基于数字医学图像和3D打印技术无创评测心脑血管机能的研究

发布时间：2020-11-18 23:23

　　 背景心脑动脉血管疾病已经成为危害我国人民健康的头号杀手。其中,由动脉粥样硬化引发的心脑血管狭窄是造成脑卒中、心肌梗死等重大心血脑管事件的主要原因。由于临床中对心脑血管血流动力学诊断的金标准往往是通过介入手术有创的对血管病变进行解剖学与血流动力学的进行测量,伴随手术并发症风险和有创诊断方法的经济负担,阻碍了对高风险人群筛查心脑血管疾病的需求在临床实际中推广普及,严重制约了心脑血管疾病的早发现,早诊断,早治疗的国家战略。因此,基于数字医学图像技术和计算流体力学建立的无创诊断方法,是临床诊断的一个重要研究方向。针对无创心脑血管疾病血管功能评估,本论文基于个性化血管病变的数字医学图像重建血管解剖节结构,利用计算流体的方法对血管病变的解剖学特征进行了血流动力学分析。研究方法1.回顾性收集了 20例冠状动脉狭窄的CTA数据,建立了自动重建算法重建了三维个性化血管网络模型并进行了流体力学分析。建立了 FFRCT回拉曲线指标评估连续狭窄的血流动力学特征,并基于计算结果,依据临床手术指导进行了虚拟手术修复血管狭窄,评估手术愈后预测的研究。2.研究中回顾性收集了 8例左冠状动脉血管狭窄的CTA数据。重建了三维血管网络模型,分析血管结构特征和血流动力学的关联性。研究中对比了常见3D打印技术的技术细节,探索了冠状动脉尺度的3D打印技术应用的可行性。3.研究中回顾性收集了 19例颈动脉血管狭窄病例的MRA数据。重建了三维血管结构,分析了血管解剖学特征与血流动力学的相关性。研究中尝试提出量化分析血管狭窄的功能学风险评估指标。结果1.冠状动脉血管连续狭窄病变的功能评估及虚拟手术预后预测研究表明,无创FFRCT回拉曲线指导的血管功能学评估能量化分析连续血管狭窄分布的血流动力学。通过量化分析血压分布情况联合剪切力分布对指示血管连续狭窄的引起血压波动,为评估连续狭窄之间的距离,血管狭窄的风险提供量化数据;虚拟手术修复血管连续狭窄的血流动力学分析表明,虚拟手术对实际手术的预后有一致性较好的预测作用。2.左冠状动脉血管狭窄的解剖学与功能学关联性分析研究表明,血管狭窄程度对跨狭窄血压差起决定性作用,而联合血管弯曲度和血管主干与病变分支角度的解剖学指标对预测狭窄血管段的病变风险具有潜在的临床诊断价值(r=-0.673,p = 0.033);研究中首次验证了光敏树脂选择性固化(SLA)打印技术在构建冠状动脉尺度三维血管模型的可行性(r = 0.987,p0.01)。3.颈动脉血管狭窄的功能学评估探索研究探索了颈动脉功能性狭窄的诊断依据,首次提出了颈动脉缺血风险评估的量化指标(血压损失指数0.88指示缺血风险提高),为颈动脉血管功能评估提出了新的量化诊断指标。结论无创心脑血管机能风险评估方法是推动临床筛查心脑血管疾病风险的重要手段。通过深入研究血管解剖结构与血流动力学的关联性,可以提高无创诊断方法的准确性、时效性。通过探讨3D打印在心脑动脉血管应用的可行性,初步验证了 3D打印在小尺度动脉血管的应用价值。
【学位单位】：南方医科大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R543;TP391.73
【部分图文】：

冠状动脉血管腔边界的自动检铡Figure1-2Theautomaticlumenboundarydetectionofthecoronaryartery

Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?ｔｈｅ?ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ?ｃｏｒｏｎａｒｙ?ａｒｔｅｒｉａｌ?ｍｏｄｅｌｓ．??２．血流储备分数测量??严格依据临床ＦＦＲ测量的规程指南通过股静脉注射腺苷诱发冠状动脉??最大充血状态（１４０＃ｇ／ｋｇ／ｍｉｎ）［７１］，记录压力导丝从狭窄下游勾速回拉到冠状动??脉在主动脉开口过程中的连续血压数据，并根据ＦＦＲ计算方法计算血管远段平??局血压与主动脉平均血压的比值记录最狭窄处的？？１１值［７（）］：??ｍＰｄ??ＦＦＲ?＝?——?（１－１０）??ｍＰａ??３．网格划分和边界条件??３．１有限元网格划分??对三维血管模型的有限元网格划分是计算流体力学数值模拟分析的关键一??

博士学位论文中，针对冠状动脉结构的不规则性和复杂性，对１例三维血管不同Ｄ２ＬＥＥ值的网格密度的体网格，进行网格独立性测试。以最小冠状动脉出口边界血管直径为参考值，Ｄ＝１．２１ｍｍ，取６、８、１０、１２、１４、１６、１８），建立密度不同的三维个性化血，得到８组密度递増的三维个性化血管病变模型网格进行数结果提取相同坐标点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）的压力值，分析网格独立性收线如图１－５。??的值达到１６并继续增大时，压力值达到收敛值１１６００Ｐａ。血流以不同网格密度的计算结果误差不超过１％时，网格独立性测果不受网格划分影响，计算结果可靠，且计算效率最高。由测，当Ｄ２ＬＥＥ值为１４时，网格独立性测试收敛。??
【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 袁丁;左萧;黄斌;周轩;胡耀;杨轶;熊飞;赵纪春;康裕建;;3D打印技术辅助复杂瘤颈腹主动脉瘤腔内治疗:附1例报道[J];中国普外基础与临床杂志;2015年01期

2 刘广忠;李悦;李为民;;冠状动脉多支血管病变血运重建功能性评价的新进展[J];中国介入心脏病学杂志;2013年05期

3 ;数字骨科学:计算机辅助快速成型技术与人工关节[J];中国组织工程研究与临床康复;2010年39期

4 许竹梅,赵水平,范平;超声测量颈动脉内膜中层厚度与颈动脉斑块的关系[J];中国动脉硬化杂志;2000年02期

本文编号：2889357