CN109717953B - 一种血流量的确定方法、装置、电子设备和计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种血流量的确定方法，包括：根据获取到的冠状动脉CTA的数据，得到具有狭窄病变的冠状动脉，对具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，得到CABG后的冠状动脉，根据获取到的无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，确定CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，基于预设的优化算法，根据预设的CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对优化公式进行优化，得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。本发明实施例还同时公开了一种血流量的确定装置、电子设备和计算机存储介质。
Description
技术领域
本发明涉及冠状动脉旁路移植(CABG，Coronary Artery Bypass Graft)的术前血流量的快速确定技术，尤其涉及一种血流量的确定方法、装置、电子设备和计算机存储介质。
背景技术
冠状动脉(冠脉)连接升主动脉和心肌，给心肌供血，心肌控制心脏周期性舒张、收缩。如果冠脉发生狭窄，会引起心肌供血不足导致心肌梗塞，狭窄后血管所支配的心肌会坏死而不可逆转以致危及生命。
目前，患者需要在冠状动脉的心肌微循环完全充血状态下，使用冠状动脉计算机断层扫描造影(CTA，Computed Tomographic Angiography)，确定冠脉的狭窄病变处，针对狭窄病变处，有两种治疗方案可供选择，经皮冠脉介入治疗(PCI，Percutaneous CoronaryIntervention)和冠脉旁路移植(CABG，Coronary Artery Bypass Grafting)或是两种治疗方案结合使用。后者也称为冠脉搭桥手术，是国际上公认的治疗冠心病最有效的方法。手术时，通过移植的桥血管(常为大隐静脉及带蒂的乳内动脉，也有用桡动脉，带蒂胃网膜动脉和其它肢体动静脉)在升主动脉根部与病变冠状动脉梗阻以远建立一条血管通路，使心脏搏出的血从主动脉经过所架的血管桥，绕过冠状动脉病变部位，流向冠状动脉狭窄或梗阻处的远端，到达缺血的心肌，从而提高冠脉灌注，增加心肌供氧。带蒂动脉不必与升主动脉根部相接。
为了判断搭桥手术是否成功，医生会在手术后通过仪器实时监测桥接血管流量，查看是否存在竞争流或者血流量是否满足标准，还可以通过测定冠脉血流储备分数(FFR，Fractional Flow Reserve)。但这些评估只能在术后进行，并且只能是通过仪器设备对患者进行检测得到。由此可以看出，现有的没有用来预测评估针对CABG的术后血流量的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种血流量的确定方法、装置、电子设备和计算机存储介质，旨在实现对CABG的术前血流量的预测评估。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种血流量的确定方法，包括：
根据获取到的冠状动脉计算机断层扫描造影CTA的数据，进行重构，得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的冠状动脉旁路移植CABG的方案，对所述具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，得到CABG后的冠状动脉，获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，根据所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，基于预设的优化算法，根据预设的所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，得到所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
进一步地，所述获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，包括：
对所述具有狭窄病变的冠状动脉进行修复，得到无狭窄病变的冠状动脉，基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
进一步地，所述基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，包括：
基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，调用预设的分支血流量与分支所属的分叉处的龙骨节点的等效直径之间的关系，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
进一步地，所述根据所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，包括：
根据所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定所述CABG后的冠状动脉的每个分支的末端压力与所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第一关系表达式，根据所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定桥接点在所述CABG后的冠状动脉上的压力与所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第二关系表达式；根据所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述桥接点在所述桥接血管上的压力与所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第三关系表达式，将所述第一关系表达式和所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗代入预设的末端压力误差公式，将所述第二关系表达式和所述第三关系表达式代入预设的桥接点压力误差公式中，得到所述优化公式；其中，所述桥接点为所述CABG后的冠状动脉与所述桥接血管的连接点。
进一步地，所述末端压力误差公式和所述桥接点压力误差公式如下所示：
其中，Resj表示分支编号为j的末端压力误差，Resi表示桥接点编号为i的桥接点压力误差，
表示CABG后的冠状动脉的分支编号为j的末端压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在所述桥接血管上的压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在所述CABG后的冠状动脉上的压力。
进一步地，所述基于预设的优化算法，根据预设的所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，得到所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量，包括：
基于所述优化算法，根据所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，直至每个分支的末端压力误差的二范数与每个桥接点的桥接点压力误差的二范数均小于预设阈值，得到所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
第二方面，本发明实施例提供一种血流量的确定装置，包括：
桥接模块，用于根据获取到的冠状动脉计算机断层扫描造影CTA的数据，进行重构，得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的冠状动脉旁路移植CABG的方案，对所述具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，得到CABG后的冠状动脉，获取模块，用于获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，确定模块，用于根据所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，优化模块，用于基于预设的优化算法，根据预设的所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，得到所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
进一步地，所述获取模块获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗中，具体包括：
修复子模块，用于对所述具有狭窄病变的冠状动脉进行修复，得到无狭窄病变的冠状动脉；确定子模块，用于基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
进一步地，所述确定子模块，具体用于：
基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，调用预设的分支血流量与分支所属的分叉处的龙骨节点的等效直径之间的关系，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
进一步地，所述确定模块，具体用于：
根据所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定所述CABG后的冠状动脉的每个分支的末端压力与所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第一关系表达式，根据所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定桥接点在所述CABG后的冠状动脉上的压力与所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第二关系表达式，根据所述CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述桥接点在所述桥接血管上的压力与所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第三关系表达式，将所述第一关系表达式和所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗代入预设的末端压力误差公式，将所述第二关系表达式和所述第三关系表达式代入预设的桥接点压力误差公式中，得到所述优化公式；其中，所述桥接点为所述CABG后的冠状动脉与所述桥接血管的连接点。
进一步地，所述末端压力误差公式和所述桥接点压力误差公式如下所示：
其中，Resj表示分支编号为j的末端压力误差，Resi表示桥接点编号为i的桥接点压力误差，
表示所述CABG后的冠状动脉的分支编号为j的末端压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在所述桥接血管上的压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在所述CABG后的冠状动脉上的压力。
进一步地，所述优化模块，具体用于：
基于所述优化算法，根据所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，直至每个分支的末端压力误差的二范数与每个桥接点的桥接点压力误差的二范数均小于预设阈值，得到所述CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器、存储器及通信总线；所述通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；所述处理器用于执行存储器中存储的血流量的确定程序，以实现上述一个或多个实施例中提供的血流量的确定方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令配置为执行上述一个或多个实施例中提供的血流量的确定方法。
本发明实施例所提供的一种血流量的确定方法、装置、电子设备和计算机存储介质，该方法包括：首先，根据获取到的冠状动脉CTA的数据，进行重构，得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的CABG的方案，对具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，得到CABG后的冠状动脉，获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，根据无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，基于预设的优化算法，根据预设的CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对优化公式进行优化，得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量；也就是说，在本发明实施例中，通过对重构出的冠脉进行桥接，得到CABG后的冠脉，在此基础上，根据获取到的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，采用流体动力学公式，可以得到CABG后的冠脉的每个分支的血流量的优化公式，在知晓优化公式之后，运用优化算法对优化公式进行优化，最终得到CABG后的冠脉的每个分支的血流量，这样，在术前，通过上述计算方法可以预测出CABG后的冠脉的每个分支的血流量，实现了CABG的术前对冠脉的每个分支血流量的预测评估，为CABG的方案的实施提供一个参考，从而有利于医疗工作者为患者制定治疗方案。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种可选的血流量的确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中的一种可选的CABG后的冠状动脉的实例的分布示意图；
图3为本发明实施例中的另一种可选的血流量的确定方法的流程示意图；
图4为本发明实施例中的又一种可选的血流量的确定方法的流程示意图；
图5为本发明实施例中的一种可选的CABG后的冠状动脉血流量的实例的分布示意图；
图6为本发明实施例中的一种可选的CABG后的冠状动脉FFR的分布示意图；
图7为本发明实施例中的血流量的确定装置的结构示意图；
图8为本发明实施例中的电子设备的结构示意图；
图9为本发明实施例中的计算机存储介质的结构示意图。
具体实施方式
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。
本发明实施例提供一种血流量的确定方法，该方法可以应用于电子设备中，图1为本发明实施例中的一种可选的血流量的确定方法的流程示意图，如图1所示，该血流量的确定方法，可以包括：
S101：根据获取到的冠状动脉CTA的数据，进行重构，得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的CABG的方案，对具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，得到CABG后的冠状动脉；
目前，在做完CABG手术之后，医生都会通过一些超声仪器去测量桥接血管的实时血流量，以得到术后血流量的测量值，通过测量值来了解CABG的手术后的情况，还可以根据血流量来查看是否存在竞争流，或者查看血流量是否满足标准，也可以统计出平均流量，还可以通过测定冠脉血流FFR，用来评估心肌缺血的情况。
然而，在术前没有预测评估CABG手术后的血流量的方法，那么，为了更好的预测评估CABG术后的血流量，首先，患者需要在冠状动脉的心肌微循环完全充血状态下，使用冠状动脉CTA，经过冠脉CTA得到医学数字和成像和通信(DICOM，Digital Imaging andCommunications in Medicine)的数据，基于上述DICOM数据重构冠脉，建立冠状动脉和心肌的三维点云模型。
通常，建立出的冠状动脉为具有狭窄病变的冠状动脉；这里，需要说明的是，得到的具有狭窄病变的冠状动脉可以只有一处狭窄病变，也可以有多处狭窄病变，这里，本发明实施例不作具体限定。
以单一狭窄病变的冠状动脉为例来说，为了确定CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量，首先，需要对具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的CABG的方案进行桥接，得到CABG后的冠状动脉。其中，按照预设的CABG的方案，对具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，图2为本发明实施例中的一种可选的CABG冠状动脉的实例的分布示意图，其中，细长的乳内动脉搭接在具有狭窄病变的冠状动脉上，搭接点按照血液流动的方向，位于狭窄病变下方的冠状动脉上。
具体来说，由图2可以看出，冠状动脉的三维图像模型包含了多条冠状动脉的主要分支以及部分升主动脉，其中，多条冠状动脉主要分支包括：左前降支(LAD，Left AnteriorDescending Artery)动脉、左旋支(LCX，Left Circumflex Artery)动脉、右冠状动脉(RCA，Right Coronary Artery)和左冠状动脉(LCA，Left Coronary Artery)等。在图2中，乳内动脉进口点及其方向已知，沿该方向画一10mm的直线；狭窄后的搭桥点也选定，那么搭桥点的方向也已知，利用该方向和冠脉中心点可确定一平面，在该平面内可画一10mm长的直线跟搭桥点的方向成15度角；在这两条直线间画一空间曲线保证该空间曲线和这两条直径在交点曲率相等；指定进口点的直径为2mm，渐变至搭桥点1.6mm(上述特定的值都可进行调节)；如此，模拟实现了乳内动脉搭接狭窄后的冠脉，该方式也为医生常用的搭桥方式。
S102：获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据；
具体来说，在S101中对具有狭窄病变的冠状动脉进行CABG后，得到CABG后的冠状动脉，这样，可以知晓CABG后的冠状动脉的三维点云和桥接血管的三维点云，根据CABG后冠状动脉的三维点云和桥接血管的三维点云，确定CABG后冠状动脉的中心线和桥接血管的中心线，从CABG后冠状动脉的中心线上确定CABG后的龙骨节点的数据(相当于几何信息)，以及从桥接血管的中心线上确定桥接血管的龙骨节点的数据(相当于几何信息)。
上述龙骨节点的数据可以包括：等效面积、等效直径、曲率半径和血流方向，其中，等效面积指与冠脉血管的垂直截面所包围的面积，等效直径是根据等效面积采用圆的面积计算公式得到，曲率半径和血流方向按各自的数学定义计算即可。
从CABG后的冠状动脉的三维点云和桥接血管的三维点云，可以得到CABG后的冠状动脉和桥接血管的拓扑结构，其中，拓扑结构指冠脉和桥接血管的分支路径，其中，每个分支Lj开始于血流入口结束于血流出口，分支路径的编号j为小于等于最大分支数M的正整数，如图2所示，本发明实施例中用C表示冠脉中心线上龙骨节点的集合，用B表示桥血管中心线上龙骨节点的集合，i代表桥接点，i为大于等于1小于等于N的正整数，N为桥接点的总数。
为了获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，图3为本发明实施例提供的另一种可选的血流量的确定方法的流程示意图，如图3所示，在一种可选的实施例中，在S102中获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，可以包括：
S301：对具有狭窄病变的冠状动脉进行修复，得到无狭窄病变的冠状动脉；
S302：基于无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
具体来说，通过S301可以得到无狭窄病变的冠状动脉，根据流体力学公式，采用如下公式(1)可以计算出无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗Rj：
Rj＝ΔP′j/Qj (1)
其中，ΔP′j表示分支编号为j的微循环的压力损失，在不考虑狭窄病变的情况下，ΔP′j认为是冠脉末端正常压力与冠脉微循环远端压力(中心静脉压)Pv的差；Qj表示分支编号为j的分支血流量。
在已知无狭窄病变的冠脉的每个分支的血流量时，可以通过上述公式(1)计算得到无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
若无狭窄病变的冠脉的每个分支的血流量不可知时，在一种可选的实施例中，S302可以包括：
基于无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，调用预设的分支血流量与分支所属的分叉处的龙骨节点的等效直径之间的关系，确定无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
这里，已知无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，且已知无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，且已知冠脉每个分支的血流量Qj与分叉处根部的等效直径的n次方成正比(n≥1)的关系，已知，血流量总和的公式(2)如下：
其中，血流量总和可通过主动脉流量按一定比例分配得到，也可通过磁共振实际测量患者冠状动脉左右分支的血液体积流量得到，也可采用基于心肌模型的流量评估方法得到，也可设定为平均值；这里，本发明实施例不作具体限定。
可见，在上述情况下，可以根据上述公式(1)、(2)、冠脉每个分支的血流量Qj与分叉处根部的等效直径的n次方成正比的关系和无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，可以计算出无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
S103：根据无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式；
在得到无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端循环阻抗之后，为了得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量，可以先得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，然后通过优化公式来计算CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
为了得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，在一种可选的实施例中，S103可以包括：
根据CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定CABG后的冠状动脉的每个分支的末端压力与CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第一关系表达式；
根据CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定桥接点在CABG后的冠状动脉上的压力与CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第二关系表达式；
根据CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定桥接点在桥接血管上的压力与CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第三关系表达式；
将第一关系表达式和无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗代入预设的末端压力误差公式，将第二关系表达式和第三关系表达式代入预设的桥接点压力误差公式中，得到优化公式；
其中，桥接点为CABG后的冠状动脉与桥接血管的连接点。
具体来说，为了确定CABG后的冠状动脉的每个分支的末端压力与CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第一关系表达式，计算所依据的流体力学原理为：管流的压力损失是由流体在等截面直管内的摩擦阻力所引起的沿程压力损失和由于流道形状改变、流速受到扰动、流动方向变化等引起的局部压力损失组合而成，通常认为每种损失都能充分的体现出来而且独立地不受其他损失的影响，因此压力损失可以叠加。
在实际应用中，将中心线上的龙骨节点等效成小的圆柱形流动元，每个流动元对应的编号为k，直径为dk，长度为lk，流量为Qk，根据下述公式(3)、(4)、(5)和(6)可以计算每个龙骨节点的压力，从而得到冠脉分支j的末端压力
和冠脉上桥接点i的压力
以及桥血管上桥接点i的压力
式中，K为分支入口到当前流动元的个数，Uk代表每个流动元对应的流速；λk和
分别为每个流动元的沿程阻力系数和局部阻力系数；Δp1k和Δp2k分别为沿程压力损失和局部压力损失；P0为冠脉入口点压力，得到每个中心线节点的压力损失(Δp1k+Δp2k)后，沿中心线节点积分
即可得到当前节点的压力Pk。
通过上述公式(3)、(4)、(5)和(6)可以得到第一关系表达式、第二关系表达式和第三关系表达式，然后将第一关系表达式代入到末端压力误差公式、将第二关系表达式和第三关系表达式桥接点压力误差，得到优化公式。
其中，末端压力误差公式和桥接点压力误差公式如下所示：
其中，Resj表示分支编号为j的末端压力误差，Resi表示桥接点编号为i的桥接点压力误差，
表示CABG后的冠状动脉的分支编号为j的末端压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在桥接血管上的压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在所述CABG后的冠状动脉上上的压力。
S104：基于预设的优化算法，根据预设的CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对优化公式进行优化，得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
其中，上述优化算法可以用共轭梯度法更新流量，也可采用麦夸特法(Levenberg-Marquardt)法或其他优化算法，这里，本发明实施例不作具体限定。
为了得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量，在一种可选的实施例中，S104可以包括：
基于优化算法，根据预设的CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对优化公式进行优化，直至每个分支的末端压力误差的二范数与每个桥接点的桥接点压力误差的二范数均小于预设阈值，得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
这里，需要说明的是，当上述每个分支的末端压力误差的二范数与每个桥接点的桥接点压力误差的二范数均为0，此时，求解分支流量满足求解CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的两个原则：1)冠脉分支末端压力
满足如下公式：
其中，桥接血管在连接点的压力
应该与冠脉在连接点的压力
相等，即满足如下公式：
其中，初始化每个分支的流量Qj；每个分支的流量可初始化为相同的值，也可按直径比例进行分配，这里，本发明实施例不作具体限定。
在得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之后，计算冠脉和桥接血管每个节点的血流量，可以将包含该节点的每个分支的血流量相加即可；根据冠脉搭桥血流量术前评估搭桥方式，也可根据龙骨节点压力计算血流储备分数FFR。
也就是说，通过上述步骤即可完成术前对冠状动脉旁路移植血流量的快速评估，本发明实施例只涉及简单的代数运算，不涉及求解流体力学方程，因此，可快速对冠状动脉旁路移植血流量进行术前评估，为医生选择合适的搭桥方式提供参考。
下面举实例来对上述一个或多个实施例所述的血流量的确定方法进行说明。
图4为本发明实施例提供的又一种可选的血流量的确定方法的流程示意图，如图4所示，该血流量的确定方法，可以包括：
步骤401：血流量的确定装置获得冠状动脉的三维点云和桥血管的三维点云；
具体来说，根据中心线确定冠状动脉和桥血管的几何信息和拓扑结构。其中，每个中心线节点包含以下几何信息：龙骨节点编号i、空间位置pi＝(xi,yi,zi)、冠脉等效直径di、曲率半径ri、血流方向vi，在本实例中冠脉中心线上龙骨节点个数为1774，桥接血管中心线上龙骨节点个数为556，冠脉的分支数M＝18，桥接点数N＝1。
步骤402：血流量的确定装置计算无狭窄病变的冠脉的每个分支的末端微循环阻抗；
本实例中，采用该心肌模型评估冠脉血流量总和，进而评估每个分支的末端微循环阻抗；首先，根据心肌体积计算冠脉血流量总和，本实例中Qtotal＝3.3×10-6m3/s；然后，修复冠脉直到正常水平使其不存在狭窄；其次，根据每个分支的流量分配直径dj为实例中的冠脉的各分支分配血流量，本实例中，流量分配直径dj采用分叉根部的等效直径，流量分配方式采用
的方式，其中，n＝3；最后，按末端微循环阻抗即公式(1)，计算冠脉每个分支的末端的阻抗Rj；在心外膜血管无狭窄的情况下，临床测量正常人的心外膜冠脉压降在1～2mmHg(本实例取1mmHg)左右，取冠脉入口压力为主动脉平均压力90mmHg，冠脉微循环远端压力Pv＝6.25mmHg，因此，冠脉的每个分支末端到静脉末端的压差ΔP′j＝((90-1)-6.25)＝82.75mmHg。
步骤403：血流量的确定装置求解分支流量Qj；
其中，求解的原则有两个，分别为：1)冠脉的分支编号j的分支的末端压力
满足上述公式(9)，其中，本实列中Pv＝6.25mmHg；2)桥接血管在桥接点的压力
应该与冠脉在连接点的压力
相等，满足上述公式(10)，本实例中，首先，根据公式(7)和(8)构造末端压力误差Resj和连接点压力误差Resi，然后，采用Levenberg-Marquardt进行全局优化求解，整体误差阈值设置为10-12，从而得到每个分支的流量。
步骤404：血流量的确定装置计算冠脉和桥血管每个中心线节点的流量。
具体来说，计算冠脉和桥血管每个节点的血流量，可以包含该节点的每个分支的血流量相加即可。图5为本发明实施例中的一种可选的CABG后的冠状动脉血流量的实例的分布示意图，如图5所示，颜色越浅代表血流量越大。
步骤405：血流量的确定装置根据冠脉搭桥血流量术前评估搭桥方式。
具体来说，也可根据节点压力计算血流储备分数FFR，其中，FFR定义为节点压力与入口压力p0(设为90mmHg＝11970Pa)的比值，图6为本发明实施例中的一种可选的CABG后的冠状动脉FFR的分布示意图，如图6所示，展示了搭桥后FFR的计算结果。
本发明实施例所提供的一种血流量的确定方法，该方法包括：首先，根据获取到的冠状动脉CTA的数据，进行重构，得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的CABG的方案，对具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，得到CABG后的冠状动脉，获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，根据无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，基于预设的优化算法，根据预设的CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对优化公式进行优化，得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量；也就是说，在本发明实施例中，通过对重构出的冠脉进行桥接，得到CABG后的冠脉，在此基础上，根据获取到的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，采用流体动力学公式，可以得到CABG后的冠脉的每个分支的血流量的优化公式，在知晓优化公式之后，运用优化算法对优化公式进行优化，最终得到CABG后的冠脉的每个分支的血流量，这样，在术前，通过上述计算方法可以预测出CABG后的冠脉的每个分支的血流量，实现了CABG的术前对冠脉的每个分支血流量的预测评估，为CABG的方案的实施提供一个参考，从而有利于医疗工作者为患者制定治疗方案。
基于同一发明构思，本实施例提供一种血流量的确定装置，图7为本发明实施例中的血流量的确定装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：桥接模块71，获取模块72，确定模块73和优化模块74；
其中，桥接模块71，用于根据获取到的冠状动脉计算机断层扫描造影CTA的数据，进行重构，得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的冠状动脉旁路移植CABG的方案，对具有狭窄病变的冠状动脉进行桥接，得到CABG后的冠状动脉；获取模块72，用于获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据；确定模块73，用于根据无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式；优化模块74，用于基于预设的优化算法，根据预设的CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对优化公式进行优化，得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
在一种可选的实施例中，获取模块72获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗中，具体包括：
修复子模块，用于对具有狭窄病变的冠状动脉进行修复，得到无狭窄病变的冠状动脉；
确定子模块，用于基于无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
在一种可选的实施例中，确定子模块，具体用于：
基于无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，调用预设的分支血流量与分支所属的分叉处的龙骨节点的等效直径之间的关系，确定无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
在一种可选的实施例中，确定模块73，具体用于：
根据CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定CABG后的冠状动脉的每个分支的末端压力与CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第一关系表达式；
根据CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定桥接点在CABG后的冠状动脉上的压力与CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第二关系表达式；
根据CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定桥接点在桥接血管上的压力与CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第三关系表达式；
将第一关系表达式和无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗代入预设的末端压力误差公式，将第二关系表达式和第三关系表达式代入预设的桥接点压力误差公式中，得到优化公式；
其中，桥接点为CABG后的冠状动脉与桥接血管的连接点。
在一种可选的实施例中，末端压力误差公式和桥接点压力误差公式如下所示：
其中，Resj表示分支编号为j的末端压力误差，Resi表示桥接点编号为i的桥接点压力误差，
表示CABG后的冠状动脉的分支编号为j的末端压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在桥接血管上的压力，
表示桥接点编号为i的桥接点在所述CABG后的冠状动脉上的压力。
在一种可选的实施例中，优化模块74，具体用于：
基于优化算法，根据CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对优化公式进行优化，直至每个分支的末端压力误差的二范数与每个桥接点的桥接点压力误差的二范数均小于预设阈值，得到CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
在实际应用中，上述桥接模块71，获取模块72、确定模块73，优化模块74、修复子模块和确定子模块可由位于装置上的处理器实现，具体为中央处理器(CPU，CentralProcessing Unit)、微处理器(MPU，Microprocessor Unit)、数字信号处理器(DSP，DigitalSignal Processing)或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等实现。
基于同一发明构思，本实施例提供一种电子设备，图8为本发明实施例中的电子设备的结构示意图，如图8所示，该电子设备包括：处理器81、存储器82和通信总线83；其中，通信总线83用于实现处理器81和存储器82之间的连接通信；所述处理器81用于执行上述一个或多个实施例所述的血流量的确定方法。
本发明实施例提供一种计算机存储介质，图9为本发明实施例中的计算机存储介质的结构示意图，如图9所示，所述计算机存储介质900中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令配置为执行本发明其他实施例提供的血流量的确定方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种血流量的确定方法，其特征在于，包括：
根据获取到的冠状动脉计算机断层扫描造影CTA的数据，进行重构，建立冠状动脉的三维点云模型，基于所述冠状动脉的三维点云模型得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的冠状动脉旁路移植CABG的方案，对所述冠状动脉的三维点云模型中具有狭窄病变的冠状动脉进行模拟桥接，得到模拟CABG后的冠状动脉；
获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据；
根据所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式；
基于预设的优化算法，根据预设的所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，得到所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，包括：
对所述具有狭窄病变的冠状动脉进行模拟修复，得到无狭窄病变的冠状动脉；
基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，包括：
基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，调用预设的分支血流量与分支所属的分叉处的龙骨节点的等效直径之间的关系，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式，包括：
根据所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的末端压力与所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第一关系表达式；
根据所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定桥接点在所述模拟CABG后的冠状动脉上的压力与所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第二关系表达式；
根据所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述桥接点在所述桥接血管上的压力与所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第三关系表达式；
将所述第一关系表达式和所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗代入预设的末端压力误差公式，将所述第二关系表达式和所述第三关系表达式代入预设的桥接点压力误差公式中，得到所述优化公式；
其中，所述桥接点为所述模拟CABG后的冠状动脉与所述桥接血管的连接点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述末端压力误差公式和所述桥接点压力误差公式如下所示：
Resi＝Pi B-Pi C
其中，Resj表示分支编号为j的末端压力误差，Resi表示桥接点编号为i的桥接点压力误差，
表示模拟CABG后的冠状动脉的分支编号为j的末端压力，Pi B表示桥接点编号为i的桥接点在所述桥接血管上的压力，Pi C表示桥接点编号为i的桥接点在所述模拟CABG后的冠状动脉上的压力，Qj表示分支编号为j的分支血流量，Rj表示无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，Pv表示冠状动脉微循环远端压力。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于预设的优化算法，根据预设的所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，得到所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量，包括：
基于所述优化算法，根据所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，直至每个分支的末端压力误差的二范数与每个桥接点的桥接点压力误差的二范数均小于预设阈值，得到所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
7.一种血流量的确定装置，其特征在于，包括：
桥接模块，用于根据获取到的冠状动脉计算机断层扫描造影CTA的数据，进行重构，建立冠状动脉的三维点云模型，基于所述冠状动脉的三维点云模型得到具有狭窄病变的冠状动脉，按照预设的冠状动脉旁路移植CABG的方案，对所述冠状动脉的三维点云模型中具有狭窄病变的冠状动脉进行模拟桥接，得到模拟CABG后的冠状动脉；
获取模块，用于获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和桥接血管的龙骨节点的数据；
确定模块，用于根据所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的优化公式；
优化模块，用于基于预设的优化算法，根据预设的所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，得到所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块获取无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗中，具体包括：
修复子模块，用于对所述具有狭窄病变的冠状动脉进行模拟修复，得到无狭窄病变的冠状动脉；
确定子模块，用于基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定子模块，具体用于：
基于所述无狭窄病变的冠状动脉的拓扑结构，根据预设的无狭窄病变的冠状动脉的血流量总和，调用预设的分支血流量与分支所属的分叉处的龙骨节点的等效直径之间的关系，确定所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：
根据所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的末端压力与所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第一关系表达式；
根据所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用所述流体力学公式，确定桥接点在所述模拟CABG后的冠状动脉上的压力与所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第二关系表达式；
根据所述模拟CABG后的冠状动脉的龙骨节点的数据和所述桥接血管的龙骨节点的数据，调用流体力学公式，确定所述桥接点在所述桥接血管上的压力与所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量之间的第三关系表达式；
将所述第一关系表达式和所述无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗代入预设的末端压力误差公式，将所述第二关系表达式和所述第三关系表达式代入预设的桥接点压力误差公式中，得到所述优化公式；
其中，所述桥接点为所述模拟CABG后的冠状动脉与所述桥接血管的连接点。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述末端压力误差公式和所述桥接点压力误差公式如下所示：
Resi＝Pi B-Pi C
其中，Resj表示分支编号为j的末端压力误差，Resi表示桥接点编号为i的桥接点压力误差，
表示所述模拟CABG后的冠状动脉的分支编号为j的末端压力，Pi B表示桥接点编号为i的桥接点在所述桥接血管上的压力，Pi C表示桥接点编号为i的桥接点在所述模拟CABG后的冠状动脉上的压力，Qj表示分支编号为j的分支血流量，Rj表示无狭窄病变的冠状动脉的每个分支的末端微循环阻抗，Pv表示冠状动脉微循环远端压力。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述优化模块，具体用于：
基于所述优化算法，根据所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量的初始值，对所述优化公式进行优化，直至每个分支的末端压力误差的二范数与每个桥接点的桥接点压力误差的二范数均小于预设阈值，得到所述模拟CABG后的冠状动脉的每个分支的血流量。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器、存储器和通信总线；其中，
所述通信总线，用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；
所述处理器，用于执行所述存储器中存储的血流量的确定程序，以实现权利要求1-6任一项所述的血流量的确定方法。
14.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令配置为执行上述权利要求1至6任一项提供的血流量的确定方法。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: Room 707, building 2, Xizi international jinzuo, Nanyuan street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant after: Hangzhou Sheng Shi Technology Co., Ltd. Address before: 311100 Hangzhou, Yuhang, Zhejiang Linping new town Nanyuan street, new far CBC1 block 1502 room. Applicant before: Hangzhou Sheng Shi Technology Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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