[发明专利]针对患者定制的冠状动脉旁路移植物的快速成型和体外建模

说明书

本公开描述了用于产生用于冠状动脉旁路移植(CABG)手术的针对患者定制的小直径血管移植物(SDVG)的系统和方法。在一些实施方案中，用于产生SDVG的方法包括通过将计算流体动力学(CFD)，快速原型制作和体外技术应用于医学图像来对患者定制的冠状动脉和血管生理学进行非侵入性量化，并将量化的对患者定制的冠状动脉和血管生理学从CFD耦合到计算流体‑结构相互作用和SDVG结构因子，以设计对患者定制的SDVG。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月22日提交的题为“针对患者定制的冠状动脉旁路移植物的计算建模和快速成型”的美国临时专利申请62/365474的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

提供以下描述以帮助理解读者。所提供的信息或引用的参考文献均未被认为是本技术的现有技术。

冠状动脉疾病(CAD)是患者发病率和死亡率的重要原因。在美国，CAD影响超过1600万成年人，占死亡人数的三分之一以上，每年造成120多万人住院。尽管进行了药物治疗，但每年仍需要超过150万人进行冠状动脉血运重建。对于患有复杂多血管疾病的稳定个体，冠状动脉旁路移植术(CABG)仍然是心肌缺血减少的主要治疗方法，并且每年在美国为近40万人进行治疗。

后CABG发病率和死亡率仍然很高。早期CABG闭塞-特别是隐静脉移植物(SVG)-在10％的移植物中发生，50％在18个月内失败。此外，30％的个体甚至不具有适合CABG的自体条件。自体移植物可以以各种尺寸生产。通常，小直径移植物可包括直径小于约6mm的移植物。中直径移植物可包括直径在约6mm和约8mm之间的移植物。大直径移植物可包括直径大于约8mm的移植物。

小直径血管移植物(SDVG)失败的常见原因是一系列重叠因素，未充分考虑影响长期SDVG通畅的变量总数。这些可包括：(i)对患者定制的心胸解剖和生理学，以告知移植物的大小，位置，角度和路径以优化流动；(ii)SDVG的特征，例如机械性能，确保足够的移植物顺应性以适应脉动流动状态，同时避免扭结和减少耐久性，以及表面生物相容性，以最小化炎症和血小板粘附；(iii)手术相关因素，例如最佳血运重建策略，以将移植物适当地定位于特定动脉以减轻缺血，以及使吻合口闭塞或流量减少最小化。

发明内容

根据本公开的一个方面，一种方法包括接收受试者的至少一个医学图像。该方法还包括确定受试者的冠状动脉体积几何形状。响应于至少一个医学图像确定体积几何形状。该方法还包括响应于确定的冠状动脉体积几何形状生成对患者定制的血管图模型。该方法还包括使用对患者定制的血管图模型确定血液动力学曲线。该方法还包括基于血液动力学曲线和确定的冠状动脉体积几何形状产生对患者定制的血管移植物。

在一些实施方式中，该方法可以包括用3D打印机打印对患者定制的血管移植物。对患者定制的血管移植物可具有约0.5mm至约6mm的内径。在一些实施方案中，对患者定制的血管移植物由生物相容性聚合物形成。在一些实施方案中，对患者定制的血管移植物沿其长度的至少一部分表现出连续的空间变化的机械性质。

在一些实施方式中，确定冠状动脉体积几何形状可包括确定冠状动脉的动脉中心线。该方法还可以包括执行冠状动脉体积几何形状的腔分割。在一些实施方式中，该方法可以包括计算对患者定制的血管移植物的流量，速度，压力或剪切应力中的至少一个。

在一些实施方式中，计算对患者定制的血管移植物的流量、速度、压力或剪切应力中的至少一个可包括提供包括泵、对患者定制的血管移植物和至少一个测量工具的流动系统。所述至少一个测量工具可以是压力计、流量计、速度计、粒子图像测速装置、压力导丝、导流线、光学相干断层摄影装置或应变传感器中的至少一种。在一些实施方式中，生成血液动力学曲线还可包括基于一组参数应用优化技术，所述参数包括流速、压力梯度、剪切应力或流动振荡中的至少一个。在一些实施方式中，至少一个医学图像包括至少一个计算机断层血管造影(CTA)图像。