CN110226923A - 一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，包括如下步骤：通过血压传感器测量心脏冠脉口的压力P1；通过造影图像获取血管的二维管径及长度，并生成三维血管网格模型获得血管的三维管径及长度；测量血液从一段血管的起始点到结束点所用的时间，根据该时间和血管三维长度计算血流速度V1；计算最大充血状态下的主动脉压P2；计算最大充血状态下的血流速度V2；将血流速度V2作为冠脉入口流速，将主动脉压P2作为冠脉入口压力Pa，计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa‑ΔP，通过公式CAFFR＝Pd/Pa计算得到冠脉造影血流储备分数CAFFR，其优点在于，无需使用血管扩张剂，通过造影图像、主动脉压和血流即可计算血流储备分数。

Description

一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法

技术领域

本发明属于冠状动脉影像学领域，尤其是涉及一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法。

背景技术

血流储备分数(FFR)可表明冠脉狭窄病变对远端血流产生的影响，诊断心肌是否缺血，已经成为冠脉狭窄功能性评价的公认指标。

FFR定义为狭窄冠状动脉提供给支配区域心肌的最大血流量与同一支冠状动脉正常时提供给心肌的最大血流量的比值。可以简化为心肌最大充血状态下的狭窄远端冠状动脉内平均压(Pd)与冠状动脉口部主动脉平均压(Pa)的比值，即FFR＝Pd/Pa。

现有方法的计算血流储备分数(FFR)的方法包括：

方法1：压力导丝在心肌最大充血状态下测量冠脉狭窄远端的压力Pd来计算FFR；

方法2：已公开专利《基于X射线冠脉造影图像的冠状动脉血流储备分数计算方法》通过冠脉造影图像获取血管三维形态、计算血流通过流体动力模拟计算冠脉狭窄远端压力Pd来计算FFR。

以上两种方法都是基于心肌最大充血状态下的血流速度和冠状动脉口部主动脉平均压(Pa)，通过不同的手段获取狭窄远端冠状动脉内平均压(Pd)来计算FFR。但心肌最大充血需要通过冠脉内或静脉内注射腺苷或ATP，注射腺苷或ATP会造成主动脉压力下降并有一定的副作用比如房室传导阻滞、窦缓、窦停等，禁忌症包括2度或3度房室传到阻滞、窦房结疾病、气管或支气管哮喘、对腺苷过敏。

发明内容

本发明目的是：提供一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，针对冠心病患者通过常规冠状动脉造影手术检测心肌缺血情况，即无需使用血管扩张剂(即无需心肌最大充血状态且不使用腺苷或ATP)通过常规造影图像、主动脉压和血流计算血流储备分数，即命名为冠脉造影血流储备分数(coronary angiography Fractional Flow Reserve，CAFFR，以下的文字均为简称)。

本发明的技术方案是：一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：通过血压传感器测量心脏冠脉口的压力P1；

步骤S2：通过造影图像获取血管的二维管径及长度，并通过两个呈30°以上夹角的造影图像生成三维血管网格模型并获得血管的三维管径及长度；

步骤S3：测量血液从一段血管的起始点到结束点所用的时间，并根据该时间和血管三维长度计算血流速度V1；

步骤S4：计算最大充血状态下的主动脉压P2；

其主动脉压P2的计算公式如下：

当P1≤95mmHg时，P2＝P1*0.85；

当P1＞95mmHg时，P2＝P1*0.80；

步骤S5：计算最大充血状态下的血流速度V2；

其最大充血状态下的血流速度V2的计算公式如下：

当V1≤100mm/s时，V2＝1.65*V1+60；

当100mm/s<V1≤200mm/s时，V2＝1.23*V1+100；

当V1>200mm/s时，V2＝0.95*V1+150；

步骤S6：将步骤S5计算得到的最大充血状态下的血流速度V2作为冠脉入口流速，将步骤S4计算得到的最大充血状态下的主动脉压P2作为冠脉入口压力Pa，并计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa-ΔP，再通过公式CAFFR＝Pd/Pa计算得到冠脉造影血流储备分数CAFFR。

作为优选的技术方案，步骤S1中测量心脏冠脉口压力P1的具体方法如下：

使用血压传感器的压力管连接到多联三通，然后通过造影导管与心脏冠脉口部相连，在血压传感器的压力管内充满盐水，并保持血压传感器与心脏在同一水平位置，该血压传感器测量的压力值即为心脏冠脉口的压力P1。

作为优选的技术方案，步骤S2中三维血管网格模型的具体方法如下：

将两个不同角度的X射线冠脉造影图像上、且呈映射关系的两分段血管的2D结构数据进行三维重建，并得到该分段血管的3D结构数据；

重复上述步骤直到所有分段血管三维重建完成，再将重建后的分段血管合并，即得到完整的三维血管。

作为优选的技术方案，步骤S3中计算血流速度V1的具体方法如下：

获取指定的病人心率为H次/分钟，从造影图像信息中获取图像频率为S帧/秒，其帧数X的计算公式如下：X＝(1÷(H÷60))×S；

通过一个心动周期内图像所走过的帧数，在二维起始帧和结束帧对应的图像上分别取得一个心动周期的起始点和结束点，然后通过起始点和结束点在三维合成数据中截取一个心动周期的血管长度；

假设截取的血管长度为L，一个周期所用时间为P，通过公式1：P＝X÷S；公式2：V1＝L÷P，得到血液流动速度V1。

作为优选的技术方案，步骤S6中计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP的具体方法如下：

基于血流速度与三维血管网格模型，求解不可压缩流的基本公式，对三维血管网格模型进行求解，用数值法求解连续性和Navier-Stokes方程：

其中P，ρ，μ分别为流速、压力、血流密度、血流粘性；

入口边界条件为血流速度，出口边界条件为out-flow边界条件；

计算沿着血管中心线从入口到下游各点的压力降ΔP。

本发明的优点是：

1.本发明针对冠心病患者通过常规冠状动脉造影手术检测心肌缺血情况，即无需使用血管扩张剂(即无需心肌最大充血状态且不使用腺苷或ATP)通过常规造影图像、主动脉压和血流计算冠脉造影血流储备分数(CAFFR)。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为静息状态下测量主动脉与最大充血状态下的主动脉压数据的对比分布图；

图2为静息状态下测量血流速度与最大充血状态下的血流速度数据的对比分布图。

图3为CAFFR和FFR的相关性和一致性对比示意图。

具体实施方式

实施例：一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：通过血压传感器测量心脏冠脉口的压力P1，其具体方法如下：

使用血压传感器的压力管连接到多联三通，然后通过造影导管与心脏冠脉口部相连，在血压传感器的压力管内充满盐水，并保持血压传感器与心脏在同一水平位置，该血压传感器测量的压力值即为心脏冠脉口的压力P1；

步骤S2：通过造影图像获取血管的二维管径及长度，并通过两个呈30°以上夹角的造影图像生成三维血管网格模型并获得血管的三维管径及长度；

其中三维血管网格模型的具体方法如下：

将两个不同角度的X射线冠脉造影图像上、且呈映射关系的两分段血管的2D结构数据进行三维重建，并得到该分段血管的3D结构数据；

重复上述步骤直到所有分段血管三维重建完成，再将重建后的分段血管合并，即得到完整的三维血管；

步骤S3：测量血液从一段血管的起始点到结束点所用的时间，并根据该时间和血管三维长度计算血流速度V1，其具体方法如下：

获取指定的病人心率为H次/分钟，从造影图像信息中获取图像频率为S帧/秒，其帧数X的计算公式如下：X＝(1÷(H÷60))×S；

通过一个心动周期内图像所走过的帧数，在二维起始帧和结束帧对应的图像上分别取得一个心动周期的起始点和结束点，然后通过起始点和结束点在三维合成数据中截取一个心动周期的血管长度；

假设截取的血管长度为L，一个周期所用时间为P，通过公式1：P＝X÷S；公式2：V1＝L÷P，得到血液流动速度V1；

步骤S4：计算最大充血状态下的主动脉压P2；

其主动脉压P2的计算公式如下：

当P1≤95mmHg时，P2＝P1*0.85；

当P1＞95mmHg时，P2＝P1*0.80；

其中图1为静息状态下测量主动脉与最大充血状态下的主动脉压数据的对比分布图，红色线条为静息状态下主动脉压蓝色为最大充血状态下的主动脉压，绿色线条和紫色线条为各段的拟合最大充血状态下的主动脉压。

步骤S5：计算最大充血状态下的血流速度V2；

其最大充血状态下的血流速度V2的计算公式如下：

当V1≤100mm/s时，V2＝1.65*V1+60；

当100mm/s<V1≤200mm/s时，V2＝1.23*V1+100；

当V1>200mm/s时，V2＝0.95*V1+150；

图2为静息状态下测量血流速度与最大充血状态下的血流速度数据的对比分布图，横坐标为静息血流速度、纵坐标为最大充血状态下血流速度。

步骤S6：将步骤S5计算得到的最大充血状态下的血流速度V2作为冠脉入口流速，将步骤S4计算得到的最大充血状态下的主动脉压P2作为冠脉入口压力Pa，并计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa-ΔP，再通过公式CAFFR＝Pd/Pa计算得到冠脉造影血流储备分数CAFFR。

步骤S6中计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP的具体方法如下：

基于血流速度与三维血管网格模型，求解不可压缩流的基本公式，对三维血管网格模型进行求解，用数值法求解连续性和Navier-Stokes方程：

其中P，ρ，μ分别为流速、压力、血流密度、血流粘性；

入口边界条件为血流速度，出口边界条件为out-flow边界条件；

计算沿着血管中心线从入口到下游各点的压力降ΔP。

实施例一中冠脉造影血流储备分数CAFFR的计算结果如表1所示：

表1为CAFFR和FFR的计算结果对比：

	计算CAFFR<＝0.8	计算CAFFR>0.8
			压力导丝FFR<＝0.8	21	4
压力导丝FFR>0.8	4	91
				测量值(％)	患者数量
准确性	93	120
			敏感性	84	25
特异性	96	95
			阳性预测值	84	25
阴性预测值	96	95

根据图1和表1得出，冠脉造影血流储备分数CAFFR的计算结果的准确性大于90％，CAFFR和FFR具有很好的相关性和一致性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：通过血压传感器测量心脏冠脉口的压力P1；

步骤S2：通过造影图像获取血管的二维管径及长度，并通过两个呈30°以上夹角的造影图像生成三维血管网格模型并获得血管的三维管径及长度；

步骤S3：测量血液从一段血管的起始点到结束点所用的时间，并根据该时间和血管三维长度计算血流速度V1；

步骤S4：计算最大充血状态下的主动脉压P2；

其主动脉压P2的计算公式如下：

当P1≤95mmHg时，P2＝P1*0.85；

当P1＞95mmHg时，P2＝P1*0.80；

步骤S5：计算最大充血状态下的血流速度V2；

其最大充血状态下的血流速度V2的计算公式如下：

当V1≤100mm/s时，V2＝1.65*V1+60；

当100mm/s<V1≤200mm/s时，V2＝1.23*V1+100；

当V1>200mm/s时，V2＝0.95*V1+150；

步骤S6：将步骤S5计算得到的最大充血状态下的血流速度V2作为冠脉入口流速，将步骤S4计算得到的最大充血状态下的主动脉压P2作为冠脉入口压力Pa，并计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP，狭窄远端冠状动脉内平均压Pd＝Pa-ΔP，再通过公式CAFFR＝Pd/Pa计算得到冠脉造影血流储备分数CAFFR。

2.根据权利要求1所述的无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，其特征在于，步骤S1中测量心脏冠脉口压力P1的具体方法如下：

使用血压传感器的压力管连接到多联三通，然后通过造影导管与心脏冠脉口部相连，在血压传感器的压力管内充满盐水，并保持血压传感器与心脏在同一水平位置，该血压传感器测量的压力值即为心脏冠脉口的压力P1。

3.根据权利要求1所述的无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，其特征在于，步骤S2中三维血管网格模型的具体方法如下：

将两个不同角度的X射线冠脉造影图像上、且呈映射关系的两分段血管的2D结构数据进行三维重建，并得到该分段血管的3D结构数据；

重复上述步骤直到所有分段血管三维重建完成，再将重建后的分段血管合并，即得到完整的三维血管。

4.根据权利要求1所述的无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，其特征在于，步骤S3中计算血流速度V1的具体方法如下：

获取指定的病人心率为H次/分钟，从造影图像信息中获取图像频率为S帧/秒，其帧数X的计算公式如下：X＝(1÷(H÷60))×S；

通过一个心动周期内图像所走过的帧数，在二维起始帧和结束帧对应的图像上分别取得一个心动周期的起始点和结束点，然后通过起始点和结束点在三维合成数据中截取一个心动周期的血管长度；

假设截取的血管长度为L，一个周期所用时间为P，通过公式1：P＝X÷S；公式2：V1＝L÷P，得到血液流动速度V1。

5.根据权利要求1所述的无需血管扩张剂测量血流储备分数的方法，其特征在于，步骤S6中计算冠脉入口到冠脉狭窄远端的压力降ΔP的具体方法如下：

基于血流速度与三维血管网格模型，求解不可压缩流的基本公式，对三维血管网格模型进行求解，用数值法求解连续性和Navier-Stokes方程：

其中P，ρ，μ分别为流速、压力、血流密度、血流粘性；

入口边界条件为血流速度，出口边界条件为out-flow边界条件；

计算沿着血管中心线从入口到下游各点的压力降ΔP。