基于血液流動規律和大數據智能分析的肝硬化-門靜脈高壓癥無創檢測及應用研究

所屬學院：土木與資源工程學院

合作方式：?整體轉讓 ?技術許可 ?作價入股 ?合作開發 ?其它_____

成果簡介：

當前根據醫學影像已成功建立肝臟區段血管三維幾何模型，并結合肝臟血液流動特征提出自由流和滲流耦合數值模擬方法，實現對肝臟血液流動及門靜脈壓力分布的物理分析，為準確獲取門靜脈壓力提供理論指導。該成果基于在數值模擬和大數據應用方面多年豐富經驗，結合肝硬化-門靜脈高壓癥病理特征，建立基于自由流和滲流耦合流動規律的肝臟門靜脈壓力無創、智能檢測的新方法和預測平臺。該成果通過結合大數據智能學習實現對門靜脈壓力的精準預測，建立基于三維影像技術的智能、無創門靜脈壓力實時監測可視化平臺。該成果預期可設計制造面向肝硬化-門靜脈高壓癥治療的智能無創檢測分析裝置及個體病例治療方案，通過與醫院及醫療器材企業合作，預計我?？沙蔀閲鴥韧忸I先的肝臟門靜脈高壓癥無創智能檢測技術提供單位。

成熟程度及推廣應用情況：

目前處于何種研發階段：?研發 ?小試 ?中試 ?小批量生產?產業化；樣機：?有 ?無 其他：□如選擇“其他”，請說明：。

已投入成本：1萬元以內。

推廣應用情況：目前成果處于研究階段，與首都醫科大學附屬北京友誼醫院形成項目合作關系。

期望技術轉移成交價格（大概金額）：面談。

技術優勢：

成果通過耦合應用流體力學和機器學習手段，研究肝臟門靜脈壓力智能、無創檢測新方法和多模塊一體化可視化平臺，具有以下兩大核心技術優勢：

1. 基于肝臟血管孔徑分布的自由流和滲流耦合模型及模擬技術

門靜脈壓力數值模擬過程中存在明顯的肝臟區域流動差異特征（圖1），該特征對門靜脈壓力控制及因素影響規律的準確模擬至關重要。傳統宏觀流動方程不能正確地表征血管微尺度通道內流動規律和相關流動機理，需結合滲流流動規律利用分析模型闡明肝臟肝血竇等微觀流動阻力產生的機理并進行定量描述和表征，因此耦合利用自由流和滲流模型出發明確肝臟血液流動規律及流動機理是本成果已擁有的第一個核心技術。

圖1 肝臟血管區段自由流和滲流耦合物理模型

2. 基于機器學習的肝臟門靜脈高壓癥智能無創檢測技術

門靜脈壓力預測中數據源類型復雜，利用數據清洗和融合對數據源進行有效篩選處理，建立有效數據源是保障智能門靜脈無創檢測的基礎和關鍵。此外，研究如何將物理約束條件與智能算法相結合，基于整個治療過程實現肝硬化-門靜脈高壓癥交互應用模塊智能無創平臺，實現模型的準確預測是本成果已擁有的第二個核心技術。

圖2 門靜脈高壓癥智能無創檢測技術平臺框架

性能指標：

肝臟血管分布可視化：

采用CT檢測進行血管重建得到高質量血管二維影像，掃描層數為80～120層；將CT影像數據倒入IQQA-3D Liver等進行三維肝動脈、肝靜脈及門靜脈的自動化分割，并用MIP和SSD重建的血管并標注血管級數（技術要求見表1）；借用編輯和補充的CT圖像血管形態創建用于門靜脈壓力計算的人體生理環境三維物理模型。

表1 各血管壓力分級級數指標

圖3 肝臟區段CT二維和三維重建圖像

門靜脈壓力預測平臺：

以醫學CT圖像以及血液流速等指標為數據基礎，控制采集及處理時間約1天，以大數據存儲計算技術為支撐（超算力＞300PF、存儲能力＞100PB、網絡服務＞100Gb），實現門靜脈壓力的智能無創預測和可視化平臺，與傳統物理模型技術比較見下表。

表2 平臺與傳統物理模型技術比較

市場分析：

面向智能無創門靜脈壓力預測平臺，主要服務對象面向肝臟疾病治療醫療機構和醫療器械企業等。

1. 肝臟疾病治療醫療機構方面：

目前，我國肝病患者已超4億，是全球肝病負擔最重國家。肝靜脈壓力梯度法（HVPG）是目前門靜脈高壓診斷測定最好的方法，被稱為診斷門靜脈高壓癥的金標準。調查顯示，近年來我國檢測門靜脈高壓癥的HVPG技術成型的醫院僅有50家，但每年由治療門靜脈高壓癥及其相關病癥作用導致的肝臟移植手術卻達到上百例，不能滿足需求。此外，HVPG需穿刺進入頸門靜脈，屬于有創侵入性檢測，對人體損傷較大；且測量儀器昂貴、操作難度大，僅可在有條件的中心進行，肝病治療醫療機構急需一種可以快速、智能、無創檢測門靜脈高壓技術。因此，本項目相關技術的成果轉化滿足目前市場需求。

潛在對接醫療機構有：北京協和醫院、北京友誼醫院、301醫院、瑞金醫院、華西醫院、華山醫院、中山大學附屬第一醫院、武漢同濟醫院等。

2. 面向醫療器械方面：

在國家政策的導向和市場需求的帶動下，中國成為巨大的醫療器械消費市場，醫療器械產業發展迅速。同時，在新醫改的背景下，“以藥補醫”體制正在被糾正，醫療服務和醫療器械將迎來進一步快速發展。與此同時，我國醫療器械與藥品的消費比例不到1:5，而在發達國家該比例已達到1:1。我國醫療器械產業還有廣闊的成長空間。

潛在合作企業有：圣湘生物、碩世生物、奧泰生物、迪安診斷等。

經濟效益分析：

本成果以融合大數據/人工智能技術的智能無創門靜脈壓力預測平臺為基礎實現多元化的商業盈利模式，主要分為以下幾大方面：

1.面向肝硬化-門靜脈高壓癥治療及預防開發利用市場，該成果預期推出基于智能無創門靜脈壓力預測平臺的行業解決方案，為客戶提供針對治療整個療程的多模塊一體化的設計、處理、分析等技術服務,預計解決方案銷售收入約為1000～2000萬元/年，利潤約為800～1600萬元/年，并逐年增長。

2.基于智能無創門靜脈壓力預測平臺技術，基于該成果設計制造面向肝硬化-門靜脈高壓癥治療的智能、無創、檢測、分析裝置或儀器，主打推出在線實時檢測裝置（約300萬元/臺），預計銷售收入約為3000～6000萬元/年，利潤約為2000～4000萬元，并逐年增長。

成果亮點：

1.具有自主知識產權，研究成果正在申請發明專利1項。

2.成果來源：北京市自然科學基金重點項目1項，中國醫學科學院醫學與健康科技創新項目1項。

3.技術先進性：國內領先。

團隊簡介：

宋洪慶教授，任職于北京科技大學土木與資源工程學院，長期從事流體力學及大數據機器學習應用方面研究。近些年在Applied Energy、International Journal of Heat and Mass Transfer、Energy等行業內頂級期刊上，共發表學術論文77篇（其中SCI收錄41篇、EI收錄18篇）；其中，以第一或通訊作者發表SCI期刊論文33篇、JCR一區和二區論文6篇，總影響因子74.141，SCI他引107次。出版中英文著作各1部，參編專著3部。在重大國際學術會議作大會專題報告8次，擔任2次國際學術會議的分會主席。同時，獲得國家科技進步二等獎1項、省部級一等獎4項、二等獎2項；授權國家發明專利16項，軟件著作權8項。主持及技術負責多項國家自然基金青年項目及國家“973”項目，在計算流體力學研究方面的積累了寶貴經驗。

冀如講師，任職于北京科技大學土木與資源工程學院，主要從事流體力學方面研究。近5年發表SCI論文30多篇，其中一作14篇（一區8篇，二區5篇），通訊8篇（一區5篇，二區3篇）；最大影響因子4.495，單篇最高被引次數120多次，授權一作發明專利 1項；主持國家自然科學基金青年基金項目、中國博士后基金資助項目各1項，主持橫向項目1項，參與項目9項。

曲偉副主任醫師，任職于首都醫科大學附屬北京友誼醫院肝移植專業，長期從事肝臟移植及相關醫學研究。近些年共發表肝臟移植專業相關核心及以上期刊論文共15篇，其中SCI論文7篇；參編、譯著作5本。

成果相關照片：

圖1 基于機器學習的肝臟門靜脈高壓癥智能無創檢測技術模型圖

圖2 肝臟門靜脈高壓癥智能無創檢測平臺

聯系方式：

北京科大科技園

010-62333830,62335841,62335665,62333626