基于血液流动规律和大数据智能分析的肝硬化-门静脉高压症无创检测及应用研究

所属学院：土木与资源工程学院

合作方式：☐整体转让 ☒技术许可 ☐作价入股 ☒合作开发 ☐其它_____

成果简介：

当前根据医学影像已成功建立肝脏区段血管三维几何模型，并结合肝脏血液流动特征提出自由流和渗流耦合数值模拟方法，实现对肝脏血液流动及门静脉压力分布的物理分析，为准确获取门静脉压力提供理论指导。该成果基于在数值模拟和大数据应用方面多年丰富经验，结合肝硬化-门静脉高压症病理特征，建立基于自由流和渗流耦合流动规律的肝脏门静脉压力无创、智能检测的新方法和预测平台。该成果通过结合大数据智能学习实现对门静脉压力的精准预测，建立基于三维影像技术的智能、无创门静脉压力实时监测可视化平台。该成果预期可设计制造面向肝硬化-门静脉高压症治疗的智能无创检测分析装置及个体病例治疗方案，通过与医院及医疗器材企业合作，预计我校可成为国内外领先的肝脏门静脉高压症无创智能检测技术提供单位。

成熟程度及推广应用情况：

目前处于何种研发阶段：☒研发 ☒小试 ☐中试 ☐小批量生产☐产业化；样机：☐有 ☒无 其他：□如选择“其他”，请说明：。

已投入成本：1万元以内。

推广应用情况：目前成果处于研究阶段，与首都医科大学附属北京友谊医院形成项目合作关系。

期望技术转移成交价格（大概金额）：面谈。

技术优势：

成果通过耦合应用流体力学和机器学习手段，研究肝脏门静脉压力智能、无创检测新方法和多模块一体化可视化平台，具有以下两大核心技术优势：

1. 基于肝脏血管孔径分布的自由流和渗流耦合模型及模拟技术

门静脉压力数值模拟过程中存在明显的肝脏区域流动差异特征（图1），该特征对门静脉压力控制及因素影响规律的准确模拟至关重要。传统宏观流动方程不能正确地表征血管微尺度通道内流动规律和相关流动机理，需结合渗流流动规律利用分析模型阐明肝脏肝血窦等微观流动阻力产生的机理并进行定量描述和表征，因此耦合利用自由流和渗流模型出发明确肝脏血液流动规律及流动机理是本成果已拥有的第一个核心技术。

图1 肝脏血管区段自由流和渗流耦合物理模型

2. 基于机器学习的肝脏门静脉高压症智能无创检测技术

门静脉压力预测中数据源类型复杂，利用数据清洗和融合对数据源进行有效筛选处理，建立有效数据源是保障智能门静脉无创检测的基础和关键。此外，研究如何将物理约束条件与智能算法相结合，基于整个治疗过程实现肝硬化-门静脉高压症交互应用模块智能无创平台，实现模型的准确预测是本成果已拥有的第二个核心技术。

图2 门静脉高压症智能无创检测技术平台框架

性能指标：

肝脏血管分布可视化：

采用CT检测进行血管重建得到高质量血管二维影像，扫描层数为80～120层；将CT影像数据倒入IQQA-3D Liver等进行三维肝动脉、肝静脉及门静脉的自动化分割，并用MIP和SSD重建的血管并标注血管级数（技术要求见表1）；借用编辑和补充的CT图像血管形态创建用于门静脉压力计算的人体生理环境三维物理模型。

表1 各血管压力分级级数指标

图3 肝脏区段CT二维和三维重建图像

门静脉压力预测平台：

以医学CT图像以及血液流速等指标为数据基础，控制采集及处理时间约1天，以大数据存储计算技术为支撑（超算力＞300PF、存储能力＞100PB、网络服务＞100Gb），实现门静脉压力的智能无创预测和可视化平台，与传统物理模型技术比较见下表。

表2 平台与传统物理模型技术比较

市场分析：

面向智能无创门静脉压力预测平台，主要服务对象面向肝脏疾病治疗医疗机构和医疗器械企业等。

1. 肝脏疾病治疗医疗机构方面：

目前，我国肝病患者已超4亿，是全球肝病负担最重国家。肝静脉压力梯度法（HVPG）是目前门静脉高压诊断测定最好的方法，被称为诊断门静脉高压症的金标准。调查显示，近年来我国检测门静脉高压症的HVPG技术成型的医院仅有50家，但每年由治疗门静脉高压症及其相关病症作用导致的肝脏移植手术却达到上百例，不能满足需求。此外，HVPG需穿刺进入颈门静脉，属于有创侵入性检测，对人体损伤较大；且测量仪器昂贵、操作难度大，仅可在有条件的中心进行，肝病治疗医疗机构急需一种可以快速、智能、无创检测门静脉高压技术。因此，本项目相关技术的成果转化满足目前市场需求。

潜在对接医疗机构有：北京协和医院、北京友谊医院、301医院、瑞金医院、华西医院、华山医院、中山大学附属第一医院、武汉同济医院等。

2. 面向医疗器械方面：

在国家政策的导向和市场需求的带动下，中国成为巨大的医疗器械消费市场，医疗器械产业发展迅速。同时，在新医改的背景下，“以药补医”体制正在被纠正，医疗服务和医疗器械将迎来进一步快速发展。与此同时，我国医疗器械与药品的消费比例不到1:5，而在发达国家该比例已达到1:1。我国医疗器械产业还有广阔的成长空间。

潜在合作企业有：圣湘生物、硕世生物、奥泰生物、迪安诊断等。

经济效益分析：

本成果以融合大数据/人工智能技术的智能无创门静脉压力预测平台为基础实现多元化的商业盈利模式，主要分为以下几大方面：

1.面向肝硬化-门静脉高压症治疗及预防开发利用市场，该成果预期推出基于智能无创门静脉压力预测平台的行业解决方案，为客户提供针对治疗整个疗程的多模块一体化的设计、处理、分析等技术服务,预计解决方案销售收入约为1000～2000万元/年，利润约为800～1600万元/年，并逐年增长。

2.基于智能无创门静脉压力预测平台技术，基于该成果设计制造面向肝硬化-门静脉高压症治疗的智能、无创、检测、分析装置或仪器，主打推出在线实时检测装置（约300万元/台），预计销售收入约为3000～6000万元/年，利润约为2000～4000万元，并逐年增长。

成果亮点：

1.具有自主知识产权，研究成果正在申请发明专利1项。

2.成果来源：北京市自然科学基金重点项目1项，中国医学科学院医学与健康科技创新项目1项。

3.技术先进性：国内领先。

团队简介：

宋洪庆教授，任职于北京科技大学土木与资源工程学院，长期从事流体力学及大数据机器学习应用方面研究。近些年在Applied Energy、International Journal of Heat and Mass Transfer、Energy等行业内顶级期刊上，共发表学术论文77篇（其中SCI收录41篇、EI收录18篇）；其中，以第一或通讯作者发表SCI期刊论文33篇、JCR一区和二区论文6篇，总影响因子74.141，SCI他引107次。出版中英文著作各1部，参编专著3部。在重大国际学术会议作大会专题报告8次，担任2次国际学术会议的分会主席。同时，获得国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖4项、二等奖2项；授权国家发明专利16项，软件著作权8项。主持及技术负责多项国家自然基金青年项目及国家“973”项目，在计算流体力学研究方面的积累了宝贵经验。

冀如讲师，任职于北京科技大学土木与资源工程学院，主要从事流体力学方面研究。近5年发表SCI论文30多篇，其中一作14篇（一区8篇，二区5篇），通讯8篇（一区5篇，二区3篇）；最大影响因子4.495，单篇最高被引次数120多次，授权一作发明专利 1项；主持国家自然科学基金青年基金项目、中国博士后基金资助项目各1项，主持横向项目1项，参与项目9项。

曲伟副主任医师，任职于首都医科大学附属北京友谊医院肝移植专业，长期从事肝脏移植及相关医学研究。近些年共发表肝脏移植专业相关核心及以上期刊论文共15篇，其中SCI论文7篇；参编、译著作5本。

成果相关照片：

图1 基于机器学习的肝脏门静脉高压症智能无创检测技术模型图

图2 肝脏门静脉高压症智能无创检测平台

联系方式：

北京科大科技园

010-62333830,62335841,62335665,62333626