[发明专利]一种虚拟肝静脉压力梯度的测量方法

摘要

本发明属于早期无创性诊断领域，涉及一种虚拟肝静脉压力梯度的测量方法。本发明所述的一种虚拟肝静脉压力梯度的测量方法包括：肝静脉‑门静脉系统三维建模；有限元网格划分数学模型；以及流体力学仿真计算虚拟肝静脉压力梯度(vHVPG)。本发明优化并完善肝静脉‑门静脉系统三维建模、有限元网格划分和流体力学仿真计算，构建并验证一种更具诊断优势的vHVPG检测新技术，为门脉高压患者的早期无创诊断提供一种安全无创、准确量化的新途径。

主权项

一种虚拟肝静脉压力梯度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：A.从标本的肘正中静脉注射造影剂，进行CT血管成像(CTA)，获取包括肝静脉期在内的CTA图层序列，导出图层序列，格式为dicom，层厚1.25mm，图像分辨率512×512像素；B.将所获取的CTA图层序列导入医学影像控制软件MIMICS，选择肝静脉期图层序列，设置图像序列的方位，MIMICS软件自动识别图像序列，生成肝静脉期CTA图像序列的冠状位、矢状位和水平位图像；C.寻找图像中的肝静脉‑门静脉系统(目标)，利用MIMICS软件的Thresholding(阈值算法)工具，以尽量包含目标的CT值、尽量排除临近目标的周围肝脏等软组织的CT值为原则，设定阈值范围，以提取目标；利用MIMICS软件的Regiongrowing(区域增长)工具，选定目标，以提取只与目标在空间结构上有连接的结构；利用MIMICS软件的Calculate 3D from mask(三维建模)工具，选择quality(质量)为medium(中等精度)，建立初步的肝静脉‑门静脉三维模型；D.利用MIMICS软件的Crop mask(裁剪蒙板)工具进一步提取目标结构，剔除部分非目标结构；再利用MIMICS软件的Edit masks in 3D(三维编辑蒙版)工具，剔除剩余的非目标结构，只保留肝静脉‑门静脉系统；反复利用MIMICS软件的Edit masks in 3D(三维切割)工具和Edit mask(二维编辑蒙板)工具，进一步对肝静脉‑门静脉系统进行选择性填充、剔除噪点像素，从而重建内腔封闭的肝静脉‑门静脉系统实心三维模型；E.利用MIMICS软件的Smoothing(光滑)操作，将三维模型进行表面光滑处理；将光滑处理后的实心三维模型的几何模型数据选择Ansys area element(Ansys软件面文件)格式(.inp)导出；F.在ANSYS经典模式下，导入所述面文件(格式为.inp)，将长度单位统一为国际单位m；以面为基础建立肝静脉‑门静脉系统模型的实心模型体；G.通过布尔操作对肝静脉‑门静脉系统模型的血流入口及出口作垂直切面，得到模拟肝静脉自由压(vFHVP)的开放的几何模型；完成上述操作后，将文件以后缀为.IGS格式导出备用(IGS是一种三维数值模型文件格式，ANSYS Workbench模块可读取)；H.建立ANSYS Workbench有限元计算平台，包括Geometry几何模型模块、Fluent流体计算模块和Results模块(即CFD‑POST后处理模块)。通过Geometry模块将IGS文件导入，在Mesh(划分网格)单元中，划分对象为导入的数值模型，网格划分方法设置为Tetrahedrons(四面体型)，在Physics Preference(物理设置)中选CFD(计算流体力学分析)，在Solver Preference(求解设置)中选Fluent(使用Fluent求解流场)；考虑到运算精确度以及计算机运行速度，对划分网格尺寸进行限定，max face size(最大面尺寸)设置为1.5mm，max size(最大尺寸)设为4mm；完成以上设置后，通过Generate Mesh(产生网格)完成网格划分；I.在流体力学计算模块Fluent的solution(解决方案)中设置材料参数(血液密度、血液粘度、血管壁密度)，使模型的物理属性接近人体生物学属性，提高仿真的准确度；求解控制参数(计算步长、迭代次数、最大循环次数)和边界条件(命名血流入口面，并赋予速度值，命名出口面后赋予压力值，未命名的血管壁设置为wall)，门静脉血流雷诺数Rε<2000，故仿真流体设置为层流；运算初始化设置为从入口面开始；完成上述参数设定后，模拟血管壁与血液的流体‑固体耦合，计算获得仿真三维血管模型的压力分布和血流分布；J.在results后处理模块中，对结果进行读取，通过contour(轮廓)操作显示肝‑门静脉模型压力分布图；利用软件自带的calculators选项卡，计算获取虚拟肝静脉自由压(vFHVP)数值；K.创建一个直径大于或等于被截断血管的圆柱体来模拟阻断球囊，通过布尔运算对肝右静脉进行阻断，得到模拟肝静脉楔入压(vWHVP)的开放的几何模型，并以IGS文件导出备用(参考步骤F)；将IGS文件导入到ANSYS workbench中，在产生的两个截面分别赋予0m/s的速度模拟血流停滞，其余材料参数、边界条件和求解控制参数不变，计算得到虚拟肝静脉楔入压(vWHVP)，在results模块中读取虚拟肝静脉楔入压(vWHVP)；L.求出所述vWHVP与所述vFHVP的差值，即为虚拟肝静脉压力梯度(vHVPG)。