冠状动脉支架植入模拟方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及信号处理技术，尤其涉及一种冠状动脉支架植入模拟方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

2.在医疗领域中，支架作为血管狭窄的重要介入器械，已经在心血管疾病领域得到了广泛的应用。冠脉支架植入通过介入方式将冠状动脉狭窄的部位扩张后放入一个金属支架支撑狭窄部位，使狭窄的血管壁向外扩张，支架植入后，支撑血管保持持续开放状态，使冠状动脉的血流畅通。然而，植入支架的过程涉及支架、斑块、血管壁和血流之间的多种力学耦合作用，不恰当的支架植入过程可能导致支架的脱落、断裂以及血管的再狭窄，因此，在支架植入血管之前需要对冠脉支架的植入进行模拟，从而保证冠脉支架植入过程的准确。

技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种冠状动脉支架植入模拟方法、装置、电子设备、软件程序及存储介质，能够自动化地对冠脉支架的植入过程进行模拟，通过流固耦合模型对冠脉支架的植入过程进行调整，以便更准确判断所需支架的尺寸、释放位置和球囊压力，以及在冠状动脉的不同位置植入支架之后的效果，达到通过最佳植入方式植入冠状动脉支架的效果，从而保证冠脉支架植入过程的准确，减少冠脉支架的脱落、断裂以及血管的再狭窄的发生概率。
4.本发明实施例的技术方案是这样实现的：
5.本发明实施例提供了一种冠脉支架植入模拟方法，包括：
6.采集球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型；
7.获取冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像；
8.对所述球囊的几何模型、所述冠脉支架的第一几何模型所述斑块的掩膜图像和所述冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子；
9.获取所述冠脉支架的第二几何模型；
10.基于所述第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子；
11.利用所述模拟粒子，获取所述冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数、所述斑块的形变参数和应力参数；
12.根据血流边界条件，通过所述流体粒子，利用所述支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数以及所述斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型；
13.通过所述流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，以达到所述冠脉支架的最佳植入方式的效果。
14.本发明实施例还提供了一种冠状动脉支架植入模拟装置，包括：
15.信号传输模块，用于采集球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型；
16.所述信号传输模块，用于获取冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像；
17.信号处理模块，用于对所述球囊的几何模型、所述冠脉支架的第一几何模型所述斑块的掩膜图像和所述冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子；
18.所述信号处理模块，用于获取所述冠脉支架的第二几何模型；
19.所述信号处理模块，用于基于所述第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子；
20.所述信号处理模块，用于利用所述模拟粒子，获取所述冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数、所述斑块的形变参数和应力参数；
21.所述信号处理模块，用于根据血流边界条件，通过所述流体粒子，利用所述支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数以及所述斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型；
22.所述信号处理模块，用于通过所述流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，以达到所述冠脉支架的最佳植入方式的效果。
23.上述方案中，所述信号处理模块，用于确定所述球囊的几何模型每一个面的法向；
24.所述信号处理模块，用于将所述球囊的几何模型沿每一个面的法向方向构建偏置，获得所述第一几何模型的法向几何模型；
25.所述信号处理模块，用于通过所述法向几何模型，将包含在所述第一几何模型里的粒子标记为模拟粒子，以达到通过所述模拟粒子在所述球囊的表面施加载荷的效果。
26.上述方案中，所述信号处理模块，用于获取所述球囊的物理参数、冠脉支架的物理参数；
27.所述信号处理模块，用于通过所述球囊的几何模型、所述球囊的物理参数和所述冠脉支架的物理参数，利用至少一个虚拟刚体结构将所述球囊进行压缩和卷曲，以达到所述球囊折叠至导管上的状态；
28.所述信号处理模块，用于当所述球囊通过卷曲达到折叠状态时，将所述冠脉支架套接在所述球囊的外侧表面。
29.上述方案中，所述信号处理模块，用于利用至少一个虚拟刚体结构将所述球囊进行压缩和卷曲时，在所述球囊的内侧表面施加负压，以达到以保持所述球囊处于压缩状态。
30.上述方案中，所述信号处理模块，用于当所述冠脉支架套接在所述球囊的外侧表面时，通过所述模拟粒子，在所述球囊的内侧表面施加正压力，以达到所述球囊逐渐膨胀的效果；
31.所述信号处理模块，用于当所述冠脉支架到达形变阈值时，获取所述冠脉支架与所述冠脉血管接触面积，并调整所述球囊的内侧表面的压力值，以达到所述冠脉支架和所述冠脉血管的收缩效果；
32.所述信号处理模块，用于根据所述冠脉支架与所述冠脉血管接触面积，对所述冠脉支架的类型进行调整。
33.上述方案中，所述信号处理模块，用于通过所述流固耦合模型计算所述冠脉血管中的冠状动脉血流储备分数；
34.所述信号处理模块，用于当所述冠状动脉血流储备分数大于等于冠状动脉血流储
备分数阈值时，确定所述冠脉支架的规格、冠脉支架的植入位置以及所述球囊的充气气压；或者
35.所述信号处理模块，用于通过所述流固耦合模型计算不同植入位置对应的冠状动脉血流储备分数；
36.所述信号处理模块，用于确定冠状动脉血流储备分数最大值对应的所述冠脉支架的植入位置以及所述球囊的充气气压。
37.上述方案中，所述信号处理模块，用于当冠脉支架的数量大于等于两个时，获取每一个冠脉支架的植入方式；
38.所述信号处理模块，用于将每一个冠脉支架的植入方式，和所述冠脉支架的标识信息保存在云网络中，以达到通过云网络查询冠脉支架植入方式的效果。
39.本发明实施例还提供了一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
40.存储器，用于存储可执行指令；
41.处理器，用于运行所述存储器存储的可执行指令时，实现前述的冠状动脉支架植入模拟方法。
42.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，其特征在于，所述可执行指令被处理器执行时实现前述的冠状动脉支架植入模拟方法。
附图说明
43.图1为本发明实施例提供的冠状动脉支架植入模拟方法的使用场景示意图；
44.图2为本发明实施例提供的冠状动脉支架植入模拟装置的组成结构示意图；
45.图3为本发明实施例中冠状动脉支架植入模拟一个可选的过程示意图；
46.图4为本发明实施例中支架植入的过程示意图；
47.图5为本发明实施例中球囊的几何模型示意图；
48.图6为本发明实施例中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像示意图；
49.图7为本发明实施例中冠脉支架的模拟粒子示意图；
50.图8为本发明实施例中球囊的模拟粒子示意图；
51.图9为本发明实施例中球囊压缩过程示意图；
52.图10为本发明实施例中球囊卷曲过程示意图；
53.图11为本发明实施例中模拟球囊压缩到导管上的状态示意图；
54.图12为本发明实施例中模拟冠脉支架套接在球囊上的状态示意图；
55.图13为本发明实施例中模拟冠脉支架植入效果意图；
56.图14为球囊内侧表明的压力变化示意图；
57.图15为入口边界为压力边界条件示意图；
58.图16为本发明实施例中药物洗脱支架植入冠状动脉的过程示意图；
59.图17为药物洗脱支架的植入效果示意图。
具体实施方式
60.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，本领域普通技术人员在没有
做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
61.在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
62.对本发明实施例进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
63.1)响应于，用于表示所执行的操作所依赖的条件或者状态，当满足所依赖的条件或状态时，所执行的一个或多个操作可以是实时的，也可以具有设定的延迟；在没有特别说明的情况下，所执行的多个操作不存在执行先后顺序的限制。
64.2)基于，用于表示所执行的操作所依赖的条件或者状态，当满足所依赖的条件或状态时，所执行的一个或多个操作可以是实时的，也可以具有设定的延迟；在没有特别说明的情况下，所执行的多个操作不存在执行先后顺序的限制。
65.3)云技术(cloud technology)是指在广域网或局域网内将硬件、软件、网络等系列资源统一起来，实现数据的计算、储存、处理和共享的一种托管技术。基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术、应用技术等的总称，可以组成资源池，按需所用，灵活便利。云计算技术将变成重要支撑。技术网络系统的后台服务需要大量的计算、存储资源，如视频网站、图片类网站和更多的门户网站。伴随着互联网行业的高度发展和应用，将来每个物品都有可能存在自己的识别标志，都需要传输到后台系统进行逻辑处理，不同程度级别的数据将会分开处理，各类行业数据皆需要强大的系统后盾支撑，只能通过云计算来实现。
66.4)扩张压(nominal pressure)：指需要获得标签标识的充气球囊直径所需要的压力，扩张压定义为99％的球囊均不会破裂的压力。例:aqua t3：10atm—3.0atm。
67.5)爆破压(rated burst pressure)：反复充盈球囊40次，在此压力下99％的球囊不会破裂。此为产品标识的重要内容，为术者提供一个安全的充气压力范围。rbp:6～16atm。
68.6)平均爆破压(mean burst pressure)：按统计学原理，球囊破裂的压力。定义为50％的球囊会破裂。
69.7)光滑粒子流体动力学方法(sph smoothed particle hydrodynamics)，将连续的流体(或固体)用相互作用的质点组来描述，各个物质点上承载各种物理量，包括质量、速度等，通过求解质点组的动力学方程和跟踪每个质点的运动轨道，求得整个系统的力学行为。
70.在介绍本技术提供的冠脉支架植入模拟方法，结合图1所示的实施环境，对相关技术中的缺陷进行简要介绍，其中，相关技术中，在实际的支架植入过程中，冠脉支架通常通过球囊来完成扩张，达到与冠状动脉的血管壁贴合的效果，这一过程中通过预扩张球囊打开狭窄的冠状动脉血管，再由导管将支架输送到血管靶病变处为病变血管提供径向支撑，之后再经后扩张优化支架与血管壁贴合，从而保持血管的管腔开放和血流畅通，但是选择何种规格的冠状动脉支架以及在冠状动脉的何处进行支架植入，仅能够依靠医生的经验，同时植入过程中球囊的压力值也仅依据医生的经验值进行调整，增加了支架断裂的风险。
71.现有的支架植入的模拟方案，都是通过有限元分析方法仿真支架植入的过程。然
而，有限元分析方法存在两个缺陷：1)有限元分析的准确性依赖于几何模型，而通过医学影像重建获得冠脉血管的几何模型的过程较为复杂，且精度较低，使得植入过程的模拟结果的准确性较低。2)有限元分析通常用于固体仿真，用于流体仿真存在诸多限制，因此在冠脉支架的流固耦合分析中需要通过其他方法(如有限体积法等)仿真流体部分，并通过流体与固体界面上的数据传递实现流固耦合分析，但这一方法的计算量较大，同时界面上数据传递的方式也难以保证较高的计算精度，同样使得植入过程的模拟结果的准确性较低。
72.图1为本发明实施例提供的冠脉支架植入模拟方法的使用场景示意图，其中，通过本技术所提供的冠脉支架植入模拟方法可以辅助用户自动化地对在患者冠状动脉中植入的冠脉支架进行模拟，参见图1，终端(包括终端10-1和终端10-2)上设置有能够执行植入模拟与查看功能相应客户端，其中，所述客户端为终端(包括终端10-1和终端10-2)，通过网络300从相应的服务器200中获取不同的植入模拟结果，以及相应的测试执行指令，以完成对不同规格的冠脉支架进行植入模拟；也可以对同一冠脉支架在不同位置的植入过程进行模拟，终端通过网络300连接服务器200，网络300可以是广域网或者局域网，又或者是二者的组合，使用无线链路实现数据传输，其中，终端(包括终端10-1和终端10-2)通过网络300从相应的服务器200中所获取的相应任务类型既可以相同也可以不相同，例如：服务器200发出控制指令对任一规格的冠脉支架进行冠脉支架植入模拟，或者，服务器200发出控制指令对不同规格或者同一规格不同批次的冠脉支架在同一植入位置同时进行冠脉支架植入模拟，获取的冠脉支架植入模拟可以保存在服务器200中，便于医务人员调取使用。
73.其中，本发明实施例可结合云技术实现，云技术(cloud technology)是指在广域网或局域网内将硬件、软件及网络等系列资源统一起来，实现数据的计算、储存、处理和共享的一种托管技术，也可理解为基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术及应用技术等的总称。技术网络系统的后台服务需要大量的计算、存储资源，如视频网站、图片类网站和更多的门户网站，因此云技术需要以云计算作为支撑。
74.需要说明的是，云计算是一种计算模式，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。作为云计算的基础能力提供商，会建立云计算资源池平台，简称云平台，一般称为基础设施即服务(iaas，infrastructure as a service)，在资源池中部署多种类型的虚拟资源，供外部客户选择使用。云计算资源池中主要包括：计算设备(可为虚拟化机器，包含操作系统)、存储设备和网络设备。
75.结合实施例图1所示，本发明实施例所提供的冠脉支架植入模拟方法可以通过相应的云端设备实现，例如：终端(包括终端10-1和终端10-2)通过网络300连接位于云端的服务器200，网络300可以是广域网或者局域网，又或者是二者的组合。值得说明的是，服务器200可为实体设备，也可为虚拟化设备。
76.具体来说，结合前序实施例中的图1所示，服务器200可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、cdn、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、以及可以执行参数记录的医疗设备等，但并不局限于此。终端以及
array)或其他电子元件执行实现本发明实施例提供的冠脉支架植入模拟方法。
85.本发明实施例中的存储器202用于存储各种类型的数据以支持电子设备20的操作。这些数据的示例包括：用于在电子设备20上操作的任何可执行指令，如可执行指令，实现本发明实施例的从冠脉支架植入模拟方法的程序可以包含在可执行指令中。
86.在另一些实施例中，本发明实施例提供的冠脉支架植入模拟装置可以采用软件方式实现，图2示出了存储在存储器202中的冠脉支架植入模拟装置2020，其可以是程序和插件等形式的软件，并包括一系列的模块，作为存储器202中存储的程序的示例，可以包括冠脉支架植入模拟装置2020，冠脉支架植入模拟装置2020中包括以下的软件模块：
87.信号传输模块2081，用于采集球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型。
88.所述信号传输模块2081，用于获取冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像。
89.信号处理模块2082，用于对所述球囊的几何模型、所述冠脉支架的第一几何模型所述斑块的掩膜图像和所述冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子。
90.所述信号处理模块2082，用于获取所述冠脉支架的第二几何模型。
91.所述信号处理模块2082，用于基于所述第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子。
92.所述信号处理模块2082，用于利用所述模拟粒子，获取所述冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数、所述斑块的形变参数和应力参数。
93.所述信号处理模块2082，用于根据血流边界条件，通过所述流体粒子，利用所述支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数以及所述斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型。
94.所述信号处理模块2082，用于通过所述流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，以达到所述冠脉支架的最佳植入方式的效果。
95.结合图2示出的冠脉支架植入模拟装置说明本发明实施例提供的冠脉支架植入模拟方法，参见图3，图3为本发明实施例提供的冠脉支架植入模拟方法一个可选的流程示意图，可以理解地，图3所示的冠脉支架植入模拟方法可以应用机器人辅助医疗领域，实现对利用机器人或者机械手臂对冠状动脉支架的植入过程进行模拟，其中，图3所示的步骤可以由运行冠脉支架植入模拟装置的各种电子设备执行，例如可以是如带有支架植入模拟功能的专用机器人、人体检查功能的医用机器臂以及医疗产品测试或仿真功能的冗余机械臂。下面针对图3示出的步骤进行说明。
96.步骤301：冠脉支架植入模拟装置采集球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型。
97.其中，参考图4，图4为本发明实施例中支架植入的过程示意图，以冠状动脉支架植入为例，冠状动脉支架是经皮冠状动脉介入(pci percutaneous coronary intervention)中最常用的器械之一。临床上，对于冠状动脉造影下血管面积狭窄大于70％的冠心病患者，可行冠状动脉支架植入。冠状动脉支架植入的过程中先通过预扩张球囊打开狭窄的血管，再由导管将支架输送到血管靶病变处为病变血管提供径向支撑，之后再经后扩张优化支架与血管壁贴合，从而保持血管的管腔的开放和血流畅通，能够具有解除冠状动脉狭窄、减轻心绞痛症状发作、改善患者临床预后的作用。如图4所示，冠状动脉支架402随
着球囊运动，穿过冠状动脉401，到达病灶位置。
98.参考图5，图5为本发明实施例中球囊的几何模型示意图，其中，利用充气设备(例如充气注射器)通过接口51对球囊52缓慢充气时，可以逐渐增大球囊中的压力，使得球囊逐渐处于膨胀状态，并将所携带的支架植入相应的病灶位置。此时，采集球囊的原始物理参数可以通过调取球囊的生产厂商的标注信息获取原始物理参数，并通过对球囊进行三维扫描采集含有导管53的球囊几何模型。
99.步骤302：冠脉支架植入模拟装置获取冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像。
100.参考图6，图6为本发明实施例中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像示意图，其中，在进行冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像采集时，可以基于医学影像数据并通过多模影像数据融合技术获得掩膜图像(mask图)，获取影像后，可以通过区域增长方法选择冠状动脉以及相应支脉的血液区域进行重建，对重建模型平滑处理，最终获取冠状动脉模型和斑块模型。其中模型的血流入口为升主动脉(asending aorta，aa)，出口包括降主动脉(desending aorta，da)末端、左右锁骨下动脉(left and right subclavian，ls和rs)末端、左右颈总动脉(left and right carotid，lc和rc)末端。
101.步骤303：冠脉支架植入模拟装置对球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型斑块的掩膜图像和冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子。
102.参考图7和图8，其中，图7为本发明实施例中冠脉支架的模拟粒子示意图，图8为本发明实施例中球囊的模拟粒子示意图，在本发明的一些实施例中，获得模拟粒子时，可以确定球囊的几何模型每一个面的法向；将球囊的几何模型沿每一个面的法向方向构建偏置，获得第一几何模型的法向几何模型；通过法向几何模型，将包含在第一几何模型里的粒子标记为模拟粒子，以达到通过模拟粒子在球囊的表面施加载荷的效果。
103.在本发明的一些实施例中，冠状动脉支架植入的过程中先通过预扩张球囊打开狭窄的血管，再由导管将支架输送到血管靶病变处为病变血管提供径向支撑，之后再经后扩张优化支架与血管壁贴合，从而保持血管管腔的开放和血流畅通，为了更好地对冠脉支架的植入过程进行模拟，获取球囊的物理参数、冠脉支架的物理参数；通过球囊的几何模型、球囊的物理参数和所述冠脉支架的物理参数，利用至少一个虚拟刚体结构将球囊进行压缩和卷曲，以达到所述球囊折叠至导管上的状态；其中，图9为本发明实施例中球囊压缩过程示意图，利用至少一个虚拟刚体结构901、902和903将球囊904进行压缩，图10为本发明实施例中球囊卷曲过程示意图，其中，伴随着至少一个虚拟刚体结构901、902和903的压缩，球囊904产生卷曲，此时，通过刚体结构的旋转以及刚体与壳单元的接触模型，实现球囊压缩和卷曲过程的仿真，同时在球囊内侧表面施加负压以保持其压缩状态。
104.之后，通过至少一个虚拟刚体结构的转动，将冠脉支架套接在所述球囊的外侧表面。其中，图11为本发明实施例中模拟球囊压缩到导管上的状态示意图，由于真实的球囊折叠中球囊内侧接近真空状态，所以本技术的植入模拟方法中球囊内侧可以是固定值，或者也可以取接近真空状态的压力范围，如-0.08mpa～-1mpa之间，优选在球囊内侧表面模拟施加负压(-0.1mpa)以保持球囊的持续压缩状态。图12为本发明实施例中模拟冠脉支架套接在球囊上的状态示意图，通过图9所示的三个虚拟刚体901、902和903结构的转动，将冠脉支架套接在球囊的外侧表面，此时，球囊904的内侧处于负压状态，最终将携带冠脉支架的球囊904植入冠状动脉中。
105.图13为本发明实施例中模拟冠脉支架植入效果意图，其中，当冠脉支架套接在球囊的外侧表面时，通过模拟粒子，在球囊的内侧表面施加正压力，可以以达到球囊逐渐膨胀的效果；当冠脉支架到达形变阈值时，获取冠脉支架与所述冠脉血管接触面积，并调整球囊的内侧表面的压力值，以达到冠脉支架和冠脉血管的收缩效果；根据冠脉支架与所述冠脉血管接触面积，对冠脉支架的类型进行调整。图14为球囊内侧表明的压力变化示意图，逐渐给球囊内侧表面施加正压力(从负压0.1mpa到正压1.5mpa)使球囊膨胀，从而将冠脉支架撑开，实现了球囊与支架，支架与血管壁以及斑块间的接触，同时如图14所示，可以通过逐渐降低球囊内侧压力，实现冠脉支架与冠脉血管壁的回弹模拟，其中，0～1s为球囊折叠卷曲以及支架压握过程，球囊充气从1s时刻开始到2.5s结束，2.5s～3s为球囊放气支架回弹过程，利用图14所示的压力变化，可以对选用的冠脉支架是否合适进行检测，这个过程利用冠脉支架与冠脉血管接触面积的大小(也可以是与病变位置的接触长度)来判定为病人选用的冠脉支架是否合理，以冠状动脉血流储备分数(ffr fractionalflow reserve)为标准，预测ffr数值小于0.80的ivus最小管腔面积临界值为4.8mm2(预测准确性为86％)，斑块负荷临界值是72％(预测准确性为76％)；预测ffr数值小于0.75的ivus最小管腔面积临界值为4.1mm2(预测准确性87％)，斑块负荷临界值是76％(预测准确性为80％)。
106.步骤304：冠脉支架植入模拟装置获取冠脉支架的第二几何模型。
107.步骤305：冠脉支架植入模拟装置基于第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子。
108.步骤306：冠脉支架植入模拟装置利用模拟粒子，获取冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、冠脉血管的形变参数和应力参数、斑块的形变参数和应力参数。
109.步骤307：冠脉支架植入模拟装置根据血流边界条件，通过流体粒子，利用支架形变参数和应力参数、冠脉血管的形变参数和应力参数以及斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型。
110.其中，由于冠脉支架植入冠状动脉之后，后发生形变，同时冠状动脉的血管(简称冠脉血管)也由于支架的植入会产生弹性形变，同样，血管中的斑块也会产生形变，伴随着冠脉支架的植入，冠脉血管中的血液流速也受到影响，因此，需要建立流固耦合模型来模拟冠脉支架的植入对冠状动脉的影响。这一过程中可以将冠脉支架的内腔几何模型两端的截面沿指向内侧的法向方向偏置第一距离(其中，第一距离优选为4倍的模拟粒子间距(即粒子分辨率))，通过几何模型将包含在球囊的流体区域标记为边界区域。通过给定血流边界条件，并基于支架回弹后的支架、血管壁和斑块的形变和应力状态，以及新建立的流体区域可以进行流固耦合仿真，建立流固耦合模型。图15为入口边界为压力边界条件示意图，其中可以设定一个脉动周期内的动态压力值，即在0.9秒的脉动周期内，动态压力值由85毫米汞柱升高至125毫米汞柱，并回落至90毫米汞柱。
111.步骤308：冠脉支架植入模拟装置通过流固耦合模型对冠脉支架的植入过程进行调整，以达到冠脉支架的最佳植入方式的效果。
112.在本发明的一些实施例中，通过所述流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，可以通过以下方式实现：
113.通过利用不同规格的冠脉支架选择相应的植入位置时，可以通过流固耦合模型计算冠脉血管中的冠状动脉血流储备分数；当冠状动脉血流储备分数大于等于冠状动脉血流
储备分数阈值时，确定冠脉支架的规格、冠脉支架的植入位置以及球囊的充气气压。其中，由于血流储备分数(ffr)指在冠状动脉存在狭窄病变的情况下，该血管所供心肌区域能获得的最大血流与同一区域理论上正常情况下所能获得的最大血流之比，即心肌最大充血状态下的狭窄远端冠状动脉内平均压(pd)与冠状动脉口部主动脉平均压(pa)的比值，因此，冠状动脉血流储备分数阈值可选值为0.80，正常冠状动脉血管无论粗细，近端与远端的压力应该是相等的，pd/pa＝1，即ffr的理论正常值为1。若所测ffr＜0.75的病变均可诱发心肌缺血，而ffr＞0.80病变不会诱发心肌缺血，因此，当冠状动脉血流储备分数大于等于冠状动脉血流储备分数阈值0.80时，说明所模拟的植入的支架适合的，确定冠脉支架的规格、冠脉支架的植入位置以及球囊的充气气压，可以辅助医生开展冠脉支架的植入。
114.在本发明的一些实施例中，当使用同一个冠脉支架进行植入位置选择时，可以通过流固耦合模型计算不同植入位置对应的冠状动脉血流储备分数；确定冠状动脉血流储备分数最大值对应的冠脉支架的植入位置以及球囊的充气气压。由于ffr＞0.80病变不会诱发心肌缺血，因此，当冠状动脉血流储备分数最大值时此时最佳的植入位置，说明所模拟的植入的支架适合的，此时确定冠脉支架的植入位置以及球囊的充气气压，可以辅助医生开展冠脉支架的植入。
115.为了更好地说明本技术所提供的冠脉支架植入模拟方法，下面以药物洗脱支架(des drug-elutingstent)的植入模拟为例，说明冠脉支架植入模拟方法工作过程，其中，药物洗脱支架(des)是利用裸金属支架平台携带(载)抗血管内膜增生的药物，在血管局部洗脱释放，有效抑制支架内膜增生，以预防支架内再狭窄的支架。药物洗脱支架的有效应用可极大减少再狭窄和再次介入手术的发生率。des多采用钴-铬或铂-铬合金平台，支架梁更薄，柔顺性和输送性更佳；抗增殖药物通常采用脂溶性更好的佐他莫司、依维莫司或其他雷帕霉素衍生物，且聚合物涂层的生物相容性更好。图16为本发明实施例中药物洗脱支架植入冠状动脉的过程示意图，具体包括以下步骤：
116.步骤1601：获取支架厂商提供的几何模型或进行micro ct扫描得到几何模型。
117.步骤1602：利用多模影响融合技术获得斑块的掩膜图像和冠脉血管图像。
118.步骤1603：生成模拟粒子。
119.步骤1604：识别几何模型的边界粒子。
120.步骤1605：得到几何模型的物性参数。
121.其中，物性参数包括球囊、冠脉支架、斑块和冠脉血管的分别对应的杨氏模量、泊松比参数和屈服应力参数。
122.步骤1606：模拟球囊的折叠和卷曲过程。
123.步骤1607：模拟冠脉支架压握过程，实现冠脉支架套接在球囊的外侧表面。
124.步骤1608：模拟球囊膨胀，冠脉支架扩张过程。
125.步骤1609：调整压力值，模拟球囊收缩，冠脉支架回弹过程。
126.步骤1610：提取冠脉血管内腔模型，生成流体粒子。
127.步骤1611：确定边界区域，设定边界条件。
128.步骤1612：建立流固耦合模型，进行植入模拟。
129.图17为药物洗脱支架的植入效果示意图，其中，冠状动脉中有植入位置1和植入位置2，支架的规格包括：规格1和规格2。当使用同一个冠脉支架进行植入位置选择时，可以通
过流固耦合模型计算不同植入位置对应的冠状动脉血流储备分数；确定冠状动脉血流储备分数最大值对应的冠脉支架的植入位置以及球囊的充气气压。同时，通当利用不同规格的冠脉支架选择相应的植入位置时，可以过流固耦合模型计算冠脉血管中的冠状动脉血流储备分数；当冠状动脉血流储备分数大于等于冠状动脉血流储备分数阈值时，确定冠脉支架的规格、冠脉支架的植入位置以及球囊的充气气压。由此，医生可以减少依靠经验选择支架的类型和植入位置，获得更好的支架植入效果。
130.有益技术效果：
131.本发明通过采集球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型；获取冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像；对球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型斑块的掩膜图像和冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子；获取冠脉支架的第二几何模型；基于第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子；利用模拟粒子，获取冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、冠脉血管的形变参数和应力参数、斑块的形变参数和应力参数；根据血流边界条件，通过流体粒子，利用支架形变参数和应力参数、冠脉血管的形变参数和应力参数以及斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型；通过流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，以达到冠脉支架的最佳植入方式的效果。由此，能够自动化地对冠脉支架的植入过程进行模拟，通过流固耦合模型对冠脉支架的植入过程进行调整，以便更准确判断所需支架的尺寸、释放位置和球囊压力，以及在冠状动脉的不同位置植入支架之后的效果，达到通过最佳植入方式植入冠状动脉支架的效果，从而保证冠脉支架植入过程的准确，减少冠脉支架的脱落、断裂以及血管的再狭窄的发生概率。
132.以上所述，仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种冠脉支架植入模拟方法，其特征在于，所述方法包括：采集球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型；获取冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像；对所述球囊的几何模型、所述冠脉支架的第一几何模型、所述斑块的掩膜图像和所述冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子；获取所述冠脉支架的第二几何模型；基于所述第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子；利用所述模拟粒子，获取所述冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数、所述斑块的形变参数和应力参数；根据血流边界条件，通过所述流体粒子，利用所述支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数以及所述斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型；通过所述流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，以达到所述冠脉支架的最佳植入方式的效果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述球囊的几何模型、所述冠脉支架的第一几何模型所述斑块的掩膜图像和所述冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子，包括：确定所述球囊的几何模型每一个面的法向；将所述球囊的几何模型沿每一个面的法向方向构建偏置，获得所述第一几何模型的法向几何模型；通过所述法向几何模型，将包含在所述第一几何模型里的粒子标记为模拟粒子，以达到通过所述模拟粒子在所述球囊的表面施加载荷的效果。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述球囊的物理参数、冠脉支架的物理参数；通过所述球囊的几何模型、所述球囊的物理参数和所述冠脉支架的物理参数，利用至少一个虚拟刚体结构将所述球囊进行压缩和卷曲，以达到所述球囊折叠至导管上的状态；当所述球囊通过卷曲达到折叠状态时，将所述冠脉支架套接在所述球囊的外侧表面。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：利用至少一个虚拟刚体结构将所述球囊进行压缩和卷曲时，在所述球囊的内侧表面施加负压，以达到以保持所述球囊处于压缩状态。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述冠脉支架套接在所述球囊的外侧表面时，通过所述模拟粒子，在所述球囊的内侧表面施加正压力，以达到所述球囊逐渐膨胀的效果；当所述冠脉支架到达形变阈值时，获取所述冠脉支架与所述冠脉血管接触面积，并调整所述球囊的内侧表面的压力值，以达到所述冠脉支架和所述冠脉血管的收缩效果；根据所述冠脉支架与所述冠脉血管接触面积，对所述冠脉支架的类型进行调整。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，包括：通过所述流固耦合模型计算所述冠脉血管中的冠状动脉血流储备分数；当所述冠状动脉血流储备分数大于等于冠状动脉血流储备分数阈值时，确定所述冠脉
支架的规格、冠脉支架的植入位置以及所述球囊的充气气压；或者通过所述流固耦合模型计算不同植入位置对应的冠状动脉血流储备分数；确定冠状动脉血流储备分数最大值对应的所述冠脉支架的植入位置以及所述球囊的充气气压。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当冠脉支架的数量大于等于两个时，获取每一个冠脉支架的植入方式；将每一个冠脉支架的植入方式，和所述冠脉支架的标识信息保存在云网络中，以达到通过云网络查询冠脉支架植入方式的效果。8.一种冠状动脉支架植入模拟装置，其特征在于，所述装置包括：信号传输模块，用于采集球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型；所述信号传输模块，用于获取冠脉中斑块的掩膜图像和冠脉血管图像；信号处理模块，用于对所述球囊的几何模型、所述冠脉支架的第一几何模型所述斑块的掩膜图像和所述冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子；所述信号处理模块，用于获取所述冠脉支架的第二几何模型；所述信号处理模块，用于基于所述第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子；所述信号处理模块，用于利用所述模拟粒子，获取所述冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数、所述斑块的形变参数和应力参数；所述信号处理模块，用于根据血流边界条件，通过所述流体粒子，利用所述支架形变参数和应力参数、所述冠脉血管的形变参数和应力参数以及所述斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型；所述信号处理模块，用于通过所述流固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，以达到所述冠脉支架的最佳植入方式的效果。9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器，用于存储可执行指令；处理器，用于运行所述存储器存储的可执行指令时，实现权利要求1至7任一项所述冠状动脉支架植入模拟方法。10.一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，其特征在于，所述可执行指令被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述冠状动脉支架植入模拟方法。

技术总结

本发明提供了一种冠状动脉支架植入模拟方法、装置以及存储介质，方法包括：对球囊的几何模型、冠脉支架的第一几何模型斑块的掩膜图像和冠脉血管图像进行粒子化处理，得到模拟粒子；获取冠脉支架的第二几何模型；基于第二几何模型，计算冠脉血管中的流体粒子；利用模拟粒子，获取冠脉支架植入后的支架形变参数和应力参数、冠脉血管的形变参数和应力参数、斑块的形变参数和应力参数；根据血流边界条件，通过流体粒子，利用支架形变参数和应力参数、冠脉血管的形变参数和应力参数以及斑块的形变参数和应力参数，建立流固耦合模型；通过固耦合模型对所述冠脉支架的植入过程进行调整，由此可以达到获取冠脉支架的最佳植入方式的效果。果。果。