CN109583146A - 冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置。所述方法包括：获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；计算出每个血管的中心线长度；对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定血管的截断位置，得到血管的第一截面面积，其中，血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比为预设值；对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对血管的第一截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。本申请解决了相关技术中冠状动脉血流动力仿真数据处理方法对阻力参数的计算准确性较差的技术问题。

Description

冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置
技术领域
本申请涉及数据应用技术领域，具体而言，涉及一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置。
背景技术
计算流体动力学仿真技术在冠状动脉血流动力分析的精准性正在被逐步认可。此类计算的边界条件直接决定了计算的准确性。目前所有的血动力仿真系统都采用Murray’sLaw(穆雷)公式来设定边界条件的阻力参数。该方法原理简单易用，然而其一个巨大的缺陷在于阻力参数和血管出口面积相关，而血管出口面积取决于三维血管模型的截断位置。其中，Murray’s Law的基本公式：
公式中，Rcori为第i个血管的阻力参数，Rtotal为常数，Ai为第i个血管的截面面积(出口面积)，显然，基于以上公式的阻力系数分配方案是依赖于各个冠状动脉血管的出口面积，当某个血管的出口面积发生巨变(比如改变截断位置)，同时其他血管的出口面积不发生变化(截断位置不变)，对阻力系数分配产生巨大影响，从而使分析结果产生质的变化，进而影响相关技术中对血流储备分数(fractional flow reserve，FFR)的计算。显然，相关技术中冠状动脉血流动力仿真数据处理方法对阻力参数的计算是不合理的，计算出的阻力系数准确性比较差。
针对相关技术中冠状动脉血流动力仿真数据处理方法对阻力参数的计算准确性较差的问题，相关技术中并未公开任何技术方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置，以解决相关技术中冠状动脉血流动力仿真数据处理方法对阻力参数的计算准确性较差的问题。
为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，该方法应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，该方法包括：
获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；
计算出每个血管的中心线长度；
对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定血管的截断位置，得到血管的第一截面面积，其中，血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比为预设值；
对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对血管的第一截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
可选地，该方法还包括：
计算出最大中心线长度对应的血管中不同截断位置的截面面积，并计算出每个截断位置对应截面面积的方差；
选取数值最小的方差对应的截面面积作为最大中心线长度对应的血管的第二截面面积；
依据穆雷公式对最大中心线长度对应的血管的第二截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
可选地，预设值的取值在0.745至0.755之间。
可选地，预设值的取值为0.75。
可选地，在中心线长度小于最大中心线长度的至少两个血管中，任意两个血管分别对应的预设值相同或不同。
第二方面，本申请实施例还提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，该装置应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，该装置包括：
获取模块，用于获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；
第一计算模块，用于计算出每个血管的中心线长度；
确定模块，用于对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定血管的截断位置，得到血管的第一截面面积，其中，血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比为预设值；
第二计算模块，用于对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对血管的第一截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
可选地，该装置还包括：
第三计算模块，用于计算出最大中心线长度对应的血管中不同截断位置的截面面积，并计算出每个截断位置对应截面面积的方差；
选取模块，用于选取数值最小的方差对应的截面面积作为最大中心线长度对应的血管的第二截面面积；
第四计算模块，用于依据穆雷公式对最大中心线长度对应的血管的第二截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
可选地，预设值的取值在0.745至0.755之间。
可选地，预设值的取值为0.75。
可选地，在中心线长度小于最大中心线长度的至少两个血管中，任意两个血管分别对应的预设值相同或不同。
第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机代码，当计算机代码被执行时，上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法被执行。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序；
当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法。
在本申请实施例中提供的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，通过获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；计算出每个血管的中心线长度；对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定血管的截断位置，得到血管的第一截面面积，其中，血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比为预设值；对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对血管的第一截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。通过上述方法，根据预设值对中心线长度小于最大中心线长度的每个血管进行截断，得到中心线长度小于最大中心线长度的每个血管的第一截面面积，减小血管之间的第一截面面积差异，提高了计算阻力系数的准确性，进而解决了相关技术中冠状动脉血流动力仿真数据处理方法对阻力参数的计算准确性较差的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种虚拟三维血管的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种步骤S140的流程示意图；
图4是本申请实施例提供的一种虚拟三维血管中检测截面压力迅速收敛的示意图；
图5是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请实施例提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，该方法应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，图1是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下的步骤S110和步骤S140：
S110，获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；
其中，获取用户的虚拟三维血管过程可以是，经过其他设备传输将用户的虚拟三维血管发送至本端的过程(例如，由云端服务器发送至本端的用户的虚拟三维血管)，也可以是，在本地存储器中，直接读取的用户的虚拟三维血管，还可以是，可选地，步骤S110获取用户的虚拟三维血管，包括：读取用户冠状动脉及周身血管的血管数据；对血管数据进行三维网格构建，得到用户的虚拟三维血管。具体地，在本地存储器中读取用户冠状动脉及周身血管的DICOM文件数据(血管数据)，再基于DICOM文件进行三维网格重构，从而构建虚拟三维血管，如图2所示。
具体的，对虚拟三维血管进行处理，确定虚拟三维血管包括的主血管和各分支血管。
S120，计算出每个血管的中心线长度。
具体的，确定出每个血管的中心线，进而计算出每个血管中心线的长度。
S130，对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定血管的截断位置，得到血管的第一截面面积，其中，血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比为预设值。
具体的，基于每个血管的中心线长度，对每个血管进行排序，对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，根据预设值确定血管的截断位置，该预设值为血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比，这样，得到了所有血管(除了最长血管)的第一截面面积。
可选地，预设值的取值在0.745至0.755之间。这样，基于预设值可以确定截断位置位于血管中心线3/4处(由血管起始点至血管末端方向)，在该预设值下，所有血管(除了最长血管)的第一截面面积之间的差异较小。可以保证较好对阻力系数分配，提高了计算阻力系数的准确性。
可选地，预设值的取值为0.75。
可选地，在中心线长度小于最大中心线长度的至少两个血管中，任意两个血管分别对应的预设值相同或不同。这样，对于所有血管(除了最长血管)中每个血管对应的预设值可以相同，也可以均不同，还可部分相同。
S140，对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对血管的第一截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
具体的，对于所有血管(除了最长血管)，依据穆雷公式对每个血管的第一截面面积进行计算，可以得到每个血管的阻力系数，进而保证了所有血管(除了最长血管)的第一截面面积之间的差异较小，所有血管(除了最长血管)中每个血管对应的阻力系数得到合理分配，进而将所有血管中每个血管对应的阻力系数，应用于冠状动脉边界条件并通过纳维斯托克斯方程求解，得到虚拟三维冠脉血管的压力场，进而可以精确地计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
在一个可行的实施方式中，图3是本申请实施例提供的另一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法的流程示意图，如图3所示，该方法包括如下的步骤S150和步骤S170：
S150，计算出最大中心线长度对应的血管中不同截断位置的截面面积，并计算出每个截断位置对应截面面积的方差；
S160，选取数值最小的方差对应的截面面积作为最大中心线长度对应的血管的第二截面面积；
S170，依据穆雷公式对最大中心线长度对应的血管的第二截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
具体地，对于最大中心线长度对应的血管，延血管中心线方向对血管的不同位置进行截断，计算每个截断位置的截面面积，并计算出每个截断位置对应截面面积的方差，再选取数值最小的方差对应的截面面积作为该血管的第二截面面积，并依据穆雷公式对最大中心线长度对应的血管的第二截面面积进行计算，得到该血管的阻力系数，进而将最大中心线长度的血管对应的阻力系数也应用于对虚拟三维冠脉血管的血流储备分数的计算，即将所有血管中每个血管对应的阻力系数，应用于冠状动脉边界条件并通过纳维斯托克斯方程求解，得到虚拟三维冠脉血管的压力场，进而可以精确地计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
在实际应用中我们发现真实的病例验证也支持本方法确实有效，以下表格1为已知案例统计。
表格1案例统计
案例 真实FFR(DSA) FFR(任意截断) FFR(本方法)
1 0.81 0.83 0.80
2 0.72 0.74 0.73
3 0.65 0.69 0.66
4 0.90 0.91 0.91
在本申请实施例中提供的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，通过S110，获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；S120，计算出每个血管的中心线长度；S130，对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定血管的截断位置，得到血管的第一截面面积，其中，血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比为预设值；S140，对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对血管的第一截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。通过上述方法，根据预设值对中心线长度小于最大中心线长度的每个血管进行截断，得到中心线长度小于最大中心线长度的每个血管的第一截面面积，减小血管之间的第一截面面积差异，提高了计算阻力系数的准确性，进而解决了相关技术中冠状动脉血流动力仿真数据处理方法对阻力参数的计算准确性较差的技术问题。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，该装置应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，图4是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置的结构示意图，如图4所示，该装置包括：
获取模块10，用于获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；
第一计算模块20，用于计算出每个血管的中心线长度；
确定模块30，用于对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定血管的截断位置，得到血管的第一截面面积，其中，血管起始点沿血管中心线至截断位置的长度与血管的中心线长度之比为预设值；
第二计算模块40，用于对于中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对血管的第一截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
可选地，图5是本申请实施例提供的另一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置的结构示意图，如图5所示，该装置还包括：
第三计算模块50，用于计算出最大中心线长度对应的血管中不同截断位置的截面面积，并计算出每个截断位置对应截面面积的方差；
选取模块60，用于选取数值最小的方差对应的截面面积作为最大中心线长度对应的血管的第二截面面积；
第四计算模块70，用于依据穆雷公式对最大中心线长度对应的血管的第二截面面积进行计算，得到血管的阻力系数，以用于根据阻力系数计算出虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
可选地，预设值的取值在0.745至0.755之间。
可选地，预设值的取值为0.75。
可选地，在中心线长度小于最大中心线长度的至少两个血管中，任意两个血管分别对应的预设值相同或不同。
在本申请实施例中提供的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置中，根据预设值对中心线长度小于最大中心线长度的每个血管进行截断，得到中心线长度小于最大中心线长度的每个血管的第一截面面积，减小血管之间的第一截面面积差异，提高了计算阻力系数的准确性，进而解决了相关技术中冠状动脉血流动力仿真数据处理方法对阻力参数的计算准确性较差的技术问题。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机代码，当计算机代码被执行时，上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法被执行。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序；
当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法。
本发明不只可用于冠状动脉的血动力瞬态求解加速，同样可以用于颅内动脉及周身血管的瞬态仿真加速过程。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
本申请所涉及的计算机程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体装置、虚拟装置、优盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读计算机存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取计算机存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及其他软件分发介质等。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，该方法应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，其特征在于，该方法包括：
获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，所述虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；
计算出每个所述血管的中心线长度；
对于所述中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定所述血管的截断位置，得到所述血管的第一截面面积，其中，所述血管起始点沿所述血管中心线至所述截断位置的长度与所述血管的中心线长度之比为预设值；
对于所述中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对所述血管的第一截面面积进行计算，得到所述血管的阻力系数，以用于根据所述阻力系数计算出所述虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
2.根据权利要求1所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，该方法还包括：
计算出所述最大中心线长度对应的血管中不同截断位置的截面面积，并计算出每个所述截断位置对应所述截面面积的方差；
选取数值最小的所述方差对应的截面面积作为所述最大中心线长度对应的血管的第二截面面积；
依据穆雷公式对所述最大中心线长度对应的血管的第二截面面积进行计算，得到所述血管的阻力系数，以用于根据所述阻力系数计算出所述虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
3.根据权利要求1所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，所述预设值的取值在0.745至0.755之间。
4.根据权利要求3所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，所述预设值的取值为0.75。
5.根据权利要求3所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，在所述中心线长度小于最大中心线长度的至少两个血管中，任意两个所述血管分别对应的预设值相同或不同。
6.一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，该装置应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，其特征在于，该装置包括：
获取模块，用于获取用户的虚拟三维冠脉血管，其中，所述虚拟三维血管内包括相互连通的至少二个血管；
第一计算模块，用于计算出每个所述血管的中心线长度；
确定模块，用于对于所述中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，确定所述血管的截断位置，得到所述血管的第一截面面积，其中，所述血管起始点沿所述血管中心线至所述截断位置的长度与所述血管的中心线长度之比为预设值；
第二计算模块，用于对于所述中心线长度小于最大中心线长度的每个血管，依据穆雷公式对所述血管的第一截面面积进行计算，得到所述血管的阻力系数，以用于根据所述阻力系数计算出所述虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
7.根据权利要求6所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，该装置还包括：
第三计算模块，用于计算出所述最大中心线长度对应的血管中不同截断位置的截面面积，并计算出每个所述截断位置对应所述截面面积的方差；
选取模块，用于选取数值最小的所述方差对应的截面面积作为所述最大中心线长度对应的血管的第二截面面积；
第四计算模块，用于依据穆雷公式对所述最大中心线长度对应的血管的第二截面面积进行计算，得到所述血管的阻力系数，以用于根据所述阻力系数计算出所述虚拟三维冠脉血管的血流储备分数。
8.根据权利要求6所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，所述预设值的取值在0.745至0.755之间。
9.根据权利要求8所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，所述预设值的取值为0.75。
10.根据权利要求8所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，在所述中心线长度小于最大中心线长度的至少两个血管中，任意两个所述血管分别对应的预设值相同或不同。
11.一种计算机设备，该计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序；
当一个或多个所述计算机程序被一个或多个所述处理器执行时，使得一个或多个所述处理器实现如权利要求1-5任一项所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法。
12.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机代码，当所述计算机代码被执行时，如权利要求1-5任一项所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法被执行。
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