【摘要】：背景.近年來計(jì)算模型已被廣泛應(yīng)用到生物學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)中,但在外科手術(shù)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化領(lǐng)域的方面的應(yīng)用相對較少。本文用基于法洛四聯(lián)癥(Tetralogy of Fallot,TOF)患者心臟核磁共振影像(cardiac magnetic resonance,CMR)數(shù)據(jù)的力學(xué)模型,評估心臟運(yùn)行功能,進(jìn)行虛擬手術(shù)研究以確定可用于預(yù)測和優(yōu)化手術(shù)后心臟功能的形態(tài)和力學(xué)因子。法洛四聯(lián)癥是一種常見的先天性發(fā)紺型心臟畸形,包括四個(gè)固定特點(diǎn)——室間隔缺損、主動(dòng)脈騎跨、肺動(dòng)脈狹窄和右心室肥厚�，F(xiàn)行的肺動(dòng)脈瓣置換手術(shù)(pulmonary valve replacement/insertion,PVR),患者手術(shù)后心臟功能的恢復(fù)有好有壞。方法.本文建立了7個(gè)基于個(gè)體病人心臟核磁共振影像數(shù)據(jù)的左/右心室力學(xué)模型作為“虛擬手術(shù)”來探討補(bǔ)片尺寸,疤痕組織修剪,以及心肌恢復(fù)功能的組織工程技術(shù)對術(shù)后右心室功能恢復(fù)狀況的影響。這些模型包含兩種補(bǔ)片尺寸、三種程度的疤痕組織修剪(分別使得右心室容積減小9%、17%、25%)和將疤痕組織或補(bǔ)片換成正常心肌。利用大型有限元軟件ADINA,本文用大型有限元軟件ADINA對這些模型進(jìn)行求解并獲取右心室體積,射血分?jǐn)?shù),曲率,和應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)以進(jìn)行分析比較。本文中射血分?jǐn)?shù)是右心室在一個(gè)周期內(nèi)的射血量和右心室(內(nèi)腔)最大體積之比,是一個(gè)普遍接受的衡量右心室功能的指標(biāo)。結(jié)果.初步結(jié)果顯示這三種技術(shù)(小補(bǔ)片、疤痕組織修剪、心肌修復(fù))都可以得到一定程度的PVR術(shù)后右心功能提升(與傳統(tǒng)的大補(bǔ)片手術(shù)相比,得到1.76%-4%的右心室射血分?jǐn)?shù)提升)。綜合多種技術(shù)可以得到最優(yōu)的術(shù)后右心室射血分?jǐn)?shù),其右心室射血分?jǐn)?shù)比傳統(tǒng)手術(shù)高4.74%。本文同時(shí)也比較了模型間的右心室應(yīng)力、應(yīng)變和曲率的差異,考察不同手術(shù)參數(shù)對這些特征的影響。這些特征的數(shù)據(jù)都提取自模型右心室內(nèi)壁上的數(shù)據(jù)點(diǎn)。由于補(bǔ)片與疤痕組織僅占模型右心室總面積很小的一部分,用整個(gè)右心室的應(yīng)力平均值進(jìn)行比較可能不能清楚地顯示手術(shù)參數(shù)對右心室的應(yīng)力環(huán)境的影響,本文也研究了補(bǔ)片邊緣的局部應(yīng)力/應(yīng)變大小,并做了模型間的比較。結(jié)論.總體看來,所考察的力學(xué)、形態(tài)學(xué)因子與右心室功能的關(guān)聯(lián)尚不清楚。本文所報(bào)告的結(jié)果顯示虛擬手術(shù)具有用于手術(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的潛力。小補(bǔ)片、疤痕組織修剪、心肌修復(fù)都可能改善PVR術(shù)后右心功能。顯然,研究者需要進(jìn)行大量的工作以驗(yàn)證這些結(jié)果,并找到可以改善肺動(dòng)脈瓣置換手術(shù)后心臟功能的因子。
【圖文】：

21 ff E 2b ( 2ccE 2rrE 2crE 2rcE) 3b (2fcE 2cfE 2frE 2rfE ) 是纖維方向上的應(yīng)變分量, Ecc是垂直于纖維方向的應(yīng)變分量,Err是徑Efr、Erc是在它們各自坐標(biāo)平面上的剪切應(yīng)變 C、b1、b2、b3為材料參分量見圖 3.1。

3.4 Geometry-fitting 網(wǎng)格劃分技術(shù)建立心室的三維力學(xué)模型，，首先需要獲取在體 MRI 數(shù)據(jù)并且重建心室的三維幾何結(jié)構(gòu)，再生成有限元網(wǎng)格。適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分對于模型的收斂性非常重要。法洛四聯(lián)癥根治術(shù)后右心室功能障礙的患者心室結(jié)構(gòu)具有個(gè)體差異性，而且還包含了流出道補(bǔ)片和疤痕組織，這些都給網(wǎng)格生成造成了難度。目前的商業(yè)軟件都無法自動(dòng)生成符合要求的有限元網(wǎng)格。Geometry-fitting 網(wǎng)格劃分方法的主要思想是分治.對于每一種成分（相同材料），比如心室組織、補(bǔ)片、疤痕組織、肺動(dòng)脈。它們的整個(gè)結(jié)構(gòu)被分別分解成更多小的體（volume）。這些小幾何體形態(tài)更加規(guī)整，可以在 ADINA 軟件中自動(dòng)生成有限元單元。圖 3.4 給出了 ADINA 軟件使用的幾類規(guī)則幾何體。把心室分割成若干個(gè)規(guī)則幾何體后，為這些體指定一類有限元單元，包括單元的類、材料或者其他更多的信息。接著設(shè)定好網(wǎng)格密度和網(wǎng)格類型后 ADNIA 可自動(dòng)生成網(wǎng)格，用于模型求解計(jì)算。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R654.2;O482.532

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2684187