[发明专利]一种基于物理驱动预测静息冠状动脉微循环阻力的方法

说明书

一种基于物理驱动预测静息冠状动脉微循环阻力的方法，属于组合优化算法领域。该方法基于患者的CTA图像，重建个性化冠状动脉三维血管解剖模型；并通过解剖模型，利用基于自然生长法则的血管标度率，分配患者在理想状态的冠脉血流量，建立一种模拟理想状态微循环阻力的方法；依据冠脉微循环阻力代偿机制，使用基于物理驱动的方法迭代优化调整微循环阻力值，使冠脉模型入口压力与患者个性化主动脉压力值相匹配，从而建立一种符合生理机制的高保真静息状态血流动力学的方法。本发明实现了冠脉静息状态的模拟，构建了一种精确模拟静息状态冠脉微循环阻力的方法，为实现无创计算瞬时无波幅比提供精确的个性化边界条件。

技术领域

本发明属于组合优化算法领域，涉及一种基于物理驱动预测冠状动脉微循环代偿阻力的方法。

背景技术

最近，在冠脉生理领域发展了一种新的,在静息状态下评估冠状动脉狭窄严重程度的指标：瞬时无波幅比(instantaneous wave-free,iFR)。它可以缩短手术时间，降低医疗成本和提高测量效率，以及改善患者的舒适程度。iFR是根据冠状动脉流量、速度和阻力的研究而得出来的指标。但是由于iFR是有创的测量，也在一定程度上限制了其发展。

尽管医学影像设备和流体力学的快速发展，使得无创诊断心肌缺血成为可能。但是对于无创计算静息指标iFR的技术研究很少。其技术难点是需要模拟静息状态下的冠脉流量和阻力的变化存在困难。另外，在目前的冠脉生理研究中尚未建立一套可以准确模拟静息状态冠脉微循环阻力的方法，这是无创计算iFR无法被计算的关键原因。因此为了准确模拟冠脉的静息状态，实现iFR的无创计算，必须考虑冠脉微循环阻力的代偿机制，建立一种模拟冠脉静息状态微循环阻力变化的方法。

临床研究表明，在狭窄率低于85％时，冠脉静息流量是稳定的，不会随着狭窄程度的增大而减少。研究认为，这是前小动脉和微动脉的阻力逐渐代偿性降低以维持冠状动脉血流稳定的自动调节机制，即冠脉微循环阻力代偿机制。当冠脉逐渐累积动脉粥样硬化斑块形成狭窄，受内源性腺苷释放、小动脉平滑肌细胞松弛、内皮细胞信号和神经体液控制的调节，前小动脉和微动脉血管扩张降低血流阻力以进行压力梯度补偿。简而言之，冠脉循环通过降低微血管流阻，抵消冠脉狭窄阻力的增加，从而维持稳定的冠状动脉流量，直至前小动脉和微动脉血管的舒张储备能力耗尽，多项临床试验都证明了这一点。这意味着，在建立静息状态模型时，有必要考虑微循环阻力的代偿机制，从而建立一种符合人体生理机制的高保真静息状态微循环阻力的方法，才可以实现iFR的无创数值计算。

发明内容

本发明提供了一种基于物理驱动预测冠状动脉微循环代偿阻力的方法，首先构建了一种精确的模拟静息状态冠状动脉微循环阻力方法，为实现无创计算iFR提供精确的个性化边界条件。一种基于物理驱动预测冠状动脉微循环阻力代偿的方法包括：利用患者CTA图像，重建个性化冠状动脉三维(3D)血管解剖模型；利用基于自然生长法则的血管标度律，分配患者在理想状态的冠脉血流量，建立理想状态冠脉微循环阻力模型；依据冠脉微循环阻力代偿机制，基于物理驱动的方法迭代优化调整微循环阻力值，使冠脉模型入口压力与患者个性化主动脉压力值相匹配，建立一种符合生理机制的高保真静息状态血流动力学方法；

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于物理驱动预测冠状动脉微循环代偿阻力的方法，该方法包括以下步骤：

步骤A1:采集人体实际的生理波形数据，包括主动脉压、心肌质量；

步骤A2:利用患者CTA图像，重建个性化的冠状动脉结构。

步骤A3:测量正常血管的解剖结构参数，以及狭窄血管的结构参数。

步骤A4:利用基于自然生长法则的血管标度率，分配患者的冠状动脉在理想状态下的冠脉血流量，并且建立一种模拟理想状态冠脉微循环阻力的方法。