一种基于医学图像的无创性门静脉压力梯度测量方法与流程

本发明涉及一种基于医学图像的无创性门静脉压力梯度测量方法。主要通过将人体ct扫描三维重建仿真得出压力梯度，以此来预判是否患有门静脉高压。

背景技术：

肝硬化已成为一个全球关注的问题.肝硬化是由肝纤维化进展而来的,肝纤维化的早期诊断是根本.纤维化的分期对于肝病患者的预后和管理是至关重要的。肝组织活检被认为是肝纤维化分期及诊断的金标准。但是肝活检是有创性检查，存在一定的痛苦和可能致命的并发症。

肝硬化患者中门静脉血栓形成较为常见，发生率为0.6％～26％，同时可并发或单独出现脾静脉或肠系膜上、下静脉血栓，统称为门脉系统血栓。因静脉血栓形成会引起肝硬化患者顽固性腹水、上消化道大出血、下肢疼痛、肺栓塞等并发症，严重威胁患者生命并影响生活质量，因此对于预防静脉血栓的形成，早期诊断和及时治疗是影响患者预后的关键，故需要研究影响肝硬化合并静脉血栓。

现在对肝硬化检测还存在以下不足。

(1)无创诊断pht的方法均采用非特异性指标且较难量化，这些非特异性指标与门静脉压力关系并不完全平行，不能以简单的线性化来解释；

(2)血流动力学的研究范围局限于门静脉主干，尚未建立一个有效的门静脉分支模型来分析其压力和速度改变；

(3)血液流变学的研究尚处于起步阶段，血液黏度的变化和红细胞变形能力的降低均可改变门静脉血管的阻力和血流动力学指标。

基于以上要求，本发明提出一种基于医学图像的无创性门静脉压力梯度测量方法。针对问题1、2，提出创建三维门静脉系统并统一模型参数的形式进行测量。针对问题3，可将血液参数均质化处理获得仿真结果。

技术实现要素：

从最开始的有创检查肝静脉游离压与自由压的差值进行求解，到目前运用比较多的瞬时弹性肝纤维化评估以及结合临床的门脉系统的循环量测定，其都存在一定的缺陷，本发明的目的在于提出一种无创检测门静脉压力从而检测患门静脉的方法。

为了实现上述目的，本发明的构思是：

使用医学影像断层ct进行初步三维重建，随后进行门静脉于系统的分离，分离之后再光顺处理，下一步找到合适的截面对模型的血液进出口进行截取，然后对模型在血与动力学参数下进行力学分析，找到主干处门静脉模拟值，再进行roc曲线分析，找到阈值。

本基于医学图像的无创性门静脉压力梯度测量方法，包括ct断层扫描的生成、三维重建、有关血液动力学的有限元仿真计算。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

1、在unisight软件中找到所需要的ct图片，将对象的所有ct序列整合成一个dicom文件，再根据临床区分是否有门静脉高压。

2、在mimics软件中做相应处理。

(2.1)根据ct生成相应的初步三维门静脉模型，此模型从肝脏门口为主干，向肝内部延伸，随着进入肝内长度加大，直径呈缩小趋势，保留尽量完整的门静脉。

(2.2)因为肝门静脉与周围组织固有的ct值之间存在差值，根据肝门静脉与周围组织固有的ct值之间存在差值，在mimics软件中调节阈值范围-50hu-190hu，将血管与周围软组织分离从总体模型中分离出；根据ct扫描门静脉的大小在mimics软件选取相应分支，总共流出端口有四个，即四个门静脉分支。

(2.3)由于初获得的肝门静脉模型存在表面凹凸不平等问题不能准确地反映患者实际的血管解剖结构，因此对门静脉进行光顺处理,采用光顺系数为0.2,光顺次数为30以拟合临床情况。

3、在ansys软件中操作。

(3.1)将模型文件导入ansys中，将分支末端截取面积为3mm²。

(3.2)采用边长大小为0.5mm四面体单元类型的网格划分，根据每个人赋予相对应的初始速度值，根据每个人在医院采用多普勒超声所测的血液流速数据对模型主干入口赋初速度值，因为所求为压力梯度值，即入口与出口压力值之差，故为简便计算将出口压力值赋0pa。

(3.3)配置好血液流参数密度为1050kg/m³，粘度为0.0035pa·s，之后设置迭代步数为150，进行实时观测。计算没有错误和警告之后就得到模型每个压力节点的应力应变值。

(3.4)将结果与已经有临床有创手术的所测得数据进行相关性匹配。

(3.5)将患有门静脉高压症的患者组和未患有门静脉高压组人群采用稳流状态进行实验，记录实验数据

4、将实验数据导入spss软件进行roc受试者工作特征曲线分析。根据约登指数的在roc曲线中找到相应灵敏度、特异度。准确性＝灵敏度+特异度-1，找出最大准确性的值，即为此方法所寻找判定是否有门静脉高压的阈值，为3082pa。在此方法下超过3082pa，即判定为有门静脉脉高压；反之则没有。

原理推导说明：

将门静脉入口位置标记为方位1，出口位置共同标记为位置2。

根据伯努利方程：

式中：z1，z2代表相对位置高度，p1,p2表示两位置的压力值，ρ表示流体密度，g表示重力加速度，u1，u2表示两位置的速度值。

即：

在实验中，最终所选取的门静脉高度差不足5cm，且在分析中，并未对压位差进行比较，故可以将势能约去。各剩下另外两项。

可根据计算得知，在入口处较比出口处压力大，故可根据方程3得知出口处速度更大，根据多普勒超声对门静脉血液流向以及流速的监控，发现这并不和常理，由于患有肝硬化，肝功能会发生一定紊乱，血液流速更慢，如图2所示使用三维瞬态navier-stokes方程：将门静脉从主干处模拟成圆管以方便计算。

θ表示相应角度，vr，vθ，vz表示r，θ，z方向的速度，fr，fθ，fz分别为r，θ，z方向所受的力。

根据雷诺数公式判断层流后，对不可压缩流体稳态层流的条件及圆管对称性有密度ρ为常数，vr＝vθ＝0，由于所给速度为常数故在计算分析中，忽略重力，所以管道截面上任一点处r，θ，z方向单位质量流的体积为：fr＝fθ＝fz＝0，故柱状坐标系连续方程或由此可见vz既非θ函数也非z的函数，又因稳态流动，故vz仅r的函数，即vz＝vz(r)。

由r，θ，z中r方向运动方程式为：

θ方向运动方程式为：

z方向运动方程式为：

其中：

可得同理，θ和z方向上可得：

由运动规律可知在运动受阻后压力更加增大。

可以看出门静脉分支面积减小，犹如分支末端面积不变增加血流量，是使得门静脉压力增大的原因，其循环运动受阻也是门静脉高压的病理原因。前向性和后向性血流学说均是门静脉高压形成和维持的原因。此方法不仅可以比较对肝硬化做诊断作用，也能说明肝硬化物体部分病理原理。说明数值方法的可行性。

本实验采用了一种结构科学合理的方法精确定义门静脉仿真模型。对模型的精确定义，有助于重复有效的进行实验判断。与临床相比，此方法无需对受检查者做开创手术；与一些无创方法对比，此方法可以快速，准确的知道门静脉压力梯度，以及血液流向等问题。

此方法无需临床有创手术、效果好、成本低、易于实现，有利于扩大规模推广。

附图说明

图1本发明步骤流程示意图；

图2圆管分析示意图；

图3门静脉模型图；

图4数值处理结果图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明优选实施例作详细说明。

1、在unisight软件中找到所需要的ct图片，将对象的所有ct序列整合成一个dicom文件，再根据临床区分是否有门静脉高压。

2、在mimics软件中做相应处理。

1)根据ct生成相应的初步三维模型；

2)因为肝门静脉与周围组织固有的ct值之间存在差值，调节合适阈值范围，将血管与周围软组织分离从总体模型中分理出“一主干—四分支”的肝门静脉模型；

3)由于初获得的肝门静脉模型存在表面凹凸不平等问题不能准确地反映患者实际的血管解剖结构，因此对门静脉进行光顺处理,采用光顺系数为0.2,光顺次数为30，尽量达到临床所需要求。

4)根据实验截取模型末端面积为3mm²，生成inp文件。

3、在ansys软件中操作。

1)将模型文件导入ansys中并划分大小为0.5mm的网格；

2)根据每个人赋予相对应的初始速度值，根据每个人在医院所测的数据对模型主干入口赋初速度值，因为所求为压力梯度值，即入口与出口压力值之差，顾为简便计算将出口压力值赋0pa。

3)配置好血液流参数密度为1050kg/m³，粘度为0.0035pa·s，之后设置迭代步数为150，进行实时观测。计算没有错误和警告之后就得到模型每个压力节点的应力应变值。

4)将患有门静脉高压症的患者组和未患有门静脉高压组进行实验，记录实验数据

4、将实验数据导入spss软件进行roc受试者工作特征曲线分析。约登指数的方法在roc曲线中找到相应灵敏度、特异度。准确性＝灵敏度+特异度-1，找出最大准确性的值，即为此方法所寻找判定是否有门静脉高压的阈值，为3082pa。在此方法下超过3082pa，即判定为有门静脉高压；反之则没有。