基于DSA和CTA影像的冠狀動脈血流動力學(xué)仿真分析.pdf

1、心血管疾病是全球的頭號死因。據(jù)估計，2008年約有1730萬人死于心血管疾病，占全球死亡總數(shù)的30％。在我國，心血管疾病的死亡順位排名第一，且死亡率高于歐美國家4-5倍，嚴(yán)重危害患者的生命和健康，給患者及其家庭和社會帶來沉重的醫(yī)療、經(jīng)濟和社會負(fù)擔(dān)。
　　數(shù)字減影血管造影術(shù)(Digital subtraction angiography, DSA)和計算機斷層掃描造影術(shù)(Computed tomography angiography

2、, CTA)在心血管疾病的早期篩查、臨床診斷、術(shù)前預(yù)測和術(shù)后評估等方面正發(fā)揮重要作用。然而，目前DSA和CTA僅能提供血管的結(jié)構(gòu)信息（如狹窄、膨脹、堵塞等），無法提供定量化的血管功能信息（如血流速度、壓力和剪切應(yīng)力等）。
　　基于DSA和CTA影像，本文分別提出了一種血流動力學(xué)的模擬仿真方法，并利用臨床數(shù)據(jù)驗證了方法的可行性和有效性。首先，基于二維DSA數(shù)據(jù)進行形態(tài)學(xué)上的圖像預(yù)處理，包括感興趣區(qū)域的分割與提取，坐標(biāo)變化，將三種計算

3、流速的數(shù)學(xué)模型應(yīng)用到實驗對象中，獲得血流的相對流速，并又將光流法應(yīng)用于幻影數(shù)據(jù)中討論分析其加權(quán)、迭代以及各參數(shù)設(shè)置對結(jié)果的影響;然后，利用3D圖像生成及編輯處理軟件MIMICS從三維CTA影像數(shù)據(jù)提取冠狀動脈，建立三維幾何模型，導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS中劃分網(wǎng)格，設(shè)定邊界條件后求解控制方程，獲得血液流速、壓力、壁面切應(yīng)力等參數(shù)的分布。利用這種仿真方法，比較了穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)情況下的結(jié)果，狹窄區(qū)域修復(fù)（又稱為仿真干預(yù)）前后的結(jié)果;最后，通

4、過CT數(shù)據(jù)計算了冠狀動脈血流儲備分?jǐn)?shù)(Fractionalflow reserve based on CT, FFRCT)，并與臨床上利用壓力傳感器導(dǎo)管測量的結(jié)果進行了比較。
　　結(jié)果表明，DSA:三種計算結(jié)果收斂，相對速度差異不大，并且改進后的光流法相對于其他未改進的三種方法計算速度、精度以及對噪聲的魯棒性都有可觀的提高;CTA:(1) ANSYS計算結(jié)果收斂，且與網(wǎng)格尺寸無關(guān);(2)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài):穩(wěn)態(tài)情況下，各參數(shù)計算結(jié)果的分布

5、趨勢相同，數(shù)值由設(shè)定入口速度決定。穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的計算結(jié)果明顯不同，瞬態(tài)結(jié)果收到前一時刻影響。(3)血流速度:在狹窄處血流速度提高，二次流向狹窄內(nèi)壁處有高速流場;修復(fù)后狹窄處血流速下降，高速流場轉(zhuǎn)移(4)血管壓力:血管壁面壓力和血流速度密切相關(guān)，在狹窄前突然升高，在狹窄處降低，在狹窄后到遠(yuǎn)端持續(xù)降低。狹窄修復(fù)后，血管壁面壓力由入口到出口平緩降低。(5)血管剪切應(yīng)力:存在狹窄時，壁面切應(yīng)力很高，為63.69Pa，變化的區(qū)域較多;而狹窄修復(fù)后，

6、其相同位置處的切應(yīng)力降低，為2.59Pa，且整體分布較平滑。(6)質(zhì)量流量:狹窄修復(fù)前后LAD上流過端口的質(zhì)量流量的比例為0.633。(7) FFR:不同位置的FFRCT和實際測量值無明顯差異:右主冠脈（0.87，大于0.8），左前降支(0.69，0.71)，左旋支(0.83，大于0.8)。仿真干預(yù)后，左前降支和左旋支FFRCT升高到0.97和0.96。
　　總之，基于DSA和CTA的血流動力學(xué)仿真是有效的和可行的，能夠提供大量、