本文選題：計(jì)算流體力學(xué) + 磁共振血管成像��； 參考：《復(fù)旦大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：第一部分高血壓患者腎動(dòng)脈非增強(qiáng)與增強(qiáng)MRA成像的對(duì)比研究目的本研究通過(guò)與增強(qiáng)MRA的比較,來(lái)評(píng)價(jià)非增強(qiáng)MRA技術(shù)-快速穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)成像('True Fast Imaging with Steady State Precession", TrueFISP)檢測(cè)可疑繼發(fā)性高血壓患者腎動(dòng)脈狹窄的準(zhǔn)確性。材料與方法1、44例懷疑腎動(dòng)脈狹窄的高血壓患者(男32例,女12例),均在1.5TMR超導(dǎo)型掃描儀同時(shí)進(jìn)行了增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA檢查。2、所有DICOM格式圖像傳輸?shù)焦ぷ髡綱itrea和圖像處理軟件Mimics,重建非增強(qiáng)與增強(qiáng)MRA圖像,顯示容積再現(xiàn)(VR)和最大密度投影(MIP)圖像。用Mimics測(cè)量主腎動(dòng)脈的體積(volume of main renal arteries, VMRA)。在工作站Vitrea計(jì)算最長(zhǎng)可視腎動(dòng)脈的長(zhǎng)度(length of maximum visible renal artery, LMVRA)和可視腎動(dòng)脈分支的數(shù)目(Number of visualized first branch vessels, NFBV),并測(cè)量了各腎動(dòng)脈的狹窄程度。由兩名有心血管影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師共同評(píng)價(jià)了增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA的圖像質(zhì)量。3、根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型及分布情況,對(duì)于連續(xù)性變量應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn),用于比較增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA的VMRA、LMVRA和NFBV。對(duì)于定序變量應(yīng)用Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn),用于評(píng)價(jià)增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA圖像質(zhì)量的差異性。結(jié)果1、所有44例患者共獲得腎血管88支。所有腎動(dòng)脈均計(jì)算了VMRA、LMVRA和NFBV,三者在增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P值分別為0.62,0.59和0.91,均0.05)。2、對(duì)于狹窄程度評(píng)價(jià),88支腎動(dòng)脈中,增強(qiáng)MRA顯示26例有RAS,狹窄程度從輕度到重度；而非增強(qiáng)MRA僅20例顯示腎動(dòng)脈有狹窄,且狹窄程度從輕度到中等程度；其中僅有6例二者顯示的狹窄程度一致,余者均增強(qiáng)MRA顯示的狹窄程度大于非增強(qiáng)MRA。3、所有腎血管的圖像質(zhì)量都達(dá)到優(yōu)或良的級(jí)別。對(duì)于近段腎動(dòng)脈,非增強(qiáng)與增強(qiáng)MRA顯示無(wú)差別(P0.05)；而中段、遠(yuǎn)段及第一分支的圖像質(zhì)量評(píng)分非增強(qiáng)MRA優(yōu)于增強(qiáng)MRA(P0.05)。結(jié)論非增強(qiáng)TrueFISP MRA是評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈疾病的一種可靠方法。相對(duì)于增強(qiáng)MRA,TrueFISP MRA可在不使用對(duì)比劑的情況下提供相同或更高質(zhì)量的腎動(dòng)脈圖像。鑒于復(fù)雜的臨床情況,比如腎功能不足而又懷疑繼發(fā)性高血壓的患者,TrueFISPMRA可作為一種很好的替代方法來(lái)評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈的情況。3、所有腎血管的圖像質(zhì)量都達(dá)到優(yōu)或良的級(jí)別。對(duì)于近段腎動(dòng)脈,非增強(qiáng)與增強(qiáng)MRA顯示無(wú)差別(P0.05)；而中段、遠(yuǎn)段及第一分支的圖像質(zhì)量評(píng)分非增強(qiáng)MRA優(yōu)于增強(qiáng)MRA(P0.05)。結(jié)論非增強(qiáng)TrueFISP MRA是評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈疾病的一種可靠方法。相對(duì)于增強(qiáng)MRA,TrueFISP MRA可在不使用對(duì)比劑的情況下提供相同或更高質(zhì)量的腎動(dòng)脈圖像。鑒于復(fù)雜的臨床情況,比如腎功能不足而又懷疑繼發(fā)性高血壓的患者,TrueFISPMRA可作為一種很好的替代方法來(lái)評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈的情況。第二部分基于非增強(qiáng)MRA的計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)對(duì)腎動(dòng)脈狹窄的血流動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)目的基于MR和CT圖像的計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)技術(shù),是一種定量評(píng)價(jià)患者個(gè)體化血流動(dòng)力學(xué)的新方法,已經(jīng)應(yīng)用于心血管系統(tǒng)的各個(gè)方面,但尚無(wú)應(yīng)用于活體腎動(dòng)脈狹窄后血流動(dòng)力學(xué)研究的報(bào)道。本研究應(yīng)用基于非增強(qiáng)SSFP MRA的CFD技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈狹窄后的腎動(dòng)脈壓降、流速及流量等血流動(dòng)力學(xué)改變。材料與方法1、30例單支腎動(dòng)脈狹窄的高血壓患者,血壓平均值160.8±22.6mmHg;實(shí)驗(yàn)室檢查沒(méi)有血清肌酐的升高和腎小球?yàn)V過(guò)率的減低。10例正常志愿者。2、所有患者和正常志愿者M(jìn)R檢查采用西門(mén)子Magnetom Aera 1.5T MR超導(dǎo)型掃描儀,采用呼吸觸發(fā)非增強(qiáng)磁共振MRA(steady-state free precession, SSFP)技術(shù)掃描。掃描時(shí)間依賴(lài)于患者的呼吸頻率,采集時(shí)間在5-7分鐘。3、30例患者中有12例在磁共振SSFP MRA檢查前3天內(nèi)進(jìn)行了多普勒超聲檢查,采用飛利浦IU22超聲檢查儀,在靜息狀態(tài)下測(cè)量狹窄腎動(dòng)脈收縮期峰值流速(peak systolic velocity, PSV)。4、CFD技術(shù)利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Materialise-Mimics 14.0 (Materialise Company, Leuven, Belgium),將采集的MRA (DICOM格式)圖像轉(zhuǎn)化,重建腎動(dòng)脈血管三維幾何,并以STL格式保存。然后,導(dǎo)入計(jì)算流體網(wǎng)格劃分軟件ANSYS-ICEM,生成數(shù)值模擬用的計(jì)算網(wǎng)格。采用Prism網(wǎng)格技術(shù),由血管近壁面向內(nèi)逐漸遞增生成3層Prism網(wǎng)格,第一層網(wǎng)格與壁面距離固定為0.02mm。所有患者個(gè)體化模型生成的網(wǎng)格數(shù)量范圍在2060198至3608948之間,整個(gè)重建與計(jì)算網(wǎng)格生成所需時(shí)間大約為5至10分鐘。對(duì)于血流流入與流出的方向,假設(shè)均處于研究區(qū)域血管幾何的法向。為在研究區(qū)域進(jìn)口近端形成充分發(fā)展的流動(dòng),在進(jìn)口向上游方向延長(zhǎng)15倍管徑的距離,以在邊界層形成充分發(fā)展的速度剖面。為模擬外周血管的特性,在所有計(jì)算區(qū)域出口處下游法向方向延長(zhǎng)相應(yīng)血管管徑的40倍長(zhǎng)度,用來(lái)滿(mǎn)足血流壓力的衰減。進(jìn)口與出口區(qū)域的延長(zhǎng)方法僅為計(jì)算所需,與分析研究區(qū)域的流動(dòng)特性無(wú)關(guān)。計(jì)算中,血管假設(shè)為無(wú)彈性剛性壁面。血流假設(shè)為不可壓縮牛頓流體,且運(yùn)動(dòng)為層流。血流密度設(shè)定為1060kg/m3,血液粘滯度設(shè)定為0.0035Pa.s。假設(shè)腹主動(dòng)脈延長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)口血流量為3500ml/min,雙腎保持血流恒定,左右腎動(dòng)脈遠(yuǎn)端出口沿流動(dòng)方向保持零壓力梯度。上述這些邊界條件的假設(shè),都確保滿(mǎn)足基本線(xiàn)性方程的求解需要�；谟邢摅w積法的流體計(jì)算軟件ANSYS-CFX用于求解血流控制方程(納維-斯托克斯方程)。5、定性分析MRA圖像的質(zhì)量基于整個(gè)動(dòng)脈的可視化情況、移動(dòng)偽影和背景組織信號(hào)的抑制情況。由兩名有心血管影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師共同評(píng)價(jià)MRA圖像。二者均在對(duì)患者臨床資料不知情的情況下評(píng)價(jià),并最后對(duì)每例患者的意見(jiàn)達(dá)成一致。腎動(dòng)脈最大密度投影(MIP)圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)共分為5級(jí)：4級(jí)優(yōu)、3級(jí)良、2級(jí)可、1級(jí)差和0級(jí)無(wú)法評(píng)價(jià)。腎動(dòng)脈的狹窄程度共分5級(jí)：Ⅰ級(jí)正常、Ⅱ級(jí)輕度、Ⅲ級(jí)中等程度、Ⅳ重度和V級(jí)閉塞。超聲測(cè)量的12例病人的收縮期峰值流速(peak systolic velocity, PSV)作為參考標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)比CFD結(jié)果顯示的最大流速值的準(zhǔn)確性。對(duì)于狹窄組,最大流速定義為狹窄最嚴(yán)重處的血流速度值；狹窄部分的壓降定義為從腎動(dòng)脈的起始處到狹窄遠(yuǎn)端正常處的壓力差。對(duì)于正常志愿者組,腎動(dòng)脈壓降定義為從腎動(dòng)脈的起始處至分叉起始處；流速測(cè)量腎動(dòng)脈中段處的流速值。所有研究對(duì)象的流量均在腎動(dòng)脈的遠(yuǎn)段測(cè)量。6、CFD測(cè)量的最大流速與超聲PSV的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn),并評(píng)價(jià)了組內(nèi)相關(guān)系數(shù)。對(duì)于連續(xù)性變量(壓降、流速和流量值),應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn)和單因素方差分析,并與正常對(duì)照組做比較。結(jié)果1、所有30例患者和10例正常志愿者SSFP MRA圖像質(zhì)量均達(dá)到滿(mǎn)意,其中36例為4級(jí),4例為3級(jí)；所有研究對(duì)象按照設(shè)定的CFD計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(殘差0.0001)均收斂并獲得了最后結(jié)果。2、狹窄的腎動(dòng)脈總計(jì)30支,狹窄發(fā)生于左側(cè)腎動(dòng)脈的15支,右側(cè)腎動(dòng)脈15支。狹窄程度從2.0%至75.5%,Ⅰ級(jí)12例,2級(jí)7例,3級(jí)9例,4級(jí)2例,5級(jí)0例。3、12例同時(shí)進(jìn)行了SSFP MRA和超聲檢查的患者,CFD最大流速值與超聲測(cè)得的PSV沒(méi)有差異性(P0.05),并有顯示了很高的組內(nèi)相關(guān)性,(組內(nèi)相關(guān)系數(shù)值0.955)。4、對(duì)于正常志愿者組,評(píng)價(jià)了生理學(xué)和血流動(dòng)力學(xué)各指標(biāo)。左腎動(dòng)脈的壓降為1.80mmHg-9.24mmHg(平均值4.33±1.96mmHg);右腎動(dòng)脈的壓降為1.82mmHg～8.45mmHg(平均值4.11±1.94mmHg)。左腎動(dòng)脈的最大流速為0.67m/s～1.09m/s(平均值0.82±0.12m/s)；右腎動(dòng)脈的最大流速為0.64m/s～1.18m/s(平均值0.80±0.16m/s)。左腎動(dòng)脈的流量為541.7ml/min～814.7ml/min(平均值653.7±108.1ml/min);右側(cè)腎動(dòng)脈流量為385.3ml/min-658.3ml/min(平均值546.3±108.1ml/min)。左、右側(cè)腎動(dòng)脈壓降、流速和流量之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。5、不同狹窄程度的腎動(dòng)脈壓降不同。Ⅳ級(jí)和Ⅲ級(jí)狹窄腎動(dòng)脈的壓降大于Ⅱ級(jí)、Ⅰ級(jí)狹窄的患者和正常對(duì)照組(p0.001)；Ⅳ級(jí)狹窄腎動(dòng)脈的壓降明顯高于Ⅲ級(jí)狹窄腎動(dòng)脈的壓降。腎動(dòng)脈不同程度狹窄對(duì)應(yīng)的壓降經(jīng)CFD計(jì)算后結(jié)果為：正常對(duì)照組4.22±1.90mmHg;Ⅰ級(jí)狹窄5.86±3.41mmHg; Ⅱ級(jí)狹窄14.60±6.30mmHg; Ⅲ級(jí)狹窄68.36±31.01 mmHg;Ⅵ級(jí)狹窄120.50±2.71mmHg。6、狹窄腎動(dòng)脈與狹窄程度相對(duì)應(yīng)的最大流速值分別為：Ⅰ級(jí)狹窄0.94±0.23m/s,Ⅱ級(jí)狹窄1.56±0.41m/s,Ⅲ級(jí)狹窄3.43±0.98m/s,Ⅳ級(jí)狹窄4.65±0.31m/s。Ⅰ級(jí)狹窄與正常對(duì)照組間無(wú)明顯差異性(p=0.059)；Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)間有差異性(p0.01),且每級(jí)與正常對(duì)照組間均有顯著性差異(p0.001)。根據(jù)狹窄程度和最大流速的相關(guān)曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)兩處驟然變化位置,在狹窄50%時(shí)流速達(dá)2.0 m/s,在狹窄70%時(shí)流速約為4.0m/s。7、狹窄腎動(dòng)脈的流量總的趨勢(shì)為血流量隨著狹窄程度的加大而流量逐漸減少。各級(jí)別狹窄對(duì)應(yīng)的平均流量值為：Ⅰ級(jí)544.4±132.8ml/min,Ⅱ級(jí)502.1±122.6ml/min,Ⅲ級(jí)299.0±122.6ml/min, Ⅳ級(jí)137.4±5.0ml/min。Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)間無(wú)明顯差異(p0.05)；Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)間無(wú)明顯差異(p0.05)；但是Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)間有明顯差異性(p0.01),即狹窄50%前后流量有明顯的不同。結(jié)論CFD技術(shù)在腎動(dòng)脈狹窄的初步研究,證明了非增強(qiáng)MRA與CFD技術(shù)的結(jié)合可用來(lái)無(wú)創(chuàng)性地對(duì)腎動(dòng)脈狹窄進(jìn)行血流動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)。CFD提供的血流動(dòng)力學(xué)信息增加了臨床對(duì)腎動(dòng)脈狹窄和血流動(dòng)力學(xué)改變之間關(guān)系的理解。第三部分應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)方法對(duì)高血壓腎動(dòng)脈狹窄血管成形術(shù)的模擬分析目的腎動(dòng)脈血管成形術(shù)后血流動(dòng)力學(xué)改變和功能恢復(fù)情況仍然缺乏標(biāo)準(zhǔn)的方法來(lái)評(píng)價(jià),臨床醫(yī)生仍然迫切需要更好的工具來(lái)評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈血管成形術(shù)后腎功能改善與否。本研究的目的是評(píng)價(jià)CFD通過(guò)分析模仿介入血管成形術(shù)后不同程度狹窄的RAS的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo),來(lái)預(yù)測(cè)介入治療效果的能力。材料與方法1、高血壓病史20年的患者并發(fā)右腎動(dòng)脈狹窄,現(xiàn)在血壓為150/95mmHg,非增強(qiáng)MRA成像診斷右側(cè)腎動(dòng)脈直徑狹窄70%。2、利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Materialise-Mimics,將由臨床采集的MRA(DICOM格式)圖像轉(zhuǎn)化,重建患者腎動(dòng)脈血管三維幾何(STL格式)保存。然后,利用另一圖像處理軟件Pro Engineer Wildfi ire,生成一組不同直徑的模擬支架,并分別與腎動(dòng)脈幾何融合,生成一組新的幾何。依次將融合后的三維血管幾何導(dǎo)入計(jì)算流體網(wǎng)格劃分軟件ANSYS-ICEM生成數(shù)值模擬用計(jì)算網(wǎng)格。根據(jù)CFD技術(shù)處理原則,設(shè)定計(jì)算邊界條件以確保滿(mǎn)足基本線(xiàn)性方程的求解需要。3、重建7個(gè)不同直徑狹窄程度的模擬模型,狹窄程度從0到60%,間隔10%。包括原始的70%的狹窄,總共分析8個(gè)不同狹窄程度的幾何模型的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果1、計(jì)算了模擬不同程度狹窄的右側(cè)主腎動(dòng)脈的壓降與左側(cè)正常腎動(dòng)脈的壓降,右側(cè)壓降明顯高于左側(cè)。隨著狹窄程度的減低,右側(cè)主腎動(dòng)脈的壓降波動(dòng)性地減低。不同狹窄程度的右側(cè)主腎動(dòng)脈壓降分別為：70%的狹窄為79.78mmHg,60%為59.16mmHg,50%^ 58.99 mmHg,40%;為51.99 mmHg,30%為36.08 mmHg,20%為33.62 mmHg,10%為29.37mmHg,模擬無(wú)狹窄時(shí)右腎動(dòng)脈的壓降為22.12mmHg。2、根據(jù)患者長(zhǎng)期治療后的血壓值150/95 nmHg,模擬不同直徑狹窄程度從狹窄60%到無(wú)狹窄時(shí),相對(duì)應(yīng)的腹主動(dòng)脈收縮期血壓降低百分比分別為：狹窄60%時(shí)13.7%,50%時(shí)14.7%,40%時(shí)18.0%,30%時(shí)24.3%,20%時(shí)28.0%,10%時(shí)29.2%,無(wú)狹窄時(shí)34.0%。3、腎動(dòng)脈內(nèi)血流的平均流速隨著狹窄程度的減低而波動(dòng)性地降低。狹窄程度為70%時(shí)的最大流速為4.65m/s。與各狹窄程度相對(duì)應(yīng)的平均流速分別為：狹窄70%時(shí)流速為3.68m/s,60%為2.84 m/s,50%為3.10 m/s,40%2.73 m/s,30%為2.09 m/s,20%為1.80 m/s,10%為1.95 m/s,無(wú)狹窄時(shí)為1.64m/s。4、隨著狹窄嚴(yán)重程度的減低,RAS側(cè)腎動(dòng)脈血流量改變的總趨勢(shì)是逐漸增加的。與狹窄程度對(duì)應(yīng)的腎動(dòng)脈血流量分別為：70%時(shí)流量為178.1ml/min,60%為228.2ml/min,50%為338.4 ml/min,40%為472.8 ml/min,30%為693.4 ml/min,20%為528.3 mk/min,10%為710.5 ml/min,模擬無(wú)狹窄時(shí)為722.8ml/min。結(jié)論基于非增強(qiáng)MRA的CFD技術(shù)通過(guò)模仿血管成形術(shù),用來(lái)無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈狹窄修復(fù)后的血流動(dòng)力學(xué)改變,顯示了其對(duì)腎動(dòng)脈血管成形術(shù)和支架植入術(shù)后血流動(dòng)力學(xué)改變的預(yù)測(cè)能力,有助于指導(dǎo)臨床對(duì)腎動(dòng)脈狹窄介入手術(shù)的治療應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：R445.2;R544.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 薛蘊(yùn)菁;高培毅;林燕;;頸動(dòng)脈分叉磁共振血管成像的計(jì)算流體力學(xué)研究初探[J];中國(guó)卒中雜志;2006年01期

2 徐躍平;楊金有;俞航;劉靜;洪洋;;應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法分析人體腹主動(dòng)脈分叉內(nèi)血液流動(dòng)[J];中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志;2012年08期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 楊金有;胸主動(dòng)脈內(nèi)血液流動(dòng)的計(jì)算流體力學(xué)方法研究[D];中國(guó)醫(yī)科大學(xué);2010年

，

本文編號(hào)：1838177