CN109009037A - 基于个体性别获取血管压力差的计算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于个体性别获取血管压力差的计算方法及装置。所述基于个体性别获取血管压力差的计算方法包括：接收一部分血管段的解剖数据并建立几何模型、横截面形态模型，计算目标血管管腔的形态差异函数f(x)；根据所述解剖数据并结合个体的特异性数据，获取血流模型及第一血流速度V0；并通过纠偏参数ω对第一血流速度V0进行修正，获得第二血流速度V；基于所述目标血管管腔的形态差异函数f(x)和第二血流速度V，计算获得目标血管任意两位置处的压力差数值ΔP。本发明提供的基于个体性别获取血管压力差的计算方法及装置，通过引入形态学的概念，并通过引入与性别信息相关的纠偏参数ω，提高了血管压力差计算的准确性。

Description

基于个体性别获取血管压力差的计算方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于个体性别获取血管压力差的计算方法及装置，属于医疗技术领域。
背景技术
人体血液中的脂类及糖类物质在血管壁上的沉积将在血管壁上形成斑块，继而导致血管狭窄；特别是发生在心脏冠脉附近的血管狭窄将导致心肌供血不足，诱发冠心病、心绞痛等病症，对人类的健康造成严重威胁。据统计，我国现有冠心病患者约1100万人，介入手术治疗患者数量每年增长大于10％。
冠脉造影CAG、计算机断层扫描CT等常规医用检测手段虽然可以显示心脏冠脉血管狭窄的严重程度，但是并不能准确评价冠脉的缺血情况。为提高冠脉血管功能评价的准确性，1993年Pijls提出了通过压力测定推算冠脉血管功能的新指标——血流储备分数(Fractional Flow Reserve，FFR)，经过长期的基础与临床研究，FFR已成为冠脉狭窄功能性评价的金标准。
血流储备分数(FFR)通常是指心肌血流储备分数，定义为病变冠脉能为心肌提供的最大血流与该冠脉完全正常时最大供血流量之比，研究表明，在冠脉最大充血状态下，血流量的比值可以用压力值来代替。即FFR值的测量可在冠脉最大充血状态下，通过压力传感器对冠脉远端狭窄处的压力和冠脉狭窄近端压力进行测定继而计算得出。近年来，基于压力导丝测量FFR值的方法逐渐进入临床应用，成为冠心病患者获得精准诊断的有效方法；然而，由于压力导丝在介入过程中易对病人的血管造成损伤；同时，通过压力导丝对FFR值进行测定需要注射腺苷/ATP等药物保证冠脉达到最大充血状态，部分病人会因药物的注射感到不适，使得基于压力导丝测量FFR值的方法存在较大的局限性。此外，虽然基于压力导丝引导的FFR的测定是冠脉狭窄血液动力学的重要指标，但是由于压力导丝的造价高，介入血管过程操作困难，因此严重限制了基于压力导丝测量FFR值的方法的推广及使用。
随着CT与三维造影重建技术的发展及3D冠状动脉几何重建技术在血液力学研究领域的推广应用，同时，为减少FFR值测量过程中对人体带来的伤害及测量成本，基于医疗影像学的FFR计算技术已成为研究重点。
现有技术中，Taylor等人将计算机流体力学应用于计算机断层扫描冠状动脉造影(CTA)中，利用CTA得到冠脉解剖数据，包括血管供应心肌的体积和质量等，估算出最大冠脉血流量，模拟出血管下游微循环阻力，作为计算流体力学仿真的边界条件进行流体方程求解，得到计算FFR的非侵入式方法FFRCT。
事实上，现有技术虽然从不同角度、不同方法中给出了确定血流储备分数(FFR)的方法，但其实质均是通过目标血管近端终点处的血流压力Pa和目标血管近端终点处和远端终点处的血流压力的差值ΔP来计算FFR。而在血液流动的实际过程中，即血流压力的差值ΔP的实际计算过程中，病变的位置、大小和类型等因素均会对血流压力的差值ΔP的计算产生影响；同时，不同的病史信息和生理特征也会对血流压力的差值ΔP产生影响；因此，现有技术中，通过血流压力的差值ΔP计算获得的FFR多会偏离实际值，致使通过FFR评价冠脉狭窄功能的结果存在误差。
有鉴于此，确有必要提供一种新的血管压力差的计算方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于个体性别获取血管压力差的计算方法及装置，以至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本发明提供的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，通过引入性别因素，有效减少了因性别不同而造成的血管压力差的计算误差，提高血管压力差计算的准确性。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于个体性别获取血管压力差的计算方法，所述基于个体性别获取血管压力差的计算方法包括：
接收一部分血管段的解剖数据，根据所述解剖数据获取感兴趣区域的几何模型；
对所述几何模型进行预处理，建立目标血管在近端终点和远端终点之间各个位置处的横截面形态模型；
根据所述横截面形态模型，计算获得不同尺度下目标血管管腔的形态差异函数f(x)，所述尺度为计算形态差异函数f(x)时相邻两横截面之间的距离；
根据所述解剖数据并结合个体的特异性数据，获取感兴趣区域的血流模型，并根据所述血流模型获取目标血管的第一血流速度V0；
获取个体的性别信息，通过纠偏参数ω对所述第一血流速度V0进行修正，获得第二血流速度V；
V＝ω×V0
当所述个体为男性时，纠偏参数ω＝1.1；当所述个体为女性时，纠偏参数ω＝1；
基于所述目标血管管腔的形态差异函数f(x)和第二血流速度V，计算获得所述目标血管任意两位置处的压力差数值ΔP。
作为本发明的进一步改进，所述压力差数值ΔP通过目标血管管腔在不同尺度下的形态差异函数f(x)和第二血流速度V计算获得，所述ΔP在不同尺度下的计算公式为：
ΔP＝(c1V+c2V2+…+cmVm)
*[α1*∫f1(x)dx+α2*∫f2(x)dx+…+αn*∫fn(x)dx]
其中，c1、c2、…、cm分别代表血流速度V的参数系数；
α1、α2、…、αn分别为不同尺度下血管管腔的形态差异函数f1(x)、f2(x)、…、fn(x)的加权系数；
m为大于等于1的自然数；
n为尺度为大于等于1的自然数。
作为本发明的进一步改进，所述不同尺度包括第一尺度、第二尺度、……、第n尺度；
所述第一尺度形态差异函数f1(x)用于检测第一种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；
所述第二尺度形态差异函数f2(x)用于检测第二种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；
……
所述第n尺度形态差异函数fn(x)用于检测第n种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；其中，所述n为大于等于1的自然数。
作为本发明的进一步改进，所述横截面形态模型的建立包括：
S1、定义目标血管近端终点处的横截面为参考面，通过中心线提取与建立方法获得的所述几何模型的中心径线；
S2、以所述参考面的中心点为原点建立坐标系，沿垂直所述中心径线的方向对所述目标血管进行分割，将各横截面内外边缘投影在所述坐标系中，以获取目标血管在各个位置处管腔横截面的平面几何图像，横截面形态模型建立结束。
作为本发明的进一步改进，所述横截面形态模型包括各横截面上斑块的有无、斑块的位置、斑块的大小、斑块形成的角度、斑块的组成及斑块组成的变化、斑块的形状及斑块形状的变化。
作为本发明的进一步改进，所述形态差异函数f(x)用于表示目标血管不同位置处的横截面形态变化随着该位置到参考点的距离x变化的函数；所述形态差异函数f(x)的获取包括：
基于横截面形态模型，建立各横截面的形态函数；
对相邻两横截面的形态函数进行拟合，并获取相邻两横截面在不同尺度下的差异变化函数；
以目标血管的近端终点为参考点，根据差异变化函数获取管腔形态随着到参考点的距离x的变化率，对目标血管从近端终点到远端终点范围内的位置参数进行归一化处理，获取形态差异函数f(x)；
其中，所述形态函数包括面积函数、直径函数和边缘位置函数。
作为本发明的进一步改进，所述血流模型包括固定血流模型及个性化血流模型。
作为本发明的进一步改进，所述个性化血流模型包括静息态血流模型和负荷态血流模型；当所述血流模型为静息态血流模型时，所述第一血流速度V0可通过血管内流体充盈的速度计算获得；或者通过血管树的形态计算获得；当所述血流模型为负荷态血流模型，所述第一血流速度V0与所述第二血流速度V相等。
作为本发明的进一步改进，所述血管树的形态至少包括所述血管树的面积、体积和血管树中血管段的管腔直径中的一种或几种；所述第一血流速度V0通过所述血管树的形态计算获得时，所述几何参数还包括所述血管树中血管段的长度、灌注面积及分支角度中的一种或几种。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种基于个体性别获取血管压力差的计算装置，所述基于个体信息获取血管压力差的计算装置包括：
数据采集器，所述数据采集器用于获取及存储血管系统的解剖模型中感兴趣区域的几何参数；
纠偏参数处理器，所述纠偏参数处理器用于接收个体的性别信息，并生成纠偏参数ω；
压力差处理器，所述压力差处理器用于建立感兴趣区域的血流模型，和基于所述几何参数建立的对应感兴趣区域的几何模型；
所述压力差处理器还用于基于所述几何模型和所述血流模型，建立横截面形态模型和血管压力差计算模型；同时，所述压力差处理器还可接收纠偏参数处理器提供的纠偏参数ω，根据所述血管压力差计算模型、纠偏参数ω和血流动力学，获取所述感兴趣区域近端终点和远端终点之间任意两位置处的压力差数值ΔP。
作为本发明的进一步改进，所述血管压力差计算模型包括根据所述横截面形态模型建立的目标血管管腔的形态差异函数f(x)；所述形态差异函数f(x)用于表示目标血管不同位置处的横截面形态变化随着该位置到近端终点之间的距离x变化的函数。
作为本发明的进一步改进，所述几何模型为通过所述压力差处理器对所述解剖模型的图像数据进行测算，并拟合校准获得；所述横截面形态模型为通过所述几何模型直接/间接获得；所述横截面形态模型包括各横截面上斑块的有无、斑块的位置、斑块的大小、斑块形成的角度、斑块的组成及斑块组成的变化、斑块的形状及斑块形状的变化。
作为本发明的进一步改进，所述血管压力差的计算装置还包括速度采集器，所述速度采集器用于获取感兴趣区域的第一血流速度V0，并将所述第一血流速度V0传递至所述压力差处理器进行纠偏处理，以获得所述第二血流速度V；所述第二血流速度V用以推算所述感兴趣区域近端终点与远端终点之间的任意两位置处之间的压力差数值ΔP。
作为本发明的进一步改进，所述速度采集器包括速度计算模块及速度提取模块；所述速度提取模块可通过所述数据采集器直接获取第一血流速度V0的信息，也可通过所述血流模型直接提取第一血流速度V0；所述速度计算器包括速度转换模块及速度测算模块，所述第一血流速度V0可通过血管中流体充盈的速度经所述速度转换模块转换获得，还可通过几何模型中血管树的形态经速度测算模块计算获得。
本发明的有益效果是：本发明的血管压力差的计算方法通过建立横截面形态模型，并通过对不同位置处的横截面形态模型进行拟合建立形态差异函数；进一步在血流的计算过程中引入纠偏参数ω，综合考虑了血管管腔中斑块的位置、形状及性别因素对血管压力差计算的影响；使得通过本发明的血管压力差的计算方法计算得到的血管压力差数值更加准确，可准确反映目标血管两端的压力变化；保证使用本发明的方法算得的血管压力差在应用至其它血流特征值的计算时，结果准确可靠。
附图说明
图1是本发明目标血管的一种形态下的几何模型的示意图。
图2是图1中D1位置处横截面形态模型的结构示意图。
图3是图1中D2位置处横截面形态模型的结构示意图。
图4是图2和图3中D1和D2位置处横截面形态模型拟合后的结构示意图。
图5是本发明目标血管的另一种形态下的几何模型的示意图。
图6是图5中D1位置处横截面形态模型的结构示意图。
图7是图5中D2位置处横截面形态模型的结构示意图。
图8是图6和图7中D1和D2位置处横截面形态模型拟合后的结构示意图。
图9是本发明基于个体性别获取血管压力差的计算装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种血管压力差的计算方法，所述血管压力差的计算方法包括以下步骤：
接收一部分血管段的解剖数据，根据所述解剖数据获取感兴趣区域的几何模型；
对所述几何模型进行预处理，建立目标血管在近端终点和远端终点之间各个位置处的横截面形态模型；
根据所述横截面形态模型，计算获得不同尺度下目标血管管腔的形态差异函数f(x)，所述尺度为计算形态差异函数f(x)时相邻两横截面之间的距离；
根据所述解剖数据并结合个体的特异性数据，获取感兴趣区域的血流模型，并根据所述血流模型获取目标血管的第一血流速度V0；
获取个体的性别信息，通过纠偏参数ω对所述第一血流速度V0进行修正，获得第二血流速度V；
V＝ω×V0
当所述个体为男性时，纠偏参数ω＝1.1；当所述个体为女性时，纠偏参数ω＝1；
基于所述目标血管管腔的形态差异函数f(x)和第二血流速度V，计算获得所述目标血管任意两位置处的压力差数值ΔP。
进一步的，所述压力差数值ΔP为通过不同尺度下的形态差异函数f(x)和目标血管的第二血流速度V计算获得，且所述压力差数值ΔP在不同尺度下的计算公式为：
ΔP＝(c1V+c2V2+…+cmVm)
*[α1*∫f1(x)dx+α2*∫f2(x)dx+…+αn*∫fn(x)dx]
其中，c1、c2、…、cm分别代表第二血流速度的参数系数，所述参数系数包括血液粘度影响因数、血液湍流影响因数及粘滞系数等多个参数系数；进一步的，m为大于等于1的自然数，以分别代表不同参数系数对第二血流速度V的影响，以对压力差数值ΔP进行修正，保证压力差数值ΔP计算的准确性。优选的，在本发明中所述m的取值为2，且当所述m为2时，c1为因血液流动摩擦产生的参数系数，c2为血液湍流产生的参数系数。
所述α1、α2、…、αn分别为不同尺度下血管管腔的形态差异函数f1(x)、f2(x)、…、fn(x)的加权系数，其中，n为尺度为大于等于1的自然数；进一步的，所述加权系数的增加可进一步对形态差异函数f(x)进行修正，保证两横截面之间形态差异拟合计算的准确性。
具体来讲，所述不同尺度包括第一尺度、第二尺度、……、第n尺度；
所述第一尺度形态差异函数f1(x)用于检测第一种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；
所述第二尺度形态差异函数f2(x)用于检测第二种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；
……
所述第n尺度形态差异函数fn(x)用于检测第n种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异。
所述横截面形态模型的建立包括以下步骤：
S1、定义目标血管近端终点处的横截面为参考面，通过中心线提取与建立方法，获得所述几何模型的中心径线；
S2、以所述参考面的中心点为原点建立坐标系，沿垂直所述中心径线的方向对所述目标血管进行分割，将各横截面内外边缘投影在所述坐标系中，以获取目标血管在各个位置处管腔横截面的平面几何图像，横截面形态模型建立结束。
具体来讲，所述横截面形态模型包括各横截面位置处的斑块信息，所述斑块信息即为目标血管的病变信息，且大量数据表明，当斑块(即为病变)的长度＞20mm时，将导致目标血管压力差数值ΔP的升高，进一步导致血流特征值如血流储备分数FFR的计算出现误差；而当同一横截面处斑块的组成复杂或尺寸过大致使目标血管的狭窄率高，则会进一步导致目标血管压力差数值ΔP的升高；同时当所述斑块处于不同的位置处时，目标血管所供应的心肌体积区域不同，将导致病变位置与非病变位置处的比例发生变化，进一步影响第二血流速度V，从而导致目标血管压力差数值ΔP的升高。
因此，在建立所述横截面形态模型时，所述斑块信息还需包括斑块的有无、斑块的位置、斑块的大小、斑块形成的角度、斑块的组成及斑块组成的变化、斑块的形状及斑块形状的变化，且在本发明中，各个位置处的管腔横截面的平面几何图像均需以步骤S2中建立的坐标系为参考，明确各横截面上斑块的位置，以方便横截面形态模型的后续拟合。
需要说明的是，在所述横截面形态模型的建立过程中，当所述解剖数据为采用OCT、IVUS、CT等检测手段获取时，所述横截面形态模型可通过所述几何模型直接获取，只需保证每个所述横截面形态模型的原点及坐标方向一致即可；当所述解剖数据为采用X射线等检测手段获取时，由于所述几何模型为沿血流方向延伸的立体模型，则在通过所述几何模型建立所述横截面形态模型时，需对所述几何模型进行坐标转换，以准确反应各个横截面的截面形态。
所述血管压力差的计算方法还包括对不同尺度下的所述横截面形态模型进行拟合，计算目标血管管腔的形态差异函数f(x)。其中，所述形态差异函数f(x)用于表示目标血管不同位置处的横截面形态变化随着该位置到参考点的距离x变化的函数；且所述形态差异函数f(x)的获取包括：
基于横截面形态模型，建立各横截面的形态函数；
对相邻两横截面的形态函数进行拟合，并获取相邻两横截面在不同尺度下的差异变化函数；
以目标血管的近端终点为参考点，根据差异变化函数获取管腔形态随着到参考点的距离x的变化率，对目标血管从近端终点到远端终点范围内的位置参数进行归一化处理，以最终获取形态差异函数f(x)。
所述形态函数包括面积函数、直径函数或边缘距离函数，即在本发明中可通过各横截面面积、直径或边缘距离函数之间的拟合，获取相邻两横截面在不同尺度下的差异变化函数；进一步的，通过差异变化函数获取管腔形态随着到参考点的距离x的变化率，获得形态差异函数f(x)。
具体来讲，当所述形态函数为面积函数时，如图1，对D1和D2位置处的两横截面形态模型进行拟合，D1、D2位置处的横截面形态模型拟合后，有血管管腔斑块增加的区域为A1，对应的面积S1；血管管腔减少的区域为A2，对应的面积S2。由于所述D1和D2位置处的血管管腔(斑块)不重叠，因此当血流经D1处流向D2处时，血流压力将随之发生变化；此时，差异变化函数即为血管管腔中非重叠区域(S1、S2)与重叠区域之间面积(S3)的比值，或者为非重叠区域的面积(S1、S2)与总面积(S1、S2、S3)的比值；且此时，所述形态差异函数f(x)＞0，即横截面D1和D2之间存在压力差。进一步的，当所述D1和D2位置处的血管管腔(斑块)完全重叠时，如图2，所述区域A1与A2完全重叠，即非重叠区域A1与A2的面积S1＝S2＝0，此时，差异变化函数为0，即所述形态差异函数f(x)＝0，此时，横截面D1和D2之间不存在压力差。
当所述形态函数为距离函数时，此时，确立选取的第一管腔边界上每个点与第二管腔边界上每个点的对应关系，然后求出第一管腔边界上的每个点与第二管腔边界上的每个点所对应的距离，减去沿着血管中心径线的距离，并获取所有点的距离之和或者是平均距离。具体来讲，若第一管腔边界与第二管腔边界的对应点到中心经线的距离均为y，则第一管腔与第二管腔的形态完全一致，即所述形态差异函数f(x)＝0；若第一管腔边界与第二管腔边界的对应点到中心经线的距离不同，则第一管腔与第二管腔的形态不完全一致，即所述形态差异函数f(x)＞0。
进一步的，在本发明中，所述压力差数值ΔP的计算还与目标血管的第二血流速度V有关，且在本发明中，所述第二血流速度V通过以下公式计算获得：
V＝ω×V0
其中，V0为通过所述血流模型直接/间接获取的第一血流速度；
ω为纠偏参数，且所述纠偏参数ω与个体的性别信息有关。
具体来讲，心肌在对血液进行泵送的过程中，受到性别造成的体质差异的影响，男性和女性在一个心动周期中心脏向外周血管泵送的血流量不同，其中，男性在一个心动周期向外周血管泵送的血流量相对女性来讲更多。而由于在对目标血管两端的压力差数值ΔP进行计算时，第一血流速度V0多是通过血流模型直接/间接的获取，而血流模型的建立常常会忽略性别对计算结果造成的影响，因此，在所述压力差数值ΔP的计算过程中，需要引入纠偏参数ω对通过所述血流模型获取的第一血流速度V0进行修正。
在本发明中，定义所述血流模型为女性正常心动周期下的血流模型，当确认个体为男性时则引入纠偏参数ω对通过所述血流模型获取的第一血流速度V0进行修正，以确保个体是男性时所述压力差数值ΔP的计算准确，且此时所述纠偏参数ω＝1.1。当然在其他实施例中，也可定义所述血流模型为男性正常心动周期下的血流模型，则此时，若确认个体为女性时则引入纠偏参数ω对通过所述血流模型获取的第一血流速度V0进行修正，且此时所述纠偏参数ω＝1/1.1。
需要说明的是，本发明中的所述纠偏参数ω是根据临床实际经验，通过大数据采集及模拟的方法获取；即在本发明中优选所述纠偏参数ω＝1.1，当然在其他实施例中，所述纠偏参数ω还可为其他数值。
进一步的，在本发明中所述血流模型包括固定血流模型及个性化血流模型。其中所述固定血流模型即为经验值血流模型，当所述血流模型为固定血流模型时，所述第一血流速度V0可从固定血流模型中直接获取；进一步的，通过所述第一血流速度V0和所述纠偏参数ω计算获得第二血流速度V；需要说明的是，所述固定血流模型的获取为根据临床实际经验，通过大数据采集及模拟的方法直接建立。
所述个性化血流模型包括静息态血流模型和负荷态血流模型；当所述血流模型为静息态血流模型时，所述第一血流速度V0可通过血管中流体充盈的速度计算获得；在本发明的一个实施例中，所述静息态血流模型为造影剂血流模型，此时所述第一血流速度V0为利用灰度时间拟合函数获得的目标血管在造影过程中造影剂的平均流动速度；或者为利用TIMI数帧法计算获得的所述目标血管在造影过程中造影剂的平均流动速度。
当所述静息态血流模型为CT血流模型时，所述第一血流速度V0可通过血管树的形态计算获得，所述血管树的形态至少包括所述血管树的面积、体积和血管树中血管段的管腔直径中的一种或几种；且当所述第一血流速度V0通过所述血管树的形态计算获得时，所述几何参数还包括所述血管树中血管段的长度、灌注面积及分支角度中的一种或几种。
在本发明的另一实施例中，所述血流模型为负荷态血流模型，此时所述第一血流速度V0为注射腺苷血管充分扩张后的流动速度，且此时，所述第一血流速度V0与所述第二血流速度V相同。
特别地，在本发明中所述第一血流速度V0包括目标血管处于最大充血状态下的血流速度Vmax和静息状态下的血流速度Vqc，当目标血管位于冠脉区域时，所述第一血流速度V0为最大充血状态下的第一血流速度Vmax，进一步的第一血流速度Vmax可直接通过血流模型获取，或通过血流模型计算并转换获得；当目标血管位于外周血管系统时，所述第一血流速度V0为静息态下的血流速度Vqc。
需要说明的是，为保证本发明的血管压力差的计算方法获得的压力差数值ΔP结果准确，在通过所述几何模型和所述血流模型获取所述横截面形态模型和所述第一血流速度V0时，需通过病史信息和/或生理参数信息对所述血流模型和/或所述几何模型进行修正，且在本发明中所述病史信息包括影响血流速度或血液黏度的循环系统疾病、呼吸系统疾病、神经系统疾病、骨骼疾病、消化系统疾病、代谢性疾病及家族史等；所述生理参数包括年龄、性别、血压、身体质量指数及冠状动脉优势类型等可直接获取的生理信息。
进一步的，影响所述压力差数值ΔP的因素还包括心肌微循环阻力(IMR)及是否存在侧支循环。具体来讲，当感兴趣区域存在心肌微循环阻力时，将影响微循环灌注，进一步影响目标血管的第一血流速度V0，使得第一血流速度V0减小，致使目标血管压力差数值ΔP的降低，从而导致血流特征值如血流储备分数FFR的计算出现误差。当感兴趣区域存在侧支循环时，将导致流过目标血管的最大血流量减少，从而目标血管压力差数值ΔP的降低，血流储备分数FFR的计算值升高。
请参阅图9所示，本发明还提供了一种血管压力差的计算装置，所述血管压力差的计算装置包括：
数据采集器，所述数据采集器用于获取及存储血管系统的解剖模型中感兴趣区域的几何参数；
纠偏参数处理器，所述纠偏参数处理器用于接收个体的性别信息，并生成纠偏参数ω；
压力差处理器，所述压力差处理器用于建立感兴趣区域的血流模型，和基于所述几何参数建立的对应感兴趣区域的几何模型；
所述压力差处理器还用于基于所述几何模型和所述血流模型，建立横截面形态模型和血管压力差计算模型；同时，所述压力差处理器还可接收纠偏参数处理器提供的纠偏参数ω，根据所述血管压力差计算模型、纠偏参数ω和血流动力学，获取所述感兴趣区域近端终点和远端终点之间任意两位置处的压力差数值ΔP。
所述血管压力差计算模型包括根据所述横截面形态模型建立的目标血管管腔的形态差异函数f(x)。所述形态差异函数f(x)用于表示目标血管不同位置处的横截面形态变化随着该位置到近端终点之间的距离x变化的函数。
所述几何模型为所述血流信息处理器通过对所述数据采集器获取的解剖模型的图像数据进行测算，并拟合校准获得；具体来讲，当所述数据采集器接收到的所述图像数据为感兴趣区域的造影图像数据时，所述数据采集器采集的所述图像数据不少于两组，任意两组所述图像数据之间存在采集角度差，且所述采集角度差不小于20度，如此设置，所述血流信息处理器获取的几何模型时，可保证几何模型的建立准确；进一步的，所述几何模型包括至少一个血管树，所述血管树包括至少一段主动脉或者包括至少一段主动脉和由所述主动脉发出的多个冠状动脉；所述几何模型还可以为至少一段单支血管段。
进一步的，所述横截面形态模型为通过所述几何模型直接/转换获得，且所述横截面形态模型包括各横截面上斑块的有无、斑块的位置、斑块的大小、斑块形成的角度、斑块的组成及斑块组成的变化、斑块的形状及斑块形状的变化。
所述血管压力差的计算装置还包括速度采集器，所述速度采集器用于获取感兴趣区域的第一血流速度V0，并将所述第一血流速度V0传递至所述压力差处理器进行纠偏处理，以获得所述第二血流速度V；所述第二血流速度V用以推算所述感兴趣区域近端终点与远端终点之间的任意两位置处之间的压力差数值ΔP。
所述速度采集器包括速度计算模块及速度提取模块；所述速度提取模块可通过所述数据采集器直接获取第一血流速度V0的信息，也可通过所述血流模型直接提取第一血流速度V0。
所述速度计算器包括速度转换模块及速度测算模块，所述第一血流速度V0可通过血管中流体充盈的速度经所述速度转换模块转换获得，还可通过几何模型中血管树的形态经速度测算模块计算获得。
优选的，所述压力差数值ΔP通过如下公式计算获得：
ΔP＝(c1V+c2V2+…+cmVm)
*[α1*∫f1(x)dx+α2*∫f2(x)dx+…+αn*∫fn(x)dx]
其中，c1、c2、…、cm分别代表第二血流速度V的参数系数，所述参数系数包括血液粘度影响因数、血液湍流影响因数及粘滞系数等多个参数系数；进一步的，m为大于等于1的自然数，以分别代表不同参数系数对第二血流速度V的影响，以对压力差数值ΔP进行修正，保证压力差数值ΔP计算的准确性。优选的，在本发明中所述m的取值为2，且当所述m为2时，c1为因血液流动摩擦产生的参数系数，c2为血液湍流产生的参数系数。
所述α1、α2、…、αn分别为不同尺度下血管管腔的形态差异函数f1(x)、f2(x)、…、fn(x)的加权系数，其中，n为尺度为大于等于1的自然数；进一步的，所述加权系数的增加可进一步对形态差异函数f(x)进行修正，保证两横截面之间形态差异拟合计算的准确性。
需要指出的是，上述装置及功能模块仅仅为示例性的给出实现该技术方案的基本结构而非唯一结构。
综上所述，本发明的血管压力差的计算方法通过建立横截面形态模型，获取目标血管各个横截面位置处的平面几何图像，并通过对不同位置处的横截面形态模型进行拟合建立形态差异函数，在血管压力差计算的过程中引入了横截面形态的概念，进一步在血流的计算过程中引入纠偏参数ω，综合考虑了血管管腔中斑块的位置、形状及性别因素对血管压力差计算的影响；使得通过本发明的血管压力差的计算方法计算得到的血管压力差数值更加准确，可准确反映目标血管两端的压力变化；保证使用本发明的方法算得的血管压力差在应用至其它血流特征值的计算时，结果准确可靠。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于，所述方法包括：
接收一部分血管段的解剖数据，根据所述解剖数据获取感兴趣区域的几何模型；
对所述几何模型进行预处理，建立目标血管在近端终点和远端终点之间各个位置处的横截面形态模型；
根据所述横截面形态模型，计算获得不同尺度下目标血管管腔的形态差异函数f(x)，所述尺度为计算形态差异函数f(x)时相邻两横截面之间的距离；
根据所述解剖数据并结合个体的特异性数据，获取感兴趣区域的血流模型，并根据所述血流模型获取目标血管的第一血流速度V0；
获取个体的性别信息，通过纠偏参数ω对所述第一血流速度V0进行修正，获得第二血流速度V；
V＝ω×V0
当所述个体性别为男性时，优选的，纠偏参数ω＝1.1；当所述个体性别为女性时，优选的，纠偏参数ω＝1；
基于所述目标血管管腔的形态差异函数f(x)和第二血流速度V，计算获得所述目标血管任意两位置处的压力差数值ΔP。
2.根据权利要求1所述的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于：所述压力差数值ΔP通过目标血管管腔在不同尺度下的形态差异函数f(x)和第二血流速度V计算获得，所述ΔP在不同尺度下的计算公式为：
ΔP＝(c1V+c2V2+…+cmVm)
*[α1*∫f1(x)dx+α2*∫f2(x)dx+…+αn*∫fn(x)dx]
其中，c1、c2、...、cm分别代表血流速度V的参数系数；
α1、α2、...、αn分别为不同尺度下血管管腔的形态差异函数f1(x)、f2(x)、...、fn(x)的加权系数；
m为大于等于1的自然数；
n为尺度为大于等于1的自然数。
3.根据权利要求2所述的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于：所述不同尺度包括第一尺度、第二尺度、......、第n尺度；
所述第一尺度形态差异函数f1(x)用于检测第一种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；
所述第二尺度形态差异函数f2(x)用于检测第二种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；
……
所述第n尺度形态差异函数fn(x)用于检测第n种病变特征所引起的相邻两横截面形态模型所对应的几何形态差异；其中，所述n为大于等于1的自然数。
4.根据权利要求1所述的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于：所述横截面形态模型的建立包括：
S1、定义目标血管近端终点处的横截面为参考面，通过中心线提取与建立方法获得的所述几何模型的中心径线；
S2、以所述参考面的中心点为原点建立坐标系，沿垂直所述中心径线的方向对所述目标血管进行分割，将各横截面内外边缘投影在所述坐标系中，以获取目标血管在各个位置处管腔横截面的平面几何图像，横截面形态模型建立结束。
5.根据权利要求4所述的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于：所述横截面形态模型包括各横截面上斑块的有无、斑块的位置、斑块的大小、斑块形成的角度、斑块的组成及斑块组成的变化、斑块的形状及斑块形状的变化。
6.根据权利要求1所述的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于：所述形态差异函数f(x)用于表示目标血管不同位置处的横截面形态变化随着该位置到参考点的距离x变化的函数；所述形态差异函数f(x)的获取包括：
基于横截面形态模型，建立各横截面的形态函数；
对相邻两横截面的形态函数进行拟合，并获取相邻两横截面在不同尺度下的差异变化函数；
以目标血管的近端终点为参考点，根据差异变化函数获取管腔形态随着到参考点的距离x的变化率，对目标血管从近端终点到远端终点范围内的位置参数进行归一化处理，获取形态差异函数f(x)；
其中，所述形态函数包括面积函数、直径函数和边缘位置函数。
7.根据权利要求1所述的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于：所述血流模型包括固定血流模型及个性化血流模型；
优选的，所述个性化血流模型包括静息态血流模型和负荷态血流模型；当所述血流模型为静息态血流模型时，所述第一血流速度V0可通过血管内流体充盈的速度计算获得；或者通过血管树的形态计算获得；当所述血流模型为负荷态血流模型，所述第一血流速度V0与所述第二血流速度V相等。
8.根据权利要求7所述的基于个体性别获取血管压力差的计算方法，其特征在于：所述血管树的形态至少包括所述血管树的面积、体积和血管树中血管段的管腔直径中的一种或几种；所述第一血流速度V0通过所述血管树的形态计算获得时，所述几何参数还包括所述血管树中血管段的长度、灌注面积及分支角度中的一种或几种。
9.一种基于个体性别获取血管压力差的计算装置，其特征在于，包括：
数据采集器，所述数据采集器用于获取及存储血管系统的解剖模型中感兴趣区域的几何参数；
纠偏参数处理器，所述纠偏参数处理器用于接收个体的性别信息，并生成纠偏参数ω；
压力差处理器，所述压力差处理器用于建立感兴趣区域的血流模型，和基于所述几何参数建立的对应感兴趣区域的几何模型；
所述压力差处理器还用于基于所述几何模型和所述血流模型，建立横截面形态模型和血管压力差计算模型；同时，所述压力差处理器还可接收纠偏参数处理器提供的纠偏参数ω，根据所述血管压力差计算模型、纠偏参数ω和血流动力学，获取所述感兴趣区域近端终点和远端终点之间任意两位置处的压力差数值ΔP。
10.根据权利要求9所述的基于个体性别获取血管压力差的计算装置，其特征在于：所述血管压力差计算模型包括根据所述横截面形态模型建立的目标血管管腔的形态差异函数f(x)；所述形态差异函数f(x)用于表示目标血管不同位置处的横截面形态变化随着该位置到近端终点之间的距离x变化的函数。
11.根据权利要求9所述的基于个体性别获取血管压力差的计算装置，其特征在于：所述几何模型为通过所述压力差处理器对所述解剖模型的图像数据进行测算，并拟合校准获得；所述横截面形态模型为通过所述几何模型直接/间接获得；所述横截面形态模型包括各横截面上斑块的有无、斑块的位置、斑块的大小、斑块形成的角度、斑块的组成及斑块组成的变化、斑块的形状及斑块形状的变化。
12.根据权利要求9所述的基于个体性别获取血管压力差的计算装置，其特征在于：所述血管压力差的计算装置还包括速度采集器，所述速度采集器用于获取感兴趣区域的第一血流速度V0，并将所述第一血流速度V0传递至所述压力差处理器进行纠偏处理，以获得所述第二血流速度V；所述第二血流速度V用以推算所述感兴趣区域近端终点与远端终点之间的任意两位置处之间的压力差数值ΔP；
优选的，所述速度采集器包括速度计算模块及速度提取模块；所述速度提取模块可通过所述数据采集器直接获取第一血流速度V0的信息，也可通过所述血流模型直接提取第一血流速度V0；所述速度计算器包括速度转换模块及速度测算模块，所述第一血流速度V0可通过血管中流体充盈的速度经所述速度转换模块转换获得，还可通过几何模型中血管树的形态经速度测算模块计算获得。
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