血管内弹性显像系统的基础研究

为了发展集形态显像和功能显像于一体的早期识别动脉粥样硬化易损斑块的血管内弹性显像系统，本课题组采用医学、数学、弹性力学、影像学、信息处理、计算机等多门学科的交叉，在弹性力学研究基础上提出空间应变计算方法学，利用血管内定位导管提供准确的空间定位信息，实现冠状动脉走形轨迹的真实再现，借助数字信号处理器和生理/超声射频信号同步采集接口技术实现实时二维、动态虚拟内窥镜弹性图和虚拟组织显像技术，并通过仿体、动物模型和病理学实验对各种技术的准确性进行验证，以动物实验前瞻性研究评价各技术预测斑块破裂的优缺点，筛选最具临床应用前景的血管内弹性显像技术。本项目对于动脉粥样硬化易损斑块的早期识别、斑块破裂机制的阐明和急性心血管事件的预防，具有重要的理论意义和临床价值。

为了发展集形态显像和功能显像于一体的早期识别动脉粥样硬化（AS）易损斑块的血管内弹性显像系统，本课题组采用医学、数学、弹性力学、影像学、信息处理等多门学科的交叉，深入研究了AS斑块的弹性力学、快速弹性算法、虚拟现实等关键理论和技术，取得了下列重要研究成果：（1）提出了斑块粘滞性参数共振原理和尖点突变模型以及多维度应变计算的方法学；（2）建立了基于梯度选择的图像盲恢复技术和基于iGVF BS Snake模型的图像分割技术，实现了血管边界的自动识别；（3）提出了利用光流法和位移场归一化的应变计算方法，消除了探头平移和旋转引入的径向应变伪像；（4）将多分辨率应变算法、自适应Savitzky_Golay差分滤波器和互相关算法等用于血管壁位移和应变的计算，结合断点采样和CUDA架构下的GPU加速技术实现了快速二维应变算法；（5）研制了电磁定位血管内超声复合导管，实现了冠状动脉走形轨迹的真实再现，构建了虚拟内窥镜血管弹性显像技术；（6）建立了血管内超声图像和病理学图像的自动配准技术，并根据病理学结果筛选出可反映组织成分的应变特征量，构建了虚拟组织显像技术；（7）构建了易损斑块的多种动物模型，为易损斑块的研究提供了适宜对象；（8）利用动物模型对各种技术的准确性进行验证，发现斑块的径向和周向应变对于预测斑块破裂具有独立预测价值，斑块的面积应变与组织成分高度相关，斑块在心动周期中的体积压缩比可独立预测缺血性脑卒中，预测价值大于传统指标。本项目对于动脉粥样硬化易损斑块的早期识别、斑块破裂机制的阐明和急性心血管事件的预防，具有重大的理论意义和潜在的临床应用价值。项目组共发表论文72篇，标注率98%，其中SCI收录论文53篇，EI收录4篇，中文核心期刊15篇，累计影响因子178.027。申请国家发明专利2项。项目组成功举办2届齐鲁国际心血管病论坛，并积极参与相关领域重要国际会议，研究成果先后应邀在美国心脏学会（ACC）、美国心脏病协会（AHA）、美国超声心动图学会（ASE）年会、美国电气和电子工程师协会(IEEE)系列学术会议上做报告近50次。培养博士生25名，硕士生15名，其中2人获全国优秀博士论文奖，3人获山东省优秀博士论文奖，1篇论文入选中国百篇最具影响的国际学术论文。