分支的方法，有效提高人工处理效率、降低计算时间与成本。提供流量分配方案，有效检测与处理流量不守恒的分支。提供中心线界面光滑分割图像方法，有效减少来自于整体光滑导致的可能的细小末端分支消失问题。对起源异常等分支非常接近情况，有效避免普通光滑方法导致的分支粘连问题。

技术领域

本发明涉及医学影像技术领域，具体为基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法和系统。

背景技术

FFR，即血流储备分数，它的主要功能就是评估冠状动脉病变狭窄到底对于远端血流产生了多大的影响。FFR即指的是在冠状动脉存在狭窄病变的情况下，该血管所供心肌区域能获得的最大血流量与同一区域理论上正常情况下所能获得的最大血流量之比，简化定义为心肌最大充血状态下狭窄远端冠状动脉内平均压与冠状动脉口部主动脉平均压的比值。

血流动力学参数问题上，CT-FFR通过模拟血压经由狭窄段的压降只能展现出，在获取医疗影像的时刻心脏是否面临缺血问题。其他重要血流模拟参数如血管壁剪切应力WSS。心脏缺血造成急慢性症状的主要原因是冠状动脉斑块过大或者破裂导致的血管阻塞或变窄，血管狭窄后血流无法充分并及时流向供给区域。WSS是衡量及预测部分血管段是否有生成斑块的危险。

血管，尤其是有斑块段，周围固体组织的受力可以帮助预测斑块破裂造成血栓及堵塞的风险。提早预测斑块破裂风险可以减少手术及微创治疗程度和增加，保守治疗机会以减少手术与预后风险以及经济负担。

已有的血管血流模拟没有讨论应该涵盖到血管的的几级分支、是否涵盖所有分支等问题。在医生勾画血管时会导致标准不统一，会因此影响分析准确性。现有的血流分析基本会涵盖所有的冠状动脉树，但是感兴趣区域一般只在某一两条主要冠状动脉。因此，在模拟的和分析的效率低下，成本高昂。

WSS是根据血流速度推导而得参数，需要力学张量计算基础并具有较高病理生理学意义。血管流固耦合分析的成功率比较低，易出现收敛问题。因此做流固体耦合研究与模拟较少。

发明内容

本发明的目的在于提供基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法和系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明公开了基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法，包括如下步骤：

步骤一，为图像处理阶段，先输入原始冠脉CTA、原始冠脉分割图像和中心线信息，并在原始冠脉CTA中寻找感兴趣的区域；在感兴趣的区域的终止端，延长中心线，将五个平均冠脉直径之后的末端分支移除，或者沿中心线分割区域将整个血管连通区域分为感兴趣区域与末端分支区域，将后者连通区域移除；得到感兴趣原始冠脉分割区域后，沿着各条血管中心线通过区域增长处理方法分割、修复及平滑原始冠脉分割图像，并沿着各条血管中心线通过灰度值过滤以及边缘检测分割出环血管周组织分割图像并进行平滑与降噪修复。

步骤二，为网格生成阶段，通过等值立方搜索演算法从分割图像内生成冠脉及冠周组织二维表面网格；通过二维便面网格将非均匀有理B样条得到C2连续性光滑二维表面网格；在光滑表面网格内生成三维非结构性网格；在冠周组织的分割图像与原始CTA的三维图像交集中，通过不同组织对应的灰度值区域可得到不同组织对应的三维网格中所对应的位置；

步骤三，为血液流体边界条件施加阶段，使用自入口端至出口端逐级动脉流量分配(自上而下)，确定出口边界条件；根据滋养心肌的体积求解：

得到主动脉与左右冠脉流量分配(Q_c)，然后根据左右冠脉各自的的划分级数进行流量守恒判定以及基于形态学流量分配。