發(fā)布時間：2017-08-17 09:31

  本文關(guān)鍵詞：動脈血管三維重建及其血流動力學(xué)分析

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【摘要】：在全世界范圍內(nèi),心血管疾病依舊是導(dǎo)致人類死亡的主要原因,每年死于心血管疾病的人數(shù)高達1730萬人,中低收入國家占80%,并且有逐年上升的趨勢。在我國心血管病患者人數(shù)高達2.9億,其中由心血管病引起高血壓的患者2.7億。高血壓患者發(fā)病率為18.8%,且患病率處于持續(xù)上升階段。動脈粥樣硬化斑塊是導(dǎo)致血管狹窄進而引發(fā)心血管病的主要原因。目前,血管造影技術(shù)是診斷血管疾病的主要手段之一,利用該技術(shù)可獲得真實血管的幾何形狀,而不同形狀血管內(nèi)部血流動力學(xué)分布特征與動脈粥樣硬化斑塊的形成與發(fā)展有著密切的聯(lián)系。獲得真實血管內(nèi)部在一個心動周期內(nèi)的血流動力學(xué)特征分布,研究血管不同結(jié)構(gòu)及狹窄對血液流動的影響,探索動脈粥樣硬化斑塊的形成與發(fā)展機制及血管疾病并發(fā)癥產(chǎn)生原因,為心血管病早期預(yù)防及介入治療提供理論依據(jù)。本文針對動脈粥樣硬化斑塊致狹、血管模型簡化和斑塊形成位置問題進行研究,利用臨床血管CT數(shù)據(jù),在三維重建軟件Mimics16.0中建立了左、右冠狀動脈(LCA、RCA)及頸動脈(CCA)血管的三維幾何模型,并依據(jù)重建模型在Pro/E5.0中建立了左冠狀動脈回旋支(LCX)部分的簡化模型,采用計算流體力學(xué)方法分別對重建及簡化血管模型進行了瞬態(tài)數(shù)值計算,分析了血管狹窄及不同結(jié)構(gòu)對血液流動的影響、血管模型簡對數(shù)值計算的影響。此外對左冠狀動脈回旋支部分進行體外血流實驗,進而驗證數(shù)值分析的合理性。本文主要研究工作和成果如下:1、對獲取的CT數(shù)據(jù)用高斯卷積濾波處理后在Mimics16.0中進行三維重建,獲得了血管疾病患者LCA、RCA、CCA的三維幾何模型,為血管支架的設(shè)計及介入治療提供依據(jù)。2、依據(jù)患者狹窄RCA模型在3-matic 8.0中建立了其正常血管的幾何模型,在限元軟件ANSYS-CFX中對狹窄與非狹窄右冠狀動脈進行血流動力學(xué)分析,血管狹窄對血流特性影響較大,主要表現(xiàn)在血管狹窄后整個血管貼壁處血流速度減小,在斑塊部位遠(yuǎn)心端長期處于低壁面剪切力作用下且該處有較復(fù)雜的血流,狹窄部位下游血液流速減小,血流量減小,影響下游組織的正常新陳代謝。3、為減小數(shù)值計算工作量,探索了血管三維模型簡化對數(shù)值計算的影響,采用等截面積法對三維重建的LCX模型進行簡化,并且分別對簡化前后的LCX模型進行血流動力學(xué)數(shù)值計算,血管模型簡化后可大幅度減少計算工作量并且簡化前后的計算結(jié)果差異較小,不影響對動脈粥樣硬化斑塊的形成與發(fā)展機理研究。4、整體分析了左、右頸動脈及其分支的血流特性,發(fā)現(xiàn)在狹窄部位、彎曲及分支部位血液流態(tài)較為多變,進而研究了幾種不同分支血管與彎曲血管中血液的流動特性,得出了動脈粥樣硬化斑塊易形成部位,為預(yù)防血管疾病及血管支架的生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。5、采用工業(yè)級3D打印機制作了三維重建后的LCX實體模型,并且對其進行了體外血流特性實驗,實驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果基本一致,在斑塊遠(yuǎn)心端血流較為復(fù)雜,血管狹窄易導(dǎo)致入口壓力增大,狹窄下游壓力減小。驗證了本文數(shù)值計算的合理性。
【關(guān)鍵詞】：動脈血管 三維重建 血流動力學(xué) 動脈粥樣硬化斑塊 流固耦合
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R54;TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題來源10
• 1.2 研究背景與意義10-14
• 1.3 血管三維重建研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 醫(yī)學(xué)影像14-15
• 1.3.2 血管醫(yī)學(xué)影像三維重建研究意義15-16
• 1.3.3 血管三維重建國內(nèi)外發(fā)展歷程16-18
• 1.4 血流動力學(xué)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4.1 血液流動數(shù)值計算18
• 1.4.2 血流動力學(xué)國內(nèi)外發(fā)展18-20
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 三維重建技術(shù)及血液流動基礎(chǔ)理論22-34
• 2.1 三維重建技術(shù)22-27
• 2.1.1 CT與CTA22-23
• 2.1.2 醫(yī)學(xué)圖像預(yù)處理23-24
• 2.1.3 醫(yī)學(xué)圖像分割24-25
• 2.1.4 醫(yī)學(xué)圖像可視化方法25-27
• 2.2 血液流動數(shù)值計算方法27-33
• 2.2.1 非牛頓血液模型27
• 2.2.2 邊界條件27-28
• 2.2.3 流體控制方程28-32
• 2.2.4 血管壁控制方程32-33
• 2.2.5 流固耦合控制方程33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第3章 基于CT數(shù)據(jù)的血管三維重建34-46
• 3.1 冠狀動脈及頸動脈醫(yī)學(xué)影像34-35
• 3.1.1 醫(yī)學(xué)影像獲取技術(shù)34
• 3.1.2 數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像DICOM傳輸與儲存標(biāo)準(zhǔn)34-35
• 3.2 醫(yī)學(xué)圖像預(yù)處理35-39
• 3.2.1 CT圖像去噪36-38
• 3.2.2 CT圖像增強38-39
• 3.3 三維重建基本過程39-41
• 3.4 三維重建結(jié)果41-45
• 3.4.1 冠狀動脈三維重建幾何模型41-43
• 3.4.2 頸動脈三維重建幾何模型43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 冠狀動脈內(nèi)血流動力學(xué)數(shù)值計算46-66
• 4.1 右冠狀動脈狹窄前后血流動力學(xué)數(shù)值計算46-55
• 4.1.0 流固耦合模型下右冠狀動脈幾何模型46-47
• 4.1.1 三維模型的網(wǎng)格劃分47-48
• 4.1.2 血液與血管壁流固耦合模型48
• 4.1.3 邊界條件48-49
• 4.1.4 數(shù)值模擬結(jié)果與分析49-55
• 4.2 血管幾何模型簡化對數(shù)值計算的影響55-65
• 4.2.1 血管三維模型的簡化方法55-57
• 4.2.2 血管模型簡化對數(shù)值計算的影響57-59
• 4.2.3 血管模型的簡化對數(shù)值計算結(jié)果的影響59-65
• 4.3 本章小結(jié)65-66
• 第5章 不同血管結(jié)構(gòu)對血液流動的影響66-85
• 5.1 左右頸動脈血液流動分析67-74
• 5.1.1 血液模型與邊界條件67-69
• 5.1.2 結(jié)果與討論69-74
• 5.2 血管分支角對血液流動的影響74-79
• 5.2.1 不同分支角模型的建立74-75
• 5.2.2 不同分支角血流特性75-79
• 5.3 血管彎曲程度對血液流動的影響79-84
• 5.3.1 不同彎曲程度模型的建立79-80
• 5.3.2 不同彎曲程度血流特性80-84
• 5.4 本章小結(jié)84-85
• 第6章 體外血液流動特性實驗研究85-91
• 6.1 3D打印實體血管模型85
• 6.2 體外血液動力學(xué)特性測試裝置85-88
• 6.2.1 實驗臺介紹85-87
• 6.2.2 粒子圖像測速法87-88
• 6.3 回旋支體外血流實驗88-89
• 6.3.1 回旋支體外實驗?zāi)Ｐ?/span>88
• 6.3.2 體外實驗工作溶液的配置88-89
• 6.3.3 實驗方案與設(shè)備89
• 6.3.4 實驗方法89
• 6.4 體外實驗結(jié)果與模擬結(jié)果對比89-90
• 6.5 本章小結(jié)90-91
• 第7章 結(jié)論與展望91-94
• 7.1 結(jié)論91-93
• 7.2 展望93-94
• 致謝94-96
• 參考文獻96-100
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果100

【參考文獻】

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本文編號：688283