血管血流模擬的系統(tǒng)、其方法及計算機(jī)軟件程序的制作方法
【專利摘要】該系統(tǒng)是一種向受驗者的對象血管部位的三維形狀數(shù)據(jù)賦予與血流有關(guān)的邊界條件，對所述對象血管部位的內(nèi)腔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過運算而求出各網(wǎng)格位置的血流的狀態(tài)量的血流解析系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有標(biāo)記部，其由計算機(jī)讀入所述對象血管部位的內(nèi)腔的三維形狀數(shù)據(jù)，對于所述對象血管部位所包含的多個血管要素，基于各血管要素的截面積的大小而進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)基于所述截面積的大小的標(biāo)記，從而針對每個血管要素使得網(wǎng)格劃分詳細(xì)度變動，執(zhí)行所述狀態(tài)量的運算。
【專利說明】血管血流模擬的系統(tǒng)、其方法及計算機(jī)軟件程序
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及血管血流模擬的系統(tǒng)、方法及計算機(jī)軟件程序。
【背景技術(shù)】
[0002]循環(huán)器官系統(tǒng)疾病包括血管的瘤化、硬化、狹窄。這些疾病是由于血流的影響而使得正常部位發(fā)生病變，也有不少由于之后的發(fā)展而導(dǎo)致死亡，但其治療因伴隨生命危險而非常困難。為了弄清楚這種難治性循環(huán)器官系統(tǒng)疾病，在基于病理切片的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)方法的基礎(chǔ)上運用流體解析或構(gòu)造解析的工程技術(shù)是有益的。[0003]例如，腦動脈瘤是腦動脈管壁的一部分以囊狀向外凸出的血管問題，在對腦部進(jìn)行影像診斷時，在未破裂狀態(tài)下偶然被發(fā)現(xiàn)的案例不斷增加。所謂腦動脈瘤，是指由于動脈壁的脆弱性等而引起腦動脈的血管壁變?yōu)榱鰻?，因缺少中膜而容易破裂，大多?shù)腦動脈瘤由于位于蛛網(wǎng)膜下腔，因此是蛛網(wǎng)膜下出血的主要原因。因此，對于破裂可能性高的腦動脈瘤，需要進(jìn)行支架治療等適當(dāng)?shù)念A(yù)防治療。
[0004]但是，對于腦動脈瘤破裂的可能性，在尺寸小于或等于IOmm時，一年之內(nèi)破裂的可能性小于1%，如果考慮預(yù)防治療引起并發(fā)癥的風(fēng)險，盲目治療是不當(dāng)?shù)?，要求恰?dāng)判別導(dǎo)致破裂可能性高的腦動脈瘤，僅將這種腦動脈瘤作為治療對象。因此，一直以來，都在研究使用腫瘤尺寸、形狀、家族病史、血壓、吸煙歷史等作為破裂風(fēng)險指標(biāo)的腦動脈瘤判別方法。但是，上述指標(biāo)均不是決定性的，要求開發(fā)高效的判別方法。
[0005]在這里,在日本特開2010 — 207531號公報中，公開了一種基于作用在動脈瘤內(nèi)壁上的流體粘性力，即流體剪切應(yīng)力的大小而判定動脈瘤破裂風(fēng)險的MRI裝置。但是，關(guān)于腫瘤壁面剪切應(yīng)力的大小和腫瘤生長的關(guān)聯(lián)性，同時存在判別結(jié)果相反的各種意見。第I種意見是High WSS說:如果壁面剪切應(yīng)力超過閾值，則內(nèi)皮細(xì)胞出現(xiàn)問題，由于游走細(xì)胞浸潤，因此，腫瘤壁面的力學(xué)強(qiáng)度降低，腫瘤會生長(WSS:壁面剪切應(yīng)力)。另一方面，第2種意見是Low WSS說:如果壁面剪切應(yīng)力低于閾值，則由于血小板和白血球附著在內(nèi)皮細(xì)胞上，因此使內(nèi)皮功能降低，腫瘤壁面的力學(xué)強(qiáng)度降低。上述兩種意見是對立的，因此意味著壁面剪切應(yīng)力的大小并不是確定腫瘤生長及破壞的直接指標(biāo)。
[0006]另外，還進(jìn)行了根據(jù)壁面剪切應(yīng)力的大小而判定破裂風(fēng)險的其它嘗試，例如，通過基于由MRI或CT得到的醫(yī)學(xué)影像而對血流進(jìn)行實驗解析和計算解析，從而提取壁面剪切應(yīng)力。但是，如前所述，壁面剪切應(yīng)力的大小與破裂風(fēng)險的關(guān)聯(lián)性并不明確，而且，上述使用醫(yī)學(xué)影像的方法，是僅基于血管內(nèi)腔形狀的方法論，并沒有對流動本身作出解釋。其理由在于，無法根據(jù)醫(yī)學(xué)影像而掌握腫瘤壁上具有局部性的、細(xì)胞狀態(tài)等病理信息和腫瘤厚度信息等，壁面剪切應(yīng)力本身在腫瘤壁上的大小分布也具有局部性。
[0007]本發(fā)明就是鑒于上述狀況而提出的，其目的在于提供一種能夠根據(jù)對象血管部位的血流狀態(tài)，針對該對象血管部位未來有無可能發(fā)生病變而進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑\斷及治療效果預(yù)測的方法、系統(tǒng)及程序。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的第一主要觀點，提供一種系統(tǒng)，其為向受驗者的對象血管部位的三維形狀數(shù)據(jù)賦予與血流有關(guān)的邊界條件，對所述對象血管部位的內(nèi)腔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過運算而求出各網(wǎng)格位置的血流的狀態(tài)量的血流解析系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征在于，具有標(biāo)記部，其由計算機(jī)讀入所述對象血管部位的內(nèi)腔的三維形狀數(shù)據(jù)，對于所述對象血管部位所包含的多個血管要素，基于各血管要素的截面積的大小而進(jìn)行標(biāo)記，該系統(tǒng)根據(jù)基于所述截面積的大小的標(biāo)記，從而針對每個血管要素使得網(wǎng)格劃分詳細(xì)度變動，執(zhí)行所述狀態(tài)量的運算。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述標(biāo)記部具有存儲部，該存儲部由計算機(jī)使特定對象血管部位所包含的主要血管要素的名稱及其它血管要素的名稱，與該特定對象血管部位相關(guān)聯(lián)而進(jìn)行存儲，該標(biāo)記部由計算機(jī)在多個截面處對特定對象血管部位所包含的各血管要素的截面積進(jìn)行測定，將其面積的中央值最大的血管確定為主要血管，并且，基于該主要血管的判別而確定所述其它血管要素，標(biāo)記上述主要血管要素及其它血管要素的名稱，并與所述三維形狀數(shù)據(jù)一起輸出。
[0010]在該情況下，優(yōu)選所述網(wǎng)格詳細(xì)度由所述截面形狀的面積中央值的大小決定，從詳細(xì)度的粗到細(xì)，以多個級別決定。
[0011]根據(jù)另一實施方式，該系統(tǒng)還具有運算條件存儲部，其由計算機(jī)存儲運算條件值的多個組，其中，該運算條件值的組中包含有用于運算在所述三維形狀數(shù)據(jù)內(nèi)流通的血流的狀態(tài)量的邊界條件，每一組所述運算條件值對應(yīng)于用戶要求的計算速度而包含有I個或者大于或等于I個的不同的運算條件值，該系統(tǒng)由計算機(jī)向所述用戶提示進(jìn)行計算速度選擇，對應(yīng)于所選擇的計算速度，讀取與該計算速度相關(guān)聯(lián)的運算條件值的組，基于在該組中包含的運算條件值，執(zhí)行上述血流的狀態(tài)量的運算，并輸出運算結(jié)果。
[0012]在該情況下，優(yōu)選所述運算條件值的多個組中的至少I個組，包含有與用戶重視計算速度的情況相對應(yīng)而將血流假定為定常流的情況下的運算條件值，至少I個另外的組包含有與相對于計算速度，用戶更重視計算精度的情況相對應(yīng)而將血流假定為脈動流的情況下的運算條件值。
[0013]另外，在該情況下，優(yōu)選所述至少I個另外的組還包含有，考慮在脈動流的脈動周期內(nèi)流動從層流變?yōu)橥牧鞯那闆r的運算條件值。
[0014]另外，優(yōu)選該系統(tǒng)具有在用戶重視計算速度的情況下進(jìn)行運算的第I處理器、和與計算速度相比用戶更重視計算精度的情況下進(jìn)行運算的第2處理器，還具有判斷部，該判斷部按照用戶的選擇而判斷使用哪個處理器。在該情況下，優(yōu)選所述第2處理器進(jìn)行使用多個高速運算器的并行解析。此外，優(yōu)選所述第2處理器設(shè)置在可經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)連接的另外的場所，所述判斷部在判斷為使用所述第2處理器的情況下，將計算所需的條件的一部分或全部經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至所述第2處理器，并接收運算結(jié)果。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，該系統(tǒng)還具有手術(shù)模擬部，其通過模擬而生成手術(shù)后的對象血管部位的三維形狀數(shù)據(jù)，該手術(shù)模擬部具有:治療方法接受部，其由計算機(jī)將由所述三維形狀提取部所生成的所述三維形狀數(shù)據(jù)以3維顯示在顯示器上，接受該顯示器上的病變部的指定及針對該病變部的外科治療方法的選擇；修正方法存儲部，其由計算機(jī)預(yù)先存儲可選擇的治療方法和與治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法；以及修正完成三維形狀輸出部，其由計算機(jī)基于所述治療方法的選擇而讀取存儲在所述修正方法存儲部中的修正方法，以該修正方法對所述指定涉及的病變部的三維形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，輸出修正后的三維形狀數(shù)據(jù)。
[0016]在該情況下，優(yōu)選所述可選擇的治療方法包括螺圈栓塞術(shù)，與該螺圈栓塞術(shù)對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有在上述三維形狀數(shù)據(jù)化后的所述對象血管部位的內(nèi)腔的作為加權(quán)系數(shù)而賦予給的單元，模擬以螺圈閉塞上述血管的內(nèi)腔的一部分的狀態(tài)。此外，優(yōu)選具有以所述多孔質(zhì)構(gòu)造體的開口率而使螺圈填充率變動的單元。
[0017]另外，在另一例子中，優(yōu)選所述可選擇的治療方法包括夾閉法，與該治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有將構(gòu)成血管內(nèi)腔的一部分(構(gòu)成腫瘤等的部分)的表面的I個或多個多邊形切除的手段、和由另外的I個或多個多邊形對切除的表面進(jìn)行再生的手段，模擬使所述血管內(nèi)腔的一部分完全閉鎖的情況。
[0018]此外，優(yōu)選所述可選擇的治療方法包括支架置入術(shù)，與該治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有通過使多邊形移動或變形而對血管內(nèi)腔的一部分表面的凹凸進(jìn)行修正的手段，模擬通過所述支架而對血管內(nèi)的血液流動進(jìn)行控制的情況。
[0019]另外,優(yōu)選所述可選擇的治療方法包括血流導(dǎo)向支架(Flow-diverting stent)置入術(shù)，與該治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有針對上述三維形狀數(shù)據(jù)化后的所述對象血管部位的內(nèi)腔的一部分而定義格子狀物體的手段，模擬通過血流導(dǎo)向支架而限制血流的情況。在該情況下，優(yōu)選該系統(tǒng)具有以所述多孔質(zhì)構(gòu)造體的開口率而使血流導(dǎo)向支架的格子密度變動的手段。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，該系統(tǒng)還具有對三維形狀進(jìn)行修正的形狀修正部，該形狀修正部具有:修正部位指定部，其由計算機(jī)將所述血管形狀提取部所生成的所述三維形狀數(shù)據(jù)圖形顯示在顯示器上，在該顯示器上接受對三維形狀數(shù)據(jù)顯示的凹凸進(jìn)行修正的部位的至少I個多邊形的指定；多邊形移動部，其由計算機(jī)將上述多邊形的重心位置設(shè)為起點，使上述多邊形在沿著面法線方向的血管外側(cè)或內(nèi)側(cè)方向上移動或變形；以及平滑處理部，其由計算機(jī)對所述多邊形移動部使大于或等于I個的多邊形移動或變形后生成的銳角形狀進(jìn)行檢測，并進(jìn)行平滑化處理。
[0021]在該情況下，優(yōu)選還具有:血流性狀判別部，其由計算機(jī)根據(jù)通過所述運算求出的各網(wǎng)格位置的血流狀態(tài)量，求出所述對象血管部位的血管壁面的各位置處的壁面剪應(yīng)力矢量，求出特定壁面位置處的該壁面剪應(yīng)力矢量的方向和該特定壁面位置周圍的壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向之間的相對關(guān)系，根據(jù)壁面剪應(yīng)力矢量的形態(tài)，判別該壁面位置處的所述血流的性狀，并輸出其判別結(jié)果；以及顯示部，其由計算機(jī)使所述血流性狀判別部的判別結(jié)果與所述三維形狀模型重疊，進(jìn)行圖形顯示輸出。
[0022]此外，在該情況下，優(yōu)選所述血流性狀判別部由計算機(jī)判別所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向和其周圍壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向之間的相對關(guān)系是“平行”、“合流”、“旋轉(zhuǎn)”、“發(fā)散”中的哪一個，在“平行”的情況下判別為血流性狀是良性流動(非惡性流動)，在其它情況下判別為惡性流動(非良性流動)。
[0023]并且，優(yōu)選所述血流性狀判別部在所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向和其周圍壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向之間的相對關(guān)系為“發(fā)散”的情況下，判別為在該壁面位置處發(fā)生血管壁的薄弱化，輸出該位置，所述顯示部使可能發(fā)生所述薄弱化的位置與所述三維形狀模型重疊，進(jìn)行圖形顯示輸出。
[0024]另外，優(yōu)選所述血流性狀判別部根據(jù)所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量τ和該特定壁面位置周圍壁面位置處的多個壁面剪應(yīng)力矢量的相對角度關(guān)系，求出作為矢量場τ的標(biāo)量的旋度rot τ及散度div τ，將這些值作為雜亂度而與閾值相比較，從而判別是所述“平行”、“合流”、“旋轉(zhuǎn)”、“發(fā)散”中的哪一個，在所述雜亂度的旋度rot τ的值是規(guī)定閾值范圍外的負(fù)值或正值時判別為“旋轉(zhuǎn)”，在所述雜亂度的所述散度div τ的值是規(guī)定閾值范圍外的負(fù)值時判別為“合流”，在所述雜亂度的所述散度div τ的值是規(guī)定閾值范圍外的正值時判別為“發(fā)散”，在所述雜亂度的旋度rot τ的值及所述散度div τ的值這二者在規(guī)定閾值內(nèi)時判別為“平行”。在該情況下，優(yōu)選所述血流性狀判別部在運算時，將所述多個壁面剪應(yīng)力矢量處理為單位矢量，與所述旋度rot τ及散度div τ進(jìn)行比較的閾值為O。
[0025]另外，優(yōu)選所述血流性狀判別部，將該壁面位置處沿法線方向作用的壓力的指標(biāo)值作為加權(quán)系數(shù)而賦予給所述旋度rot τ及散度div τ的值，從而求出所述雜亂度的所述旋度rot τ及散度div τ的值。
[0026]另外，優(yōu)選所述血流性狀判別部使得求出所述雜亂度的所述旋度rot τ及散度div τ的值時所賦予的壓力的指標(biāo)值，為將該壁面位置處作用的壓力除以在對象血管部位的壁面上作用的平均壓力值而得到的值。
[0027]另外，優(yōu)選所述顯示部使所述雜亂度的所述旋度rot τ或/及所述散度div τ的值，在顯示器上與所述三維形狀模型重疊，進(jìn)行顯示輸出。
[0028]另外，根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，所述血流性狀判別部根據(jù)所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量τ和該特定壁面位置周圍壁面位置處的多個壁面剪應(yīng)力矢量的相對關(guān)系，求出矢量場τ的旋度rot τ及散度div τ，將這些值作為雜亂度而與閾值相比較，在閾值范圍內(nèi)的情況下判別為良性流動(非惡性流動)，在范圍外的情況下判別為惡性流動(非良性流動)。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第2個主要觀點，提供一種關(guān)于用于執(zhí)行上述本發(fā)明的系統(tǒng)的計算機(jī)軟件程序的發(fā)明。
[0030]根據(jù)本發(fā)明第3個主要觀點，提供一種關(guān)于用于執(zhí)行上述本發(fā)明的系統(tǒng)的方法的發(fā)明。
[0031]此外，上述沒有列舉的本發(fā)明的特征，本領(lǐng)域技術(shù)人員從以下說明的發(fā)明的實施方式及附圖中可知能夠?qū)嵤?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖2是血管形狀提取部的圖形用戶界面。
[0034]圖3是血管形狀提取部的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖4是說明從影像上提取血管形狀的圖。
[0036]圖5是說明將血管形狀細(xì)線化的圖。
[0037]圖6是說明包含主要血管在內(nèi)的血管名稱的標(biāo)記的圖。
[0038]圖7是用于說明提取血管形狀的端面處理的圖。
[0039]圖8是表示腦內(nèi)血管形狀整體的示意圖。[0040]圖9是手術(shù)模擬部的圖形用戶界面。
[0041]圖10是手術(shù)模擬部的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖11是表示基于第1手術(shù)模擬模式的模擬的圖。
[0043]圖12是表示基于第2手術(shù)模擬模式的模擬的圖。
[0044]圖13是表示基于第3手術(shù)模擬模式的模擬的圖。
[0045]圖14是表示基于第1手術(shù)模擬模式的形狀修正結(jié)果的例子的圖。
[0046]圖15是流體解析部的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0047]圖16是表示流體解析部的處理的流程圖。
[0048]圖17是流體解析部的圖形用戶界面。
[0049]圖18是說明網(wǎng)格詳詳細(xì)度的圖。
[0050]圖19是說明流體剪切應(yīng)力的示意圖。
[0051]圖20是說明流體剪切應(yīng)力的示意圖。
[0052]圖21是表示與壁面剪切應(yīng)力計算相關(guān)的全局坐標(biāo)系的圖。
[0053]圖22是表示與壁面剪切應(yīng)力計算相關(guān)的局部坐標(biāo)系的圖。
[0054]圖23是圖形表示使剪切應(yīng)力矢量與血管三維形狀疊加的圖。
[0055]圖24是圖形表示使剪切應(yīng)力矢量和壓力與血管三維形狀疊加的圖。
[0056]圖25是說明雜亂度計算的圖。
[0057]圖26是關(guān)于雜亂度解釋的說明圖。
[0058]圖27是表示基于雜亂度對應(yīng)圖的惡性/良性判別法的圖。
[0059]圖28是關(guān)于基于雜亂度(分布)的薄弱化判別的說明圖。
[0060]圖29是血流性狀判別部的圖形用戶界面。
[0061]圖30A至D是表示表現(xiàn)雜亂度在腫瘤壁薄弱化判別中的有效性的結(jié)果顯示例的圖。
[0062]圖31是表示本發(fā)明其它實施方式的手術(shù)操作評價系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0063]下面，基于附圖，對本發(fā)明的一個實施方式進(jìn)行具體說明。另外，在以下的說明中，作為診斷.治療效果判定對象的循環(huán)器官系統(tǒng)疾病，以腦動脈瘤的情況為例進(jìn)行說明。
[0064](基于惡性/良性血流圖案的血流性狀診斷裝置)
[0065]如前所述，本發(fā)明的第I技術(shù)方案是用于診斷腫瘤的性狀的診斷裝置。在本發(fā)明中，通過使由于血流而作用在腦動脈瘤內(nèi)的血管壁面上的剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)，與腫瘤的內(nèi)腔形狀、病理信息、血管厚度信息相關(guān)聯(lián)，從而分類為可能成為未來導(dǎo)致血管組織病變的發(fā)生或發(fā)展的一個主要原因的“惡性(非良性)血流圖案”、和不易成為該主要原因的“良性血流圖案”。并且，作為模擬的結(jié)果，判定所生成的剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)是屬于所述惡性血流圖案還是屬于良性血流圖案。如果判定為惡性血流圖案，則由于可能成為未來導(dǎo)致血管組織發(fā)生病變或發(fā)展的一個主要原因，因此需要討論是否進(jìn)行手術(shù)，如果判定為良性血流圖案，則判斷為不易成為上述主要原因，能夠避免由不必要的手術(shù)而帶來的風(fēng)險。
[0066](血管治療后的治療效果預(yù)測裝置)
[0067]另外，本發(fā)明的第2技術(shù)方案為，提供用于對判斷為例如具有惡性血流圖案的腦動脈瘤進(jìn)行外科治療后的治療效果進(jìn)行判定的裝置。
[0068]即， 基于所述惡性/良性血流圖案的血流性狀的判定方法，不僅是治療前的腦動脈瘤，還能夠用于預(yù)測對該腦動脈瘤進(jìn)行治療后的治療效果。
[0069]腦動脈瘤的外科治療方法包括，例如:1)夾閉術(shù)、2)螺圈栓塞術(shù)、3)支架置入術(shù)(Flow-diverting stent)。
[0070]所述夾閉術(shù)，是通過使用夾子將腫瘤頸部面閉塞，從而阻止腫瘤內(nèi)的流動，換言之，構(gòu)建沒有腦動脈瘤的新的血管形狀。所述螺圈栓塞術(shù)，是通過在腫瘤內(nèi)置入多個螺圈而使腫瘤內(nèi)部血栓化，將腫瘤閉塞。所述支架置入術(shù)，是通過在腫瘤頸部面置入由金屬等構(gòu)成的金屬網(wǎng)，使腫瘤內(nèi)的流速降低,從而使腫瘤內(nèi)部血栓化,將腫瘤閉塞。
[0071]上述治療方法具有阻止腫瘤內(nèi)的流動這一共通性，是通過人為地修正血管的內(nèi)腔形狀而重新構(gòu)建新的腫瘤頸部面，即，重新構(gòu)建新的血管形狀。與所述治療方法相關(guān)的并發(fā)癥，是由重新構(gòu)建的血管形狀隨時間變化而被修正所引起的。例如，在進(jìn)行螺圈栓塞術(shù)的病例中，腫瘤頸部面被流體力朝向腫瘤內(nèi)腔方向壓縮，使得腫瘤內(nèi)腔與主血管重新連通而進(jìn)行再次治療的情況不少。
[0072]在這種情況下，首先，通過使用計算機(jī)對3維模型化的血管形狀進(jìn)行修正，以計算機(jī)為基礎(chǔ)人為地生成新的腫瘤頸部面，從而在手術(shù)前以計算機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)建與實際進(jìn)行手術(shù)時相同的血管形狀。然后，通過模擬而使作用在該新的血管形狀的血管壁面上的壁面剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)可視化，同樣地對其應(yīng)用所述惡性/良性血流圖案的判別法，從而能夠?qū)κ中g(shù)治療效果進(jìn)行評價。即，通過應(yīng)用所述惡性/良性血流圖案的判別法，從而能夠預(yù)測通過在該部位植活內(nèi)皮細(xì)胞等用于構(gòu)成血管的細(xì)胞，血管組織在術(shù)后能否適當(dāng)再生而具有充分的力學(xué)強(qiáng)度的發(fā)展方向，從術(shù)后并發(fā)癥或死亡可能性的角度來說，有助于進(jìn)行治療效果的預(yù)測。
[0073](本實施方式所涉及的血流性狀診斷.治療效果預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu))
[0074]圖1是表示本實施方式所涉及的血流性狀判定、治療效果預(yù)測系統(tǒng)的概略模塊結(jié)構(gòu)圖。該血流性狀判定、治療效果預(yù)測系統(tǒng)對應(yīng)于上述第1、第2技術(shù)方案而具有以下2種功能。
[0075](I)從該腦動脈瘤是否可能未來導(dǎo)致血管組織病變的發(fā)生或發(fā)展的角度，自動判別受驗者對象血管部位的血流性狀是屬于未來發(fā)展至腦動脈瘤破裂的可能性小的良性血流，還是屬于可能發(fā)展至該破裂的惡性血流(非良性血流)。
[0076](2)在對該腦動脈瘤進(jìn)行外科治療時，通過在術(shù)前進(jìn)行治療模擬而掌握治療后的血流，從而自動判別是屬于未來出現(xiàn)并發(fā)癥或死亡風(fēng)險的可能性小的良性血流，還是可能發(fā)展至上述情況的惡性血流。
[0077]為了實現(xiàn)上述功能，該血流性狀診斷.治療效果預(yù)測系統(tǒng)如圖1所示，具有:攝像裝置1，其設(shè)置在醫(yī)生等用戶一側(cè)(醫(yī)院內(nèi))，拍攝受驗者的腦動脈瘤及該腦動脈瘤周圍的對象血管部位的影像；用戶終端2，其用于由醫(yī)生等用戶自身對該系統(tǒng)進(jìn)行操作；以及血流性狀診斷.治療效果服務(wù)器3，其經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)(院內(nèi)LAN、院外WAN或?qū)Ｓ镁€路)而與上述攝像裝置I及用戶終端2連接。
[0078]在這里，作為所述攝像裝置1，除了 CT裝置(計算機(jī)斷層掃描裝置)、MRI裝置(磁共振影像診斷裝置)、DSA裝置(數(shù)字減影血管造影法)等能夠獲取對象血管部位斷層影像的裝置以外，只要是能夠獲取下述對象血管部位影像數(shù)據(jù)即可，例如，通過超聲多普勒或近紅外成像而拍攝的影像等的裝置。
[0079]上述用戶終端2只要是由能夠執(zhí)行瀏覽器等顯示軟件的通常的個人計算機(jī)組成的工作站即可，其中，該瀏覽器能夠顯示用于與上述血流性狀診斷?治療效果服務(wù)器3進(jìn)行通信的圖形界面。
[0080]另一方面，作為所述血流性狀診斷.治療效果服務(wù)器3，使程序存儲部8連接在與輸入輸出接口 4、存儲器5及CPU6連接的總線7上，其中，該輸入輸出接口 4用于與所述通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。程序存儲部8具有:血管形狀提取部(i 一 Vessel) 10，其根據(jù)由所述攝像裝置I獲取的影像數(shù)據(jù)而生成對象血管部位內(nèi)腔的三維形狀數(shù)據(jù)；手術(shù)模擬部(1-Surgery) 11,其進(jìn)行基于三維形狀數(shù)據(jù)加工的手術(shù)模擬；流體解析部(i 一 CFD) 12,其通過運算而求出對象血管部位的血流狀態(tài)量；血流性狀判別部(1- Flow) 13，其使用該流體解析部12的運算結(jié)果，判別對象血管部位的血流是良性流動還是惡性流動；以及顯示部14，其生成由該系統(tǒng)生成的用戶圖形界面及在該用戶圖形界面上顯示的影像、解析結(jié)果、判別結(jié)果的顯示畫面。另外，在上述總線7上，連接有用于存儲模擬所需的各種設(shè)定信息的模擬設(shè)定DB15、和用于存儲該系統(tǒng)的模擬及解析結(jié)果的模擬結(jié)果DB16。
[0081]該服務(wù)器3的所述結(jié)構(gòu)要素(血管形狀提取部10、所述手術(shù)模擬部11、所述流體解析部12、及所述血流性狀判別部13)，實際上由存儲在硬盤的存儲區(qū)域中的計算機(jī)軟件構(gòu)成，通過由所述CPU6調(diào)出而在存儲器5中展開執(zhí)行，從而構(gòu)成本發(fā)明的各結(jié)構(gòu)要素，發(fā)揮作用。此外，該服務(wù)器3可以由I臺計算機(jī)構(gòu)成，也可以使各結(jié)構(gòu)要素分散而由多臺計算機(jī)構(gòu)成。
[0082]另外，在本例中，上述血流性狀診斷?治療效果服務(wù)器3經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)而與設(shè)置在醫(yī)院內(nèi)的用戶終端I連接，但也可以設(shè)置在醫(yī)院內(nèi)，或者設(shè)置在醫(yī)院外的高速運算處理中心9等處。在后者的情況下，優(yōu)選按照下述方式構(gòu)成，即，從設(shè)置在多個醫(yī)院的多個用戶終端2及攝像裝置I接收數(shù)據(jù)或指示，使用高速運算處理器以很短時間執(zhí)行高精度的流體解析，將解析結(jié)果反饋至各醫(yī)院內(nèi)的用戶終端，由醫(yī)生等用戶向患者等當(dāng)場顯示解析結(jié)果。
[0083]下面，參照實際的動作，對該血流性狀診斷.治療效果預(yù)測系統(tǒng)的功能進(jìn)行說明。
[0084](用戶圖形界面)
[0085]圖2表示由所述服務(wù)器3的顯示部14生成并顯示在所述用戶終端裝置2上的圖形用戶界面(⑶I) 17。其構(gòu)成為，能夠通過一個界面17，集中地對所述血管形狀提取部(1-Vessel) 10、所述手術(shù)模擬部(i 一 Surgery) 11、所述流體解析部(i 一 CFD) 12、所述血流性狀判別部(i — Flow) 13進(jìn)行操作。
[0086]例如，該圖2是從位于該畫面上部的菜單中選擇血管形狀提取部“1- Vessel”10的情況下的例子，其中，該血管形狀提取部“i 一 Vessel” 10在下述功能說明中進(jìn)行說明。同樣地，通過選擇i 一 Surgeryll、i 一 CFD12、i 一 Flowl3,從而能夠切換至與各功能對應(yīng)的界面(后述)。
[0087]此外，現(xiàn)有技術(shù)并不是這種綜合的系統(tǒng)，而只是以由各個界面組成的獨立系統(tǒng)構(gòu)成各要素。在這種情況下，I)在不得不跨過多個系統(tǒng)而對一個病例進(jìn)行解析時，用戶在至少幾個小時內(nèi)都無法離開作業(yè)現(xiàn)場；2)各個獨立系統(tǒng)以工程普遍的流程為對象，具有較高的自由度及通用性，但反之，對于醫(yī)療用途來說，由于作為解析條件所需的參數(shù)的數(shù)量和種類涉及多個方面，因此，其選擇依賴于使用者的知識、技能，從而預(yù)計會發(fā)生結(jié)果無法導(dǎo)入實際臨床或無法實現(xiàn)解析條件標(biāo)準(zhǔn)化的問題。
[0088]本實施方式的所述血流性狀診斷.治療效果預(yù)測系統(tǒng)，是在極度繁忙的臨床環(huán)境中，作為醫(yī)療行為的一部分而使用。因此，本課題在于，解決對于醫(yī)護(hù)人員在時間上的約束和使用者之間、設(shè)施之間的解析條件不一致。另外，必須充分考慮使用者即臨床醫(yī)生和放射科醫(yī)師是并不熟悉流體力學(xué)的非工程人員。根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)，由于能夠?qū)⑺鲅b置合并，在單一的界面17上集中地進(jìn)行自動控制處理，因此能夠消除上述顧慮。
[0089]另外，根據(jù)該系統(tǒng)，針對每種使用用途將運算條件組的最優(yōu)值默認(rèn)地作為“模塊”而保存，即使用戶沒有一一設(shè)定所述運算條件組，也能夠?qū)εc用戶需求相對應(yīng)的血流解析集中地進(jìn)行自動控制處理。
[0090](血管形狀提取裝置)[0091]圖3是表示所述血管形狀提取裝置的處理工序的框圖，圖4至圖9是其說明圖。
[0092]在步驟S1-1中，輸入由攝像裝置拍攝到的以DICOM形式等構(gòu)成的對象血管部位的拍攝影像數(shù)據(jù)。然后，在步驟S1- 2中，自動識別或手動指定影像的方向(影像的上、下、左、右各個方向)。圖2如前所述，表示該血管形狀提取部(i 一 Vessel)的用戶界面。用于確認(rèn)影像方向的界面，與在圖2中被分割為4份顯示的顯示部41至44中的左上顯示部41相當(dāng)。如顯示部42至43所示，在通過公知的容積再現(xiàn)法而使血管的三維形狀可視化時，與血管顯示方向相關(guān)的指定，例如能夠如下進(jìn)行，即，通過按下“前(A)” “后(P)”、“左(L)”、“右(R)”按鈕18使畫面旋轉(zhuǎn)，從而使影像的方向與“前(A)” “后(P)”、“左(L)”、“右(R)”各個方向?qū)R。
[0093]然后，在該畫面(圖2)中，例如以從單選按鈕24中選擇的方式進(jìn)行解剖部位指定(步驟SI — 3)。此處指定的解剖部位，在后面的工序中自動進(jìn)行血管標(biāo)記時使用。例如，在腦動脈瘤位于右中大腦動脈(MCA)的情況下,選擇“右前方循環(huán)(Anterior Circulation)”。同樣地，能夠選擇“左前方循環(huán)”、“前方循環(huán)”、“后方循環(huán)”。該解剖部位如圖3中標(biāo)號19所示，存儲在所述模擬設(shè)定DB15中。
[0094]在步驟SI — 4及以后，通過將閾值法、梯度法及區(qū)域擴(kuò)張法等(圖2畫面中所示的“Selection (對于通過閾值法(或梯度法)而提取的三維構(gòu)造物，通過由用戶在畫面上指定關(guān)注區(qū)域而確定包含對象血管在內(nèi)的區(qū)域’'“Connectivity (由用戶在關(guān)注區(qū)域內(nèi)指定對象血管，通過從中僅選取連續(xù)的立體像素而進(jìn)行對象血管提取)”、“EXtenSion (包含了閾值法(或梯度法)和立體像素連續(xù)性這二者的區(qū)域擴(kuò)張法，無論是否有必要，在血管提取的過程中都會追加已刪除的血管)”、“Rem0Val (用戶手動刪除不需要的血管)”)的各種運算進(jìn)行組合，從而構(gòu)建三維血管形狀(3維形狀數(shù)據(jù))。因此，首先在步驟S1- 4中進(jìn)行對象血管區(qū)域的提取。該提取例如使用閾值法或梯度法進(jìn)行。
[0095]圖4表示在使用閾值法的情況下的提取例。
[0096]在閾值法中，例如，使用亮度值的絕對值或被歸一化的相對值。在本實施方式中，通過由圖2畫面中的閾值設(shè)定部45選定滑動條式的直方圖閾值，從而一邊觀察右上的顯示部42的影像，一邊使閾值變化，提取血管壁特有的特征。另一方面，在梯度法中，例如，根據(jù)亮度值分布，通過運算處理而提取亮度值的梯度，從中提取血管壁特有的特征而使用。然后，通過按下圖2畫面中“Fix”按鈕46，從而使用與影像類型對應(yīng)的最佳閾值，對由該血管形狀提取部10得到的血管表面進(jìn)行噪聲去除(步驟S1- 5)，然后，通過多邊形分割而進(jìn)行3維形狀數(shù)據(jù)化，從而完成對象血管區(qū)域提取(步驟SI 一 6)。圖4是表示該工序所涉及的血管形狀提取的示意圖。上述閾值作為設(shè)定條件，被存儲在所述模擬設(shè)定DB15中(用標(biāo)號29表示)。
[0097]然后，通過由用戶在圖2的畫面中按下“Lesion”按鈕47，從而用戶使用鼠標(biāo)等在顯示器上手動指定病變部(步驟S1- 7)。然后，在步驟S1- 8中執(zhí)行血管的細(xì)線化，導(dǎo)出血管的中心線。該細(xì)線化工序通過由用戶在圖2的畫面中按下“Label”按鈕48而自動執(zhí)行。用于該細(xì)線化的算法，能夠使用多種公知方法。圖5是表示該細(xì)線化的圖。在獲取到中心線之后，在步驟SI — 9中，針對每條血管對中心線進(jìn)行要素分割。該要素分割如圖5所示，通過以血管的分支點A、B、C、D..?對各血管的中心線進(jìn)行分割而進(jìn)行。圖6將該分割部放大表示。將上述分支點A、B、C……之間的部分(V1、V2……)稱為血管要素。然后，在步驟S1- 10中，求出多個與各要素內(nèi)的中心線正交的截面(如圖6所示)，計算該截面的等效直徑，測量各要素的形狀25。
[0098]然后，在步驟S1- 11中，針對各要素自動標(biāo)記血管名稱。首先，將多個血管要素V1、V2、V3……中，在多個截面25處計算出的多個等效直徑的中央值(使用平均值，是為了在該血管有動脈瘤而直徑突然變大的情況下確保準(zhǔn)確性)最大的血管，確定為主要血管而進(jìn)行標(biāo)記。在本實施方式中，該標(biāo)記對應(yīng)于上述解剖部位的指定而自動進(jìn)行。即，在選擇左前方循環(huán)時，所述主要血管(等效直徑的中央值為最大的血管要素)被標(biāo)記為“左內(nèi)頸動脈”，在選擇后方循環(huán)時被標(biāo)記為“腦底動脈”。上述主要血管根據(jù)其在該解剖部位中具有最大等效直徑而確定。此外，也可以使用除了等效直徑以外的形狀參數(shù)及多個參數(shù)的組合。如圖3所示，在上述模擬設(shè)定DB9中，使解剖部位的信息19、主要血管的名稱20、及從該主要血管分支的血管的名稱21彼此關(guān)聯(lián)而進(jìn)行存儲，該血管形狀提取部10的標(biāo)記部35將這些信息設(shè)為“血管標(biāo)記模板”，通過參照而能夠自動地進(jìn)行標(biāo)記。
[0099]即，在步驟S1- 11中，在對主要血管進(jìn)行標(biāo)記之后，直至深部為止，對這些主要血管V2、V3……進(jìn)行追蹤，基于在上述DB9中存儲的信息，自動判別在每個分支處出現(xiàn)的血管名稱，并依次進(jìn)行標(biāo)記。在本實施方式中，該標(biāo)記以例如從上述主要血管開始數(shù)出5至10個下級血管要素為限度而進(jìn)行。如果如上所述基于各解剖部位信息19而確定主要血管的名稱20，則對于從該主要血管分支的其它血管來說，上述分支血管的標(biāo)記基于存儲在數(shù)據(jù)庫9中的作為模板的主要血管的名稱20和分支血管的名稱21的關(guān)系(每個解剖部位19)而自動進(jìn)行。
[0100]然后，在步驟S1- 12、13中，基于預(yù)先在步驟SI — 2中指定的影像的方向(上下左右方向)、和作為對象而指定的上述解剖部位，通過在標(biāo)記結(jié)束后使血管的入口、出口面與各自的中心線正交化，從而構(gòu)建血管端面。圖7是表示該端面構(gòu)建的圖。最后，在步驟S1- 14中，按照上述方式構(gòu)建的三維形狀作為多邊形數(shù)據(jù)而自動輸出。同時，自動計算出所標(biāo)記(標(biāo)記信息23)的各血管的形狀數(shù)據(jù)22，并寫入至所述模擬結(jié)果DB16中(圖3)。這時，用戶能夠在顯示器上所顯示的界 面17上確認(rèn)是否進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶幚怼４送?，在上述自動處理的工序中，有時無法適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行標(biāo)記。例如，對于具有先天性血管畸形的患者，有時在該位置沒有相應(yīng)的血管。在這種情況下，能夠通過點擊選擇誤標(biāo)記的血管而對其名稱進(jìn)行變更。另外，設(shè)定DB21的名稱20、21的修正也能夠隨時進(jìn)行。此外，在進(jìn)行這種手動處理的情況下，通過按下〈End〉按鈕而自動輸出結(jié)果，在各DB15、16中進(jìn)行覆蓋更新。此外，文件輸出時的文件名構(gòu)成為，能夠基于可從DICOM起始信息中提取的患者ID而判別出文件形式，不需要用戶手動輸入。這一規(guī)則對于后述的手術(shù)模擬部11、流體解析部12、血流性狀判別部13也相同。
[0101]此外，圖8表示腦血管名稱的概略。在該圖8中，包含了前方、后方循環(huán)。例如，已知前交通動脈為腦動脈瘤的多發(fā)部位，但由于跨過左右的前方循環(huán)，因此在解析中必須將前方循環(huán)整體設(shè)為對象范圍。
[0102](手術(shù)模擬裝置)
[0103]圖9是表示手術(shù)模擬部11的用戶圖形界面17的示意圖，圖10是表示所述手術(shù)模擬部11的動作的流程圖，圖11、12、圖13是其說明圖。另外，圖14是為了進(jìn)行該手術(shù)模擬而對血管的三維形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的形狀修正部35的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0104]在本例中，用戶從圖9中示出的界面17上選擇3種手術(shù)模擬模式，即，作為第I種手術(shù)模式的“Clipping/Coiling” 50、作為第2種手術(shù)模式的“Stenting” 51、以及作為第3種手術(shù)模式的“(血流導(dǎo)向支架)Flow — Diverting Stent” 52中的任一種。由此，由該手術(shù)模擬部11生成最適合于再現(xiàn)手術(shù)后的血流狀態(tài)的血管形狀。
[0105]所述3種模式中的第I種手術(shù)模擬模式，是去除病變部和重新構(gòu)建表面(Clipping/Coiling)，第2種手術(shù)模擬模式是基于病變部凹凸修正的表面重新構(gòu)建(Stenting)、第3種手術(shù)模擬模式是在任意截面處配置格子狀物體(Flow-divertingStent)。
[0106]與第I種手術(shù)模擬模式對應(yīng)的血管形狀修正方法(在圖15中以37表示)，是用于模擬夾閉術(shù)或螺圈栓塞術(shù)這種使腫瘤內(nèi)腔完全閉鎖情況的程序組50 (〈Positioning〉、〈Removal〉、〈Recon.>、〈Shaping〉,〈Label〉),以在術(shù)前對作用在治療后所形成的腫瘤頸部面上的流體力進(jìn)行模擬。與第2種模擬模式對應(yīng)的血管形狀修正方法，是用于模擬利用支架等治療儀器，使由于動脈硬化而變窄的血管擴(kuò)張的支架置入術(shù)的程序組51(〈Positioning〉、〈Fitting〉、〈Shaping〉、〈Label〉)，以在術(shù)前對作用在治療后所形成的病變部處的流體力進(jìn)行模擬。與第3種手術(shù)模擬模式對應(yīng)的血管形狀修正方法，是用于模擬基于血流導(dǎo)向支架的腦動脈瘤治療的程序組52 (〈Positioning〉、〈Porosity〉、〈Shaping〉、〈Label〉)，以模擬腫瘤內(nèi)流動的降低效果。
[0107]上述模擬，實際上是通過對血管的三維形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行修正而進(jìn)行的，手術(shù)模擬部如圖15所示，具有治療方法接受部73和形狀修正部35。下面，與處理動作一起，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。此外，可選擇的手術(shù)模式(在本例中是第I至第3種手術(shù)模擬模式)和與之相關(guān)而定義的具體的血管形狀修正方法，如圖15中標(biāo)號36及37所示，被存儲在所述模擬設(shè)定部DB15中。
[0108]首先，用戶在所述圖形界面17上選擇〈Surgery〉按鈕11,通過所述用戶終端2的瀏覽器畫面，顯示由所述血管形狀提取裝置生成的血管形狀(步驟S2 — O:圖9中示出的畫面左上的顯示部54)。如果用戶在所述界面17上激活第I種手術(shù)模擬模式(圖9的50)，則所述治療方法接受部73從所述設(shè)定DB15中加載血管形狀修正方法37 (程序組 50 (〈Positioning〉、〈Removal〉、〈Recon.>、〈Shaping〉、〈Label〉)),首先，使用者通過〈Positioning〉而選擇病變部(步驟S2 — I)。如果選擇〈Positioning〉,則圖15中所示的修正 部位指定部38將在通過前述而指定的區(qū)域顯示在用戶界面17上(圖9的右上顯示部)。由于所述三維形狀數(shù)據(jù)是由微小三角形要素積聚而構(gòu)成血管表面、端部的多邊形數(shù)據(jù)，因此能夠?qū)?yīng)于手術(shù)模擬的目的而使指示區(qū)域放大/縮小。然后，如果用戶選擇〈Removal〉，則由圖15中示出的多邊形移動部39將所選擇的三角形要素切除(步驟S2 - 2)。然后，如果選擇〈Recon〉，則所述多邊形移動部39針對切除部以多邊形重新構(gòu)建表面。另外，能夠通過按下〈Shaping〉按鈕而使所述修正部位指定部38及多邊形移動部39動作，用戶能夠通過操作鼠標(biāo)而對重新構(gòu)建面進(jìn)行凹凸修正(步驟S2 - 3)，然后，通過〈Label〉而標(biāo)記定義為新的表面(標(biāo)記部35)(步驟S2 — 4)。此外，表面的重新構(gòu)建是通過對切除區(qū)域的重心進(jìn)行計算，并以該重心為起點使切除部端面的三角形頂點連結(jié)而進(jìn)行的。凹凸修正是通過以該重心位置為起點，由用戶通過鼠標(biāo)滑輪在切除面法線外周(或內(nèi)周)方向上自由移動，即，使與移動前的三角形要素共通的頂點即該重心移動，人為地使得三角形形狀變形而執(zhí)行的。此外，移動后可能出現(xiàn)的銳角形狀，通過同時進(jìn)行平滑化處理而應(yīng)對(上述結(jié)構(gòu)要件38 至 39)。
[0109]在圖9中示出的用戶界面上，用戶在左下及右下的顯示部55、56?Post-surgery?上進(jìn)行作業(yè)，顯示術(shù)后影像，用戶通過所述程序組而進(jìn)行手術(shù)模擬。在進(jìn)行至標(biāo)記之后，通過〈End〉確定形狀，與所述血管形狀提取裝置同樣地，自動保存修正后的多邊形數(shù)據(jù)，對模擬結(jié)果DB16進(jìn)行更新(步驟S2 - 13:更新標(biāo)記信息23及三維形狀數(shù)據(jù)22)。此外，所述〈〈Post-surgery?的顯示部具有分別設(shè)置在右下55和左下56的<〈Post-surgery#l、#2? (本發(fā)明的比較顯示部)，以能夠通過重復(fù)進(jìn)行所述工序而對多種手術(shù)模擬的結(jié)果進(jìn)行比較。
[0110]圖11是表示上述第I種手術(shù)模擬模式中的血管形狀修正的例子的示意圖，圖14A、B是表示模擬前和模擬后(夾閉治療前、后)的三維形狀的圖。如上所述，能夠通過切除構(gòu)成腦動脈瘤形狀的多邊形，從而生成能夠再現(xiàn)實施夾閉治療后的血流性狀的三維形狀數(shù)據(jù)。因此，通過上述方式，能夠由使用者任意調(diào)整通過夾閉術(shù)或螺圈栓塞術(shù)而構(gòu)建的腫瘤頸部面的形狀，在此基礎(chǔ)上對術(shù)后血流進(jìn)行模擬、解析。
[0111]在第2種手術(shù)模擬模式51中，與前述同樣地,通過〈Positioning〉而選擇病變部并進(jìn)行放大、縮小(步驟S2 - 5、顯示部55)。然后，通過〈Fitting〉計算病變部的重心，以該重心位置為起點，使多邊形沿著血管壁面的法線方向移動，然后，通過曲線擬合的多項式近似而對病變形狀進(jìn)行插補(步驟S2 - 6)。然后，通過〈Shaping〉，用戶操作鼠標(biāo)而對病變部進(jìn)行凹凸修正(步驟S2 - 7)，最后，通過與所述第I種手術(shù)模擬模式同樣的方法，進(jìn)行重新構(gòu)建面的標(biāo)記(步驟S2 - 8)。圖12是示出基于上述第2種手術(shù)模擬模式的形狀修正例的示意圖。
[0112]在第3種手術(shù)模擬模式52中,通過〈Positioning〉,用戶在三維血管形狀內(nèi)部形成新的表面(步驟S2 - 9)。然后，針對所指定的表面，通過〈Porosity〉定義格子狀物體(步驟S2 - 10)，通過與前述同樣的方法，對其凹凸進(jìn)行修正(步驟S2 - 11)、標(biāo)記(步驟S2 -12)。作為這種情況下的血管形狀修正方法37 (圖15)，所使用的格子狀物體是用于模擬血流導(dǎo)向支架。格子狀物體為各向同性多孔質(zhì)介質(zhì)，通過用戶從下拉菜單中設(shè)定其開口率而定義。此外，也可以由用戶調(diào)整多孔質(zhì)介質(zhì)的形狀、開口率，賦予其為各向異性介質(zhì)。圖13是表示基于上述第3種手術(shù)模擬模式的形狀修正例的示意圖。此外，圖中以標(biāo)號25表示，但其為格子狀物體。另外，如果應(yīng)用使用這種多孔質(zhì)介質(zhì)的血流模擬，則能夠模擬在螺圈栓塞術(shù)時手術(shù)剛剛完成后的血流。在所述螺圈栓塞術(shù)模擬中，假定使腫瘤內(nèi)部完全閉塞的情況。實際上，其與腫瘤內(nèi)腔在術(shù)后經(jīng)過足夠的時間而充分血栓化后的狀態(tài)相當(dāng)。另一方面，直至完全閉塞為止，在螺圈內(nèi)存在血液流動。是否能夠模擬這種血液流動，對于確定螺圈填充率(螺圈體積相對于腫瘤體積的比值)是很重要的。在所述血流導(dǎo)向支架中，將多孔質(zhì)介質(zhì)設(shè)為二維構(gòu)造物而使用，在該技術(shù)中，通過設(shè)為三維構(gòu)造物，從而能夠模擬剛剛進(jìn)行螺圈栓塞后的狀態(tài)。即，通過所述〈Porosity〉而在腫瘤內(nèi)腔中置入多孔質(zhì)介質(zhì)，也能夠起到以多孔質(zhì)介質(zhì)的開口率模擬螺圈填充率的功能。
[0113](流體解析部)
[0114]然后，由流體解析部12基于數(shù)據(jù)，通過有限元法的公知運算，針對上述血管形狀提取部10 (及手術(shù)模擬部11)所生成的對象血管部位的三維形狀，求出對象血管部位的各單位區(qū)域中的血流的流速及壓力(狀態(tài)量33)。
[0115]圖16是表示該流體解析部12的處理的流程圖，圖17是用戶從圖形界面17的菜單中選擇「CFD」12的情況下的顯示例。[0116]該流體解析部12首先通過步驟S3 — 1，針對由上述血管形狀提取部10 (及手術(shù)模擬部11)生成的對象血管部位的三維形狀，選擇并讀入數(shù)據(jù)中的作為本次計算對象的血管形狀數(shù)據(jù)。所顯示的數(shù)據(jù)顯示在圖17的界面17的左上的顯示部58、59、60上。在本例中，在顯示部58上顯示Pre-Sergery的形狀數(shù)據(jù)，在顯示部59上顯示Post_Sergery#l的形狀數(shù)據(jù)，在顯示部60上顯示Post-Sergery#2的形狀數(shù)據(jù)。
[0117]然后，通過步驟S3 - 2，用戶選擇“模塊”。在該“模塊”的選擇中，如圖17所示，在所述圖形界面17上用戶可選擇地顯示“On-site (實時)”26、“Quick (迅速)”27、“Precision(高精度)” 28這3個按鈕。
[0118]在該系統(tǒng)中，其構(gòu)成為，通過由用戶從3種模塊中選擇一個，從而使用事先默認(rèn)設(shè)定的運算條件值的組40 (圖1、圖16)，以適當(dāng)?shù)挠嬎銞l件、精度執(zhí)行計算。這是由于，考慮臨床現(xiàn)場的時間約束及用戶對于流體解析的非專業(yè)性，而滿足現(xiàn)場需求，并且，通過統(tǒng)一地對解析方法的條件進(jìn)行處理而實現(xiàn)再現(xiàn)性和標(biāo)準(zhǔn)化。在與On-site (實時)對應(yīng)的運算條件下，作為計算條件采用定常解析。血液流動是由心臟射血而形成的被稱為脈動流的非定常流動。進(jìn)行非定常流動計算，需要一邊對于時刻變化的流動在設(shè)定的每一個時間步使解收斂，一邊逐次執(zhí)行計算，運算器的負(fù)載非常高。另一方面，定常流的流動狀況與脈動流并不是完全不同的。特別地，在腦血管這種雷諾數(shù)較低的區(qū)域中，在任意一個脈動周期內(nèi)都是層流，在高雷諾數(shù)的湍流流動中能夠觀察到的過渡渦這樣的流動變化很少。換言之，在脈動周期內(nèi)，相對于流量的變化，流動的相似性很強(qiáng)。因此，只要能夠再現(xiàn)與時間平均流相當(dāng)?shù)牧鲃樱湍軌蛘莆彰}動流的流動狀況。On-site (實時)就是已通過相應(yīng)的實驗、解析數(shù)據(jù)證明過的解析方法。
[0119]另一方面，Quick (迅速)和Precision (高精度)是設(shè)定所述運算條件值的組40,以對脈動流進(jìn)行處理。相對于Quick (迅速),Precision (高精度)的條件設(shè)定為，即使流動在脈動周期內(nèi)從層流變?yōu)橥牧鞯那闆r下也能夠應(yīng)對。并且，預(yù)先確定這時所使用的網(wǎng)格詳詳細(xì)度、血液物性值、壁面邊界條件、入口邊界條件、出口邊界條件、離散條件，設(shè)為運算條件值的組40而存儲在設(shè)定DB15中。另外，以獨立的高速運算器進(jìn)行Precision (高精度)解析而直至得到計算結(jié)果為止需要幾天時間的情況也不少。因此，在本實施方式中，由設(shè)置用于上述流體解析部12的第I處理器41進(jìn)行負(fù)載較小的上述on-site處理，同時，對于負(fù)載較大的Precision (高精度)，由設(shè)置在遠(yuǎn)距離設(shè)置的高速運算處理中心9處的第2處理器42進(jìn)行處理。即，由下述系統(tǒng)構(gòu)成，僅在Precision (高精度)的情況下，將數(shù)據(jù)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)自動傳送至醫(yī)院外的處理中心，通過使用多臺高速運算器的并行解析而執(zhí)行計算，然后經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)將解析結(jié)果反饋至醫(yī)院內(nèi)。
[0120]從步驟S3 — 3開始，通過由用戶在圖17的界面17上按下Run按鈕62，從而對應(yīng)于上述模塊的選擇而由系統(tǒng)提取所述運算條件值的組40，自動執(zhí)行運算。首先，在步驟S3 - 3中，基于三維形狀數(shù)據(jù)，將對象血管部位分割為有限元法中的多個要素(以下稱為“網(wǎng)格”)。這時，在本實施方式中，基于由所述血管形狀提取部10進(jìn)行的血管標(biāo)記，以與各血管尺寸對應(yīng)的網(wǎng)格分割詳詳細(xì)度生成網(wǎng)格。即，在本例中，使該網(wǎng)格分割所使用的網(wǎng)格詳詳細(xì)度與血管名稱相關(guān)聯(lián)并保存，或者，由所述運算條件值40進(jìn)行設(shè)定以能夠按照血管截面的尺寸而動態(tài)地決定網(wǎng)格詳詳細(xì)度。因此，本裝置按照上述標(biāo)記而從所述設(shè)定DB15中提取網(wǎng)格詳詳細(xì)度使用。即，各血管的網(wǎng)格詳詳細(xì)度是對應(yīng)于模塊的選擇及血管的種類而確定的。
[0121] 圖18A、圖18B是表示使網(wǎng)格詳詳細(xì)度對應(yīng)于每條血管而變動的例子的圖。在本例中，直徑1_的眼動脈詳詳細(xì)度設(shè)定為，比直徑5_的內(nèi)頸動脈的詳詳細(xì)度更細(xì)。
[0122]本實施方式中的網(wǎng)格分割詳詳細(xì)度Dniesh如下定義。
[0123]Dmesh-Dbase X Kscale X Kmodule
[0124]其中:D_h:網(wǎng)格分割詳詳細(xì)度(在本例中將希望計算的網(wǎng)格的代表直徑Dmesh設(shè)為詳詳細(xì)度使用)、Dbase:基準(zhǔn)網(wǎng)格尺寸(不依賴于尺度因子的常數(shù))、Kscale:對應(yīng)于血管尺寸而變動的尺度因子、Kfflodule:對應(yīng)于模塊選擇而變動的尺度因子。
[0125]在通常的有限元法解析的網(wǎng)格生成中，不考慮如上所述而定義的尺度因子，僅以基準(zhǔn)網(wǎng)格單體決定網(wǎng)格尺寸。因此，現(xiàn)有的方法存在無法應(yīng)對各血管直徑變動的問題。但是，在本實施方式的方法中，通過導(dǎo)入上述的尺度因子，從而能夠解決現(xiàn)有方法存在的課題。
[0126]以下示出一個例子。此外，在本例中，所述流體解析部12構(gòu)成為，通過作為對象的血管的體積、該血管的中心線長度、及形狀的圓柱近似而計算血管的等效直徑D，對血管尺寸進(jìn)行定量化而使用。
[0127]I)在使用On-site、Quick模塊的情況下
[0128]Dbase=O-1mm
[0129]Kscale=0.2 (在 D〈l.5臟的情況下)
[0130]Kscale=L O (在 D>=1.5mm 的情況下)
[0131]Kmodule=I
[0132](即，在該模塊中，僅對等效直徑D小于1.5mm的較細(xì)動脈，將網(wǎng)格尺寸細(xì)化為基準(zhǔn)網(wǎng)格尺寸的1/5)。
[0133]2)在使用Precision模塊的情況下
[0134]Dbase=O-1mm
[0135]Kscale=0.2 (D〈1.5mm)
[0136]Kscale=L O (D>=1.5mm)[0137]Kmodule=0.5
[0138](即，在本例中Knwdule=0.5，在全域內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化)
[0139]此外，在上述方法中，在血管的分支部處，網(wǎng)格尺寸有時是不連續(xù)變化的。網(wǎng)格的不連續(xù)變化，成為此處的網(wǎng)格形狀畸變增加而導(dǎo)致計算收斂性變差的主要原因。作為這一問題的應(yīng)對方法，在本實施方式中，其構(gòu)成為，首先通過上述方法生成網(wǎng)格，然后，針對網(wǎng)格形狀畸變賦予上限值，重復(fù)進(jìn)行平滑化處理以使得最大形狀畸變落在閾值內(nèi)。
[0140]在現(xiàn)有的解析方法中，無法使得網(wǎng)格尺寸如上所述對應(yīng)于血管的尺寸而動態(tài)地變動，無論是大血管還是小血管，均只能以相同的詳詳細(xì)度進(jìn)行分割。其結(jié)果，對于大血管解析而言是充分的網(wǎng)格形狀，對于小血管而言網(wǎng)格不充分，從而導(dǎo)致解析精度差，如果為了確保小血管的解析精度而生成大血管不需要的網(wǎng)格，則存在耗費大量解析時間的課題，本發(fā)明能夠解決這一課題。
[0141]然后，在步驟S3 — 4至S3 — 8中，從所述設(shè)定DB 15中依次提取預(yù)先存儲有血液物性值、邊界條件、解析條件等各個運算條件40,在步驟S3 — 8中,基于上述條件而進(jìn)一步執(zhí)行計算。具體地說，所述流體解析部12是通過有限元法求解NS方程(表示(Navier-Stokesequations)流體運動的2階非線性偏微分方程)，求出各網(wǎng)格中的血流流速及壓力。這時，有限元法的解(流速U及壓力P)是在全局坐標(biāo)系的X-global、Y-global、Z-global這3個方向上分別求出的。
[0142]此外，在這里，作為所述運算條件40中的所述血液物性值，是指血液的粘度或密度。另外，作為所述邊界條件，是指解析對象部位入口側(cè)的流動條件即入口邊界條件、和其出口側(cè)的流動條件即出口邊界條件，上述流動條件能夠使用通過統(tǒng)計學(xué)而平均的對象血管部位的流速及壓力。
[0143]如上所述，上述設(shè)定條件是基于所選擇的模塊而自動選擇使用默認(rèn)值，在本實施方式中，優(yōu)選能夠按照受驗者的個人數(shù)據(jù)等，在運算之前手動輸入至流體解析部12。
[0144]在計算自動開始之后，在步驟S3 - 10中顯示計算殘差(residual)，重復(fù)進(jìn)行計算，直至達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)為止。在達(dá)到最大重復(fù)次數(shù)而計算殘差沒有滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)的情況下，判斷為無法收斂(步驟S3 — 11)。在判斷為無法收斂的情況下，進(jìn)行網(wǎng)格變形的優(yōu)化(步驟S3 - 12)，再次執(zhí)行計算。在殘差達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的階段，顯示計算結(jié)束(步驟S3 - 13)。此外，與前述同樣地，計算結(jié)果(狀態(tài)量33 (u，p))被自動保存在結(jié)果0816中。
[0145]此外，此處的運算并不限定于有限元法，能夠適當(dāng)?shù)夭捎糜邢摅w積法、差分法等，只要是基于微分方程數(shù)值解析的流動解析法即可。
[0146](血流性狀判別裝置)
[0147]在所述血流性狀判別部13中安裝有使計算機(jī)作為下述各單元起作用的程序。即，所述血流性狀判別部13如圖1所示，具有:壁面剪切應(yīng)力矢量運算部30，其根據(jù)由流體解析裝置求出的各網(wǎng)格的流速及壓力，針對各網(wǎng)格分別求出由于血流而作用在血管壁面上的流體剪切應(yīng)力及其矢量(以下簡記為“壁面剪切應(yīng)力矢量”)；雜亂度運算部31，其根據(jù)壁面剪切應(yīng)力矢量，求出用于判別血流性狀的數(shù)值指標(biāo)(雜亂度)；以及判別部32，其對應(yīng)于所述雜亂度的大小，判別各網(wǎng)格中的血流的性狀。
[0148]圖19、圖20是表示壁面剪切應(yīng)力矢量運算部30基于上述針對各網(wǎng)格求出的流速U及壓力P而求解剪切應(yīng)力矢量τ (X, y, z)的方法的示意圖。[0149]如圖19所示，所謂壁面剪切應(yīng)力，是指在與形成血管內(nèi)腔的微小要素平行的方向上作用的流體粘性力，所謂壁面剪切應(yīng)力矢量，是指將該數(shù)值矢量化，考慮作用在壁面上的力的方向的量。壁面剪切應(yīng)力矢量和壓力存在正交關(guān)系，壓力是指向微小要素的重心而沿面法線方向作用的流體力。
[0150]在對上圖進(jìn)行說明時，需要掌握全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系之間的變換。即，用于求出剪切應(yīng)力矢量的壓力P及速度U，如前所述是在全局坐標(biāo)系中求出的量，與之相對，作用在血管壁面某個位置處的剪切應(yīng)力，是朝向壁面切線方向的量，為了求出該剪切應(yīng)力的大小，需要將上述壓力及速度變換至以血管壁面為基準(zhǔn)的局部坐標(biāo)系中。
[0151]在這里，所謂全局坐標(biāo)系，如圖21所示，是指在該系統(tǒng)內(nèi)，用于普遍表示構(gòu)成血管表面及內(nèi)部的網(wǎng)格的節(jié)點位置的獨立坐標(biāo)系。在有限元法或有限體積法中，由微小要素(三角形、四面體、六面體等)的集合構(gòu)成計算對象。各要素具有被稱為節(jié)點的頂點，各要素的位置信息使用全局坐標(biāo)系，按照(Xlg，Ylg, Zlg), (X2g，Y2g，Z2g)、(X3g，Y3g，Z3g)的方式保存。
[0152]并且，所謂局部坐標(biāo)系，如圖22所示，是針對構(gòu)成血管表面的各個微小三角形要素(多邊形)而定義的局部的坐標(biāo)系，通常是指將上述微小三角形要素的重心設(shè)為原點，將面法線矢量構(gòu)成一個軸(Z軸)的坐標(biāo)系。在以局部坐標(biāo)系表示的情況下，上述微小要素各節(jié)點的位置為(Xlp Y1L, ZIl), (X2l, Y2l, Z2l), (X3l, Y3l, Z3l)0只要知道上述微小三角形要素的重心位置和面法線矢量的方向，就能夠?qū)θ肿鴺?biāo)系的位置和局部坐標(biāo)系的位置進(jìn)行變換。
[0153]下面，對于求出壁面剪切應(yīng)力的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0154]首先，根據(jù)上述流體解析部12 (1-CFD)的輸出，在全局坐標(biāo)系中獲取各節(jié)點處的速度、壓力。然后，指定希望求出壁面剪切應(yīng)力矢量的三角形要素。針對所述三角形要素而設(shè)定局部坐標(biāo)系。在所述局部坐標(biāo)系中，確定希望計算壁面剪切應(yīng)力矢量的位置G(對于各三角形要素，通常將與壁面的距離設(shè)為恒定。例如，距離壁面0.1mm的內(nèi)部的點等)。該位置G處的流速如圖20所示，由于是壁面，因此為O。
[0155]并且，如果將與該壁面位置G在法線方向(局部坐標(biāo)系的Z方向)上距離t位置處的流速設(shè)為ut，其中，距離t遠(yuǎn)小于流動的邊界層厚度，則該部分的流速U與G的距離η大致成正比，記為
[0156]U η = η.d U t / dZ
[0157]并且，根據(jù)作用反作用法則，阻止使距離η的點以上述速度移動的力與使下表面固定所需的力相等，二者均與速度Ut成正比，與距離Z成反比。因此，流體的接觸的點G處的單位面積的力τ如下。
[0158]τ = μ.d U t / dZ
[0159]即，所謂壁面剪切應(yīng)力矢量，是指計算與微小要素平行的速度矢量在法線方向上的變化率，并將其與流體的粘性系數(shù)相乘而得到的量。對于計算與微小要素平行方向速度矢量的法線方向變化率的方法，考慮多種方法。例如，能夠在π軸上設(shè)置多個候選點，以根據(jù)周圍速度矢量群而對速度矢量進(jìn)行插補的方式得到各候選點的速度。此外，在這種情況下，對于每一個周圍速度矢量，由于與候選點之間的距離不同，因此，針對距離設(shè)定加權(quán)函數(shù)而進(jìn)行插補。由于周圍速度矢量是以全局坐標(biāo)系表示的，因此，通過將插補后的速度矢量坐標(biāo)變換到局部坐標(biāo)系中，從而計算各候選點處的面平行方向的速度分量。然后，在計算法線方向上的 變化率的情況下，可以使用壁面附近的一個候選點，以一次近似進(jìn)行計算，也可以使用壁面附近的多個候選點進(jìn)行多項式近似，然后進(jìn)行數(shù)值微分這樣的高階微分處理。
[0160]在根據(jù)上述全局坐標(biāo)系的速度U (Xg，Yg，Zg)而求解壁面剪切應(yīng)力矢量的情況下，可以將距離t的速度Ut在局部坐標(biāo)系(XI，Yl, Zl)中進(jìn)行分解，針對各局部坐標(biāo)軸中與壁面平行的軸即(XI，Yl) (ζ軸單元變?yōu)镺),求解τ = μ.d U t / dZ即可。
[0161]即，
[0162]τ (Xl) = μ.d U t (Xl) / d Z
[0163]τ (Yl) = μ.d U t (Yl) / d Z
[0164]將上述局部坐標(biāo)軸合成的矢量值τ (H，Yl)成為壁面剪切應(yīng)力矢量。因此，在與血管壁接觸的面內(nèi)，壁面剪切應(yīng)力矢量為相對于該面具有X方向分量及I方向分量的矢量。
[0165]圖23是將按照上述方式求出的沿著血管壁的剪切應(yīng)力矢量，標(biāo)記在三維形狀模型上而表示的圖。
[0166]此外，作用在血管壁上的力不僅是沿著血管壁的方向，也作為壓力P而作用在與血管壁沖撞的方向上。該壓力能夠作為將在上述全局坐標(biāo)系中求出的點G處的壓力變換為局部坐標(biāo)系時的Π軸方向的壓力值而求出。圖24是將作用在壁面上的上述壓力值與上述圖23重疊而示出的圖。顏色越淡,表示作用有越高的壓力。
[0167]按照上述方式對于各多邊形求出的壁面剪切應(yīng)力71及其矢量72，被存儲在所述模擬結(jié)果DB16中。
[0168](雜亂度運算部)
[0169]然后，由所述雜亂度運算部31求出作為將各網(wǎng)格中的壁面剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)數(shù)值化的指標(biāo)的雜亂度。該雜亂度是表示某個網(wǎng)格的壁面剪切應(yīng)力矢量與其周圍的壁面剪切應(yīng)力矢量群相比較，在同一方向上是否整齊排列的程度的數(shù)值指標(biāo)。即，通過運算而求出作為求解雜亂度對象的網(wǎng)格(以下稱為“對象網(wǎng)格”)的壁面剪切應(yīng)力矢量、和在對象網(wǎng)格周圍相鄰的各個網(wǎng)格的壁面剪切應(yīng)力矢量之間所成的各個角度Θ，從而得到雜亂度。
[0170]圖25表示在本實施方式的系統(tǒng)中使用的微小要素G (為了說明方便，將其近似為點)的剪切應(yīng)力矢量、和以格子狀包圍所述要素G的周圍8個微小要素的剪切應(yīng)力矢量的關(guān)系。在本例中，其構(gòu)成為，由于不需要剪切應(yīng)力的大小，而僅提取方向即可，因此，將壁面剪切應(yīng)力矢量處理為單位矢量。另外，各微小要素嚴(yán)格來說為三維立體配置，但對于相鄰的單元組，由于足夠接近，因而作為二維進(jìn)行處理。即，以將各壁面剪切應(yīng)力矢量投影在二維平面上的方式進(jìn)行處理。圖25表示將微小要素G及其周圍的微小要素投影在二維正交坐標(biāo)系上的狀態(tài)。
[0171]在本實施方式中，通過針對對象網(wǎng)格計算基于矢量解析的“散度(divergence,以下記為div)”和“旋度(rotation，以下記為rot)，從而對壁面剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)進(jìn)行
數(shù)值化。
[0172]即，以下式表示將空間某個網(wǎng)格周圍的矢量場τ (剪切應(yīng)力矢量)投影到所述二維正交坐標(biāo)系(X，y)上的點G (X, y)處的分量。
[0173]τ (G) = ( τ X (x, y), τ y (χ, y))
[0174]這時，被稱為“矢量場τ的散度”的“標(biāo)量場div τ ”由下式定義。
[0175]div t = θτχ tdx + dxy Idy[0176]同樣地，被稱為“矢量場τ旋度”的“標(biāo)量場IOtx ”由下式定義。
[0177]rot τ = cry Icx — δτχ Idy
[0178]圖24表示壁面剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)與上述“散度(div)”及“旋度(rot)”的值的關(guān)系。所謂壁面剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)，大致被分類為:1)平行型、2)合流型、3)旋轉(zhuǎn)型、4)發(fā)散型。
[0179]對于平行型來說，(div, rot) = (O,O),對于合流型來說，(div, rot)=(負(fù)值，0)，對于旋轉(zhuǎn)型來說，(div, rot) = (O,正值或負(fù)值),對于發(fā)散型來說，(div, rot)=(正值,0)。對于合流型和發(fā)散型來說，能夠?qū)?yīng)于div值的增減而將其程度數(shù)值化。即，在為合流型的情況下，如果其負(fù)值在負(fù)方向上增大，則合流的程度增大，在為發(fā)散型的情況下，如果其正值在正方向上增大，則發(fā)散的程度增大。在旋轉(zhuǎn)型中，隨著旋轉(zhuǎn)方向而出現(xiàn)正值和負(fù)值，但能夠根據(jù)其絕對值的大小而將旋轉(zhuǎn)程度數(shù)值化。如果將雜亂度定義為矢量D= (div,rot),則其大小能夠作為雜亂度使用，雜亂度越小，意味著所述對象網(wǎng)格的壁面剪切應(yīng)力矢量相對于其周圍各網(wǎng)格的壁面剪切應(yīng)力矢量的方向越一致(平行型)。[0180]并且，在存在雜亂度的情況下，能夠根據(jù)其(與閾值相比較)而進(jìn)行惡性/良性判另|J，另外，通過對div和rot的數(shù)值進(jìn)行比較，從而能夠進(jìn)一步分類為合流型、旋轉(zhuǎn)型、發(fā)散型，能夠判別出腫瘤壁硬化與薄弱化的類別。
[0181]將div和rot的數(shù)值以對應(yīng)圖示出的是圖27。即，該圖對于剪切應(yīng)力矢量的典型案例而求出了雜亂度(diV，lOt)。在這里，所謂典型案例，是指能夠通過數(shù)學(xué)表述的理想圖案，并不是實驗數(shù)據(jù)。如前所述，由于將剪切應(yīng)力矢量處理為大小為I的單位矢量而計算散度、旋度，因此雜亂度已經(jīng)歸一化，由此，能夠在患者之間進(jìn)行比較。即，根據(jù)本實施例，所述雜亂度能夠作為可采用絕對值進(jìn)行評價的指標(biāo)。
[0182]另外，在本實施方式中，作為雜亂度，通過將對象網(wǎng)格的壓力作為加權(quán)系數(shù)而進(jìn)行組合，從而能夠高精度判定血流沖撞到血管壁時對血管造成的損傷。在本實施方式中，在使用壓力的情況下也使用歸一化后的壓力，即壓力指標(biāo)。在本實施方式中，作為該壓力指標(biāo)，運算將各個壓力除以腫瘤內(nèi)的平均壓力所得到的值(在本例中進(jìn)行乘法計算)而使用。
[0183]由此，例如，在由于血液流動沖撞而形成發(fā)散型的剪切應(yīng)力矢量群的情況下，在主流的流動沖撞的情況下，能夠確認(rèn)到局部壁壓力的上升，但在從主流分離出的二次流動沖撞的情況下，無法發(fā)現(xiàn)壁壓力的上升。在這種情況下，通過對剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)和壓力進(jìn)行組合，從而有助于高精度地進(jìn)行預(yù)測，特別有助于對腦動脈瘤的薄弱部位進(jìn)行預(yù)測。即，壓力指標(biāo)化有多種方法，對于將該壓力與根據(jù)剪切應(yīng)力矢量計算出的雜亂度疊加的方法，也可以進(jìn)行乘法或乘方計算，存在多種。
[0184](判別部)
[0185]在所述判別部32中，根據(jù)由所述雜亂度運算部31求出的各網(wǎng)格的雜亂度的值，針對各網(wǎng)格而分別判別是良性流動還是惡性流動。作為此處的壁面剪切應(yīng)力矢量的狀態(tài)，包括與周圍壁面剪切應(yīng)力矢量平行的平行狀態(tài)、向與周圍壁面剪切應(yīng)力矢量接近的方向延伸的合流狀態(tài)、與周圍壁面剪切應(yīng)力矢量一起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、和相對于周圍壁面剪切應(yīng)力矢量其方向為放射狀的發(fā)散狀態(tài)。并且，如果壁面剪切應(yīng)力矢量為平行狀態(tài)，則將該網(wǎng)格中的血流性狀判定為良性流動，另一方面，如果壁面剪切應(yīng)力矢量為合流狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、發(fā)散狀態(tài)中的某一種，則將該網(wǎng)格中的血流性狀判定為惡性流動(非良性流動)。[0186]此外，其構(gòu)成為，根據(jù)惡性流動時的雜亂度的值而進(jìn)行風(fēng)險判別。在本實施方式中，如上所述,隨著雜亂度值在正方向或負(fù)方向增大,判別為風(fēng)險變大。在這里，作為閾值使用的指標(biāo)，是本發(fā)明人在長期內(nèi)追蹤腦動脈瘤患者腦動脈瘤內(nèi)的壁面剪切應(yīng)力矢量，根據(jù)該壁面剪切應(yīng)力矢量與從該位患者身上采集的實際腦動脈瘤的血管組織的關(guān)系，而憑經(jīng)驗設(shè)定的值，但也可以根據(jù)情況而使其變動。在這里，進(jìn)一步分級設(shè)定所述閾值，將所述壁面剪切應(yīng)力矢量的狀態(tài)設(shè)為更多級別，分級地判別良性流動和/或惡性流動的程度。
[0187]如上所述，在本實施方式中，能夠根據(jù)所述壁面剪切應(yīng)力矢量的狀態(tài)，對血管壁厚度即壁厚的程度(病變傾向)進(jìn)行分類。即，如果壁面剪切應(yīng)力矢量為平行狀態(tài)，則將壁厚分類為通常等級。另外，如果壁面剪切應(yīng)力矢量為合流狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則形成血球細(xì)胞或血漿中的蛋白質(zhì)容易沉淀的環(huán)境，成為血管肥厚、壁厚增加的類型。此外，如果壁面剪切應(yīng)力矢量為發(fā)散狀態(tài)，則由于會發(fā)生內(nèi)皮細(xì)胞破壞及再生障礙，從而形成血球在血管內(nèi)浸潤、增殖、游走的溫床，使得血管壁的力學(xué)強(qiáng)度降低，其結(jié)果，成為以該部位為中心，血管壁薄弱化而壁厚減小的類型。圖28是表示硬化部和薄弱部的概念的示意圖。
[0188]在圖29中示出用于表示血流性狀判別部13(矢量運算部30、指標(biāo)運算部31、判別部32)的判別結(jié)果的用戶界面17。在該界面17中，與前述同樣地，通過按下〈Load〉按鈕而進(jìn)行解析數(shù)據(jù)輸入的讀入。然后，通過選擇用戶希望顯示的項目<streamline>61至〈Flowdisturbance index>70,從而能夠在該界面顯示部進(jìn)行相應(yīng)的顯示。另外，其構(gòu)成為，作為表不血管阻力的參數(shù)，能夠選擇〈Pressure ratio〉、〈Pressure loss coefficient〉、〈Energy loss〉。在該顯示時,通過僅由用戶對于血管中心線確定起點和終點，從而設(shè)定檢查體積，自動進(jìn)行各個值的計算。其結(jié)果，在該用戶界面17上顯示所述判別結(jié)果。
[0189]圖30A至D是將判別結(jié)果的一個例子放大表示的圖。下面,使用該圖,對基于雜亂度〈Flow disturbance index〉進(jìn)行判別的有效性及優(yōu)勢進(jìn)行說明。
[0190]該系統(tǒng)是以腫瘤壁上的最大值將壁面剪切應(yīng)力、壓力、雜亂度歸一化而顯示。顯示方法設(shè)為，顏色越淡，意味著值越大，顏色越濃，意味著值越小。為了說明方便，在壁面剪切應(yīng)力顯示(圖30A)中，示出通過腫瘤壁的術(shù)中觀察、壁厚分析而確定的3處薄弱部(Pl、2、3)。在Pl處示出壁面剪切應(yīng)力為較低的值，而P2的分布與Pl不同，示出較高的值，因此，可以說無法在3個薄弱部示出異常分布。另一方面，從示出壁面剪切應(yīng)力矢量的顯示(圖30B)可知，在該3處，通過目視可知壁面剪切應(yīng)力矢量群的形態(tài)處于“發(fā)散”傾向。而且，在上述部位，還能夠從圖30C的顯示觀察到壓力較高。這種情況表示血液流動與腫瘤壁發(fā)生了沖撞。因此，如果對所述雜亂度(發(fā)散)進(jìn)行計算，則如圖30D的顯示，能夠分別在所述3處薄弱部觀察到雜亂度(發(fā)散)的值較高的異常情況。在本例中，判別黑色部位的雜亂度為O (平行:良性流動)，灰色部位的雜亂度為I (發(fā)散:惡性流動)、白色部位的雜亂度為2 (發(fā)散:惡性流動)。
[0191]換言之，使薄弱部與雜亂度(發(fā)散)相關(guān)，能夠使用基于雜亂度(發(fā)散)的判別而在術(shù)前預(yù)測該患者腫瘤壁的薄弱部位。
[0192]通過上述方法，在本系統(tǒng)中，能夠基于所述雜亂度，由所述判別部對各網(wǎng)格的血流性狀是良性流動還是惡性流動進(jìn)行判別，能夠?qū)⑵浣Y(jié)果視覺地顯示在所述用戶界面上。另外，除了上述判別結(jié)果 以外，還能夠視覺地顯示由流體解析裝置求出的各網(wǎng)格的血流狀態(tài)(流線、流速值、壓力值)。所顯示的數(shù)據(jù)種類及顯示樣式并不特別限定，例如，可以根據(jù)血管形狀提取裝置所生成的腦動脈瘤的三維影像數(shù)據(jù)，顯示腦動脈瘤的三維影像。通過以顏色在該三維影像的表面上顯示針對每個網(wǎng)格求出的良性流動及惡性流動的狀態(tài)，從而能夠視覺地識別出受驗者的腦動脈瘤中惡性流動密度較高的腫瘤區(qū)域和非腫瘤區(qū)域。
[0193]按照上述方式求出的雜亂度及血流性狀判定結(jié)果，在圖1中如74、75所示，被存儲在所述模擬結(jié)果DB16中。此外，對于判定結(jié)果，優(yōu)選使得判定為惡性流動的位置(及值)與雜亂度的值相關(guān)聯(lián)而存儲。
[0194]此外，在所述雜亂度運算部13中，也可以針對所述各網(wǎng)格，求出表示雜亂度隨時間變化的程度的時間變化度，作為所述雜亂度指標(biāo)。即，在這里，在求出雜亂度之后，通過該雜亂度的時間平均及其變動，或者時間序列數(shù)據(jù)、微分或傅立葉變換等頻率評價，從而計算出時間變化度。在這種情況下，在所述判別單元中，針對時間變化度，通過與預(yù)先存儲的閾值進(jìn)行對比，從而判別是良性流動還是惡性流動。即，在時間變化度比預(yù)先存儲的閾值小的情況下，判定該網(wǎng)格內(nèi)的血流為良性流動，另一方面，在時間變化度比預(yù)先存儲的閾值大的情況下，判定該網(wǎng)格內(nèi)的血流為惡性流動。此處的閾值設(shè)定為基于與心臟脈動相對應(yīng)的頻率的經(jīng)驗性數(shù)值。如果由于某種原因，導(dǎo)致長時間作用在腦動脈瘤壁面上的剪切應(yīng)力以超過心臟脈動數(shù)的振動數(shù)作用，則會破壞血管內(nèi)皮細(xì)胞，上述閾值是基于這一研究結(jié)果而確定的。
[0195]另外，在所述實施方式中，對用于進(jìn)行腦動脈瘤有無破裂可能性判別的系統(tǒng)進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以應(yīng)用于進(jìn)行其它對象血管部位有無發(fā)生病變或發(fā)展的可能性判別的系統(tǒng)。
[0196]此外，對于所述矢量運算部，也能夠以具有其功能的獨立的運算裝置構(gòu)成。在該運算裝置中，能夠基于對象血管部位的影像數(shù)據(jù)，求出對象血管部位每個單位區(qū)域的血流及壓力，然后針對每個該單位區(qū)域運算血管壁面的壁面剪切應(yīng)力矢量，將該壁面剪切應(yīng)力矢量的數(shù)據(jù)輸出至外部裝置，能夠在所述界面17上顯示該數(shù)據(jù)等。
[0197](應(yīng)用于手術(shù)操作評價系統(tǒng)的應(yīng)用例)
[0198]在所述一個實施方式中說明的手術(shù)模擬，例如還能夠應(yīng)用于下述手術(shù)操作評價系統(tǒng)。
[0199]例如，使用血管近似模型進(jìn)行血管吻合的操作的用戶等，能夠通過將吻合完成血管近似模型的DICOM形式數(shù)據(jù)上載到該系統(tǒng)的服務(wù)器3中從而進(jìn)行處理。此外，該上載也可以通過以郵件發(fā)送等手段進(jìn)行。
[0200]在這種情況下，執(zhí)行吻合模型的血流解析，同時，優(yōu)選能夠通過由用戶自身對吻合部的形狀進(jìn)行編輯，從而進(jìn)行怎樣的吻合使得能量損耗降低什么程度的手術(shù)技術(shù)檢驗、模擬。因此，在這種情況下，需要形成為在上述一個實施方式的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，具有能量損耗運算部的系統(tǒng)。
[0201]在這種情況下，如圖31所示，對于該系統(tǒng)的程序存儲部，除了所述流體解析部12以外，還具有能量損耗運算部77、血管形狀修正部36、及手術(shù)操作評價部78。
[0202]所述能量損耗運算部基于由所述流體解析部運算得到的狀態(tài)量，計算評價模型入口和出口處的血流能量，并計算其損耗。該損耗通過對血管的截面積及長度進(jìn)行歸一化換算，從而變換為吻合部的狹窄率(狹窄度)。所述血管形狀修正部36為了確認(rèn)使哪個區(qū)域的吻合部內(nèi)部形狀變化對于血流評分是高效的，使用在上述一個實施例中說明的形狀修正部36的結(jié)構(gòu)。所述操作評價部78基于上述能量損耗(吻合部的狹窄率(狹窄度))而進(jìn)行下述評價。
[0203]即，在使用血管模型的吻合操作訓(xùn)練中，針對其操作結(jié)果評價很重要的一點在于血液重新開始順利流動。所謂順利，就形態(tài)而言，是指在吻合部內(nèi)腔中不存在狹窄部位。對于血流來說，狹窄部位的存在會造成流動的能量損耗。由此，在吻合操作訓(xùn)練中不使得吻合部內(nèi)腔狹窄的吻合，為理想的操作。在吻合學(xué)習(xí)中，認(rèn)為狹窄部與上述聲稱的病變相當(dāng)。即，由于不熟練的操作而在血管吻合中產(chǎn)生狹窄部，其結(jié)果，導(dǎo)致血液重新開始流動的能量損耗升聞的情況。
[0204]在手術(shù)模擬中，通過將該狹窄部解釋為所述一個實施方式中的病變部，從而能夠進(jìn)行可以如何改良的評價。例如，用戶通過能夠?qū)Σ∽儾考椽M窄部的形狀任意地進(jìn)行編輯(基于放大、縮小、去除等血管形狀編輯功能)，從而能夠?qū)ρ髋c操作的關(guān)系作出解釋。因此，在本例中，其構(gòu)成為，上述評價部使用與上述一個實施方式類似的界面，迅速且直觀地將操作與內(nèi)腔形狀、內(nèi)腔形狀與血流的關(guān)系顯示在計算機(jī)顯示器上。
[0205]此外，如果是使用自動吻合器和現(xiàn)有縫合線的吻合，則吻合內(nèi)部形狀當(dāng)然是不同的。例如，使用自動吻合器的吻合部合流部形狀為T字型，吻合部截面形狀近似為圓形狀。例如，通過使吻合截面處的圓直徑放大、縮小，從而能夠模擬使用不同直徑血管情況下的吻合結(jié)果。
[0206]通過對吻合部內(nèi)腔形狀進(jìn)行編輯，從而還能夠進(jìn)行例如強(qiáng)制刪除對重新開始的血流沒有造成很大影響的部位的模擬，以期待臨床上實用的新的理想吻合操作方案以及發(fā)現(xiàn)。
[0207]另外，本發(fā)明中的裝置各部分的結(jié)構(gòu)并不限定于圖示結(jié)構(gòu)例，能夠在實質(zhì)上起到相同作用的范圍內(nèi)進(jìn)行多種變更。
【權(quán)利要求】
1.一種血流解析系統(tǒng)，其向受驗者的對象血管部位的三維形狀數(shù)據(jù)賦予與血流有關(guān)的邊界條件，對所述對象血管部位的內(nèi)腔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過運算而求出各網(wǎng)格位置處的血流的狀態(tài)量，該系統(tǒng)的特征在于， 具有標(biāo)記部，其由計算機(jī)讀入所述對象血管部位的內(nèi)腔的三維形狀數(shù)據(jù)，對于所述對象血管部位所包含的多個血管要素，基于各血管要素的截面積的大小而進(jìn)行標(biāo)記， 該系統(tǒng)根據(jù)基于所述截面積的大小的標(biāo)記，從而針對每個血管要素使得網(wǎng)格劃分詳細(xì)度變動，執(zhí)行所述狀態(tài)量的運算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述標(biāo)記部具有存儲部，該存儲部由計算機(jī)使特定對象血管部位所包含的主要血管要素的名稱及其它血管要素的名稱，與該特定對象血管部位相關(guān)聯(lián)而進(jìn)行存儲， 該標(biāo)記部由計算機(jī)在多個截面處對特定對象血管部位所包含的各血管要素的截面積進(jìn)行測定，將其面積的中央值最大的血管確定為主要血管，并且，基于該主要血管的判別而確定所述其它血管要素，標(biāo)記上述主要血管要素及其它血管要素的名稱，并與所述三維形狀數(shù)據(jù)一起輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述網(wǎng)格詳細(xì)度由所述截面形狀的面積中央值的大小決定，從詳細(xì)度的粗到細(xì)，以多個級別決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 還具有運算條件存儲部，其由計算機(jī)存儲運算條件值的多個組，其中，該運算條件值的組中包含有用于運算在所述三維形狀數(shù)據(jù)內(nèi)流通的血流的狀態(tài)量的邊界條件，每一組所述運算條件值對應(yīng)于用戶要求的計算速度而包含有I個或者大于或等于I個的不同的運算條件值， 該系統(tǒng)由計算機(jī)向所述用戶提示進(jìn)行計算速度選擇，對應(yīng)于所選擇的計算速度，讀取與該計算速度相關(guān)聯(lián)的運算條件值的組，基于在該組中包含的運算條件值，執(zhí)行上述血流的狀態(tài)量的運算，并輸出運算結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述運算條件值的多個組中的至少I個組，包含有與用戶重視計算速度的情況相對應(yīng)而將血流假定為定常流的情況下的運算條件值，至少I個另外的組包含有與相對于計算速度，用戶更重視計算精度的情況相對應(yīng)而將血流假定為脈動流的情況下的運算條件值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述至少I個另外的組還包含有，考慮在脈動流的脈動周期內(nèi)流動從層流變?yōu)橥牧鞯那闆r的運算條件值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 該系統(tǒng)具有在用戶重視計算速度的情況下進(jìn)行運算的第I處理器、和與計算速度相比用戶更重視計算精度的情況下進(jìn)行運算的第2處理器，還具有判斷部，該判斷部按照用戶的選擇而判斷使用哪個處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述第2處理器進(jìn)行使用多個高速運算器的并行解析。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于，所述第2處理器設(shè)置在可經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)連接的另外的場所，所述判斷部在判斷為使用所述第2處理器的情況下，將計算所需的條件的一部分或全部經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至所述第2處理器，并接收運算結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 還具有手術(shù)模擬部，其通過模擬而生成手術(shù)后的對象血管部位的三維形狀數(shù)據(jù)， 該手術(shù)模擬部具有: 治療方法接受部，其由計算機(jī)將由所述三維形狀提取部所生成的所述三維形狀數(shù)據(jù)以3維顯示在顯示器上，接受該顯示器上的病變部的指定及針對該病變部的外科治療方法的選擇； 修正方法存儲部，其由計算機(jī)預(yù)先存儲可選擇的治療方法和與治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法；以及 修正完成三維形狀輸出部，其由計算機(jī)基于所述治療方法的選擇而讀取存儲在所述修正方法存儲部中的修正方法，以該修正方法對所述指定涉及的病變部的三維形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，輸出修正后的三維形狀數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述可選擇的治療方法包括螺圈栓塞術(shù)， 與該螺圈栓塞術(shù)對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有在上述三維形狀數(shù)據(jù)化后的所述對象血管部位的內(nèi)腔的作為加權(quán)系數(shù)而賦予給的單元，模擬以螺圈閉塞上述血管的內(nèi)腔的一部分的狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 還具有以所述多孔質(zhì)構(gòu)造體的開口率而使螺圈填充率變動的單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述可選擇的治療方法包括夾閉法， 與該治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有將構(gòu)成血管內(nèi)腔的一部分(構(gòu)成腫瘤等的部分)的表面的I個或多個多邊形切除的手段、和由另外的I個或多個多邊形對切除的表面進(jìn)行再生的手段，模擬使所述血管內(nèi)腔的一部分完全閉鎖的情況。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述可選擇的治療方法包括支架置入術(shù)， 與該治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有通過使多邊形移動或變形而對血管內(nèi)腔的一部分表面的凹凸進(jìn)行修正的手段，模擬通過所述支架而對血管內(nèi)的血液流動進(jìn)行控制的情況。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述可選擇的治療方法包括血流導(dǎo)向支架置入術(shù)， 與該治療方法對應(yīng)的三維形狀數(shù)據(jù)的修正方法為，具有針對上述三維形狀數(shù)據(jù)化后的所述對象血管部位的內(nèi)腔的一部分而定義格子狀物體的手段，模擬通過血流導(dǎo)向支架而限制血流的情況。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 還具有以所述多孔質(zhì)構(gòu)造體的開口率而使血流導(dǎo)向支架的格子密度變動的手段。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還具有對三維形狀進(jìn)行修正的形狀修正部， 該形狀修正部具有: 修正部位指定部，其由計算機(jī)將所述血管形狀提取部所生成的所述三維形狀數(shù)據(jù)圖形顯示在顯示器上，在該顯示器上接受對三維形狀數(shù)據(jù)顯示的凹凸進(jìn)行修正的部位的至少I個多邊形的指定； 多邊形移動部，其由計算機(jī)將上述多邊形的重心位置設(shè)為起點，使上述多邊形在沿著面法線方向的血管外側(cè)或內(nèi)側(cè)方向上移動或變形；以及 平滑處理部，其由計算機(jī)對所述多邊形移動部使大于或等于I個的多邊形移動或變形后生成的銳角形狀進(jìn)行檢測，并進(jìn)行平滑化處理。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于，還具有: 血流性狀判別部，其由計算機(jī)根據(jù)通過所述運算求出的各網(wǎng)格位置的血流狀態(tài)量，求出所述對象血管部位的血管壁面的各位置處的壁面剪應(yīng)力矢量，求出特定壁面位置處的該壁面剪應(yīng)力矢量的方向和該特定壁面位置周圍的壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向之間的相對關(guān)系，根據(jù)壁面剪應(yīng)力矢量的形態(tài)，判別該壁面位置處的所述血流的性狀，并輸出其判別結(jié)果；以及 顯示部，其由計算機(jī)使所述血流性狀判別部的判別結(jié)果與所述三維形狀模型重疊，進(jìn)行圖形顯示輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部， 由計算機(jī)判別所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向和其周圍壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向之間的相對關(guān)系是“平行”、“合流”、“旋轉(zhuǎn)”、“發(fā)散”中的哪一個，在“平行”的情況下判別為血流性狀是良性流動(非惡性流動)，在其它情況下判別為惡性流動(非良性流動)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部在所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向和其周圍壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量的方向之間的相對關(guān)系為“發(fā)散”的情況下，判別為在該壁面位置處發(fā)生血管壁的薄弱化，輸出該位置， 所述顯示部使可能發(fā)生所述薄弱化的位置與所述三維形狀模型重疊，進(jìn)行圖形顯示輸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部根據(jù)所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量τ和該特定壁面位置周圍壁面位置處的多個壁面剪應(yīng)力矢量的相對角度關(guān)系，求出作為矢量場τ的標(biāo)量的旋度rot τ及散度div τ ,將這些值作為雜亂度而與閾值相比較,從而判別是所述“平行”、“合流”、“旋轉(zhuǎn)”、“發(fā)散”中的哪一個， 在所述雜亂度的旋度rot τ的值是規(guī)定閾值范圍外的負(fù)值或正值時判別為“旋轉(zhuǎn)”， 在所述雜亂度的所述散度div τ的值是規(guī)定閾值范圍外的負(fù)值時判別為“合流”， 在所述雜亂度的所述散度div τ的值是規(guī)定閾值范圍外的正值時判別為“發(fā)散”，在所述雜亂度的旋度rot τ的值及所述散度div τ的值這二者在規(guī)定閾值內(nèi)時判別為“平行”。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部在運算時，將所述多個壁面剪應(yīng)力矢量處理為單位矢量， 與所述旋度rot τ及散度div τ進(jìn)行比較的閾值為O。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部，將該壁面位置處沿法線方向作用的壓力的指標(biāo)值作為加權(quán)系數(shù)而賦予給所述旋度rot τ及散度div τ的值，從而求出所述雜亂度的所述旋度rot τ及散度diVT的值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部使得求出所述雜亂度的所述旋度rot τ及散度div τ的值時所賦予的壓力的指標(biāo)值，為將該壁面位置處作用的壓力除以在對象血管部位的壁面上作用的平均壓力值而得到的值。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述顯示部使所述雜亂度的所述旋度rot τ或/及所述散度div τ的值，在顯示器上與所述三維形狀模型重疊，進(jìn)行顯示輸出。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部根據(jù)所述特定壁面位置處的壁面剪應(yīng)力矢量τ和該特定壁面位置周圍壁面位置處的多個壁面剪應(yīng)力矢量的相對關(guān)系，求出矢量場τ的旋度rot τ及散度dip，將這些值作為雜亂度而與閾值相比較，在閾值范圍內(nèi)的情況下判別為良性流動(非惡性流動)，在范圍外的情況下判別為惡性流動(非良性流動)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部在運算時，將所述多個壁面剪應(yīng)力矢量處理為單位矢量， 與所述旋度rot τ及散度div τ進(jìn)行比較的閾值為O。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部將該壁面位置處沿法線方向作用的壓力的指標(biāo)值設(shè)為加權(quán)系數(shù)，賦予給所述旋度rot τ及散度div τ的值，從而求出所述雜亂度的所述旋度rot τ及散度div τ的值。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述血流性狀判別部使得求出所述雜亂度的所述旋度rot τ及散度div τ的值時所賦予的壓力的指標(biāo)值，為將該壁面位置處作用的壓力除以在對象血管部位的壁面上作用的平均壓力值而得到的值。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的血流解析系統(tǒng)，其特征在于， 所述顯示部使所述雜亂度的所述旋度rot τ或/及所述散度div τ的值，在顯示器上與所述三維形狀模型重疊，進(jìn)行顯示輸出。
31.一種計算機(jī)軟件程序，其用于向受驗者的對象血管部位的三維形狀數(shù)據(jù)賦予與血流有關(guān)的邊界條件，對所述對象血管部位的內(nèi)腔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過運算而求出各網(wǎng)格位置的血流的狀態(tài)量，該程序的特征在于， 具有標(biāo)記部，其由計算機(jī)讀入所述對象血管部位的內(nèi)腔的三維形狀數(shù)據(jù)，對于所述對象血管部位所包含的多個血管要素，基于各血管要素的截面積的大小而進(jìn)行標(biāo)記， 該系統(tǒng)根據(jù)基于所述 截面積的大小的標(biāo)記，從而針對每個血管要素使得網(wǎng)格劃分詳細(xì)度變動，執(zhí)行所述狀態(tài)量的運算。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的計算機(jī)軟件程序，其特征在于， 所述標(biāo)記部具有存儲部，該存儲部由計算機(jī)使特定對象血管部位所包含的主要血管要素的名稱及其它血管要素的名稱，與該特定對象血管部位相關(guān)聯(lián)而進(jìn)行存儲， 該標(biāo)記部由計算機(jī)在多個截面處對特定對象血管部位所包含的各血管要素的截面積進(jìn)行測定，將其面積的中央值最大的血管確定為主要血管，并且，基于該主要血管的判別而確定所述其它血管要素，標(biāo)記上述主要血管要素及其它血管要素的名稱，并與所述三維形狀數(shù)據(jù)一起輸出。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的計算機(jī)軟件程序，其特征在于， 所述網(wǎng)格詳細(xì)度由所述截面形狀的面積中央值的大小決定，從詳細(xì)度的粗到細(xì)，以多個級別決定。
34.一種由計算機(jī)執(zhí)行的方法，其用于向受驗者的對象血管部位的三維形狀數(shù)據(jù)賦予與血流有關(guān)的邊界條件，對所述對象血管部位的內(nèi)腔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過運算而求出各網(wǎng)格位置的血流的狀態(tài)量，該方法的特征在于， 具有標(biāo)記工序，在該工序中，由計算機(jī)讀入所述對象血管部位的內(nèi)腔的三維形狀數(shù)據(jù)，對于所述對象血管部位所包含的多個血管要素，基于各血管要素的截面積的大小而進(jìn)行標(biāo)記， 該方法根據(jù)基于所述截面積的大小的標(biāo)記，從而針對每個血管要素使得網(wǎng)格劃分詳細(xì)度變動，執(zhí)行所述狀態(tài)量的運算。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于， 所述標(biāo)記工序具有存儲部，該存儲部由計算機(jī)使特定對象血管部位所包含的主要血管要素的名稱及其它血管要素的名稱，與該特定對象血管部位相關(guān)聯(lián)而進(jìn)行存儲， 在該標(biāo)記工序中，由計算機(jī)在多個截面處對特定對象血管部位所包含的各血管要素的截面積進(jìn)行測定，將其面積的中央值最大的血管確定為主要血管，并且，基于該主要血管的判別而確定所述其它血管要素，標(biāo)記上述主要血管要素及其它血管要素的名稱，并與所述三維形狀數(shù)據(jù)一起輸出。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于， 所述網(wǎng)格詳細(xì)度由所述截面形狀的面積中央值的大小決定，從詳細(xì)度的粗到細(xì)，以多個級別決定。
【文檔編號】A61B8/00GK103917164SQ201280041727
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】八木高伸, 樸榮光 申請人:Ebm株式會社