论文部分内容阅读
血流储备分数(FFR)是诊断冠脉狭窄是否引发心肌缺血的金标准,临床上普遍采用有创测量的方法来获得,但现阶段也可通过患者的CT图像数据实现无创诊断,这被称为FFRCT。这项技术利用患者的CT图像构建冠脉三维模型,通过基本生理信息构建边界处的个性化集中参数模型,将二者耦合得到几何多尺度模型,利用该模型计算出病变血管的FFR。但是,现在普遍使用的集中参数模型是未考虑右心房影响的开环模型,通过其计算出的血流动力学环境与生理基本信息获取时的实际生理环境不一致,使得计算出的主动脉压力等信息与生理实际出现偏差,因此需要对开环模型进行改进。包含右心房的闭环模型可以实现心脏模块的环路结构,更符合FFR在临床测量时压力导丝所处的生理环境,计算出的主动脉压力等与临床实测更为贴合。
本文构建了更符合生理环境的闭环几何多尺度计算模型,并探究包含压力流量在内的血流动力学环境对FFR存在影响,具体研究内容如下:
1.冠状动脉闭环模型的构建。相对于开环模型,心脏模块增加了右心房,且各血管末端均回到右心房,与心脏模块构成闭环结构,最终构建成用于计算FFRCT的闭环几何多尺度模型。包含右心房后,构建出的血流动力学环境与FFR的临床实测环境较为一致,与开环模型相比更符合生理实际。
2.闭环模型的验证与开环模型的比较。以一位患者数据为例,根据患者CT图像和生理信息构建个性化闭环集中参数模型,与冠脉三维模型耦合得到患者个性化闭环几何多尺度模型,计算病变血管的FFRCT为0.91,并与临床实测值0.85进行对比。然后对同一冠脉三维模型进行开环模型和闭环模型构建,并分别计算FFR。对于狭窄率为40%,60%,90%,的病变血管,开环模型的计算结果分别为0.744,0.571,0.114;闭环模型的计算结果为0.789,0.644,0.243。结果显示闭环模型计算所得的FFR数值大于开环模型;病变血管狭窄程度越高,二者结果相差越多。说明两种模型之间因是否含有右心而构建出的测量环境不同对计算结果可以造成差别。
3.闭环几何多尺度模型的临床应用。在对患者实现个性化闭环几何多尺度模型的构建后,本文共计算了34位患者的50支病变血管的FFRCT,结果显示其准确率为82%,敏感度为58.8%,特异度为93.9‰阳性预测值为83.8%,阴性预测值为81.6%。通过绘制FFRCT的ROC曲线,并对计算结果进行相关性分析和一致性检验,证明闭环模型的临床应用具有很好的预测能力,有望为今后的临床诊断提供指导作用。
4.血流动力学环境对FFR的影响。通过改变收缩压、舒张压和心输出量构建处于不同血流动力学环境下的中度狭窄病变(狭窄率为40%-70%)理想血管模型,探究压力和流量对FFR的影响,提取充血状态下狭窄两端的压力比值,计算FFR。结果显示静息状态下流经病变血管血流量的减少,平均动脉压的升高,会引起病变血管FFR数值的增加,且病变血管狭窄程度越大,变化越明显。血流量对FFR的影响表示在计算FFRCT进行流量分配时,需要进一步进行个性化,来提高计算准确率。
综上所述,本文构建了患者个性化闭环几何多尺度计算模型,更符合实际的生理循环,构建出的血流动力学环境与临床测量环境更为贴合,具有真实性。34位患者50只病变血管的计算结果显示,闭环模型在临床应用上具有较好的预测能力,有望为今后的临床诊断提供借鉴和指导作用。同时本文对血流动力学环境的探究也为今后模型的修正奠定了研究基础。
本文构建了更符合生理环境的闭环几何多尺度计算模型,并探究包含压力流量在内的血流动力学环境对FFR存在影响,具体研究内容如下:
1.冠状动脉闭环模型的构建。相对于开环模型,心脏模块增加了右心房,且各血管末端均回到右心房,与心脏模块构成闭环结构,最终构建成用于计算FFRCT的闭环几何多尺度模型。包含右心房后,构建出的血流动力学环境与FFR的临床实测环境较为一致,与开环模型相比更符合生理实际。
2.闭环模型的验证与开环模型的比较。以一位患者数据为例,根据患者CT图像和生理信息构建个性化闭环集中参数模型,与冠脉三维模型耦合得到患者个性化闭环几何多尺度模型,计算病变血管的FFRCT为0.91,并与临床实测值0.85进行对比。然后对同一冠脉三维模型进行开环模型和闭环模型构建,并分别计算FFR。对于狭窄率为40%,60%,90%,的病变血管,开环模型的计算结果分别为0.744,0.571,0.114;闭环模型的计算结果为0.789,0.644,0.243。结果显示闭环模型计算所得的FFR数值大于开环模型;病变血管狭窄程度越高,二者结果相差越多。说明两种模型之间因是否含有右心而构建出的测量环境不同对计算结果可以造成差别。
3.闭环几何多尺度模型的临床应用。在对患者实现个性化闭环几何多尺度模型的构建后,本文共计算了34位患者的50支病变血管的FFRCT,结果显示其准确率为82%,敏感度为58.8%,特异度为93.9‰阳性预测值为83.8%,阴性预测值为81.6%。通过绘制FFRCT的ROC曲线,并对计算结果进行相关性分析和一致性检验,证明闭环模型的临床应用具有很好的预测能力,有望为今后的临床诊断提供指导作用。
4.血流动力学环境对FFR的影响。通过改变收缩压、舒张压和心输出量构建处于不同血流动力学环境下的中度狭窄病变(狭窄率为40%-70%)理想血管模型,探究压力和流量对FFR的影响,提取充血状态下狭窄两端的压力比值,计算FFR。结果显示静息状态下流经病变血管血流量的减少,平均动脉压的升高,会引起病变血管FFR数值的增加,且病变血管狭窄程度越大,变化越明显。血流量对FFR的影响表示在计算FFRCT进行流量分配时,需要进一步进行个性化,来提高计算准确率。
综上所述,本文构建了患者个性化闭环几何多尺度计算模型,更符合实际的生理循环,构建出的血流动力学环境与临床测量环境更为贴合,具有真实性。34位患者50只病变血管的计算结果显示,闭环模型在临床应用上具有较好的预测能力,有望为今后的临床诊断提供借鉴和指导作用。同时本文对血流动力学环境的探究也为今后模型的修正奠定了研究基础。