基本信息
- 项目名称：
- 基于血流动力学的临床辅助诊疗技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目利用数字化三维重建技术，通过对临床患者胸腔原始CT或MRI扫描数据进行个性化三维图像重建，实现人体胸主动脉夹层动脉瘤诊断的数字化三维可视。进一步地，运用血流动力学的基本原理和数学有限元模型，进行三维血流动力学的计算机数值模拟，获取了在一个心动周期内，胸主动脉内的血液流场、壁面压力和截面速度分布等数据，并在此基础上分析研究血流压强、速度与心血管疾病形成之间的联系。
- 详细介绍：
- 本项目采用结合数学、医学、工程学的跨学科交叉研究方式。首先通过对临床采集到的患者胸腔原始CT或MRI扫描数据利用图像处理软件进行个性化三维图像重建，分离并重构了胸主动脉内腔真实的三维模型，得到患者病变胸主动脉的三维立体图像。通过3D模型的建立，可以方便地从任意视角观察胸主动脉病变情况，由此可更加全面、清晰地了解病变的整体及细节，实现人体胸主动脉夹层动脉瘤诊断的数字化三维可视。 进一步地，运用血流动力学的基本原理和数学有限元模型，进行三维血流动力学的计算机数值模拟，获取了在一个心动周期内，胸主动脉内的血液流场、壁面压力和截面速度分布等数据，并在此基础上分析研究血流压强、速度与心血管疾病形成之间的联系。 本项目希望通过基于血流动力学的辅助诊疗技术模拟人体心血管系统的真实血流情况，利用计算机数值模拟获得的数据，在为临床诊断提供有效定量分析依据的同时，根据患者的病情状况，在一定程度上，揭示并初步预测心血管疾病发生和发展的过程，使医生在对患有血管疾病的患者进行临床诊断及治疗时获得病人患病位置处血流的实时三维影像及血流速度与压力等数值，进而辅助医生使其对患者的病情予以的准确诊断和正确治疗，从而提高现有的临床诊治的水平。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 心血管中的血流动力学的数值模拟和研究对于了解、预防和治疗心血管疾病，有重要理论价值和现实意义。该作品主要通过从临床采集病例通过医学软件将数据生成三维模型，并将三维模型导入到有限元分析软件中进行各项流体力学的数值分析，从而得出对病例的患病几率及患病易发部位的预测，对于已患病的病例，该项目的研究结果可运用于临床，辅助医生使其对患者的病情予以的准确诊断和正确治疗。
科学性、先进性及独特之处
- 该作品通过计算机合成及模拟技术模拟人体心血管系统的真实血流情况，并将其应用于临床辅助诊断与治疗患病者体现了良好的科学性和先进性，并且通过对个体样本的心血管模型实时合成与分析技术体现了个性化诊疗以及实时诊疗的独特之处。
应用价值和现实意义
- 通过基于血流动力学的辅助诊疗技术模拟人体心血管系统的真实血流情况，利用计算机数值模拟获得的数据，在为临床诊断提供有效定量分析依据的同时，根据患者的病情状况，在一定程度上，揭示并初步预测心血管疾病发生和发展的过程，使医生在对患有血管疾病的患者进行临床诊断及治疗时获得病人患病位置处血流的实时三维影像及血流与压力等数值，进而辅助医生使其对患者的病情予以的准确诊断和正确治疗，从而提高现有的临床诊治的水平。
学术论文摘要
- 心血管疾病对人体健康有巨大威胁，近年来因心血管疾病导致死亡的病例呈不断上升趋势。数据显示，目前，每15秒就有一位中国人被心脑血管疾病夺去生命。 目前心血管疾病主要的临床诊疗手段是通过CT、MRI数据直接进行图像重建，但只局限于三维图像，不能分析患者患病部位的血流特征。而我们基于血流动力学的研究恰恰能弥补这一空白。 首先，通过临床上采集到人胸CT扫描数据运用专业图像处理软件分离并重建人体胸主动脉弓的三维仿真模型。其次，运用计算流体力学的基本原理和血流动力学的相关知识对人体胸主动脉中的脉冲血流进行三维数值模拟和研究，计算出人体胸主动脉内血液流动在心动周期内不同时刻的血液流场、壁面压力、速度分布。最后通过验证血流速度和压力变化剧烈区域与临床主动脉夹层易发区域相吻合，说明血流速度和压力对胸主动脉夹层病例的发生和发展有影响。 通过以上基于血流动力学的有限元分析验证胸主动脉夹层病例易发区域的研究，将这一研究方法运用于临床，可使得医生在对患有血管疾病的患者进行临床诊断及治疗时获得病人患病位置处血流的实时三维影像及血流与压力等数值，进而辅助医生使其对患者的病情予以的准确诊断和正确治疗。
获奖情况
- 1.论文《胸主动脉血流动力学的有限元模拟》被第二届全国大学生创新论坛录用，并作大会交流发言。 2.《Three-dimensional Reconstruction and Numerical Simulation of Blood Flow in Human Thoracic Aortic》被iCBBE录用，并被EI检索 3.《人胸主动脉血液流动的三维数值模拟》[J].第二军医大学学报.2010年31卷5期 4.《胸主动脉血管中脉动血流的数值模拟》[J].同济大学学报(医学版) 2010年31卷4期 5.《脉冲血流对胸主动脉夹层形成的影响》[J].生物医学工程学杂志,2010年27卷3期
鉴定结果
- 无
参考文献
- 无
同类课题研究水平概述
- 我们目前的研究可以实现人体主动脉疾病个体化、实时化、数字化的三维可视化诊断。本项目采用三维重建软件，与目前临床上采用的CT设备的三维重建技术（该技术须在专业的工作站上运行，然后由影像工作者选取不同角度的二维图像提供给临床医生）相比，具有对计算机硬件要求低、能直接输出三维视图等优势，从而可以为医生、病人及病人家属更直观的反映真实病变情况，有助于病人及其家属加深病情的了解和医生做出更准确的诊断。 基于本项目的数值模拟研究，与临床研究情况加以比对，我们可以分析研究血流压强、速度与主动脉夹层、胸主动脉瘤等心血管疾病形成之间的联系，初步为临床上个性化预测人体主动脉夹层瘤的发生和发展过程提供理论依据。
