CN108022650A - 基于主支血管和边支血管参数的管腔建模及计算血管压力差的方法与系统 - Google Patents
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- CN108022650A CN108022650A CN201711283032.7A CN201711283032A CN108022650A CN 108022650 A CN108022650 A CN 108022650A CN 201711283032 A CN201711283032 A CN 201711283032A CN 108022650 A CN108022650 A CN 108022650A
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Abstract
本发明提供了一种基于主支血管和边支血管参数的管腔建模及计算血管压力差的方法与系统，该系统包括：参数获取模块、管腔模型建立模块、血管压力差计算模块、结果显示模块。参数获取模块用于血管管腔的影像数据的获取以及血管段所能通过的最大平均血流速度的获取；管腔模型建立模块用于血管管腔几何模型、理想血管管腔几何模型的建立；血管压力差计算模块实现对血管压力差的快速计算；结果显示模块用于结果的显示。本发明利用主支血管和边支血管建立精准理想血管管腔几何模型，结合多尺度和血管偏心程度参数，实现了血管压力差的快速计算，能够在保证计算速度的同时有效提高计算准确率。
Description
技术领域
本发明涉及应用于医疗器械领域，尤其涉及应用在基于影像数据快速准确计算血管压力差的方法及系统。
背景技术
血管狭窄会影响血流的正常供应。利用造影等成像手段，虽然可以显示出狭窄的严重程度，但是血管的功能性改变却无法得知。血管压力差指的是感兴趣血管段近端起点和远端终点之间的压力差值，是一个可以有效反应血管供血功能的参数。
然而，对血管压力差的测量却非常困难。通过压力传感器对血管进行有创侵入性压力测量不仅工作量大，而且存在着损伤血管的风险。通过三维或者二维定量血管造影获得感兴趣血管的几何模型，再对重建的血管几何模型进行计算机流体力学分析，可以得到相对准确的血管压力差数值，但是解复杂的流体力学方程需要大量的计算，耗费大量的时间，因此并非最佳方案。还有方法将血管狭窄的长度和狭窄率视为定值，这样的计算方法虽然简便，但是会降低计算结果的准确性，尤其是对弥漫性中度病变下狭窄长度和狭窄率的确定具有很大主观性。
目前通过对血管直径或横截面积等几何参数的变化计算血管压力差的方法存在着无法正确区分不同程度狭窄下几何参数改变对血流压力影响的缺陷。现有技术中，比较典型的计算血管压力差的方法有如下几类：
专利文献1：CN102905614A，公开了一种介入式计算测量血管狭窄的方法，包括，基于在血管的不同位置放置压力传感器(如压力导丝)和速度传感器，首先测量出血管中与待测定目标位置不同的第一位置、第二位置的多个压力值和速度值，然后根据压力变化的平方除以速度变化的平方确定该流体介质的波速度，并计算所述第一位置和第二位置的向前压力变化，即血管压力差。
专利文献2：CN 103829933 A，公开了另外一种介入方式检测血管腔狭窄的方法，包括，将两个压力传感(压力传感器1和压力传感器2)介入人体血管中，分别测量两个压力传感器的数值，根据这两个压力传感器测量数值的压力差，来判断这两个压力传感器之间是否出现血管狭窄。
专利文献3：CN201510901329，公开了一种血管压力差的计算方法，包括：接收一段血管的几何参数，该血管包括近端起点和远端终点，所述几何参数包括第一几何参数、第二几何参数和第三几何参数；以近端起点为参考点，基于所述几何参数和血管段上的点到参考点的距离，计算出理想血管管腔直径函数和几何参数差异函数。在不同尺度下对几何参数差异函数求导，得到多尺度差值导数函数。获得该血管段所能通过的最大平均血流速度，基于多尺度差值导数函数和最大平均血流速度，获得所述血管第一位置处的第二血流压力与近端起点处的第一血流压力之间的比值。
专利文献4：CN2017102843918，公开了一种血管压力差的计算方法，在专利文献3的基础上，引入了血管偏心程度的概念，并将血管偏心程度精确量化，结合到血管压力差的计算公式中，实现了在同一个血管存在不同管腔形状改变时的血管压力差的精确计算。
文献5：Kyung Eun Lee等人提出了一种基于光学相干断层成像图像的血管压力差计算方法，该方法结合了计算机流体力学分析和集中参数模型，可以较为准确的计算血管压力差及血流储备分数。
文献6：Jinyong Ha等人提出了一种利用计算机流体动力学方法的基于光学相干断层成像图像的血管压力差计算方法，可以达到88％的准确率。
上述专利文献及学术文献虽然从不同角度、不同计算方法中给出了确定血管压力差的方法，但其仍具有至少以下一个或多个技术缺陷：(1)专利文献1和专利文献2提到的方法都采用压力导丝介入血管来对血管有关几何参数进行采集，不仅成本高昂，而且会给病人带来身体损害；(2)专利文献3提到的方法，虽然可以实现常规情况下的血管压力差的无创快速计算，但是在其计算过程中，未将狭窄偏心性对血管压力差的影响考虑在内，对于存在偏心程度较大狭窄的血管段，使用专利文献3所述方法计算得到的血管压力差会存在误差；(3)专利文献4虽然引入了偏心程度参数，能够在一定程度上提升计算的准确度，但是对于理想血管管腔的重建仍使用一种较为简略的方法，获得的重建结果并非十分精确，因而会导致血管压力差的计算结果和真实情况之间存在偏差；(4)文献5为简化计算忽略了边支血管，对于多分支血管的情况，该文献所述方法并不能获得准确的结果；(5)文献6只适用于血管存在单个狭窄时候的情况，且未考虑到血管曲率对压力差的影响，计算结果存在误差。因此需要提供一种新的血管压力差计算方法，其能够克服上述部分或全部技术缺陷。
发明内容
为解决以上提及的现有技术存在的诸多缺陷，本发明提供了一种基于主支血管和边支血管参数快速计算血管压力差的方法及系统，具体而言：
一方面，本发明提供了一种基于主支血管和边支血管参数计算血管压力差的方法，包括：
接收感兴趣血管管腔的影像数据，该血管包括近端起点和远端终点，由此建立该段血管的几何模型，所述几何模型包括真实血管管腔几何模型、真实血管管腔中心线几何模型；接收感兴趣血管所能通过的最大平均血流速度；
基于所述的真实血管管腔几何模型，获得主支血管和边支血管的几何参数；
基于所述的真实血管管腔几何模型以及主支血管和边支血管几何参数，计算获得理想血管管腔几何模型；
基于所述的理想血管管腔几何模型获得理想血管管腔中心线几何模型；
基于所述的真实血管管腔几何模型以及理想血管管腔几何模型获得几何差异函数；
基于所述的真实血管管腔中心线几何模型以及理想血管管腔中心线几何模型获得偏心程度函数；
基于上述获得的几何差异函数、偏心程度函数和血管所能通过的最大平均血流速度，计算获得所述血管的压力差函数。
优选的，所述方法进一步还包括：
对理想血管管腔几何模型近端起点到远端终点范围内的管腔位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
优选的，基于所述的真实血管管腔几何模型以及主支血管和边支血管几何参数，计算获得理想血管管腔几何模型，进一步包括：
基于所述主支血管和边支血管几何参数，计算理想血管管腔几何参数；
基于计算获得的所述理想血管管腔几何参数，并结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
优选的，所述理想血管管腔几何参数包括以下参数的一种或其组合：理想血管管腔横截面积、理想血管管腔直径、理想血管管腔半径。
优选的，所述方法进一步还包括：使用分叉分流定律计算所述理想血管管腔几何参数。
优选的，使用分叉分流定理计算上述理想血管管腔几何参数时，可以使用Murray公式进行计算，当接收的某血管段的几何参数以血管横截面的半径或直径进行体现时，使用上述公式对理想血管管腔几何参数进行计算的算法如下：
其中，ri表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径。Ri表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的血管管腔半径或直径。其中，R0表示该血管段近端起点的血管管腔半径或直径；Rk表示该血管段远端终点的血管管腔半径或直径；Ri′表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的理想血管管腔半径或直径。
优选的，该方法进一步还包括：在获得血管各个分叉之间的理想血管管腔面积或直径或半径的基础上，结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
优选的，对于理想血管管腔几何参数的计算还可以参考Finet公式、HK公式等方式。
优选的，该方法进一步还包括：对理想血管管腔几何模型近端起点到远端终点范围内的管腔位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
优选的，所述方法进一步还包括：根据获得的真实血管管腔几何模型，获取含有至少一个分叉点的血管多级节段理想血管管腔几何模型，并进一步获得理想血管管腔中心线几何模型。
优选的，所述管腔偏心程度函数基于真实血管管腔的中心线在该位置的坐标和理想血管管腔的中心线在该位置的坐标，以及该位置的真实血管管腔面积和理想血管管腔面积获得。
优选的，所述方法进一步还包括：根据真实血管管腔几何模型和理想血管管腔几何模型，通过中心线提取与建立方法，获得真实血管管腔中心线几何模型和理想血管管腔中心线几何模型。
优选的，所述方法进一步还包括：所述管腔偏心程度函数是理想血管管腔中心线位置数据和真实管腔中心线位置数据之间的相对差异程度随着血管段上某位置相对血管近端起点参考点变化的函数。
优选的，所述方法进一步还包括：对于基于真实血管管腔几何模型的血管压力差计算，可以使用以下公式计算管腔偏心程度函数g(x，y，z)：
其中，k代表参数系数，取值范围为(0，1)，(x，y，z)和(x0，y0，z0)分别代表在血管管腔的中心线在该位置的坐标和理想血管管腔的中心线在该位置的坐标，S和S0分别代表该位置的真实血管管腔面积和理想血管管腔面积。
优选的，所述方法进一步还包括：在感兴趣血管存在多处偏心狭窄的情况下，考虑到狭窄在感兴趣血管中的偏向和相邻狭窄间的距离会对血流情况有一定影响，可以对上述公式中的参数系数k进行调整，使之成为相邻两偏心狭窄管腔中心线位置、相邻两偏心狭窄理想血管管腔中心线位置和相邻两偏心狭窄间距的函数，对于参数k的调整方法，只要体现相邻两偏心狭窄管腔中心线位置及上述间距的变化关系的函数，均能够作为k的调整函数使用。
优选的，所述方法进一步还包括：对于基于真实血管管腔几何模型的血管压力差计算，可以使用以下公式计算参数系数k：
其中，(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)表示相邻两偏心狭窄管腔中心线的位置，(x10，y10，z10)和(x20，y20，z20)表示相邻两偏心狭窄管腔理想中心线的位置，C代表k的参数系数，k0代表k的基准值。
优选的，所述方法进一步还包括：基于几何参数差异函数，获得其第一尺度差值导数函数和第二尺度差值导数函数之后，通过管腔面积第一尺度差值导数函数积分、管腔面积第二尺度差值导数函数积分和偏心程度函数的加权以及平均血流速度和平均血流速度的平方，可计算获得血管压力差函数。
优选的，所述方法进一步还包括：对于基于真实血管管腔几何模型的血管压力差计算，可以使用以下公式计算血管压力差函数：
P(x，y，z)＝{α[C1V+C2V2]×∫∫∫f1(x，y，z)g(x，y，z)dxdydz+β[C1V+C2V2]×∫∫∫f2(x，y，z)g(x，y，z)dxdydz}
其中，C1、C2分别代表平均血流速度V和平均血流速度平方V2的参数系数,α为管腔面积第一尺度差值导数函数的加权系数，β为管腔面积第二尺度差值导数函数的加权系数，f1(x，y，z)为几何参数差异函数的第一尺度差值导数函数，f2(x，y，z)为几何参数差异函数的第二尺度差值导数函数，g(x，y，z)为偏心程度函数。
此外，本发明还提供了一种基于主支血管和边支血管参数的管腔建模方法，可以通过以下方式实现：
接收某血管段的几何参数，该血管段包括近端起点、多个分叉点、远端终点；
基于所述的几何参数，计算理想血管管腔几何参数；
基于所述理想血管管腔几何参数，并结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
优选的，所述接收的某血管段的几何参数包括第一几何参数，代表该血管段远端横截面的面积或直径；第二几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第一分叉的横截面积或直径；第三几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第二分叉的横截面积或直径；……；第1+n几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第n分叉的横截面积或直径。
优选的，所述理想血管管腔几何参数包括以下参数的一种或其组合：理想血管管腔横截面积、理想血管管腔直径、理想血管管腔半径。
优选的，所述方法进一步还包括：使用分叉分流定律计算所述理想血管管腔几何参数时，可以使用Murray公式进行计算。当所述几何参数以血管横截面的半径或直径进行体现时，可以参考以下公式：
其中，ri表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径。Ri表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的血管管腔半径或直径。其中，R0表示该血管段近端起点的血管管腔半径或直径；Rk表示该血管段远端终点的血管管腔半径或直径；R′i表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的理想血管管腔半径或直径。
优选的，该方法进一步还包括：在获得血管各个分叉之间的理想血管管腔面积或直径或半径的基础上，结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
优选的，对于理想血管管腔几何参数的计算还可以参考Finet公式、HK公式等方式。
优选的，该方法进一步还包括：对理想血管管腔几何模型近端起点到远端终点范围内的管腔位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
优选的，该方法进一步还包括：可以拓展至感兴趣血管存在多处狭窄的情况，先计算出靠近远端终点狭窄处的理想血管管腔面积，再将靠近远端终点狭窄处的理想血管管腔作为新的远端终点，逐级计算出靠近近端起点狭窄处的理想血管管腔面积。
优选的，该方法进一步还包括：可以拓展至感兴趣血管存在一处或多处分叉，且某一处或多处分叉上又存在一处或多处分叉的情况。
优选的，所述的优化Murray公式计算方法的优化方式包括但不仅限于引入校正参数对分叉的血管管腔面积或直径权重进行校正，使用递归算法逐级计算感兴趣血管各个分叉之间的理想血管管腔面积或直径并用于后续累加计算等。
此外，又一方面，本发明还提供了一种快速计算血管压力差的系统，所述系统包括：
参数获取模块，用于感兴趣血管管腔的影像数据的获取以及感兴趣血管段所能通过的最大平均血流速度的获取；
管腔模型建立模块，用于感兴趣真实血管管腔几何模型、感兴趣理想血管管腔几何模型的建立，并将结果递送至血管压力差计算模块；
血管压力差计算模块，实现对血管压力差的快速计算；
结果显示模块，用于结果的显示。
优选的，所述管腔模型建立模块进一步包括以下子模块：
血管管腔几何模型建立模块，基于参数获取模块接收到的影像数据，建立血管管腔几何模型；
理想管腔几何模型建立模块，基于血管管腔几何模型建立模块获得的血管管腔几何模型，计算建立理想管腔几何模型所需的理想血管管腔几何参数，并根据所述理想血管管腔几何参数建立理想管腔几何模型。
优选的，所述理想管腔几何模型建立模块中，计算所述理想血管管腔几何参数具体为：
基于所述血管管腔几何模型，获取主支血管和边支血管几何参数；
基于获取的主支血管和边支血管几何参数，通过优化Murry公式，计算感兴趣血管不同节段的理想血管管腔几何参数；所述理想血管管腔几何参数包括以下的一种或其组合：理想血管管腔横截面积、理想血管管腔直径、理想血管管腔半径。
优选的，所述血管压力差计算模块，根据血管管腔几何模型以及理想管腔几何模型，计算获得几何参数差异函数；根据真实血管管腔中心线几何模型和理想血管管腔中心线几何模型，计算获得管腔偏心程度函数；根据上述几何参数差异函数、管腔偏心程度函数以及参数获取模块获取的该血管段所能通过的最大平均血流速度，计算获得所述血管压力差函数。
优选的，该系统还包括归一化模块，用于在获取理想血管管腔几何模型过程中，对血管段的从血管段近端起点到远端终点范围内的位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.在已有的“快速计算血管压力差的方法及系统”基础上，优化了理想血管管腔的计算方法，能够获得更加精确的理想血管管腔几何模型，从而为血管压力差的精准计算提供前提。
2.经过多次实验对分叉分流定理进行优化，引入调整参数，提升理想管腔几何模型准确性。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。
图1为本发明的多分叉血管真实血管管腔与理想血管管腔结构对比示意图；
图2为本发明的血管压力差计算系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例一种应用程序推荐方法及装置进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
以下所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。此外，需要说明的是，以下各个实施例中所涉及到的方法及系统，其计算方式是可以进行相互借鉴或使用的。
实施例1：
接收感兴趣血管管腔的影像数据，该血管包括近端起点和远端终点，由此建立该段血管的几何模型，所述几何模型包括真实血管管腔几何模型、真实血管管腔中心线几何模型；接收感兴趣血管所能通过的最大平均血流速度；
基于所述的真实血管管腔几何模型，获得主支血管和边支血管参数；
基于所述的真实血管管腔几何模型以及主支血管和边支血管参数，计算获得理想血管管腔几何模型；
基于所述的理想血管管腔几何模型获得理想血管管腔中心线几何模型；
基于所述的真实血管管腔几何模型以及理想血管管腔几何模型获得几何差异函数；
基于所述的真实血管管腔中心线几何模型以及理想血管管腔中心线几何模型获得偏心程度函数；
基于上述获得的几何差异函数、偏心程度函数和血管所能通过的最大平均血流速度计算获得所述血管的压力差函数。
在一具体实施例中，根据获得的真实血管管腔几何模型，获取含有至少一个分叉点的血管多级节段理想血管管腔几何模型，并进一步获得理想血管管腔中心线几何模型。
在一具体实施例中，所述管腔偏心程度函数基于真实血管管腔的中心线在该位置的坐标和理想血管管腔的中心线在该位置的坐标，以及该位置的真实血管管腔面积和理想血管管腔面积获得。
在一具体实施例中，对血管段从近端起点到远端终点范围内的参考位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
在一具体实施例中，根据真实血管管腔几何模型和理想血管管腔几何模型，通过中心线提取与建立方法，获得真实血管管腔中心线几何模型和理想血管管腔中心线几何模型。
在一具体实施例中，所述管腔偏心程度函数是理想血管管腔中心线位置数据和真实管腔中心线位置数据之间的相对差异程度随着血管段上某位置相对血管近端起点参考点变化的函数；
在一具体实施例中，对于基于三维真实血管管腔几何模型的血管压力差计算，可以使用以下公式计算管腔偏心程度函数g(x，y，z)：
其中，k代表参数系数，取值范围为(0，1)，(x，y，z)和(x0，y0，z0)分别代表在血管管腔的中心线在该位置的坐标和理想血管管腔的中心线在该位置的坐标，S和S0分别代表该位置的真实血管管腔面积和理想血管管腔面积。
在一具体实施例中，在感兴趣血管存在多处偏心狭窄的情况下，考虑到狭窄在感兴趣血管中的偏向和相邻狭窄间的距离会对血流情况有一定影响，可以对上述公式中的参数系数k进行调整，使之成为相邻两偏心狭窄管腔中心线位置、相邻两偏心狭窄理想血管管腔中心线位置和相邻两偏心狭窄间距的函数，对于参数k的调整方法，只要体现相邻两偏心狭窄管腔中心线位置及上述间距的变化关系的函数，均能够作为k的调整函数使用。
在一具体实施例中，对于基于三维真实血管管腔几何模型的血管压力差计算，可以使用以下公式计算参数系数k：
其中，(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)表示相邻两偏心狭窄管腔中心线的位置，(x10，y10，z10)和(x20，y20，z20)表示相邻两偏心狭窄管腔理想中心线的位置，C代表k的参数系数，k0代表k的基准值。
在一具体实施例中，基于几何参数差异函数，获得其第一尺度差值导数函数和第二尺度差值导数函数之后，通过管腔面积第一尺度差值导数函数积分、管腔面积第二尺度差值导数函数积分和偏心程度函数的加权以及平均血流速度和平均血流速度的平方，可计算获得血管压力差函数。
在一具体实施例中，对于基于三维真实血管管腔几何模型的血管压力差计算，使用以下公式计算血管压力差函数：
P(x，y，z)＝{α[C1V+C2V2]×∫∫∫f1(x，y，z)g(x，y，z)dxdydz+β[C1V+C2V2]×∫∫∫f2(x，y，z)g(x，y，z)dxdydz}
其中，C1、C2分别代表平均血流速度V和平均血流速度平方V2的参数系数,α为管腔面积第一尺度差值导数函数的加权系数，β为管腔面积第二尺度差值导数函数的加权系数，f1(x，y，z)为几何参数差异函数的第一尺度差值导数函数，f2(x，y，z)为几何参数差异函数的第二尺度差值导数函数，g(x，y，z)为偏心程度函数。
基于主支血管和边支血管参数获取含有多个分叉的血管多级节段理想血管管腔几何模型，通过以下方式实现：
接受感兴趣血管段的几何参数，该血管段包括近端起点、多个分叉点、远端终点；
所述几何参数包括第一几何参数，代表该血管段远端横截面的面积或直径；第二几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第一分叉的横截面积或直径；第三几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第二分叉的横截面积或直径；……；第1+n几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第n分叉的横截面积或直径；
基于所述的多个几何参数，使用优化Murray公式计算方法计算获得血管狭窄处理想血管管腔面积或直径；基于计算获得的血管狭窄处理想血管管腔面积或直径，获得理想血管管腔几何模型。
在一具体实施例中，当几何参数以血管横截面的半径或直径进行体现时，可以使用如下公式对理想血管管腔几何参数进行计算：
其中，rk表示该血管段远端终点至狭窄部位第k-1分叉的半径或直径，k＝1时r1表示该血管段远端横截面的半径或直径；Rk表示该血管段第k-1和第k分叉之间的理想血管管腔半径或直径，Rk-1表示该血管段第k-1和第k分叉之间的理想血管管腔半径或直径，且R1＝r1；ω1和ω2分别表示两者的参数系数。
在一具体实施例中，ω1＝1.21～1.35，ω2＝0.65～0.79，上述ω1和ω2数值是通过多次实验调整后获得的最佳数值区间。
在一具体实施例中，在获得血管狭窄处理想血管管腔面积或直径或半径参数的基础上，结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
在一具体实施例中，对理想血管管腔几何模型近端起点到远端终点范围内的管腔位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
在一具体的实施例中，可以拓展至感兴趣血管存在多处狭窄的情况，先计算出靠近远端终点狭窄处的理想血管管腔面积，再将靠近远端终点狭窄处的理想血管管腔作为新的远端终点，逐级计算出靠近近端起点狭窄处的理想血管管腔面积。
在一具体的实施例中，可以拓展至感兴趣血管存在一处或多处狭窄，且当存在多处狭窄时，某一个多个相邻狭窄之间存在一处或多处分叉的情况。
在一具体的实施例中，所述的优化Murray公式计算方法的优化方式包括但不仅限于引入校正参数校正该狭窄分叉处血管管腔面积或直径，使用递归算法计算出该狭窄分叉处理想血管管腔面积或直径并用于后续累加计算等。
实施例2
本发明提供了一种基于主支血管和边支血管参数快速计算血管压力差的系统，所述系统包括：
参数获取模块，用于感兴趣血管管腔的影像数据的获取以及感兴趣血管段所能通过的最大平均血流速度的获取；
管腔模型建立模块，用于感兴趣真实血管管腔几何模型、感兴趣理想血管管腔几何模型的建立，并将结果递送至血管压力差计算模块；
血管压力差计算模块，实现对血管压力差的快速计算；
结果显示模块，用于结果的显示；
其中，所述管腔模型建立模块进一步包括以下子模块：
血管管腔几何模型建立模块，基于参数获取模块接收到的影像数据，建立血管管腔几何模型；
理想管腔几何模型建立模块，基于血管管腔几何模型建立模块获得的血管管腔几何模型，通过使用优化Murray公式计算方法获得建立理想管腔几何模型所需的理想血管管腔几何参数，并基于计算所得的理想血管管腔几何参数建立理想管腔几何模型；
优选的，上述优化Murry计算方法包括：
基于真实血管管腔几何模型获取主支血管和边支血管几何参数；
基于获取的主支血管和边支血管几何参数，利用分叉分流定理计算感兴趣血管不同节段的理想血管管腔几何参数，所述理想血管管腔几何参数包括但不仅限于理想血管管腔横截面积、理想血管管腔直径和理想血管管腔半径。
优选的，所述血管压力差计算模块，根据血管管腔几何模型以及理想管腔几何模型，计算获得几何参数差异函数；根据真实血管管腔中心线几何模型和理想血管管腔中心线几何模型，计算获得管腔偏心程度函数；根据上述几何参数差异函数、管腔偏心程度函数以及参数获取模块获取的该血管段所能通过的最大平均血流速度，计算获得所述血管压力差函数。
优选的，该系统还包括归一化模块，用于在获取理想血管管腔的几何模型过程中，对血管段的从血管段近端起点到远端终点范围内的位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
实施例3：
本实施例中，以针对血管狭窄段的理想管腔几何模型的建立作为示例，来说明本发明所提出的模型建立方法，其中，所述及的血管狭窄处理想血管管腔面积或直径或半径参数，是作为本方法中的获得的血管管腔/血管段的几何参数的一个特例来说明的，而并不是说本发明所使用的几何参数仅限于上述的“血管狭窄处理想血管管腔面积或直径或半径参数”，不能以此作为本发明保护范围的限定。上述的几何参数也可以是其他正常血管段的参数、其他特殊病变类型的血管段的参数，而不仅限于狭窄段，也不仅限于面积、直径、半径作为参数。
本发明还提供了一种基于主支血管和边支血管参数的管腔建模方法，可以通过以下方式实现：
接收某血管段的几何参数，该血管段包括近端起点、多个分叉点、远端终点；
所述几何参数包括第一几何参数，代表该血管段远端横截面的面积或直径；第二几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第一分叉的横截面积或直径；第三几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第二分叉的横截面积或直径；……；第1+n几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第n分叉的横截面积或直径；
基于所述的多个几何参数，利用分叉分流定理计算理想血管管腔面积或直径；基于计算获得的理想血管管腔面积或直径，获得理想血管管腔几何模型。
优选的，使用分叉分流定理计算上述理想血管管腔几何参数时，可以使用Murray公式进行计算，当接收的某血管段的几何参数以血管横截面的半径或直径进行体现时，使用上述公式对理想血管管腔几何参数进行计算的算法如下：
其中，ri表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径。Ri表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的血管管腔半径或直径。其中，Ro表示该血管段近端起点的血管管腔半径或直径；Rk表示该血管段远端终点的血管管腔半径或直径；R′i表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的理想血管管腔半径或直径。
优选的，该方法进一步还包括：在获得血管各个分叉之间的理想血管管腔面积或直径或半径的基础上，结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
优选的，对于理想血管管腔几何参数的计算还可以参考Finet公式、HK公式等方式。
优选的，该方法进一步还包括：对理想血管管腔几何模型近端起点到远端终点范围内的管腔位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
优选的，该方法进一步还包括：可以拓展至感兴趣血管存在多处狭窄的情况，先计算出靠近远端终点狭窄处的理想血管管腔面积，再将靠近远端终点狭窄处的理想血管管腔作为新的远端终点，逐级计算出靠近近端起点狭窄处的理想血管管腔面积。
优选的，该方法进一步还包括：可以拓展至感兴趣血管存在一处或多处分叉，且某一处或多处分叉上又存在一处或多处分叉的情况。
优选的，所述的优化Murray公式计算方法的优化方式包括但不仅限于引入校正参数对分叉的血管管腔面积或直径权重进行校正，使用递归算法逐级计算感兴趣血管各个分叉之间的理想血管管腔面积或直径并用于后续累加计算等。
优选的，上述优化Murry公式计算方法的公式示例如下：
其中，ωi表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径的权重，且当k＝3时，优选范围如下：ω1＝1.2～1.5、ω2＝0.8～1.1、ω3＝0.9～1.3，该范围是经过大量实验分析获得的最佳数值区间。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (16)
1.一种基于主支血管和边支血管参数计算血管压力差的方法，其特征在于，该方法包括：
接收感兴趣血管管腔的影像数据，该血管包括近端起点和远端终点，由此建立该段血管的几何模型，所述几何模型包括真实血管管腔几何模型、真实血管管腔中心线几何模型；接收感兴趣血管所能通过的最大平均血流速度；
基于所述的真实血管管腔几何模型，获得主支血管和边支血管的几何参数；
基于所述的真实血管管腔几何模型以及主支血管和边支血管几何参数，计算获得理想血管管腔几何模型；
基于所述的理想血管管腔几何模型获得理想血管管腔中心线几何模型；
基于所述的真实血管管腔几何模型以及理想血管管腔几何模型获得几何差异函数；
基于所述的真实血管管腔中心线几何模型以及理想血管管腔中心线几何模型获得偏心程度函数；
基于上述获得的几何差异函数、偏心程度函数和血管所能通过的最大平均血流速度，计算获得所述血管的压力差函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步还包括：
对理想血管管腔几何模型近端起点到远端终点范围内的管腔位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述的真实血管管腔几何模型以及主支血管和边支血管几何参数，计算获得理想血管管腔几何模型，进一步包括：
基于所述主支血管和边支血管几何参数，计算理想血管管腔几何参数；
基于计算获得的所述理想血管管腔几何参数，并结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述理想血管管腔几何参数包括以下参数的一种或其组合：理想血管管腔横截面积、理想血管管腔直径、理想血管管腔半径。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步还包括：
依据分叉分流定律计算所述理想血管管腔几何参数，在具体计算时采用Murray公式，或者Finet公式，或者HK公式。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用分叉分流定理计算上述理想血管管腔几何参数时，当使用Murray公式进行计算，接收的某血管段的几何参数以血管横截面的半径或直径进行体现时，理想血管管腔几何参数进行计算的具体方式如下：
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</mrow>
</mrow>
其中，ri表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径，Ri表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的血管管腔半径或直径，R0表示该血管段近端起点的血管管腔半径或直径；Rk表示该血管段远端终点的血管管腔半径或直径；R′i表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的理想血管管腔半径或直径。
7.一种基于主支血管和边支血管参数计算血管压力差的系统，其特征在于，所述系统包括：
参数获取模块，用于感兴趣血管管腔的影像数据的获取以及感兴趣血管段所能通过的最大平均血流速度的获取；
管腔模型建立模块，用于感兴趣真实血管管腔几何模型、感兴趣理想血管管腔几何模型的建立，并将结果递送至血管压力差计算模块；
血管压力差计算模块，实现对血管压力差的快速计算；
结果显示模块，用于结果的显示。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述管腔模型建立模块进一步包括以下子模块：
血管管腔几何模型建立模块，基于参数获取模块接收到的影像数据，建立血管管腔几何模型；
理想管腔几何模型建立模块，基于血管管腔几何模型建立模块获得的血管管腔几何模型，计算建立理想管腔几何模型所需的理想血管管腔几何参数，并根据所述理想血管管腔几何参数建立理想管腔几何模型。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述理想管腔几何模型建立模块中，计算所述理想血管管腔几何参数具体为：
基于所述血管管腔几何模型，获取主支血管和边支血管几何参数；
基于获取的主支血管和边支血管几何参数，通过优化Murry公式，计算感兴趣血管不同节段的理想血管管腔几何参数；所述理想血管管腔几何参数包括以下的一种或其组合：理想血管管腔横截面积、理想血管管腔直径、理想血管管腔半径。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述血管压力差计算模块，根据血管管腔几何模型以及理想管腔几何模型，计算获得几何参数差异函数；根据真实血管管腔中心线几何模型和理想血管管腔中心线几何模型，计算获得管腔偏心程度函数；根据上述几何参数差异函数、管腔偏心程度函数以及参数获取模块获取的该血管段所能通过的最大平均血流速度，计算获得所述血管压力差函数。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括归一化模块，用于在获取理想血管管腔几何模型过程中，对血管段的从血管段近端起点到远端终点范围内的位置参数进行线性归一化处理，获得更加平滑的理想血管管腔几何模型。
12.一种基于主支血管和边支血管参数的管腔建模方法，其特征在于，所述方法包括：
接收某血管段的几何参数，该血管段包括近端起点、多个分叉点、远端终点；
基于所述的几何参数，计算理想血管管腔几何参数；
基于所述理想血管管腔几何参数，并结合真实血管管腔几何模型，重建出理想血管管腔几何模型。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述几何参数包括第一几何参数，代表该血管段远端横截面的面积或直径；第二几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第一分叉的横截面积或直径；第三几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第二分叉的横截面积或直径；……；第1+n几何参数，代表该血管段狭窄部位至远端终点区间第n分叉的横截面积或直径。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述理想血管管腔几何参数包括以下参数的一种或其组合：理想血管管腔横截面积、理想血管管腔直径、理想血管管腔半径。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步还包括：
依据分叉分流定律计算所述理想血管管腔几何参数，在具体计算时采用Murray公式，或者Finet公式，或者HK公式。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，使用分叉分流定理计算上述理想血管管腔几何参数时，当使用Murray公式进行计算，接收的某血管段的几何参数以血管横截面的半径或直径进行体现时，理想血管管腔几何参数进行计算的具体方式如下：
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</mrow>
</mrow>
其中，ri表示该血管段近端起点至远端终点第i处分叉的血管管腔半径或直径，Ri表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的血管管腔半径或直径，R0表示该血管段近端起点的血管管腔半径或直径；Rk表示该血管段远端终点的血管管腔半径或直径；R′i表示该血管段近端起点至远端终点第i-1和第i分叉之间的理想血管管腔半径或直径。
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