血管内压力的无创测量方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用流体力学仿真技术，对生物医学中术前及术后的病体血管内部压力进行无创测量的方法。本发明的目的在于：利用生物血管流体力学技术，通过对血管内部流动的仿真，在无创条件下，获得血管内部的压力，达到术前评估静脉和/或动脉内压力的目的。根据本发明的仿真方法测得的血管内部的压力，相较于以前的测压方法具有下列优点：本发明可以在无创的情况下，获得血管内的压力，如门静脉等，开创了一种全新的无创测量方法和思路。由于本发明为无创测压方法，因此它可以避免术前穿刺测压的出血风险。本发明用计算机成像技术，将单纯数据模型转化为三维成像的数据模型，便于患者的随访以及数据的输入，具有简单，便捷，快速的特点。
【专利说明】血管内压力的无创测量方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明属涉及一种利用流体力学仿真技术，对生物医学中术前及术后的病体血管内部压力，进行无创测量的方法。尤其是涉及一种通过计算机仿真软件的方法，对血管的内压力进行无创测量。
【背景技术】
[0002]现以肝硬化门静脉高压症为例，用以说明本发明的重要性和其应用价值。肝硬化门静脉高压症在我国乙肝发病率较高，严重威胁人类的健康。其中，有很大一部分患者将发展成为肝硬化门静脉高压症，导致肝硬化门静脉高压症患者死亡最大原因，是门静脉压力增高，最后引起胃底食管曲张静脉破裂出血。目前治疗门静脉高压症的手术方式主要是采用各种断流术、分流术及肝移植术。但无论何种手术方式，手术风险较大，手术死亡率也较高，故术前准确且无创评估门静脉压力，预测何时需进行手术干预，有着十分重要的意义。
[0003]有关检测门 静脉内压力的检测，最准确的方法是经皮经肝门静脉穿刺测压，或术中漂浮导管测压。正常人的门静脉压力为12~24cm水柱，平均为18cm水柱。但是，因门静脉高压症患者的凝血功能障碍，经皮经肝门静脉穿刺测压，存在出血风险，甚至导致门静脉大出血，引起患者死亡，故临床上极少运用。而术中漂浮导管测压需要手术中进行，所以也就失去了术前评估门静脉压力的意义。
[0004]现有技术中的术前有创测压，根据国内外报道文献记载，主要有下列几种方法:1)经皮经肝门静脉穿刺。2)经颈静脉插管测定肝静脉楔入压(WHVP)。3)下腔静脉压(IVP)。4)门静脉压力梯度(HPVG)，但上述方法均需术前进行穿刺测压，有出血风险。
[0005]现有技术中的无创测压方法主要有:1、利用核素心肝血流比(H/L)，间接推测门静脉压力。即:用放射性核素99mTc-MIBI直肠给药，计算心前区放射性与肝区放射性比值(H/L)，来定性预测门静脉高压症。该方法的确定是:精确度较差，仅能作为门静脉高压症定性诊断，未成为国际上通用的测压方法。2、用胃镜下压力传感器测胃底食管曲张静脉贴壁压，此方法的缺点是:无法消除血管壁张力对贴壁测压的影响，且传感器稳定性较差，检查时易受操作者技术水平、患者心跳、呼吸、吞咽及外加压力的影响。3、利用B超测门静脉流速、流量及脾静脉搏动指数PI与门静脉压力有相关性，但因数据的离散性较大，并不能用于预测个体门静脉压力的数值。故目前无创性门静脉测压仍处于实验室阶段，尚未有公认的准确预测方法。
[0006]因此，如何设计一种术前无创性测得门静脉压力的方法，有着极大意义，其能够预测患者静脉破裂出血的风险，及时提示手术干预时机，指导手术方式的选择，甚至能够作为肝移植手术候选顺序的理论参考指标之一。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于:提供一种采用仿真软件，对术前、术后的病体血管内部压力进行无创测量的方法及其装置。更确切地说，利用生物血管流体力学技术，通过对血管内部流动的仿真，在无创条件下，获得血管内部的压力，达到术前评估静脉和\或动脉内压力的目的，已经采用所述方法的装置。本发明是以仿真方法获取的结果，不直接提供诊断依据，而是通过为医生提供辅助参数，可以避免术前进行穿刺测压的出血风险。
[0008]本发明目的之一是这样实现的，血管内压力的无创测量方法，其特征在于采用如下步骤:
(1)建立血管模型:利用高分辨率螺旋CT检测技术，获取门静脉系统和\或动脉系统血管分布的三维图像。并通过流体分析建模工具t对CT机获得的三维图像进行局部建模再结合，以此实现三维模型建立；
(2)确定血管的进出口边界:在对血管模型仿真模拟过程中，需要对每根血管的进出口输入一定的边界条件；
(3)获取血液物性参数:根据血液本身特性,需要先确定血液的剪切应力特征,需要对血液的密度、粘度、血液内各成分含量进行测量；
(4)描述血液属性:血液属于连续流体，因此其符合N-S方程描述的特征，应用以下公式，作为基本物理方程，进行迭代求解出压力，
【权利要求】
1.血管内压力的无创测量方法，其特征在于采用如下步骤: (1)建立血管模型:利用高分辨率螺旋CT检测技术，获取门静脉系统和\或动脉系统血管分布的三维图像，并通过流体分析建模工具，对CT机获得的三维图像进行局部建模再结合，以此实现三维模型建立； (2)确定血管的进出口边界:在对血管模型仿真模拟过程中，需要对每根血管的进出口输入一定的边界条件； (3)获取血液物性参数:根据血液本身特性,需要先确定血液的剪切应力特征,需要对血液的密度、粘度、血液内各成分含量进行测量； (4)描述血液属性:血液属于连续流体，因此其符合N-S方程描述的特征，应用以下公式，作为基本物理方程，进行迭代求解出压力，
2.根据权利要求1所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所谓局部建模再结合，即通过高分辨率螺旋CT扫描结果，获取不同位置血管的横截面形状及相应长度，构建三维血管的数据模型。
3.根据权利要求2所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述图像形格式为:沿X或者Y或者Z轴的间隔l-2mm的一系列截面图形。
4.根据权利要求2或3所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述以X轴为截面的图像格式时:给出x=0 mm, X=Imm, x=2mm......，位置上的血管内壁截面图像，通过截面图形的连接成三维血管图像的数据模型。
5.根据权利要求1所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述边界条件的获得需要利用彩色多普勒超声、磁共振等无创检查方式，对血管内部不同位置的流体流速进行测量。
6.根据权利要求5所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述流体流速测量时，其时间选取需要在同一时刻；或者选取多个时刻，获取多组数据，再做平均处理。
7.根据权利要求1所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述参考压力修正的方法为:首先，对动物进行离体血管实验，获得血液流动特性及规律；然后，建立静脉系统和\或动脉系统的血流动力学模型；在求解获得血管内部压力后，与动物实验和术中临床测压获得的实验结果进行比对，矫正数据模型的参数；再通过与临床数据样本的校验对比，获得准确的数据模型；最后，制作成三维血管模拟软件以供临床无创血管测压使用。
8.根据权利要求1所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述N-S方程的修正方法为:根据所述血液的基本特性，对N-S方程进行修正，获得修正后的动量方程，
9.根据权利要求1所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述血液参数的修正方法是指通过测量获取的单体样本数据进行加权系数统计； 在进行修正时，需要对密度。进行修正，修正系数密度Z = Jx P,其中A为修正系数，用来修正人体血液的密度大小，A的取值范围是:A=0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0 ； 在进行修正时，需要对粘度进行修正，修正系数密度Y = Sxp，其中B为修正系数，来修正人体血液动力粘度的大小，B的取值范围是:B=0.01,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6、0.7、0.8、0.9、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0 ； 在进行修正时，还需要对组份混合比4进行修正，修正系数密度f =Cx妒，其中C为修正系数，用来修正人体血液的组份组成比例，C的取值范围是:C=0.5,0.6,0.7,0.8、0.9、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0。
10.根据权利要求1所述的血管内压力的无创测量方法，其特征在于:所述动力粘度测量是指同时测量血液的血浆、红细胞、白细胞、血小板和血蛋白的含量，通过对多种血液样本进行测量分析，整理出血液动力粘度与血液组成之间的关联式，所述动力粘度M
11.一种血管内压力的无创测量装置，其由权利要求1-10任一项方法转化为商用软件，集成在专用的检测仪器上，所制作的装置。
【文档编号】A61B5/021GK103976720SQ201310693778
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】罗蒙, 徐庆, 孙隆慈, 杨小玉, 尹应青, 陈晓霞, 李学武 申请人:上海交通大学医学院附属仁济医院, 上海冯卡门计算机科技有限公司