基于IVUS冠状动脉斑块增长数据的二维/三维生物力学模型分析

发布时间：2022-01-06 16:19

　　动脉粥样硬化斑块的增长以及破裂与血管所受的力学因素相关。基于医学影像的计算模型可以为临床医生提供一些有用的信息,已经大量地被应用于心脑血管疾病以及其它生物系统的研究。但是由于易损斑块具有复杂的形态特征,以及多种物质成分,因此三维易损斑块的建模工作需要大量的时间,不能及时用于临床辅助治疗。本文探讨用二维模型取代三维模型进行冠状动脉易损斑块力学分析的误差和可行性研究。二维模型建模快捷,将为斑块力学研究产品化解决三维模型耗时长的瓶颈问题。本文以四位患者在初访（Time1=Tl）和随访（Time2=T2）两个时刻的冠状动脉血管内超声（IVUS）图像以及患者的血管造影数据为基础分别建立了8个冠状动脉血管循环弯曲的三维流固耦合数值模拟模型以及334个二维单固体数值模拟模型,并对二维单固体模型以及三维流固耦合模型的数值模拟结果中血管内壁应力、应变以及壁厚进行比较分析。本文同时以血管壁厚增长作为斑块增长,分别探究了二维以及三维模型中斑块增长与血管T1时刻的壁厚,内壁应力以及内壁应变的相关性,并对二维、三维模型相关性的结果进行比较。本文研究结果表明相对于三维流固耦合模型而言,二维单固体模型高估了血管内壁... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 医学背景
    1.2 易损斑块生物力学研究进展
    1.3 本文的研究目的和研究内容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
第二章 力学理论及数学模型
    2.1 力学基础
        2.1.1 应力简介
        2.1.2 应变简介
        2.1.3 平面应变
        2.1.4 平衡微分方程
    2.2 数学模型
        2.2.1 Mooney-Rivlin混合材料模型
        2.2.2 二维单固体模型
        2.2.3 三维流固耦合模型
第三章 建模数据
    3.1 IVUS图像及X-ray血管造影数据
    3.2 冠状动脉切片的前期数据处理
    3.3 冠状动脉的三维几何重建
        3.3.1 T1与T2时刻切片的配对与旋转
        3.3.2 血管中心线的提取
        3.3.3 切片“挂在”血管中心线上
第四章 数值模拟模型
    4.1 血管收缩过程
        4.1.1 二维单固体模型的收缩方法
        4.1.2 三维模型的收缩方法
    4.2 收缩过程对数值模拟计算的影响
    4.3 二维单固体数值模拟模型的建立
    4.4 三维流固耦合数值模拟模型的建立
        4.4.1 重建斑块(脂肪或者钙化斑)区域
        4.4.2 三维固体模型的建立
        4.4.3 三维流体模型的建立
    4.5 三维流固耦合/二维模型的求解
        4.5.1 三维固体模型的有限元求解方法
        4.5.2 二维单固体模型的有限元求解方法
        4.5.3 三维流体模型的有限元求解方法
        4.5.4 流固耦合相互作用
        4.5.5 使用ADINA建模求解流程
第五章 结果分析
    5.1 二维单固体/三维流固耦合模型预测的血管内壁应力与壁厚的相关性
    5.2 二维单固体/三维流固耦合模型预测的血管内壁应变与壁厚的相关性
    5.3 二维单固体/三维流固耦合模型的血管内壁最大应力/应变的周期性变化分布
        5.3.1 Case F4在T1时刻的二维/三维模型预测的血管内壁最大应力周期性变化
        5.3.2 Case F4在T1时刻的二维/三维模型预测的血管内壁最大应变周期性变化
        5.3.3 Case F4在T2时刻的二维/三维模型预测的血管内壁最大应力周期性变化
        5.3.4 Case F4在T2时刻的二维/三维模型预测的血管内壁最大应变周期性变化
    5.4 二维单固体模型与三维流固耦合模型预测的血管壁厚以及应力应变的比较分析
    5.5 二维单固体/三维流固耦合模型预测的斑块增长与血管壁厚的相关性
    5.6 二维单固体/三维流固耦合模型预测的斑块增长与血管内壁应力的相关性
    5.7 二维单固体/三维流固耦合模型预测的斑块增长与血管内壁应变的相关性
    5.8 数值结果总结
第六章 结论与展望
    6.1 结论工作总结
    6.2 不足及展望
致谢
参考文献
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于血管内超声（IVUS）的人体冠状动脉随心动周期形变的流固耦合数值模拟与分析[J]. 王梁,杨淳,Dalin TANG.  北京师范大学学报(自然科学版). 2013(04)



本文编号：3572776