CN106725847A - 乙状窦血流模型的构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种乙状窦血流模型的构建方法及装置，其方法包括：根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型；根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数；根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。本发明实施例的乙状窦血流模型的构建方法，解决了如何突破实验局限造成的瓶颈，建立高仿真的耳部血管血流模型为探索血管性耳鸣的发病机制提供准确的实验数据的技术问题。

Description

乙状窦血流模型的构建方法及装置

技术领域

本发明属于医学模型领域，尤其涉及一种乙状窦血流模型的构建方法及装置。

背景技术

血管性耳鸣是耳科和神经内科就诊的常见症状，我国约有900万患者，并且逐年增多。长时间耳鸣会严重影响患者生活质量、工作能力，甚至引起精神异常(抑郁症、烦躁等)、自杀等严重后果，给社会造成很大的经济和社会负担。

目前在探索血管性耳鸣这一常见病的发生机制方面的瓶颈在于缺乏高仿真的实验模型进行验证。在人体和动物实验模型上不可能针对多个因素，随意根据要求设计不同的实验条件进行研究，并且一部分实验还有可能会对研究对象的身体健康构成危害，另外，由于实验研究方面存在的障碍直接影响了对血管性耳鸣这一疾病发生机制的深入研究，导致国内外对血管性耳鸣的实验研究均局限于颞骨、血管以及耳部器官的解剖学结构。如何突破实验局限造成的瓶颈，建立高仿真的耳部血管血流模型为探索血管性耳鸣的发病机制提供准确的实验数据，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种乙状窦血流模型的构建方法及装置，用于解决如何突破实验局限造成的瓶颈，建立高仿真的耳部血管血流模型为探索血管性耳鸣的发病机制提供准确的实验数据的技术问题。

本发明实施例提供了一种乙状窦血流模型的构建方法，包括：

根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型；

根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数；

根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

进一步地，根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型包括：

根据所述乙状窦结构的医学图像确定乙状窦沟骨板的三维结构图；

根据所述乙状窦沟骨板的三维结构图确定乙状窦三维轮廓图；

通过对所述乙状窦三维轮廓图进行三维打印，获取固态的所述乙状窦三维轮廓；

构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管；

将所述人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，建立所述乙状窦结构模型。

进一步地，根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数包括：

根据乙状窦血流的相位对比电影图像，确定乙状窦内血流的第一参数，其中，所述第一参数包括正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量；

根据所述第一参数计算出乙状窦内血流的第二参数，其中，所述第二参数包括平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，所述第一参数和所述第二参数构成所述血流动力学参数。

进一步地，根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质包括：

在所述乙状窦结构模型的入口接入压力泵模拟心脏泵血，并根据所述血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

进一步地，所述构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管包括：

根据所述乙状窦结构的医学图像，构建所述乙状窦血管的三维数字模型；

根据所述乙状窦血管的三维数字模型，生成所述乙状窦血管的人造血管模具；

将乙烯醇、二甲基亚砜以及水按照预设比例进行混合得到混合液；

加热所述混合液得到浇筑液；

将所述浇注液浇铸至所述人造血管模具中；

冷却所述浇注液，去除所述人造血管模具，得到所述人造血管。

本发明实施例另提供了一种乙状窦血流模型的构建装置，其包括：

构建模块，用于根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型；

获取模块，用于根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数；

泵入模块，用于根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

进一步地，所述构建模块具体用于：

根据所述乙状窦结构的医学图像确定乙状窦沟骨板的三维结构图；

根据所述乙状窦沟骨板的三维结构图确定乙状窦三维轮廓图；

通过对所述乙状窦三维轮廓图进行三维打印，获取固态的所述乙状窦三维轮廓；

构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管；

将所述人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，建立所述乙状窦结构模型。

进一步地，所述获取模块具体用于：

根据乙状窦血流的相位对比电影图像，确定乙状窦内血流的第一参数，其中，所述第一参数包括正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量；

根据所述第一参数计算出乙状窦内血流的第二参数，其中，所述第二参数包括平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，所述第一参数和所述第二参数构成所述血流动力学参数。

进一步地，所述泵入模块具体用于：

在所述乙状窦结构模型的入口接入压力泵模拟心脏泵血，并根据所述血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

进一步地，所述构建模块具体还用于：

根据所述乙状窦结构的医学图像，构建所述乙状窦血管的三维数字模型；

根据所述乙状窦血管的三维数字模型，生成所述乙状窦血管的人造血管模具；

将乙烯醇、二甲基亚砜以及水按照预设比例进行混合得到混合液；

加热所述混合液得到浇筑液；

将所述浇注液浇铸至所述人造血管模具中；

冷却所述浇注液，去除所述人造血管模具，得到所述人造血管。

本发明实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法及装置,通过向乙状窦结构模型内根据乙状窦内流场的血流动力学参数泵入相应的模拟血液的流体介质，构建准确的乙状窦血流模型，解决了如何突破实验局限造成的瓶颈，建立高仿真的耳部血管血流模型为探索血管性耳鸣的发病机制提供准确的实验数据的技术问题，为临床创新针对耳鸣影响因素进行个性化手术策略提供新依据，解决临床困境；同时，通过乙状窦血流模型的构建，可以建立完善的乙状窦三维数值模拟分析系统，有望能为血管性耳鸣手术规划、预后判断的数字化工具，为血管性耳鸣以及相关疾病的后续深入研究提供崭新的平台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的一方法流程图；

图2为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图；

图3为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图；

图4为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图；

图5为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图；

图6为本发明第二实施例提供的乙状窦血流模型的构建装置的一结构方框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的一方法流程图，如图1所示，所述乙状窦血流模型的构建方法包括：

步骤S100，根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型；

步骤S200，根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数；

步骤S300，根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

其中，请参考图2，为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图，步骤S100根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型的方法，进一步包括：

步骤S110，根据乙状窦结构的医学图像确定乙状窦沟骨板的三维结构图；

步骤S120，根据所述乙状窦沟骨板的三维结构图确定乙状窦三维轮廓图；

步骤S130，通过对所述乙状窦三维轮廓图进行三维打印，获取固态的所述乙状窦三维轮廓；

步骤S140，构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管；

步骤S150，将人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，建立所述乙状窦结构模型。

需要指出的是，所述乙状窦系脑膜窦之一，在乙状沟内，位于所述乙状窦沟骨板的前端，所述乙状窦接受横窦的血液，然后注入颈内静脉。所述乙状窦内血液流动情况是诱发血管性耳鸣的主要原因，因此本发明通过构建乙状窦血流模型模拟血液在乙状窦内流动，为治疗血管性耳鸣提供准确的实验数据。

在步骤S110中，根据乙状窦结构的医学图像确定乙状窦沟骨板的三维结构图，其中，乙状窦结构的医学图像可以通过医学图像数据库中获取，具体地，医学图像数据库中乙状窦结构的医学图像可以通过医学图像获取装置(如CT扫描)得到的乙状窦结构的医学图像，其中，扫描参数：120kV，300mAs；准直，64×0.625mm；矩阵，512×512；旋转时间，0.75s。经手背静脉注射370mgI/ml碘海醇(BRACCO,上海)，剂量1ml/kg，注射速度5ml/s，对比剂注射完毕后以相同的流率注射20ml生理盐水，使用团注追踪技术(感兴趣区,200mm2；触发点，升主动脉；触发阈值,150HU)自动触发扫描，得到乙状窦结构的CT图像。在获取所述CT图像后，对涉及到乙状窦沟骨板的平面图像进行三维拼接，确定乙状窦沟骨板的三维结构图，这里为保证乙状窦的完整性，一般多选取乙状窦沟骨板的前后三层图像，所述三维拼接可以但不限制于是借助计算软件通过对平面图像的处理确定出乙状窦沟骨板的三维结构图。

在步骤S120中，承接上述步骤S110在确定出乙状窦沟骨板的三维结构图后，由于所述乙状窦位于所述乙状窦沟骨板的前端，因此在所述乙状窦沟骨板的三维结构图中势必会有所述乙状窦的三维结构，在这里，通过部分截取法截取相应的所述乙状窦部分，即从所述乙状窦沟骨板的三维结构图中获取所述乙状窦的三维结构图。

在步骤S130中，承接上述步骤S120在确定出所述乙状窦的三维结构图后，利用三维打印技术，对所述乙状窦的三维结构图进行打印,获取固态的所述乙状窦三维轮廓，具体地，基于所述乙状窦的三维结构图，使用医用三维打印机，对其进行切片处理，设置切片厚度，转换为分层的横截面数据，选择相应的三维打印材料，进行三维打印，这里的三维打印材料可以采用与人体组织相类似的材质，包括但不限制于金属材料粉末以及可溶性尼龙材料粉末，这里的三维打印的层厚为1毫米。即通过三维打印技术，获取固态的所述乙状窦三维轮廓。需要指出的是，这里的所述乙状窦三维轮廓仅仅是所述乙状窦结构的空壳，其中并没有与实际的所述乙状窦结构相对应的血管以及血液。

在步骤S140中，构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管在具体实现时，例如，根据乙状窦结构的CT扫描图像重建乙状窦骨板的三维结构，根据乙状窦骨板的三维结构重建出乙状窦血管的三维结构。将重建的乙状窦血管的三维结构由三维打印机进行三维打印，获取固态乙状窦血管的形态模型，将一定质量的聚乙烯醇粉末(PVA)、二甲基亚砜(DMSO)和水按照1：4：1的比例混合，在80—100℃条件下加热搅拌4小时左右，使材料混合均匀，然后再经过整体成型和冷冻得到人造血管。其中，所获取血管厚度小于1mm，且具有较好的韧性及一定的弹性，使其与人体乙状窦内的血管有较高的相似度。

在步骤S150中，承接上述步骤S130在获取固态的所述乙状窦三维轮廓后，将步骤S140构建的人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，从而建立所述乙状窦结构模型。具体的，由于所述乙状窦不仅包括结构空壳，还包括结构空壳内的血管以及血管内流淌的血液，因此在所述乙状窦三维轮廓构建完整后，将上述构建的与乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，具体的放置方法可以是参照上述步骤中所获取的医学图像，根据所述乙状窦三维轮廓内的数量以及规格尺寸有目的的放置，其可以是采用人工放置或借助于其他机器进行放置。

通过在所述乙状窦三维轮廓内放置相应的人造血管，从而完成确定乙状窦三维轮廓并建立所述乙状窦结构模型的工作。其中，经过上述步骤确定了乙状窦的三维轮廓，并建立了准确的乙状窦结构模型，所述乙状窦结构模型用于备用。

在步骤S200中，需要根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数。在这里需要指出的是，对于步骤S100确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型和步骤S200获取乙状窦内流场的血流动力学参数，并没有严格意义上的先后顺序，两者可以同时进行，也可以分开单独进行，本发明及本发明实施例并不对此进行限定。

请参考图3，为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图，步骤S200根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数的方法进一步包括：

步骤S210，根据乙状窦血流的相位对比电影图像，确定乙状窦内血流的第一参数，其中，所述第一参数包括正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量；

步骤S220，根据所述第一参数计算出乙状窦内血流的第二参数，其中，所述第二参数包括平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，所述第一参数和所述第二参数构成所述血流动力学参数。

在步骤S210中，根据乙状窦血流的相位对比电影图像，确定乙状窦内血流的第一参数，这里的，所述第一参数包括但不限制于正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量。

乙状窦血流的相位对比电影图像可以通过医学图像数据库中获取，医学图像数据库中的乙状窦血流的相位对比电影图像具体地可以对乙状窦内的血流状况进行相位对比电影图像扫描处理得到，其中，扫描参数为：应用2D PC cine序列，TR40ms，翻转角20°，矩阵256×256，激励次数(NEX)1，FOV 20cm×20cm，层厚4mm，层间距0，回波链长度16，带宽15.263，编码速度设定为35cm/s，编码方向由上至下，扫描时相为16个。使用外周心电门控，选择无相位折叠、呼吸补偿及流动补偿技术，将采集的乙状窦内的血流状况的相位对比电影图像传输至后台处理器，应用血流数据分析软件进行血流数据分析，得到的第一参数包括正向峰值流速(peak positive velocity,PPV)、反向峰值流速(peak negativevelocity,PNV)、平均每搏血流量(average flow volume per beat,AFV/B)、正向平均每搏血流量(average positive flow volume per beat,APFV/B)、反向平均每搏血流量(average negative flow volume per beat,ANFV/B)。这些第一参数(PPV，PNV，AFV/B，APFV/B，ANFV/B)获取后，用于备用。

需要说明的是，本发明实施例中所述的医学图像数据库中包括乙状窦结构的医学图像和乙状窦血流的相位对比电影图像，以及二者之间的对应关系，即乙状窦结构的医学图像和乙状窦血流的相位对比电影图像的用户信息是相同的，其中，用户信息可以是用户的身份标识。

承接上述步骤S210，在步骤S220中，在获取所述第一参数后，计算出乙状窦内血流的第二参数，这里的所述第二参数包括但不限制于平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，具体的计算方式为：

根据AFV/B、APFV/B、ANFV/B计算出平均每分血流量(average flow volume perminute,AFV/M)＝AFV/B×HR、正向平均每分血流量(average positive flow volume perminute,APFV/M)＝APFV/B×HR、反向平均每分血流量(average negative flow volumeper minute,ANFV/M)＝ANFV/B×HR,这里的HR指的是时间，如计算平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量，则计时一分钟，可以通过计时工具得到；

根据APFV/M、ANFV/M和CSA计算出正向平均血流速度(average positivevelocity,APV)＝APFV/M/CSA，反向平均血流速度(average negative velocity,ANV)＝ANFV/M/CSA，这里的CSA,即Cross sectional area，指的是乙状窦内血管的截面面积，这个截面面积可以通过上述所获取的医学图像经过计算/测量获得；

根据ANFV/B和APEV/B值计算其相应反流分数(regurgitation fraction,RF)＝(ANF/APF)×100％。

其中，以上所获取的第一参数和第二参数构成乙状窦内流场的所述血流动力学参数，所获取的所述血流动力学参数用于备用。

在步骤S300中，在获取了乙状窦结构模型以及乙状窦内流场的血流动力学参数后，要根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。具体地，请参考图4，为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图，步骤S300根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质的方法具体包括：

步骤S310，在所述乙状窦结构模型的入口接入压力泵模拟心脏泵血；

步骤S320，根据所述血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

在步骤S310中，由于在上述步骤中所获取的乙状窦结构模型中并没有血液，因此需要在所述乙状窦结构模型中灌入人造血液以模仿真实的乙状窦结构。其做法是使用压力泵模仿人体心脏，即在所述乙状窦结构模型的入口接入所述压力泵进行模拟心脏泵血，这里的所述乙状窦结构模型的入口指的是所述乙状窦结构其中一端的所述人造血管的端部，通过连接所述人造血管，进而构成从所述压力泵泵血到所述乙状窦内血液流动的仿真系统。

在步骤S320中，所述压力泵向所述乙状窦结构模型泵入人造血液是根据上述获取的所述血流动力学参数进行的，如正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量、反向平均每搏血流量、平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度等，只有按照以上被研究者乙状窦内流场的真实的所述血流动力学参数进行有目的的泵血，才可以无限的接近乙状窦的真实情况，进而才可以完成比较准确的乙状窦血流模型。

在这里，还需要指出所述人造血液指的是相应的模拟人体血液的流体介质，可以采用纯净水及60％甘油溶液模拟人造血液，其中，纯净水密度与血液相似而较60％甘油粘度低，60％甘油与血液粘度相似而较血液密度高，因此通过纯净水以及60％甘油溶液的混合可以得到无限近似于人体血液的流体介质。

上述压力泵例如可以采用35W液用无噪音压力泵，将其放置于800ml水箱中，该水泵可调流量范围为2-10升/分，根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质，进而完成乙状窦血流模型。

另外，在研究乙状窦内流场的血液流动时还要声音信号接收器、信号前置放大器、采集卡、转换盒用来接收声音信号，并对所接收到的声音信号进行保存，以及与真实人耳所承受的声音大小进行对比，另记录不同的所述血流动力学参数下的声音信号，从而分析两者之间的关联关系，即使用研究乙状窦血流模型研究乙状窦内流场的血液流动量化显示耳鸣噪声强度及形态。

在建立乙状窦血流模型后，在所述乙状窦内的血管流场通过蠕动泵模拟心脏泵血，这样可以避开人体和动物型实验方面的障碍，将耳鸣的影响因素作为一个整体，方便地定量研究各种影响因素对耳鸣发生的影响规律以及这些影响因素的组合性效应，从而显著地改进对耳鸣这一疾病发生机制及病理生理学方面的认识。即，通过向乙状窦结构模型内根据乙状窦内流场的血流动力学参数泵入相应的模拟血液的流体介质，构建准确的乙状窦血流模型，解决了如何突破实验局限造成的瓶颈，建立高仿真的耳部血管血流模型为探索血管性耳鸣的发病机制提供准确的实验数据的技术问题，为临床创新针对耳鸣影响因素进行个性化手术策略提供新依据，解决临床困境；同时，通过乙状窦血流模型的构建，可以建立完善的乙状窦三维数值模拟分析系统，有望能为血管性耳鸣手术规划、预后判断的数字化工具，为血管性耳鸣以及相关疾病的后续深入研究提供崭新的平台。

另外，请参考图5，为本发明第一实施例提供的乙状窦血流模型的构建方法的又一方法流程图，步骤S140构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管，具体包括：

步骤S1401，根据所述乙状窦结构的医学图像，构建所述乙状窦血管的三维数字模型；

步骤S1402，根据所述乙状窦血管的三维数字模型，生成所述乙状窦血管的人造血管模具；

步骤S1403，将乙烯醇、二甲基亚砜以及水按照预设比例进行混合得到混合液；

步骤S1404，加热所述混合液得到浇筑液；

步骤S1405，将所述浇注液浇铸至所述人造血管模具中；

步骤S1406，冷却所述浇注液，去除所述人造血管模具，得到所述人造血管。

针对步骤S1401和S1402，具体实现时，根据所述乙状窦结构的医学图像，获取乙状窦血管的多个数字图像，基于多个数字图像，构建乙状窦血管的三维数字模型，根据乙状窦血管的三维数字模型，生成人造血管的模具模型，根据人造血管的模具模型，采用三维打印技术打印出人造血管模具。

在本实施例中，获取乙状窦血管的多个数字图像，其目的在于根据该多个数字图像获取乙状窦血管真实的管径以及形态，从而保证制作出的人造血管与被模拟的血管具有高度相似性。

其中，根据所述乙状窦结构的医学图像，获取乙状窦血管的多个数字图像时，可选的实施方式为：对乙状窦结构进行计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)，根据计算机断层扫描获得的原始数据重建得到乙状窦血管的多个数字图像。可选的，可采用64层螺旋CT(Philips Healthcare,Cleveland,Ohio)对乙状窦血管所在的乙状窦结构进行断层扫描。64排螺旋CT的探测器的排数达到64排，可以同时采集64层图像对应的体积数据。在采集的过程中，每层图像的厚度达到亚毫米层厚级别。在这样一种体积数据的获取方式中，基于螺旋CT的扫描层厚能够达到亚毫米层数量级的优势，可以获取血管中包含的丰富的细节信息，获取真实血管的精确的形状以及尺寸信息。

获得乙状窦血管所在区域的体积数据之后，可以通过多平面重建获取血管的多个数字图像。多平面重建具体的过程为：根据体积数据，结合重建参数，对某一重建基线所标定的组织进行横断、冠状、矢状以及任意角度斜位图的重建。其中，重建参数包括重建层厚、重建层间距以及窗位、窗宽等重建参数。

基于获取到的乙状窦血管的多个数字图像，建立乙状窦血管的三维数字模型，可选的实施方式包括：

首先，从乙状窦血管的多个数字图像中提取血管的轮廓数据，具体可以采用数据提取软件(如Mimics软件)提取数字图像中血管的轮廓数据。血管的轮廓数据包括血管的轮廓线以及血管的轮廓分区。

将乙状窦血管的多个数字图像导入Mimics软件之后中，Mimics软件能够根据横断面的断层扫描图像生成矢状面以及冠状面图像，并在三个视图中展示血管的数字图像。这三个视图是相互关联的，可以通过鼠标和定位工具栏进行定位。例如，在其中一个视图中定位某一组织，其余两个视图关联显示定位点，从而结合三个视图实现目标组织的准确定位、轮廓线以及轮廓分区的选取。

生成三视图之后，在Mimics软件的在三视图可编辑操作界面里，根据横断面图像中血管与包裹血管的其他组织之间的灰度值差异提取出血管轮廓线，将该轮廓线包围的区域作为建模对象。具体操作为：开启Mimics软件的“阈值设定”功能，设置阈值。阈值的设定可以由软件根据当前数字图像的灰度自动生成，也可以是人工输入。阈值设定是否准确是血管轮廓线提取是否完整与准确的关键，阈值设置的过高或过低都有可能出现组织丢失或者噪点过多等情况，因此需要根据实际情况设置相应组织的阈值范围，本申请实施例不做限制。

在提取到血管的轮廓线之后，进一步通过区域增长法，在血管的数字图像的三视图上进行热区的选择。应当理解，选择热区的目的在于,基于血管的大致轮廓线，对数字图像进一步进行图像区域分割以及冗余数据去除，以实现血管内腔分区以及血管外壁分区的分离。可选的，首先选定横断面的图像中血管外壁分区对应的区域，在矢状面与冠状视面中观察该区域是否对应血管外壁分区，若为是，则保留该选区，并基于该选区执行区域增长操作，以获取与该选区的灰度值相同的区域。若为否，则在横断面图像中矫正选区的位置，继续观察。理论上，执行区域增长之后，在三个视图上分别能够得到连续的选区。反复执行上述步骤，在血管的数字图像上能够得到血管外壁分区以及血管内壁分区。在某些情况下，由于CT成像灰度值不不均匀，将导致区域增长之后仍然无法在三视图上得到连续的选区。在上述情境下，可以执行多次选区以及观察操作，进行非连续区域的修补。

其次，获取乙状窦血管的三维建模参数。其中，三维建模参数可以通过读取螺旋CT扫描的乙状窦血管图像重建的重建参数，以及螺旋CT扫描时的扫描参数获得。具体的，可从重建参数中获取三维建模的层厚以及三维建模的层间距等，可从螺旋CT的扫描参数中获取采集矩阵的大小，从而获取三维建模时显示矩阵的大小。

其中，显示矩阵的大小影响着三维建模后的图像的显示质量。通常三维建模的显示矩阵越大，包含的像素越多，三维建模后图像显示质量越好。三维建模的显示矩阵的大小的具体值可根据采集矩阵的大小而定，一般情况下，显示矩阵的大小等于或者大于显示矩阵的大小。例如，CT扫描采集图像时，采集矩阵的大小设置为512*512，则三维建模的显示矩阵可以设置为512*512或者1024*1024。

其中，三维建模的层间距，是三维建模时两幅断层图像之间的间距，一般而言，三维建模的层间距等于体积数据重建时的重建层间距；三维建模的层厚，是三维建模时每一断层扫描图像的厚度，一般而言，三维建模的层厚等于体积数据重建时的重建层厚。从而，根据该三维建模的层间距以及该三维建模的层厚，更加完整地恢复出体积数据重建时每一幅数字图像包含的血管的形状以及尺寸信息。

上述三维建模参数的设置可由软件自动读取也可由人工进行设置，本实施例不做限制。

最后，根据乙状窦血管的轮廓数据和三维建模参数，构建乙状窦血管的三维数字模型。具体地，获取乙状窦血管的轮廓数据以及三维建模参数之后，执行Mimics软件的“三维计算”功能，获得乙状窦血管的三维数字模型。

之后，基于得到的乙状窦血管的三维数字模型，对乙状窦血管的三维数字模型进行轮廓面的识别，得到乙状窦血管的轮廓面，对轮廓面进行抽壳处理，得到人造血管的模具模型。

其中，在抽壳的处理过程中，对乙状窦血管的三维数字模型进行轮廓面的识别，分别得到所述血管的外壁轮廓面以及内腔轮廓面。

对内腔轮廓面进行抽壳处理，得到人造血管内腔模具模型；对外壁轮廓面进行抽壳处理，得到人造血管外壁模具模型。人造血管内腔模具模型以及所述人造血管外壁模具模型构成所述人造血管的模具模型。

在本实施例中，采用抽壳处理软件(如Geomagic软件)执行抽壳处理。在抽壳处理的过程中，设置偏移值。偏移值的大小等于轮廓面的厚度值，例如，指定抽壳的偏移值为1mm，则在抽壳处理的过程中，为三维数字模型的内腔轮廓面以及外壁轮廓面抽壳出1mm的厚度。抽壳的偏移值可以由软件自动获取，也可以由用户指定。

之后，基于人造血管的模具模型，采用三维打印技术打印得到固态实体的人造血管的模具。

本实施例中，采用三维成型机进行人造血管模具的打印。在具体操作时，将上述步骤得到的人造血管的模具模型导入至计算机中，设置打印参数并开启打印按钮即可进行打印。具体的，该打印参数包括：打印切片的厚度、三维打印层厚以及打印速度。

本实施例的一种可实现方式中，设置打印切片的厚度为0.1～0.2mm，设置三维打印层厚为1mm，设置打印速度为2～10mm/s。在这样的打印参数下，能够获得效果精细且效率高的三维打印。当然上述数字具有特殊性，本申请实施例在实际操作中，打印参数包括但不限于上述举例。

通常，三维打印时，为避免被打印对象与操作台的直接接触造成分离困难，需要配合被打印对象设置相应的支撑结构。支撑结构放置在打印操作台上，人造血管直接打印在支撑结构上。打印时，人造血管与支撑结构连接在一起。因此，在打印获取人造血管时之后，需要去除去支撑结构才能将人造血管投入使用。

可选的，为了不破坏人造血管的表面结构与形状，本申请实施例中，采用可溶性材料作为打印材质，并在打印结束后，采用溶解剂对支撑结构进行溶解，获得所需的人造血管。

可选的，所述可溶性材料可以是高抗聚苯乙烯(HIPS)或聚乙烯醇(PVA)，所述溶解剂可以是柠檬烯。

本实施例中，通过获取乙状窦血管数字图像并根据该数字图像进行三维建模，获得了乙状窦血管的三维数字模型。基于该乙状窦血管的三维数字模型生成的乙状窦的人造血管的模具模型，打印该模具模型的到乙状窦的人造血管模具，采用该模具模型制备出的乙状窦人造血管，在形状与尺寸上与真实的血管高度一致。间接地，基于该人造血管的模具模型打印人造血管模具，能够应用于个体化高仿真血管的制备，奠定了临床血管外科个体化血管的替代基础，提升了医学研究、治疗以及教学的可靠性。

针对步骤S1403，可选的，将乙烯醇、二甲基亚砜以及水按照预设比例进行混合得到混合液时，该预设的比例可以为(1～2)：(2～7)：(1～2)。即，制备一份混合液，乙烯醇的占比范围为1/6～2/11、二甲基亚砜的占比范围为2/3～7/11、水的占比范围为1/6～2/11。

针对步骤S1404，加热时，通常将混合液倒在数个烧瓶中进行加热，在加热的过程中，不断搅拌混合液使混合液充分地均匀混合并利用离心管执行离心操作，以消除混合液中的气泡。

在加热上述混合液时，需要控制加热时长、加热温度。在一种可选的实施方式中，将混合液的加热时长控制在2～6小时左右、且控制加热温度在80℃～100℃之间，能够将上述混合液加热至最佳状态的熔融的浇筑液。

针对步骤S1405，将上述浇筑液浇铸至人造血管模具中时，保持浇铸过程是匀速的，从而能够将浇筑液均匀的浇铸至人造血管模具中，得到密度均匀的人造血管。

针对步骤S1406，在浇铸完成后，冷却所述浇筑液以获取固态的人造血管。冷却的过程是多次进行的，从而能够保证人造血管的韧性值以及弹性值在某一范围内，得到性能上与真实血管最接近的人造血管。可选的，熔融状态的浇筑液冷却4～5次之后即可进行脱模操作，去除人造血管模具后，得到所述人造血管

本实施例根据乙状窦三维轮廓获取所述乙状窦血管的三维数字模型；根据所述乙状窦血管的三维数字模型构建获取所述人造血管模具，并通过对该人造血管模型浇筑获得人造血管。该人造血管在形状上与尺寸上与真实血管具有高度一致性。该人造血管能够应用于医学疾病研究、疾病治疗以及医学辅助教学领域。作为临床血管外科个体化血管的替代基础，该人造血管能够提升医学研究、治疗以及教学的可靠性。

进一步地，通过本方法所制造出来的人造血管，与人体实际血管特别是乙状窦内的血管有较高的相似度，并将其放置于乙状窦三维轮廓内，使得所建立的乙状窦结构模型具有与实际的乙状窦结构有较高的相似度，真正可以做到高仿真乙状窦结构，可以提升后续在通过乙状窦血流模型研究耳鸣这一疾病的发生机制及病理生理学数据的可靠性。

实施例二

请参考图6，为本发明第二实施例提供的乙状窦血流模型的构建装置的一结构方框图，所述构建装置1包括构建模块10、获取模块20以及汞入模块30。

其中，所述构建模块10用于根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型；

所述获取模块20用于根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数；

所述泵入模块30用于根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

所述构建模块10具体用于：

根据乙状窦血流的医学图像确定乙状窦沟骨板的三维结构图；

根据所述乙状窦沟骨板的三维结构图确定乙状窦三维轮廓图；

通过对所述乙状窦三维轮廓图进行三维打印，获取固态的所述乙状窦三维轮廓；

构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管；

将与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，建立所述乙状窦结构模型。

在这里，所述构建模块10可以包括但不限制于是计算机设备，其可以对乙状窦结构的医学图像，经过图像处理，确定出乙状窦骨板的三维结构图，进而根据所述乙状窦沟骨板的三维结构图确定乙状窦三维轮廓图；另外，所述构建模块10还可以包括但不限制于是三维打印设备，通过对所述乙状窦三维轮廓图进行三维打印，获取固态的所述乙状窦三维轮廓；以及，所述构建模块10还可以包括但不限制于是自动安装设备，如接受计算机控制的精准安装设备，用于将人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，建立所述乙状窦结构模型。

所述获取模块20具体用于：

根据乙状窦血流的相位对比电影图像，确定乙状窦内血流的第一参数，其中，所述第一参数包括正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量；

根据所述第一参数计算出乙状窦内血流的第二参数，其中，所述第二参数包括平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，所述第一参数和所述第二参数构成所述血流动力学参数。

在这里，所述获取模块20可以包括但不限制于是计算机设备，在获取乙状窦血流的医学图像后，通过计算机设备的图像分析，首先，确定乙状窦内血流的第一参数；然后，根据所述第一参数计算出乙状窦内血流的第二参数，其中，所述第一参数包括正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量，所述第二参数包括平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，所述第一参数和所述第二参数构成所述血流动力学参数，对于，所述血流动力学参数具体获取以及计算方法请参考上述方法实施例。

所述泵入模块30用于，在所述构建模块10建立乙状窦结构模型以及所述获取模块20获取乙状窦内流场的血流动力学参数之后，根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。具体地，所述泵入模块30可以包括但不限制于压力泵，所述压力泵连接所述乙状窦结构模型的入口，使用所述压力泵模拟心脏泵血，根据所述血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

可选地，所述构建模块10具体还用于：

根据所述乙状窦结构的医学图像，构建所述乙状窦血管的三维数字模型；

根据所述乙状窦血管的三维数字模型，生成所述乙状窦血管的人造血管模具；

将乙烯醇、二甲基亚砜以及水按照预设比例进行混合得到混合液；

加热所述混合液得到浇筑液；

将所述浇注液浇铸至所述人造血管模具中；

冷却所述浇注液，去除所述人造血管模具，得到所述人造血管。

具体地，在所述构建模块10建立乙状窦结构模型之前，需要通过制造模块40制造出人造血管以供备用，在这里所述制造模块40可以包括但不限制于是计算机设备，如对乙状窦结构的医学图像进行图像重建得到乙状窦骨板的三维结构，根据乙状窦骨板的三维结构重建出乙状窦血管的三维结构。将重建的乙状窦的三维结构由三维打印机进行三维打印，获取固态乙状窦形态模型，将一定质量的聚乙烯醇粉末(PVA)、二甲基亚砜(DMSO)和水按照1：4：1的比例混合，在80—100℃条件下加热搅拌4小时左右，使材料混合均匀，然后再经过整体成型和冷冻得到人造血管。其中，所获取血管厚度小于1mm，且具有较好的韧性及一定的弹性，使其与人体乙状窦内的血管有较高的相似度。

通过上述构建装置1向乙状窦结构模型内根据乙状窦内流场的血流动力学参数泵入相应的模拟血液的流体介质，构建准确的乙状窦血流模型，解决了如何突破实验局限造成的瓶颈，建立高仿真的耳部血管血流模型为探索血管性耳鸣的发病机制提供准确的实验数据的技术问题，为临床创新针对耳鸣影响因素进行个性化手术策略提供新依据，解决临床困境；同时，通过乙状窦血流模型的构建，可以建立完善的乙状窦三维数值模拟分析系统，有望能为血管性耳鸣手术规划、预后判断的数字化工具，为血管性耳鸣以及相关疾病的后续深入研究提供崭新的平台。

另外，需要指出的是上述第二实施例的乙状窦血流模型的构建装置的实施例若有不清楚之处，可以参考前述第一实施例的乙状窦血流模型的构建方法的实施例。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种乙状窦血流模型的构建方法，其特征在于，包括：

根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型；

根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数；

根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型包括：

根据所述乙状窦结构的医学图像确定乙状窦沟骨板的三维结构图；

根据所述乙状窦沟骨板的三维结构图确定乙状窦三维轮廓图；

通过对所述乙状窦三维轮廓图进行三维打印，获取固态的所述乙状窦三维轮廓；

构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管；

将所述人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，建立所述乙状窦结构模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数包括：

根据乙状窦血流的相位对比电影图像，确定乙状窦内血流的第一参数，其中，所述第一参数包括正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量；

根据所述第一参数计算出乙状窦内血流的第二参数，其中，所述第二参数包括平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，所述第一参数和所述第二参数构成所述血流动力学参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质包括：

在所述乙状窦结构模型的入口接入压力泵模拟心脏泵血，并根据所述血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管包括：

根据所述乙状窦结构的医学图像，构建所述乙状窦血管的三维数字模型；

根据所述乙状窦血管的三维数字模型，生成所述乙状窦血管的人造血管模具；

将乙烯醇、二甲基亚砜以及水按照预设比例进行混合得到混合液；

加热所述混合液得到浇筑液；

将所述浇注液浇铸至所述人造血管模具中；

冷却所述浇注液，去除所述人造血管模具，得到所述人造血管。

6.一种乙状窦血流模型的构建装置，其特征在于，包括：

构建模块，用于根据乙状窦结构的医学图像，确定乙状窦三维轮廓并建立乙状窦结构模型；

获取模块，用于根据乙状窦血流的医学图像，获取乙状窦内流场的血流动力学参数；

泵入模块，用于根据所述乙状窦内流场的血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述构建模块具体用于：

根据所述乙状窦结构的医学图像确定乙状窦沟骨板的三维结构图；

根据所述乙状窦沟骨板的三维结构图确定乙状窦三维轮廓图；

通过对所述乙状窦三维轮廓图进行三维打印，获取固态的所述乙状窦三维轮廓；

构建与所述乙状窦三维轮廓相匹配的人造血管；

将所述人造血管放置于所述乙状窦三维轮廓内，建立所述乙状窦结构模型。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于：

根据乙状窦血流的相位对比电影图像，确定乙状窦内血流的第一参数，其中，所述第一参数包括正向峰值流速、反向峰值流速、平均每搏血流量、正向平均每搏血流量以及反向平均每搏血流量；

根据所述第一参数计算出乙状窦内血流的第二参数，其中，所述第二参数包括平均每分血流量、正向平均每分血流量、反向平均每分血流量、正向平均血流速度、反向平均血流速度，所述第一参数和所述第二参数构成所述血流动力学参数。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述泵入模块具体用于：

在所述乙状窦结构模型的入口接入压力泵模拟心脏泵血，并根据所述血流动力学参数，向所述乙状窦结构模型泵入相应的模拟血液的流体介质。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述构建模块具体还用于：

根据所述乙状窦结构的医学图像，构建所述乙状窦血管的三维数字模型；

根据所述乙状窦血管的三维数字模型，生成所述乙状窦血管的人造血管模具；

将乙烯醇、二甲基亚砜以及水按照预设比例进行混合得到混合液；

加热所述混合液得到浇筑液；

将所述浇注液浇铸至所述人造血管模具中；

冷却所述浇注液，去除所述人造血管模具，得到所述人造血管。