左心室舒张早期功能模型评价方法研究

发布时间：2017-05-15 15:27

  本文关键词：左心室舒张早期功能模型评价方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：心血管疾病是危害人类生命健康最严重的疾病之一,且发病率呈现出逐年上升的趋势。治疗心血管疾病的费用也是十分巨大的,给整个国家、社会和患者的家庭带来了沉重的负担。已知人体年龄增加和心血管疾病危险因素会直接影响整个心血管系统的形态及力学性能。然而,由于心血管系统结构功能十分复杂,简单的观测已经不能满足临床早期和精确诊断的需要。随着科技的进步和新技术的出现,更多的数理模型方法已进入到心血管研究领域,为心血管的功能研究和创新突破提供了坚实的基础。 实际上,心血管系统可以看成是以心脏为核心的力学系统,其工作原理与心脏泵血机制及流体力学有很密切的关系。生物医学研究人员在最新研究中提出,将心血管系统的力学模型、仿真计算模型应用于早期精确诊断和治疗方案的确立具有发展潜力。紧密结合临床,应用医学影像技术(如CT,MRI,超声)结合流体力学理论和先进的流场测试手段,建立以临床病例(影像)为基础的心血管生物力学模型与个体化手术方案,获得感兴趣的信息,量化和解释测得数据并对某些生理现象进行预测分析,建立精确规范的心血管功能的无创检测和分析方法,为临床诊断提供更多的参考依据并提出个体化的治疗方案。做到临床与力学模型相结合,心血管系统建模与定量分析相结合,这是生物力学在心血管领域所应实现的最终目标。 已知舒张性心力衰竭(diastolic heart failure, DHF)临床检出率高。研究表明,舒张性心力衰竭是一组以具有心力衰竭症状和体征、射血分数正常而舒张功能异常为特征的临床综合征,很多心衰患者在左心室(LV)收缩功能正常时,舒张功能已表现异常。舒张功能异常通常会引起室壁僵硬度变化,心肌发生灶性损伤或纤维化使室壁僵硬度变大以致难以舒张。欧洲心脏病学会工作组已将室壁僵硬度纳入DHF的诊断标准。目前评价舒张功能的方法包括多普勒超声测量血流频谱、等容舒张时间法、核素心血池显像方法检测左心室容积变化与压力变化的关系来确定左心室腔僵硬度(dP/dV)。现有方法还有一些缺陷和不足,如不能做到无创伤性、准确测量心室容积难度大、实时性差等。本论文基于超声心动图的无创伤性、高帧频、实时等技术特点,拟探索建立一种新的关于心脏功能描述建模方法。首先在临床采集58例健康成人和17例左心室肥厚(LVH)患者超声心动图血流过二尖瓣E峰图像,基于最小二乘法算法编制Matlab程序获取血流过二尖瓣多普勒速度E峰轮廓。将左心室与振荡器进行类比,通过数学方程将E峰图像数值化,结合流体力学理论计算获得舒张早期左心室P-V(压力-容积)曲线,线性回归斜率推导左心室壁僵硬度。应用该模型对正常人和LVH患者的左心室壁僵硬度K值进行计算,并使用SPSS18.0软件对K值和其他超声、临床参数的相关性进行统计。 结果显对正常人和LVH患者K值计算结果敏感可靠(正常人：0.21±.047,LVH：0.42±0.09)。LVH患者左心室容积每搏变化量明显减小。正常对照组各超声参数、数值计算参数与左心室壁僵硬度相关性的分析表明,左心室壁僵硬度K与E峰的峰值速度呈正相关,与DT(E峰减速时间)和IVRT(等容舒张时间)呈负相关。LVH组各超声参数和数值计算参数与左心室腔僵硬度相关性的分析表明,E峰的数值参数c(E峰数值参数)、IVRT. DT与左心室壁僵硬度K呈正相关,其中与DT和IVRT呈高度正相关。该方法所得结果与已知理论具有较高的一致性,表明该左心室壁僵硬度力学模型是合理可靠的,能够在一定程度上能够弥补传统方法上的不足,可对病情进行量化评价,为心血管系统的研究提供了一种新的方向。 本文的另一项任务是通过计算机对心脏进行有限元建模和流场计算仿真。使用超声心动图技术采集二维心尖四腔心切面的灰阶图像,通过Matlab软件包编制的交互程序勾取左心室内壁及二尖瓣的空间位置并获取坐标数据,选用AutoCAD软件包重建左心室二维图像,ICEM CFD作为网格划分技术,在Fluent软件包中进行仿真分析。分别将计算结果与本实验室的基于数值积分理论的_左心室流场可视化技术获得的结果进行对比,验证该方法准确性。结果表明血流快速进入左心室后形成涡流的位置和血流分别向两侧分流的位置都具有较高一致性,但是由于缺乏统一的定量工具,还不能够对结果进行定量对比。为探寻心脏不同病变情况下左心室流场的特异性,使用该方法对正常人和扩心病患者的左心室血流动力学状态进行了对比分析。 通过对比结果表明扩心病患整个左心室扩大,球形度增加,和正常人血流状态存在明显差异。和正常人相比扩心病患者的左心室内平均血流速度偏低,扩心病患者左心室被最大血流速度仅为0.92m/s(正常人为1.5m/s)。正常人的血流速度等值图分布较为对称,扩心病患者则对左侧二尖瓣产生较大负荷。而且两者的涡流强度、涡流位置和涡流形成的时间都存在差异。左心室内血流交汇处的形态也不相同,正常人为纵向分布,扩心病患者则是横向分布,且流线散乱。 本论文的所有研究工作都是以常规超声心动图成像技术为基础,以临床病例和采集的超声心动图图像作为数据来源,建立功能模型和仿真模型展开后续对心血管系统的诊断的研究,将为心脏疾病的临床诊断提供新的参考依据。
【关键词】：心脏 左心室舒张功能 力学模型 僵硬度 超声心动描记术 流场
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R-33
【目录】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-14
• 第1章 绪论14-25
• 1.1 研究意义14-15
• 1.2 研究现状15-22
• 1.2.1 心室几何形状16-17
• 1.2.2 心肌黏性17-18
• 1.2.3 心肌僵硬度18-20
• 1.2.4 心肌松弛型20-22
• 1.2.5 心室间的相互作用22
• 1.3 本论文主要研究工作22-24
• 1.4 本文的主要研究创新点24-25
• 第2章 左心室壁舒张早期僵硬度力学模型评价方法的研究25-40
• 2.1 心脏及循环系统的简介25-29
• 2.1.1 心脏结构及作用25-26
• 2.1.2 心脏的循环26-27
• 2.1.3 心脏的泵血机制27-29
• 2.2 左心室壁舒张早期僵硬度力学模型29-34
• 2.2.1 研究对象29
• 2.2.2 图像获取29
• 2.2.3 多普勒E峰图像分析29-31
• 2.2.4 LV舒张早期容积每搏变化量和压力31-33
• 2.2.5 统计方法33-34
• 2.3 左心室壁舒张早期僵硬度的计算34-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第3章 左心室内流体力学分析40-47
• 3.1 心脏模型的建立41-42
• 3.2 左心室网格划分42-44
• 3.3 左心室流体动力学模型设置44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 左心室流场结果47-56
• 4.1 正常人左心室流场分析47-50
• 4.2 扩心病患者左心室流场分析50-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第5章 结论与展望56-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林亚华;景在平;赵志清;梅志军;冯翔;冯睿;陆清声;;人胸主动脉血液脉动流的三维数值分析[J];第二军医大学学报;2006年08期

2 吕霞付,蔡绍皙;血液密度测量及其在基础医学和临床中的应用[J];国外医学.生物医学工程分册;2001年04期

3 阳跃忠;高血压性左心室肥厚的病理意义及其逆转[J];广西师范大学学报(哲学社会科学版);1995年S1期

4 任志安;郝点;谢红杰;;几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J];化工装备技术;2009年02期

5 古成中;吴新跃;;有限元网格划分及发展趋势[J];计算机科学与探索;2008年03期

6 范觉新,闫翠卿,张运,张梅,赵玉霞;无创技术估测左室心肌松弛时间常数的研究[J];临床心血管病杂志;2003年12期

7 方红荣;唐陶;章湘明;庄茁;;基于实验的心肌被动力本构模型[J];力学学报;2008年03期

8 唐陶;王世骐;裘钧;庄茁;;心肌细胞大变形黏弹性模型及在实验中的应用[J];力学学报;2009年06期

9 鄂珑江;吴效明;胡玉兰;;心血管系统建模的研究进展[J];现代生物医学进展;2008年08期

10 欧颖;张小兵;郑鸣之;包家立;陈莹莹;沈岳;;左心室舒张功能评价方法的研究[J];生物医学工程学杂志;2010年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 马楚云;VFM技术对扩张型心肌病患者心动周期不同时相左室腔内流场的研究[D];第二军医大学;2011年

2 沈洁;超声血流向量成像技术评价糖尿病前期左心室舒张期流场状态[D];川北医学院;2012年

  本文关键词：左心室舒张早期功能模型评价方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：368172