冠状动脉集中参数模型个性化研究

发布时间：2017-10-31 02:08

  本文关键词：冠状动脉集中参数模型个性化研究

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【摘要】：心血管系统集中参数模型通过建立血流参数和电路参数之间的比拟关系,用电学元件构成的电路回路来比拟心血管系统血液流动的等效回路,进而使我们可以借助电路分析方法来分析心血管系统的血流动力学行为。它具有模拟范围广,计算成本低等特点。目前,冠状动脉集中参数模型在冠脉搭桥术血流动力学规划等方面的应用日益广泛,要求冠状动脉集中参数模型必须能够准确模拟病人真实的个性化生理状态,才能使计算结果真正应用于临床实践。所以,如何确定集中参数模型参数,使集中参数模型产生的压力、流量等波形与病人的实测生理值一致,这就是冠状动脉集中参数模型的个性化问题。本论文以建立个性化冠状动脉集中参数模型为目的,从冠状动脉集中参数模型结构个性化和模型参数个性化两方面完成个性化要求,并根据一例临床患者冠状动脉生理参数建立了该患者的个性化集中参数模型。论文的研究内容包括以下几个方面:(1)冠状动脉集中参数模型结构个性化:根据临床标准冠状动脉16段分法,对冠状动脉进行标准结构化集中参数建模,各段使用三参数Windkessel集中参数模型;根据患者冠状动脉三维重建结果,从标准16段模型中删减病人实际不存在的血管段,使冠状动脉集中参数模型在结构上个性化。(2)冠状动脉集中参数模型参数个性化:血管顺应性参数:构建了一种基于心-踝指数(Cardio-ankle vascular index,CAVI)估计冠状动脉集中参数模型中体循环平均弹性模量的方法。血流阻力与血流惯性:以患者冠状动脉血管内压力、流量与集中参数输出压力、流量的均方根误差作为目标函数,使用遗传算法优化冠状动脉集中参数模型的血流阻力、血流惯性与血管弹性,实现了冠状动脉集中参数模型参数个性化。(3)根据北京安贞医院提供的一名患者生理数据包括患者年龄、身高、血压、CAVI、心输出量、冠状动脉三维重建结果,对该患者冠状动脉进行了个性化集中参数建模,得到了该患者体循环血管弹性、冠状动脉各段血流阻力、血液惯量、血管顺应参数。论文建立了冠状动脉标准16段集中参数模型的求解方法,该方法具有通用性,可对16段或个性化(少于16段)集中参数模型进行求解;实现了基于遗传算法的集中参数模型参数优化估计方法;论文还提供了一种基于血管弹性CAVI指数,利用年龄、舒张压与收缩压确定集中参数模型中体循环血管顺应性的方法。患者集中参数模型个性化结果表明,该个性化模型所模拟的主动脉压力、心输出量、左冠状动脉、右冠状动脉的压力与流量结果与临床数据较为接近,证明了集中参数模型个性化方法的正确性。
【关键词】：冠状动脉 集中参数 血流动力学 个性化
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R54
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.1.1 血流动力学10-11
• 1.1.2 心血管集中参数模型11
• 1.1.3 集中参数个性化11-13
• 1.2 研究进展13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-18
• 1.3.1 研究目标15
• 1.3.2 拟解决的关键性问题15
• 1.3.3 本文结构15-18
• 第2章 冠状动脉血管集中参数模型的构建18-30
• 2.1 血液循环系统建模18-19
• 2.2 集中参数血管建模理论19-23
• 2.2.1 集中参数反映血管顺应性20-21
• 2.2.2 集中参数反映血管流动惯量21-22
• 2.2.3 血液粘性阻力的集中参数22-23
• 2.3 集中参数模型模拟血液流动原理23-24
• 2.4 冠状动脉集中参数模型构建24-27
• 2.5 本章小结27-30
• 第3章 动脉血管弹性估测方法30-38
• 3.1 材料31
• 3.2 统计学分析31-32
• 3.3 结果32-35
• 3.3.1 CAVI的单因素分析32-33
• 3.3.2 CAVI影响因素的pearson相关性分析33
• 3.3.3 CAVI的多因素线性回归分析33-35
• 3.4 讨论35
• 3.4.1 年龄与CAVI35
• 3.4.2 血压与CAVI35
• 3.5 脉搏波传播理论和血管弹性35-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 集中参数模型参数个性化38-50
• 4.1 基本遗传优化算法38-42
• 4.2 仿真优化算法设计42-47
• 4.3 本章小结47-50
• 第5章 冠状动脉集中参数个性化的应用50-62
• 5.1 患者生理参数50-51
• 5.2 冠状动脉集中参数模型个性化过程51-54
• 5.2.1 冠状动脉集中参数模型结构个性化51-52
• 5.2.2 冠状动脉集中参数模型参数个性化52-54
• 5.3 结果54-58
• 5.4 冠状动脉集中参数模型模拟手术搭桥结果58-60
• 5.5 本章总结60-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 参考文献64-72
• 致谢72

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本文编号：1120308