[发明专利]从动脉瘤的三维模型预测动脉瘤的物理特性的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及从动脉瘤的三维模型预测动脉瘤的物理特性的系统和方法。

背景技术

大脑动脉瘤是往往出现在脑底动脉环(Willis Circle)中动脉分叉附近的大脑动脉的病理扩张，且通常由弱化的血管壁引起。最严重的结果是，特别是若患者的血压升高，动脉瘤破裂导致颅内溢血并且可能导致死亡。目前对动脉瘤的起源、生长和破裂的机理还没有深刻的了解。

三维旋转血管造影术(3DRA)是用于人体中血管成像的相对较新的技术。从旋转数字减法血管造影术数据产生的重建的3D高分辨率图像虑及到潜在的引人关注的定量研究。数字减法造影术(DSA)是用于头颅的动脉瘤的描述和动脉瘤的尺寸、颈和与血管树的关系确定的标准。三维旋转血管造影术(3DRA)产生最大强度的投影(MIP)和逐渐变暗的表面显示(SSD)图像，这些图像提供从旋转DSA产生的三维可见数据。这些高分辨率的大脑动脉瘤的图像可从任何所希望的角度观察并且至少在理论上可估计动脉瘤的体积。

在(大脑的)血管干预期间，为了选择对患者的正确的治疗，评估动脉瘤的尺寸和特性是最主要的。不过，动脉瘤的3DRA的重建通常仅提供有关这种病理学的几何形状信息。为了获得更多的信息，建立用于描述动脉瘤的机械和物质的行为的模型是必要的。在Hector V.Ortega所著的《计算机模拟辅助预测大脑动脉瘤》(http://www.fluent.com/solutions/articles/ja071.pdf)一文中，论述了精确地模拟动脉瘤内的血液流动有助于研究人员预测动脉瘤的生长方式和破裂危险。该文说明任何动脉瘤的行为取决于它的几何形状和血液动力，并且考虑到动脉瘤的自身特性，例如几何形状、血液流动特性、血液浓度、粘度和速度，建议将计算机模拟技术用于动脉瘤的研究。不过，这种技术涉及给定的动脉瘤内的血液流动的模拟，该动脉瘤具有给定的几何形状并使用已测定的生理参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于预测动脉瘤壁的物理特性的系统和方法，即未知的动脉瘤壁的生理参数，以向医生提供有关病理学的患者特有的其它信息，以帮助制定治疗计划。

根据本发明，提供一种用于分析动脉瘤特性的系统，该系统包括：

成像装置，该成像装置用于产生这种动脉瘤的三维图示；

模拟装置，该模拟装置用于产生模拟动脉瘤形状并将这种模拟动脉瘤形状近似到该动脉瘤的三维图示，以产生该动脉瘤的模拟图示，这种模拟图示具有与其相关的数据，这些数据限定与模拟图示相关的一种或多种物质特性分布；以及

数据输出装置，这些数据表示源自模拟图示的动脉瘤的一种或多种物质特性。

根据本发明，提供分析动脉瘤的特性的方法，这种方法包括：

产生这种动脉瘤的三维图示；

产生模拟动脉瘤形状并将这种模拟动脉瘤形状近似到该动脉瘤的三维图示，以产生该动脉瘤的模拟图示，这种模拟图示具有与其相关的数据，这些数据限定与模拟图示相关的一种或多种物质特性分布；以及

输出表示源自模拟图示的动脉瘤的一种或多种物质特性的数据。

这样，就可以通过使模拟图示(有一套与这种模拟图示有关的估计或预测生理参数)适合于动脉瘤的三维图示然后将合成的模拟图示的生理参数分配给动脉瘤本身来预测动脉瘤的未知生理参数。动脉瘤的这些生理参数或物质特性可包括几何常数、血管的弹性蛋白部分的弹性常数、各向异性数据以及生长参数等，几何常数如壁的厚度，血管的弹性蛋白部分的弹性常数如杨氏模量或泊松比，各向异性数据如胶原纤维方向和对应的硬度(对于血管的每层而言)，生长参数如胶原增厚和伸长时间常数。本领域中熟练的技术人员会理解，这些参数取决于选择用于动脉瘤壁的物质模型的具体类型。

有利的是，成像装置包括三维旋转血管造影术(3DRA)装置。在优选实施例中，模拟装置包括有限元方法(FEM)模拟包，这种模拟包有利地采用描述动脉瘤壁的行为的非线性构成模型。在优选实施例中，通过对模拟图示与三维图示进行迭代比较(iteratively comparing)并利用合成差异度量(resultant different measure)来估计新的物质特性将模拟图示近似到三维图示，然后重复模拟过程以产生新的模拟图示。

可将三维图示和表示相应的动脉瘤的一种或多种物质特性的数据同时显示。可设有装置来进行与三维图示有关的一种或多种几何测量，可将这些几何测量值结合在模拟过程中，以产生模拟图示。