[发明专利]一种基于超声和CT成像技术的冠脉血流储备分数计算方法

说明书

一种基于超声和CT成像技术的冠脉血流储备分数计算方法涉及生物医学工程、生物力学领域。本发明主要解决的技术问题是用冠脉超声技术获得冠脉血流量并分配冠脉各分支的血流量，为无创计算FFR_CT提供数值模拟的个性化边界条件，保证数值模拟计算FFR_CT的准确性。本发明能够通过患者的冠脉超声血流数据，得到患者冠脉各个分支血管个性化的血流量信息，为FFR_CT计算提供了准确的边界条件，从而也提高了FFR_CT计算的准确性。

技术领域

本发明涉及生物医学工程、生物力学领域，用到了医学图像处理技术、血流动力学数值模拟技术以及临床医学的冠脉多普勒超声心动图和CT成像技术。

背景技术

冠脉血流储备分数(FFR)是目前临床上用于诊断冠脉狭窄的一项“金标准”，但因其有创性而受到临床应用限制。基于CT影像和计算流体力学方法的冠脉血流储备分数(即FFR_CT)计算方法因其测量的无创性而受到了研究人员的高度关注。但是目前冠脉FFR_CT计算过程中的血流量等边界条件没有考虑患者的个性化情况，而是通过患者的生理参数如血压、心率、心肌质量估算而得，这对FFR_CT计算的针对性和准确性影响较为显著。

冠脉超声技术是目前临床上用于获取血管内血流信息状态的一种无创检测手段。技术熟练的超声科医生可以清晰准确地获得冠脉血流量数据。基于冠脉分支血流量分配模型，就可以为FFR_CT数值模拟提供稳定可靠的患者个性化血流边界条件，提高FFR_CT测量的准确性。

关于冠脉分支血流量分配方法的建立，运用血管标度律的方法：血管内的流量与血管的体积之间存在幂率关系：

Q＝αM^β＝kV^β (1)

其中Q为冠脉分支血管内的血流量，M为心肌质量，V为冠脉分支血管体积，α、β和k为常数。将冠脉总血流量按照分支血管体积比例关系分配到各个分支血管中。该方法考虑到了血管整体的结构——功能关系，能更好地反映患者的个性化血流灌注情况。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是用冠脉超声技术获得冠脉血流量并分配冠脉各分支的血流量，为无创计算FFR_CT提供数值模拟的个性化边界条件，保证数值模拟计算FFR_CT的准确性。

为解决该技术问题，本发明需要测量的超声数据包括：冠状动脉三个主干血管LAD/LCX/RCA的血流速度；构建冠脉分支血流量分配模型；基于CT图像构建冠状动脉血管的三维立体模型(图1)；将冠脉血流量分配到冠脉三维模型中的各个分支血管中，从而设置数值模拟的个性化边界条件。

在血流量分配过程中，先通过超声的方法获取冠状动脉主干血管的血流速度V，再计算出该主干的总血流量Q₀：

Q₀＝πr²V (2)

其中r为冠状动脉主干血管的半径，可以在CT图像和超声图像中获得该参数的值。

接着根据患者冠脉CT图像进行三维建模。在建模过程中，尽量保留每个分支血管的清晰结构。这样得到的三维模型，一方面用于分支血管体积的计算，另一方面用于整个冠脉树的血流动力学有限元分析。

然后利用体积分配方法将冠脉主干血流量以血管分支体积的幂率(公式1)比值分配到各个分支血管。即：

Q₁：Q₂＝V₁^β：V₂^β (3)