一种主动脉瓣膜置换评估方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机及医疗器械领域，特别是涉及一种主动脉瓣膜置换评估方法及装置。

技术背景

TAVR(经导管主动脉瓣膜置换术)是一种微创瓣膜置换手术，是通过介入导管技术，将人工心脏瓣膜输送至主动脉根部并固定，替代原有病变瓣膜，恢复瓣膜功能。相较于外科手术的开胸，主动脉置换手术，TAVR技术的出现为患者提供了一种创伤小，恢复快且无需开胸及体外循环的治疗手段，明显降低了手术的风险，是创新和突破。然而，TAVR需要术前手术评估中瓣膜支架和主动脉壁相互作用影响与预测。在导管主动脉瓣置换术中，合适的植入位置和深度可以减少并发症，如传导阻滞、瓣周漏、栓塞、瓣膜返流和冠脉栓塞等。

现有技术术前评估中瓣膜支架和主动脉壁相互作用依赖于计算机有限分析计算，该方法可用于模拟各种独特材料，但方法计算成本高，需要求解大量方程，同时各种材料数据量大，无法快速高效求得相关结果，同时如何选择合适的植入位置和深度，原有的仅靠医生凭经验技巧无法满足需求。故需提供一种主动脉瓣膜置换的方法及系统，来降低计算成本，提高效率，以及提升植入精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供主动脉瓣膜置换评估的方法及装置所要解决的问题是：来降低计算成本，提高效率，以及提升植入精度。根据本公开的一些实施例，一种主动脉瓣膜置换评估的方法，包括构建主动脉根部模型以及人工瓣膜模型，并将二者进行配准以判定人工瓣膜是否匹配。

在一些实施例中，所述主动脉根部模型的构建方法包括：获取主动脉根部的医学影像数据；将所述医学影像数据进行三维模型重建；

根据所述三维模型，选取的合适的点，提取出血管区域及其相关数据；

依据所述血管区域及其相关数据，提取出相应的血管中心线；

根据所述血管中心线及其相关数据，生成中心线上的控制点，每个控制点都可作为中心，生成相应血管截面；

根据所述的上述数据，提取确认主动脉瓣三个窦底(左冠窦，右冠窦，无冠窦)，获取其相关数据坐标等，生成相应的瓣环面；

根据所述瓣环面，测量获取其相关数据。

在一些实施例中，所述医学影像数据为CTA数据。

在一些实施例中，所述医学影像数据为超声数据。

在一些实施例中，所述医学影像数据为MRA数据。

在一些实施例中，所述三维模型重建的方法为体绘制。

在一些实施例中，所述三维模型重建的方法为面绘制。

在一些实施例中，所述提取出血管区域及其相关数据包括：血管提出区域位置血管直径，三维模型分割片段及其所对应空间坐标等。

在一些实施例中，所述血管中心线及其相关数据包括：中心线长度，走向，空间相应位置等。

在一些实施例中，所述窦底相关数据包括：三个窦底所在生成三维模型中的位置，空间所在坐标，主动脉窦直径等。

在一些实施例中，所述瓣环面相关数据包括：瓣环面直径，瓣环与水平夹角，瓣环面周长与面积，最大径，最小径等。

在一些实施例中，所述人工瓣膜模型构建方法包括：获取初始化参数，所述初始化参数包括，人工瓣膜尺寸大小，瓣膜支架的膨胀程度等；将所述初始化参数模块化设定为人工瓣膜构件并保存。

在一些实施例中，所述人工瓣膜构件包括：根据实体数字化三维模型及其尺寸等相关数据。

在一些实施例中，将所述主动脉根部模型与所述人工瓣膜模型进行配准的方法包括：根据所述瓣环面测量的数据，将人工瓣膜模型构件放入主动脉根部模型中；控制所述人工瓣膜沿所述中心线在所述主动脉根部模型中移动至所述人工瓣膜的初始位置；控制所述人工瓣膜逐渐膨胀，且获取所述人工瓣膜处于完全膨胀开状态时的形态学参数；根据所述形态学参数进行血流动力学分析；最终根据各项数据分析所述主动脉根部模型与所述人工瓣膜模型的匹配情况 (成功与不成功的情况)。

在一些实施例中，所述形态学参数包括：病变区域的位移，原生瓣膜位移距离，血管壁应力。

在一些实施例中，所述血流动力学分析包括瓣周漏流量。

在一些实施例中，所述主动脉根部模型与所述人工瓣膜模型的匹配情况包括匹配成功与匹配不成功。

在一些实施例中，所述原生瓣膜位移距离还包括是否遮挡影响冠脉口，判断是否遮挡的方法为：依据冠脉口高度与长度与位移距离进行比较确定。

在一些实施例中，根据血流动力学进行流量等计算，得出计算结果确定瓣周漏流量。

在一些实施例中，依据所述瓣周流量来确定是否发生瓣周漏，判断是否发生瓣周漏的方法为：根据得出瓣周漏流量大小来确定。

在一些实施例中，流量计算使用有限体积法将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，每一个控制体积都有一个节点作代表，将待求的守恒型微分方程在任一控制体积及一定时间间隔内对空间与时间作积分，是计算出通过每个控制边界沿法向输入(出)的流量和动量通量后，对每个控制体分别进行流量和动量平衡计算，便于得到计算时段末各控制体平均压力和流速。

根据本公开的另一些实施例中，一种主动脉瓣膜置换评估的装置，包括：获取模块，用于获取医学影像数据，以及获取的初始化参数，人工瓣膜尺寸大小，瓣膜支架的膨胀程度等；构建模块，用于构建主动脉根部模型以及人工瓣膜模型；中心线提取模块，用于提取血管区域，提取出相应的中心线；生成模块，用于生成主动脉根部瓣环面；模拟模块，用于模拟人工瓣膜置换过程，得到模拟结果；分析模块，用于分析计算模拟结果，得到相关参数；判断模块，用于根据参数结果，进行相应情况判断，得出结果。

在另一些实施例中，获取模块获得医学影像数据以及人工瓣膜的初始化参数后，通过构建模块分别构建主动脉根部模型以及人工瓣膜模型，然后利用中心线提取模块提取血管区域，进一步提取出相应的中心线，接下来通过生成模块生成主动脉根部瓣环面，然后通过模拟模块进行人工瓣膜置换过程，得到一个模拟结果，用分析模块对该模拟结果进行分析，得到相关参数，最终通过判断模块对该参数结果及相关的规则进行判断，得出评估结果。

根据本公开的另一些实施例中，一种主动脉瓣膜置换评估的装置，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器设备中的指令，执行如前述任一项任一个实施例的主动脉瓣膜置换评估的方法。

根据本公开的又一些实施例中，一种主动脉瓣膜置换评估计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如前述任一项任一个实施例的主动脉瓣膜置换评估方法的步骤。

本发明的有益效果是：基于三维模型重建模拟置换评估过程，由于算法和参数设定基于实际且受外界因素的影响不大，所以稳定性兼容性强，由于参数数据可以根据实际进行更改，故应用范围广，不同的模拟人工瓣膜都能实现效果，同时整个过程减少了计算量，提高了评估效率，优化了性能。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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1-1示出本公开的一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的方法的流程示意图。

图1-2示出本公开的一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的方法的流程示意图。

图1-3示出本公开的一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的方法的流程示意图。

图1-4示出本公开的一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的方法的流程示意图。

图2示出本公开的一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的装置的结构示意图。

图3示出本公开的另一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的装置的结构示意图。

图4示出本公开的又一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

本公开提供的一种主动脉瓣膜置换评估的方法，将结合图1-1、1-2、1-3、 1-4进行描述。

如图1-1所示的一些实施例的主动脉瓣膜置换评估的方法的流程示意图。包括步骤S101～S103：

根据本公开的一些实施例，一种主动脉瓣膜置换评估的方法，包括

S101，构建主动脉根部模型；

S102，构建人工瓣膜模型；以及

S103，将二者进行配准以判定人工瓣膜是否匹配。

在一些实施例中，所述主动脉根部模型的构建方法，包括S1011～S1017,如图1-2所示：

S1011，获取主动脉根部的医学影像数据；

S1012，将所述医学影像数据进行三维模型重建；

S1013，根据所述三维模型，选取的合适的点，提取出血管区域及其相关数据；

S1014，依据所述血管区域及其相关数据，提取出相应的血管中心线；

S1015，根据所述血管中心线及其相关数据，生成中心线上的控制点，每个控制点都可作为中心，生成相应血管截面；

S1016，根据所述的上述数据，提取确认主动脉瓣三个窦底(左冠窦，右冠窦，无冠窦)，获取其相关数据坐标等，生成相应的瓣环面；

S1017，根据所述瓣环面，测量获取其相关数据。

在一些实施例中，所述医学影像数据为CTA数据。

在一些实施例中，所述医学影像数据为超声数据。

在一些实施例中，所述医学影像数据为MRA数据。

在一些实施例中，所述三维模型重建的方法为体绘制。

在一些实施例中，所述三维模型重建的方法为面绘制。

在一些实施例中，所述提取出血管区域及其相关数据包括：血管提出区域位置血管直径，三维模型分割片段及其所对应空间坐标等。

在一些实施例中，所述血管中心线及其相关数据包括：中心线长度，走向，空间相应位置，血管直径，周长等，在一组升主动脉数据中，直径为42.2mm，最大径为43.2mm，最小径为41.2mm，周长为132.5mm。

在一些实施例中，所述窦底相关数据包括：三个窦底所在生成三维模型中的位置，空间所在坐标，主动脉窦直径，窦管交界周长等，在一组数据中，主动脉左冠窦直径为42.05mm，右冠窦为38.3mm，无冠窦为38.17mm，窦管交界周长最小为37.2mm，最长为41.2mm。

在一些实施例中，所述瓣环面相关数据包括：瓣环面直径，瓣环与水平夹角，瓣环面周长与面积，最大径，最小径等，在一组数据中瓣环面平均直径 26.2mm，瓣环与水平夹角为53.8°，周长为82.3mm，面积为515.2mm^2,最大径为30.2mm，最小径为22.2mm，钙化程度为978.4mm^3，离心率为0.678。

在一些实施例中，所述人工瓣膜模型构建方法，包括S1021及S1022，如图1-3所示：

S1021，获取初始化参数，所述初始化参数包括，人工瓣膜尺寸大小，瓣膜支架的膨胀程度等；

S1022，将所述初始化参数模块化设定为人工瓣膜模型并保存。

在一些实施例中，所述人工瓣膜构件包括：根据实体数字化三维模型及其尺寸等相关数据。

在一些实施例中，将所述主动脉根部模型与所述人工瓣膜模型进行配准的方法,包括S1031～S1035，如图1-4所示：

S1031，根据所述瓣环面测量的数据，将人工瓣膜模型构件放入主动脉根部模型中；

S1032，控制所述人工瓣膜沿所述中心线在所述主动脉根部模型中移动至所述人工瓣膜的初始位置；

S1033，控制所述人工瓣膜逐渐膨胀，且获取所述人工瓣膜处于完全膨胀开状态时的形态学参数；

S1034，根据所述形态学参数进行血流动力学分析；

S1035，最终根据各项数据分析所述主动脉根部模型与所述人工瓣膜模型的匹配情况。

在一些实施例中，所述形态学参数包括：病变区域的位移，原生瓣膜位移距离，血管壁应力等。血管壁面切应力所用公式为

τ——切应力

Q——流量率

μ——流体粘性值

r——为血管半径

u——流体的最高流速

在一组数据中最高流速u＝2.0m/s，μ为2.35，r为41.2mm。

在一些实施例中，所述血流动力学分析包括瓣周漏流量。

在一些实施例中，所述主动脉根部模型与所述人工瓣膜模型的匹配情况包括匹配成功与匹配不成功。

在一组实施例中，用某一设置好的人工瓣膜型号，其内置参数直径为22mm，面积为380mm^2，周长为69mm，升主动脉直径小于39mm，窦直径大于27mm，用其中一实施例数据做匹配，所得主动脉直径为27mm，周长为85.3mm，面积为 567.2mm，升主动脉直径为36.6mm，左窦直径为39.52mm，右窦直径为37.21mm，无冠窦为40.67mm，与之相匹配失败。

在一实施例中，用某一设置好的人工瓣膜型号，其内置参数直径为28mm，面积为616mm^2，周长为91mm，升主动脉直径小于40mm，窦直径大于29mm，用其中一实施例数据做匹配，所得主动脉直径为27mm，周长为85.3mm，面积为 567.2mm，升主动脉直径为36.6mm，左窦直径为39.52mm，右窦直径为37.21mm，无冠窦为40.67mm，数据初步符合。

在一些实施例中，所述原生瓣膜位移距离还包括是否遮挡影响冠脉口，判断是否遮挡的方法为：依据冠脉口高度与长度与位移距离进行比较确定，即位移距离加上瓣叶长度大于冠脉口高度则为遮挡，易导致阻塞风险。

在一组数据中左瓣叶长度为14.33mm，位移距离为1mm，左冠口高度为 15mm，则会有阻塞风险。

一组数据中右瓣叶长度为14.1mm，右冠口高度为20mm，左瓣叶12.51mm，左冠口为15.3mm，位移距离为1.2mm，则无遮挡风险。

在一些实施例中，根据血流动力学进行流量等计算，得出计算结果确定瓣周漏流量。

在一些实施例中，依据所述瓣周流量来确定是否发生瓣周漏，判断是否发生瓣周漏的方法为：根据得出瓣周漏流量大小来确定，一般设定的漏口大小 3mm阈值瞬时流量为1ml，超过1ml就会有一定影响，若瞬时流量大于5ml，影响较大，会有术后风险并发症。

在一些实施例中，流量计算使用有限体积法将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，每一个控制体积都有一个节点作代表，将待求的守恒型微分方程在任一控制体积及一定时间间隔内对空间与时间作积分，是计算出通过每个控制边界沿法向输入(出)的流量和动量通量后，对每个控制体分别进行流量和动量平衡计算，便于得到计算时段末各控制体平均压力和流速。

在一些实施例中，所述人工瓣膜模型与所述主动脉根部模型完成上述不同维度参数比对后，最终得出匹配成功或匹配不成功的结论。

根据本公开的一种主动脉瓣膜置换评估的装置，如图2所示，包括：获取模块201，用于获取医学影像数据，以及获取的初始化参数，人工瓣膜尺寸大小，瓣膜支架的膨胀程度等；构建模块202，用于构建主动脉根部模型以及人工瓣膜模型；中心线提取模块203，用于提取血管区域，提取出相应的中心线；生成模块204，用于生成主动脉根部瓣环面；模拟模块205，用于模拟人工瓣膜置换过程，得到模拟结果；分析模块206，用于分析计算模拟结果，得到相关参数；判断模块207，用于根据参数结果，进行相应情况判断，得出结果。

获取模块获得医学影像数据以及人工瓣膜的初始化参数后，通过构建模块分别构建主动脉根部模型以及人工瓣膜模型，然后利用中心线提取模块提取血管区域，进一步提取出相应的中心线，接下来通过生成模块生成主动脉根部瓣环面，然后通过模拟模块进行人工瓣膜置换过程，得到一个模拟结果，用分析模块对该模拟结果进行分析，得到相关参数，最终通过判断模块对该参数结果及相关的规则进行判断，得出评估结果。

本公开的实施例中的主动脉瓣膜置换评估的装置可各由各种计算设备或计算机系统来实现，下面结合图3以及图4进行描述。

图3为本公开主动脉瓣膜置换评估的装置的一些实施例的结构图。如图3 所示，该实施例的装置30包括：存储器301以及耦接至该存储器301的处理器 302，处理器302被配置为基于存储在存储器301中的指令，执行本公开中任意一些实施例中的主动脉瓣膜置换评估的方法。

其中，存储器302例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)、数据库以及其他程序等。

图4为本公开主动脉瓣膜置换评估的装置的另一些实施例的结构图。如图 4所示，该实施例的装置40包括：总线401，存储器404以及处理器402，分别与存储器301以及处理器302类似。还可以包括输入输出接口403、存储接口405、网络接口406等。这些接口403，405，406以及存储器404和处理器 402之间例如可以通过总线401连接。其中，输入输出接口403为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。存储接口405为SD卡、U盘等外置存储设备提供连接接口。网络接口406为各种联网设备提供连接接口，例如可以连接到数据库服务器或者云端存储服务器等。

本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一个实施例的主动脉瓣膜置换评估的方法的步骤。

本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开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非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。应理解为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。

以上仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。