用于創建支架移植物的方法以及計算和打印單元的制作方法
【專利摘要】本發明的基礎是通過第一接口接收至少一個第一3D圖像數據集，其中，第一3D圖像數據集包括患者的血管段在不同時間點的3D圖像。本發明人已經認識到，在第一3D圖像數據集的基礎上，血管段的第一血液動力學參數和血管段的空間路線可以均借助于確定單元來確定。該附加信息借助于計算單元在血管段的第一血液動力學參數的基礎上和在血管段的空間路線的基礎上使得能夠計算支架移植物的數字3D模型。因此，3D模型考慮到了第一血液動力學參數和空間路線，以使基于數字3D模型的支架移植物借助于3D打印機單獨地適于患者的解剖結構。
【專利說明】
用于創建支架移植物的方法以及計算和打印單元
【背景技術】
[0001]血管可以由于老化、疾病、壓力或消耗酒精、煙草和其它藥物而改變。例如，血管可以由于斑塊沉積而收縮，其中，梗塞風險由于收縮而增加。更進一步地，可以出現血管的動脈瘤和其它危險改變。這種類型的改變可以通過醫學成像(諸如計算機斷層攝影或磁共振成像)進行診斷。各種選項公知用于減少由于血管改變而導致的患者的危險。例如，可以通過旁路繞過收縮的血管或可以通過支架移植物(特別地，通過所謂的支架)擴張并且穩定收縮的血管。
[0002]常規支架移植物(stent graft)被預先制造并且不單獨適于患者。新類型的主動脈支架移植物是基于主動脈的數字3D模型并且通過3D打印來產生。更進一步地，可以基于3D圖像數據來創建3D模型。在未審專利申請US2013 0296 998A1中描述了這種類型的新型支架移植物。本文中所描述的支架移植物具有用于從主動脈分支的血管的開口。這極大地限制了支架移植物的個體適應的可能性。

【發明內容】

[0003]因此，本發明的目的是提供一種支架移植物，其單獨適于患者的解剖結構。
[0004]該目的通過根據權利要求1所述的方法、根據權利要求10所述的計算和打印單元、根據權利要求13所述的成像設備、根據權利要求14所述的計算機程序產品、根據權利要求15所述的計算機可讀介質和根據權利要求16所述的支架移植物來實現。
[0005]以下描述了用于實現相對于所要求保護的裝置和相對于所要求保護的方法的對象的根據本發明的器件。任何特征、優點或備選實施例還可以應用于其它所要求保護的主題，反之亦然。換言之，實質性權利要求(其例如涉及一種裝置)還可以結合方法所描述或要求保護的特征進行發展。這里，通過對應的實質性模塊來體現方法的對應的功能特征。
[0006]本發明基于通過第一接口接收至少一個第一3D圖像數據集的事實，其中，第一3D圖像數據集包括患者血管段在不同時間點的3D圖像。本發明人已經認識到，在第一 3D圖像數據集的基礎上，可以通過確定單元來確定血管段的第一血液動力學參數和血管段的空間路線(spatial course)。該附加信息使得能夠通過計算單元在血管段的第一血液動力學參數的基礎上和在血管段的空間路線基礎上計算支架移植物的數字3D模型。因此，3D模型考慮了第一血液動力學參數和空間路線，使得支架移植物通過3D打印機在數字3D模型的基礎上單獨適于患者的解剖結構。支架移植物被設計成支撐或更換血管段。
[0007]血液動力學描述了血管系統和/或血管段的流動或移動，特別地，作為物理參數的函數。因此，血液動力學參數是適合于描述流體(特別地，血液)的流動或移動的物理參數。如果在計算3D模型期間考慮到血液動力學參數，則可以創建對于特定患者而言特別可靠并且特別功能性的支架移植物。特別地，可以計算3D模型，使得支架移植物連同血管段和/或連同與血管段相鄰的患者的血管系統的區域一起，具有預先確定的血液動力學參數或該血液動力學參數的預先確定的值范圍。這種類型的預先確定的血液動力學參數或預先確定的值范圍有利地與健康患者相對應。因此，本發明使得能夠生產新一代支架移植物，其被創建使得功能特性單獨適于患者的解剖結構。
[0008]更進一步地，重要的是確定血管段的空間路線，因為這在不同患者之間可以差別很大。如果在該路線的基礎上計算3D模型，則支架移植物單獨適于患者的解剖結構。可以執行適配，使得支架移植物至少部分地具有血管段的形狀。特別地，這還使得對于血管段具有不尋常的空間路線的患者能夠創建支架移植物。空間路線描述了血管段的3D擴展，S卩，特別地，分支、扭曲還有與平直路線的偏差。重要的是在空間路線的基礎上計算數字3D模型以使支架移植物中的或由支架移植物支撐的血管段中的流體能夠以預先確定的方式流動。特別地，這使流動(諸如用健康患者所預期的流動)能夠恢復。特別地，該流體可以是血液。
[0009]更進一步地，可以確定考慮到血管段的空間路線的第一血液動力學參數。還可以通過模擬來確定第一血液動力學參數。例如，可以執行流動模擬，利用該流動模擬模擬流體流過血管段或流過患者的血管系統。模擬可以基于Navier-Stokes方程。更進一步地，可以數字地執行模擬。這樣的模擬可以作為CFD(計算流體動力學的縮寫)的基礎。可以用FEM(有限元建模的縮寫)執行模擬。
[0010]使用這種類型的模擬，已知一些參數(例如，血液粘度)并且從3D圖像數據集推導出其它參數(諸如血管段在不同時間點的擴展)。現在，可以從中推導出血液動力學參數，例如，在心動周期期間的平均壓力。這種類型的模擬使得能夠特別精確地確定第一血液動力學參數。還可以根據哪些模擬參數是已知的來計算多個不同的血液動力學參數。
[0011 ]通過3D打印機創建支架移植物。這種類型的3D打印機直接根據3D模型的示例創建支架移植物，特別地，通過CAD(計算機輔助設計的縮寫)。不同材料可以用于創建，特別地，陶瓷、金屬、塑料和合成樹脂。同時，不同材料可以通過熔融或粘合劑過程彼此連接。3D打印的特殊變體包括用于金屬的選擇性激光熔融或電子束熔融，以及用于塑料、陶瓷和金屬的選擇性激光燒結。用于本發明的特別有利的是塑料和合成樹脂的(聚)噴射方法。在這種情況下，通過一個或多個噴嘴來涂敷多層一種或多種塑料和/或合成樹脂。因此，3D打印機可以包括用于涂敷塑料和/或合成樹脂層的一個或多個噴嘴。
[0012]支架移植物由生物相容性材料制成或用其涂覆。更進一步地，支架移植物可以由于化學處理和/或表面處理而具有附加功能。例如，支架移植物可以包括藥理學活性物質，使得它們被釋放到患者的血液循環中。
[0013]支架移植物可以具有至少一個緊湊構造和擴展構造，其中，緊湊構造的橫截面基本上小于擴展構造。特別地，通過減少橫截面面積10%以上、25%或50%來實現基本上較小的橫截面。在緊湊構造中，支架移植物被設計成通過患者的血管系統(特別地，通過腹股溝區域中的血管系統的入口)輸送到血管段。這使得支架移植物適合于微創外科手術。更進一步地，支架移植物被體現成在患者的血管段的區域中從緊湊構造改變成擴展構造。在擴展構造中，支架移植物執行其預期功能，并且因為支架移植物單獨適于患者的解剖結構，所以以特別可靠的方式穩定血管段。
[0014]可替代地，支架移植物可能不適合于微創外科手術，并且僅具有預先確定的構造。只具有預先確定的構造的支架移植物生產特別簡單，并且可以更進一步地被體現為特別穩定。這種類型的支架移植物仍然可以具有彈性，該彈性例如由于流過支架移植物的流體的壓力而對預先確定的構造產生稍微改變。然而，這基本上不會減少或擴大橫截面。
[0015]更進一步地，血管段可以位于身體的不同區域，特別地，在腹部中、在四肢中或甚至在大腦中。血管段適合于輸送流體，特別地，血液。根據本發明的支架移植物特別適合于支撐分支的血管段。例如，血管段可以是主動脈的一部分。這是因為提供具有這種類型的血管段的可靠的支架移植物是特別重要的。更進一步地，由于分支在不同患者之間變化更大，所以特別有利的是支撐分支的血管段。因此，還可以分支支架移植物本身。更進一步地，因為迄今為止只能使用多個單獨的支架移植物來支撐分支的血管段，所以非常有利的是提供分支的連貫支架移植物。用于使用多個單獨的支架移植物的方法是復雜的，因此易于出錯。更進一步地，分支的連貫支架移植物更穩定并且比多個單獨的支架移植物更適于患者的解剖結構。
[0016]因此，支架移植物還可以從內部支撐給定的血管段。然而，更進一步地，支架移植物還可以被體現成更換血管段。在特別極大地改變的血管段的情況下，該血管段的更換可以比用于血管段的支撐產生血管系統的更可靠的功能。在這種情況下，支架移植物延伸超過血管段以被更換，從而使得能夠將支架移植物可靠固定到患者的血管系統。如果支架移植物被體現成更換血管段并且執行血管假體的功能，則可以特別地不適合用于微創外科手術并且僅具有預先確定的構造。
[0017]根據本發明的另一方面，基于不同時間點之間的血管段的改變來確定第一血液動力學參數。在這種情況下，因為這種類型的改變直接與血流相互作用，所以血管段的改變特別適合于確定第一血液動力學參數。該改變可以特別地涉及幾何改變。
[0018]根據本發明的另一方面，該改變涉及血管段的擴展。現代的成像設備使得能夠精確地確定血管段的擴展。在這種情況下，擴展可以特別地涉及血管段的橫截面的直徑。更進一步地，擴展可以涉及血管段的外部直徑和內部直徑兩者。可以基于血管段的擴展的改變來確定多個第一血液動力學參數。
[0019]根據本發明的另一方面，在患者的至少一個心動周期期間確定血管段的最大擴展和血管段的最小擴展。因為最大擴展和最小擴展之間的擴展差特別大，所以這使得能夠特別精確地確定第一血液動力學參數，并且因此提供關于對血管段的擴展的改變的特別有用的信息。典型地，在心臟收縮階段期間測量最大擴展，并且典型地，在心臟舒張階段期間測量最小擴展。
[0020]根據本發明的另一方面，第一血液動力學參數至少涉及血管段的彈性、或血管段中的血流速率、或血管段中的血壓。這些血液動力學參數對于評價血管段的狀況特別重要。因此，可以創建支架移植物，使得在使用支架移植物期間，這些血液動力學參數中的一個或多個血液動力學參數位于預先確定的值范圍內。
[0021]根據本發明的另一方面，第一血液動力學參數涉及血管段的彈性，其中，支架移植物由至少兩種不同材料創建，其中，選擇材料使得支架移植物具有第一彈性。特別地，可以計算第一彈性使得支架移植物連同血管段和/或連同與血管段相鄰的患者的血管系統的區域一起具有特定彈性。出于本申請的目的，彈性可以是壓縮模量、剪切模量或彈性模量。彈性還可以是所命名的模量中的一個模量周圍的預先確定的值范圍。這種類型的預先確定的模量或預先確定的值范圍有利地與健康患者相對應。
[0022]彈性模量還被稱為楊氏模量并且以SI單位N/m2給出，因此具有機械應力的單位。彈性模量對支架移植物如何對流過支架移植物的流體的壓力做出反應具有很大的影響。支架移植物的彈性模量越低，流動流體的特定壓力下的支架移植物的擴展越大。支架移植物的擴展還伴隨著支架移植物的直徑的增加，因此通過支架移植物的體積流量增加。對于層流，這種關系由Hagen-Poiseui I Ie定律表示。
[0023]特定彈性對于患者的血管系統輸送血液是重要的。在心臟收縮階段期間，血液從心臟栗入血管系統，并且血管系統中的壓力上升。在心臟舒張階段期間，心臟充滿血液，并且血管系統中的壓力下降。由于在心臟收縮階段期間積聚的壓力和相關擴展，血管系統執行能量存儲的功能。由于血管的收縮，血液還在舒張階段期間流過血管系統。如果血管段的彈性太低或太高，則該血管段不再能夠以設想的方式執行能量存儲庫的功能。例如，在患有外周動脈阻塞性疾病的情況下，血管段的病理改變的彈性對患者產生嚴重風險。
[0024]更進一步地，彈性可以是各向異性的，以使支架移植物的彈性沿著不同方向具有不同值。因此，還可以計算一個或多個預先確定的方向(特別地，在橫截面平面內或垂直于中心線)的僅一個值的第一彈性。可替代地，第一彈性可以是各向異性的并且計算不同方向的不同值。
[0025]特別地，在固化條件下，不同材料可以具有不同彈性程度。如果材料以受控方式混合，則所得到的混合材料的彈性可以得到控制。更進一步地，在創建支架移植物期間，可以使用不同材料使得支架移植物具有不均勻的或各向異性的材料特性，特別地，不均勻的或各向異性的彈性特性。該材料可以是塑料。
[0026]根據本發明的另一方面，更進一步地，基于數據庫來計算第一血液動力學參數，其中，多個另外的血液動力學參數存儲在數據庫中。本發明的該方面使得能夠計算考慮到附加信息的第一血液動力學參數。存儲在數據庫中的另一血液動力學參數可以特別地與健康血管段相對應。這種類型的數據庫可以存儲多個血液動力學參數，特別地，作為另一參數(諸如特定血管段或特定患者群)的函數。
[0027]根據本發明的另一方面，在第一圖像數據集的基礎上確定血管段的中心線，其中，基于中心線來確定血管段的空間路線。特別地，可以確定這種類型的中心線用于血管段的分割或在血管段的分割之后確定這種類型的中心線。如果基于中心線確定血管段的空間路線，則特別精確地確定它。還有，當對血管段進行分支時，可以確定一個以上的中心線。
[0028]根據本發明的另一方面，血管段的空間路線的確定需要沿著中心線的擴展的空間路線的確定。血管段的擴展可以沿著中心線改變。如果還確定了該路線并且因此沿著中心線的擴展的改變，則特別精確地確定血管段的路線。在這種情況下，擴展可以特別涉及血管段的橫截面平面的直徑。更進一步地，擴展可以涉及血管段的外部直徑和內部直徑兩者。這對于確定該路線并且因此由于這是用于確定流動特性的決定性因素而導致的血管段的內部直徑的改變而言是特別重要的。因此，可以確定血管段是否是例如由于急劇減少的直徑而導致的病理收縮。
[0029]數字3D模型可以包括支架移植物的結構和材料特性。該結構還包括支架移植物的表面。特別地，3D模型可以指示哪些材料特性應該出現在支架移植物的哪個區域。更進一步地，3D模型信息可以包含關于哪些材料應該在支架移植物的哪些區域中進行處理和/或這些材料應該如何處理的信息。例如，數字3D模型可以包括關于要通過(聚)噴射方法涂敷的各個層的層厚度的信息。
[0030]根據本發明的另一方面，數字3D模型經由網絡被傳送到3D打印機。這使得能夠在不同的地方生產支架移植物。數字3D模型可以包括用于創建支架移植物所需的所有信息。然而，在傳送之后，可以修改3D模型。例如，數字3D模型可以以STL(表面鑲嵌語言的縮寫)提供。特別地，網絡可以是內聯網或互聯網。
[0031]更進一步地，本發明涉及一種用于創建支架移植物的計算和打印單元，包括以下單元:
[0032]-第一接口，其被體現成接收至少一個第一3D圖像數據集，其中，該第一3D圖像數據集包括患者血管段在不同時間點的3D圖像，
[0033]-確定單元，其被體現用于在第一圖像數據集的基礎上第一確定血管段的第一血液動力學參數，并且用于在第一 3D圖像數據集的基礎上第二確定血管段的空間路線，
[0034]-計算單元，其被體現成在血管段的第一血液動力學參數的基礎上和在血管段的空間路線的基礎上計算支架移植物的數字3D模型，
[0035]-3D打印機，其被體現成在數字3D模型的基礎上創建支架移植物。
[0036]特別地，這種類型的計算和打印單元可以被體現成根據本發明及其方面進行上文所描述的方法。計算和打印單元被體現成執行這個方法及其方面在于:第一接口、確定單元、計算單元和3D打印機被體現成執行對應的方法步驟。更進一步地，本發明涉及一種成像設備，其被體現成記錄包括根據本發明的計算和打印單元的第一 3D圖像數據集。
[0037]該成像設備可以是斷層攝影設備，特別地，計算機斷層攝影設備或磁共振成像設備。更進一步地，該成像設備可以是X射線設備，諸如C形臂X射線設備。特別地，該成像設備可以是被設計成記錄3D圖像數據集的超聲設備。第一 3D圖像數據集包括血管段在不同時間點的多個3D圖像。3D圖像至少描繪了對于其要創建支架移植物的血管段。特別地，3D圖像可以是斷層攝影圖像。例如，在用斷層攝影設備在不同時間點記錄3D圖像數據集期間，獲取多個測量數據。這個測量數據可以用于使用不同時間焦點(temporal foci)來重建3D圖像。在這種背景下，重建的3D圖像應該被分配給不同的時間點。特別地，可以在單個所謂的掃描期間獲取用于3D圖像數據集的測量數據。
[0038]出于本申請的目的，“3D”表示空間上三維特性。由于第一3D圖像數據集包括不同時間點的3D圖像，所以第一3D圖像數據集還可以被指定4D圖像數據集。在這種情況下，“4D”表示空間上三維特性和時間特性。
[0039]本發明還涉及一種具有計算機程序和計算機可讀介質的計算機程序產品。一種基本上基于軟件的實現方式具有的優點是已經使用迄今的控制器設備可以簡單地用軟件更新進行改型，以便根據本發明來操作。除了計算機程序之外，這種類型的計算機程序產品可以任選地包括附加的部件(諸如例如，文檔記錄和/或包括硬件部件(諸如例如，用于使用軟件的硬件鍵(加密狗等))的附加部件)。
【附圖說明】
[0040]以下參照附圖中所示的示例性實施例更詳細地描述和解釋了本發明，其示出了:[0041 ]圖1是計算和打印單元，
[0042]圖2是具有計算和打印單元的網絡，
[0043]圖3是成像設備，
[0044]圖4是血管段的3D圖像，
[0045]圖5是支架移植物，
[0046]圖6是用于創建支架移植物的方法的流程圖，
[0047]圖7是通過支架移植物的橫截面。
【具體實施方式】
[0048]這里所示出的計算和打印單元和這里所示出的成像設備均被設計成執行根據本發明的方法。圖1示出了計算和打印單元。這里所示出的計算和打印單元包括第一接口 19、確定單元18、計算單元15和3D打印機30。第一接口 19可以需要通常已知的硬件或軟件接口，例如，硬件接口 PCI總線、USB或火線。確定單元18和計算單元15兩者均可以包括軟件元件和硬件元件，例如，微處理器或所謂的FPGA(“現場可編程門陣列”的縮寫)。確定單元18和計算單元15可以是計算機12的一部分。更進一步地，計算和打印單元能夠與數據庫31通信。計算和打印單元可以進一步包括接口，特別地，用于與數據庫31和3D打印機30通信。
[0049]圖2示出了具有計算和打印單元的網絡。第一3D圖像數據集24被存儲在服務器16上，并且可以經由網絡27被傳送到客戶端28。在這里所示出的實施例中，該客戶端28包括接口 19、確定單元18和計算單元15。根據本發明的計算機程序29以可執行的方式被存儲在客戶端28上。客戶端28可以訪問其上存儲多個血液動力學參數的數據庫31。在這里所示出的示例性實施例中，所計算的3D模型26被直接傳送到3D打印機30。在另一實施例中，這里未示出，3D模型26被傳送回服務器16或另一客戶端。這里，數字3D模型到3D打印機30的傳送TRF還可以經由網絡27發生。因此，3D打印機30還可以連接到服務器16或另一客戶端。
[0050]圖3示出了使用計算機斷層攝影設備的示例的成像設備。這里所示出的計算機斷層攝影設備具有記錄單元17，該記錄單元17包括X射線源8和X射線檢測器9。在獲取測量數據期間，記錄單元17繞著系統軸線5轉動，并且在記錄期間，X射線源8發射X射線2。在這里所示出的示例中，X射線源8是X射線管。在這里所示出的示例中，X射線檢測器9是具有多個線的線檢測器。
[0051]在這里所示出的示例中，在獲取測量數據期間，患者3躺在患者床6上。患者床6被連接到床底座4，使得底座支撐帶有患者3的患者床6。患者床6被設計成通過記錄單元17的開口 10沿著接收方向移動患者3。一般而言，接收方向由在記錄測量數據期間記錄單元17繞著其轉動的系統軸線5限定。在螺旋記錄的情況下，患者床6連續地移動通過開口 10，同時記錄單元17繞著患者3轉動并且獲取測量數據。因此，X射線2描述了患者3的表面上的螺旋形。更進一步地，對于基于測量數據來重建3D圖像25，這里所示出的計算機斷層攝影設備具有重建單元14。
[0052]另外，成像設備(諸如這里所示出的計算機斷層攝影設備)還可以具有用于將造影劑注射到患者3的血液循環中的造影劑注射器。這使得能夠使用造影劑來記錄3D圖像25，使得血管段20可以用增加的對比度描繪。更進一步地，造影劑注射器還提供了致動血管造影記錄或進行灌注掃描的可能性。造影劑通常應該被理解為在成像方法期間提高身體結構和功能的描繪的器件。在本申請的背景中，造影劑應當被理解為是指常規造影劑，諸如例如，碘或IL和示蹤劑(諸如例如，18F，11C，15O或13N)。
[0053]在這里所示出的示例中，第一接口19被體現為計算機12的一部分。計算機12以屏幕11和輸入單元7的形式被連接到輸出單元。可以以不同形式在屏幕上描繪3D圖像25，例如，作為繪制體積圖像或剖視圖。輸入單元7例如是鍵盤、鼠標、所謂的“觸摸屏”或甚至用于語音輸入的麥克風。輸入單元7可以用來啟動根據本發明的計算機程序29。可以通過輸入單元7支持根據本發明的方法的各個步驟;例如，點擊鼠標可以確認選擇3D圖像中的血管段。
[0054]這里所示出的計算機斷層攝影設備包括用于重建3D圖像的重建單元14。更進一步地，計算機12包括確定單元18和計算單元15。計算機12和分配給其的單元可以與計算機可讀介質13交互，特別地，以便通過具有程序代碼的計算機程序29執行根據本發明的方法。更進一步地，計算機程序29的程序代碼可以以可檢索的方式被存儲在機器可讀介質13上。特別地，機器可讀介質可以是⑶、DVD、藍光光盤、記憶棒或硬盤。在這種情況下，計算機程序產品包括計算機程序29和對應的程序代碼。
[0055]在這里所示出的實施例中，至少一個計算機程序29被存儲在計算機12的存儲器上，其當在計算單元15上執行計算機程序29時，執行根據本發明的方法的所有方法步驟。用于執行根據本發明的方法的方法步驟的計算機程序29包括程序代碼。更進一步地，計算機程序29可以被體現為計算機12上的可執行文件和/或除了計算機12之外的計算系統上的可執行文件。例如，可以設計計算和打印單元，使得計算機程序29被裝載到計算和打印單元的存儲器中用于經由內聯網或經由因特網執行根據本發明的方法。
[0056]圖4示出了血管段的3D圖像。在這里所示出的示例中，血管段20是腹腔中的主動脈的一部分。這里，3D圖像25以三個不同的剖視圖的形式描繪。第一剖視圖25.1與額狀平面相對應，第二剖視圖25.2與橫向平面相對應，并且第三剖視圖25.3與矢狀平面相對應。由T所指定的箭頭指示第二剖視圖25.2的位置，并且由S指定的箭頭指示第三剖視圖25.3的位置。在第一剖視圖25.1中，血管段20的中心線23還被描繪為虛線。更進一步地，示出了血管段20沿著中心線12的擴展的改變。這里，通過血管段20的內徑32以示例的方式在不同的位置處指示擴展。在這里所示出的示例中，存在狹窄33，S卩，血管段變窄。這里所示出的血管段20是重要的血液攜帶容器，以便期望的是治療狹窄33，使得血管段20的血液動力學特性由支架移植物21調整使得它們符合健康患者3的那些特性。因此，一方面支架21移植物旨在支撐血管段20，并且另一方面，旨在影響血液動力學特性。這里所描述的本發明使得能夠描繪支架移植物21使得其單獨適于患者3的解剖結構，并且這樣提高血管段20的功能。
[0057]圖5示出了支架移植物。特別地，該支架移植物適合于支撐或更換圖4所示的血管段20。可以用圖6所圖示的方法生產根據本發明的這種類型的支架移植物21。本方法還可以任選地包括第一3D圖像數據集24的成像IMG。在這種情況下，成像MG還包括:重建3D圖像25。支架移植物21基于通過接口 19接收REC第一3D圖像數據集24，其中，第一3D圖像數據集包括患者3的血管段20在不同時間點的3D圖像25。現在，存在通過確定單元18在第一 3D圖像數據集24的基礎上第一確定DET-1血管段的第一血液動力學參數，和通過確定單元18在第一 3D圖像數據集24的基礎上第二確定DET-2血管段20的空間路線。
[0058]特別地，第一血液動力學參數可以是血管段20的彈性、血管段20中的血流速率、或血管段20中的血壓。可以直接從血管段20的擴展(特別地，直徑)的改變來計算彈性。在這種情況下，Hooke定律可以以簡單的近似來使用。還有，可以通過模擬來確定彈性。可以通過超聲波確定血流速率。新方法允許還通過磁共振成像、相位對比血管造影和計算機斷層攝影來測量血流速率。這里，以示例的方式參照申請引用9.6的德國專利申請。
[0059]根據本發明的另一實施例，通過接口19接收第二圖像數據集，其中，通過確定單元在血管段20的第二圖像數據集的基礎上執行第一確定DET-1血管段的第一血液動力學參數。本發明的實施例還可以包括第二圖像數據集的記錄。更進一步地，第一 3D圖像數據集25可以包括第二圖像數據集。例如，第一 3D圖像數據集24包括多個斷層攝影圖像，并且第二圖像數據集包括超聲圖像。現在，可以基于超聲圖像來確定血流速率。更進一步地，第二圖像數據集可以是彈性成像圖像數據集。彈性成像是基于超聲波或磁共振成像，并且使得能夠確定血管段20的彈性。
[0060]特別地，可以通過流動模擬非常精確地確定血管段20中的血壓。另一血液動力學參數可以確定是FFR(血流儲備分數的縮寫)，其中，FFR指示由于狹窄33而導致的壓力下降。因此，可以設定支架移植物21，使得用于患有狹窄33的血管段20的FFR由于支架移植物21而低于預先確定的值。
[0061 ]這之后是通過計算單元15在血管段20的第一血液動力學參數的基礎上和在血管段20的空間路線的基礎上計算CAL支架移植物21的數字3D模型26。特別地，該3D模型26可以限定支架移植物21的特性(諸如其材料組成、支架移植物21的壁的厚度等)。可以基于至少一個3D圖像25中的血管段20的分割結構來計算3D模型26，可以通過通常算法(諸如面向區域的算法或面向邊緣的算法)來執行分割。還有，可以在計算CAL期間考慮預先確定的限制條件。
[0062]任選地，還可以執行用于修改MOD 3D模型26的步驟。可以基于計算和打印單元的用戶的輸入或基于預先確定的限制條件來執行修改MOD。輸入可以使得直接修改MOD 3D模型26在于例如設定支架移植物21的壁的厚度或支架移植物21的直徑。例如，限制條件可以涉及支架移植物21的穩定性或支架移植物21的壁的厚度。對于用戶而言，還可以輸入限制條件。更進一步地，任選地，可以執行步驟PIC以顯示3D模型26。例如，可以在顯示單元11上顯示3D模型26。可以使用顯示的模型26通過經由輸入單元11和顯示單元11的用戶的交互來執行修改MOD。例如，可以標記所顯示的模型26的區域并且更換所標記的區域26。更進一步地，修改MOD可以包括3D模型的比例縮放。
[0063]3D模型26可以以不同的格式提供或轉化成不同的格式。特別地，3D模型26可以采用STL格式。3D模型26現在經由網絡27例如通過傳送TRF被傳送到3D打印機30。這之后通過3D打印機30在數字3D模型26的基礎上創建PRT支架移植物21。在這種情況下，3D打印機30通過打印過程將關于結構、材料組成等的信息從3D模型26轉換成支架移植物21。
[0064]可以打印支架移植物20，使得其具有光滑的表面。更進一步地，它可以被打印，使得除了輸入和輸出流動流體之外還具有封閉的表面。可替代地，可以打印支架移植物20，使得其具有柵格狀或網狀結構。在本發明的另一實施例中，術語“基于”可以被替換為“根據”或“功能上取決于”。
[0065]圖7示出了通過支架移植物的橫截面。因此，支架移植物20還延伸到圖像平面中并且延伸到該平面之外。橫截面在圖像平面中由內部輪廓34和外部輪廓36劃定邊界。所示出的該示例示出了包括多種不同材料的支架移植物20。在這里所示的示例中，使用三種不同材料，但還可以使用更多或更少的不同材料。在這里所示出的示例中，第一材料36.1具有所用材料的最低的彈性模量。而第三材料36.3具有最大的彈性模量。第二材料36.2的彈性模量介于兩種其它材料之間。該材料被布置成層。在這里所示的示例中，這些層具有不同的厚度。在其它實施例中，這些層還可以具有相同的厚度。更進一步地，這些層可以被同中心地布置。
[0066]這里所示出的實施例具有的優點是支架移植物20的彈性的柔軟的內側特別適合于產生在支架移植物20中流動的流體的壓力，并且因此用于支撐流動流體的波的傳播。支架移植物20的彈性較小的堅硬的外側利于支架移植物的恒定的外部形狀，以使所述支架移植物是穩定的。
【主權項】
1.一種用于創建支架移植物(21)的方法，包括以下步驟: -借助于第一接口(19)來接收(REC)至少一個第一3D圖像數據集(24)，其中所述3D圖像數據集(24)包括患者(3)的血管段(20)在不同時間點的3D圖像(25)， -借助于確定單元(18)至少基于所述第一 3D圖像數據集(24)來第一確定(DET-1)所述血管段(20)的第一血液動力學參數， -借助于所述確定單元(18)至少基于所述第一 3D圖像數據集(24)來第二確定(DET-2)所述血管段(20)的空間路線， -借助于計算單元(15)在所述血管段(20)的所述第一血液動力學參數的基礎上和在所述血管段(20)的所述空間路線的基礎上計算(CAL)所述支架移植物(21)的數字3D模型(26)， -借助于3D打印機(30)在所述數字3D模型(26)的基礎上創建(PRT)支架移植物(21)。2.根據權利要求1所述的方法，其中基于在所述不同時間點之間的所述血管段(20)的改變來確定所述第一血液動力學參數。3.根據權利要求2所述的方法，其中所述改變涉及所述血管段(20)的擴展。4.根據權利要求3所述的方法，其中在所述患者(3)的至少一個心動周期期間確定所述血管段(20)的最大擴展和所述血管段(20)的最小擴展。5.根據權利要求1-4中的一項所述的方法，其中所述第一血液動力學參數涉及以下參數中的至少一個參數: -所述血管段(20)的彈性， -所述血管段(20)中的血流速率， -所述血管段(20)中的血壓。6.根據權利要求1-4中的一項所述的方法，其中所述第一血液動力學參數涉及所述血管段(20)的彈性，其中所述支架移植物(21)借助于至少兩種不同的材料被創建，其中選擇所述材料以使得所述支架移植物(21)具有第一彈性。7.根據權利要求1-6中的一項所述的方法，其中還基于數據庫(31)來計算所述第一血液動力學參數，其中多個另外的血液動力學參數被存儲在所述數據庫(31)中。8.根據權利要求1-7中的一項所述的方法，其中在所述第一3D圖像數據集(24)的基礎上確定所述血管段(20)的中心線(23)，其中基于所述中心線(23)來確定所述血管段(20)的所述空間路線。9.根據權利要求1-8中的一項所述的方法，其中所述第二確定(DET-2)所述血管段(20)的所述空間路線包括:確定沿著所述中心線(23)的所述擴展的所述空間路線。10.根據權利要求1-9中的一項所述的方法，還包括: -經由網絡(27)向所述3D打印機(30)傳送(TRF)所述數字3D模型。11.一種用于創建支架移植物(21)的計算和打印單元，包括以下單元: -第一接口(19)，被體現成接收(REC)至少一個第一3D圖像數據集(24)，其中所述第一3D圖像數據集(24)包括患者(3)的血管段(20)在不同時間點的3D圖像(25)， -確定單元(18)，被體現用于在所述第一 3D圖像數據集(24)的基礎上第一確定(DET-1)所述血管段(20)的第一血液動力學參數，并且在所述第一 3D圖像數據集(24)的基礎上第二確定(DET-2)所述血管段(20)的空間路線， -計算單元(15)，被體現成在所述血管段(20)的所述第一血液動力學參數的基礎上和在所述血管段(20)的所述空間路線的基礎上計算(CAL)所述支架移植物(21)的數字3D模型(26)， -3D打印機(30)，被體現成在所述數字3D模型(26)的基礎上創建(PRT)支架移植物(21)。12.根據權利要求11所述的計算和打印單元，還被體現成實施根據權利要求2至10中的一項所述的方法。13.—種被體現成記錄第一 3D圖像數據集(24)的成像設備，包括根據權利要求11或12所述的計算和打印單元。14.一種具有計算機程序(29)的計算機程序產品，所述計算機程序產品能夠被直接加載到計算和打印單元的存儲器中，所述計算機程序產品具有程序段，所述程序段用于當所述程序段由所述計算和打印單元執行時，實施根據權利要求1至10中的一項所述的方法的所有步驟。15.—種計算機可讀介質(13)，在其上的程序段能夠由計算和打印單元讀取和執行，以便當所述程序段由所述計算和打印單元執行時，實施根據權利要求1-10中的一項所述的方法的所有步驟。16.—種使用根據權利要求1-10中的一項所述的方法生產的支架移植物(21)。
【文檔編號】A61F2/07GK106063734SQ201610257379
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月22日 公開號201610257379.3, CN 106063734 A, CN 106063734A, CN 201610257379, CN-A-106063734, CN106063734 A, CN106063734A, CN201610257379, CN201610257379.3
【發明人】S·阿斯曼, A·格拉分博格, J·希爾, D-A·凱爾, R·卡斯, J·魯斯
【申請人】西門子股份公司