基于人体血管B型主动脉夹层三维建模及血流动力学仿真研究

发布时间：2020-03-23 10:07

【摘要】：由于生产力的发展,人们的物质条件更为丰富多样,生活方式习惯的变化,以及医疗科技的进步,心血管疾病的检出率逐年增高,其中B型主动脉夹层是其中具有代表性的心血管疾病。B型主动脉夹层发生在降主动脉,血管内膜被撕裂形成破口,撕裂的内膜将正常血管一分为二,形成真腔与假腔两个血流腔道。目前针对B型主动脉夹层的大量研究中,对主动脉夹层的长期演变机理及其对心血管病变的影响大多依赖临床数据收集,无法进行有效的推断和预防。大量研究表明血流动力学与B型主动脉夹层的发生发展有着密切的联系。利用计算机数值仿真模拟血液流体力学分析是探讨血流动力学在B型主动脉夹层发生发展治疗中的重要研究手段,但根据人体CT扫描图像进行B型主动脉夹层三维建模的难度较大。针对目前研究的B型主动脉夹层三维仿真模型种类单一、结构简单、无法代表真实人体血管的情况,本文基于真实的B型主动脉夹层患者CT医学影像资料,利用医学图像提取软件Mimics,采用布尔运算的图像差值算法,实现了三维模型的空腔化以及种类的多样化,建立了正常主动脉血管模型、术前两破口以及以三破口为代表的多破口模型、术后封堵近端破口模型以及封堵远端破口模型,共五种三维仿真模型。在研究探讨了血液流场数值计算以及有限元边界加载的基础数学模型理论的基础上,利用流体力学有限元仿真分析软件对建立的五种模型进行流速流线、壁面压强及壁面剪切应力的分析。本文的研究成果如下:(1)提出了基于真实CT医学影像资料的布尔运算图像差值算法的三维建模及仿真技术,该技术可实现CT医学影像的仿真模型构建及模型的空腔化。利用伯努利原理验证其有限元仿真的结果,证明了利用Mimics软件基于真实CT医学影像资料构建三维模型的可行性、真实性以及有限元仿真的可靠性。(2)两破口以及多破口的术前B型主动脉夹层有限元仿真结果表明,易在假腔的近端破口处形成紊乱的涡流,会继续撕裂近端破口,且主动脉血管入口速度越大越容易形成紊乱的涡流。而真腔中不会出现紊乱的流线,血流流线平顺规则。(3)两破口与多破口的B型主动脉夹层有限元仿真分析发现,多破口的主动脉夹层的真假腔的流速差、壁面压强差较小,壁面剪切应力分布更均匀;两破口B型主动脉夹层真假腔的流速差、壁面压强差较大,壁面力学载荷分布不均匀,假腔会持续挤压真腔,使真腔进一步变窄,导致假腔扩大或形成新的破口,即两破口B型主动脉夹层有向多破口B型主动脉夹层发展的趋势。(4)针对典型的两破口 B型主动脉夹层,分别通过有限元分析封堵近端破口以及远端破口两种方案。结果表明应优先选择封堵近端破口,封堵近端破口后假腔内的壁面压强以及壁面剪切应力均降低,有助于使假腔隔离并血栓化,改善恢复真腔的供血功能。而封堵远端破口,虽然假腔内无法形成血流通路,但导致假腔内压强增大,有扩大假腔形成新的破口的风险。
【图文】：

主动脉夹层,主动脉,心脏,夹层

根据撕裂方向不同，形成不同的夹层范围，这时会出现两种情况。逡逑Ｓｔａｎｆｏｒｄ大学的学者们ｔ３４％根据内膜撕裂的不同范围结合手术需要，将主动脉逡逑夹层分为Ａ、Ｂ两型。如图１．３，其中夹层朝着心脏方向撕裂，出现升主动脉夹层，逡逑临床上称为Ａ型夹层（Ｓｔａｎｆｏｒｄ邋Ａ型）。由于升主动脉与心脏相连接，一旦累及心逡逑脏可引起灾难性的致命并发症：夹层血流破入心包引起心包填塞（心脏具有弹性的逡逑双层外衣中间充满血液，紧紧包裹住心脏，将使心脏无法跳动）；夹层撕裂至冠状逡逑动脉开口大概率导致急性心梗（破坏给心脏供应血液的血管，使心肌细胞缺血坏死逡逑５逡逑

主动脉夹层,动脉壁

Ｕ逦＾逡逑正常动脉逦夹层形成逡逑图１－２正常主动脉与主动脉夹层逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｎｏｒｍａｌ邋ａｏｒｔｉｃ邋ａｎｄ邋ａｏｒｔｉｃ邋ｄｉｓｓｅｃｔｉｏｎ逡逑高血压是主动脉夹层最主要的致病外因［３２］，７０％？９０％的主动脉夹层患者本逡逑身有不同程度的高血压。而引起主动脉壁“强度”发生问题的内因则有多种可能，逡逑主要包括：先天的动脉壁强度不足，如比较有名的马凡氏综合征（Ｍａｒｆａｎ邋Ｓｙｎｄｒｏｍｅ），逡逑其他疾病引起的动脉壁“劳损老化”，如动脉粥样硬化、糖尿病等。逡逑１．４．２邋Ａ、Ｂ型主动脉夹层分类逡逑主动脉自心脏发出后［３３］，先向上到达上胸部（升主动脉段），，然后向左向下弯逡逑折贴着脊柱前缘一路向下走去（降主动脉段），沿途发出给各个脏器供应血液的分逡逑支，最后到达下腹部兵分两路走向双腿，像一枚巨大的问号形状。血流无论在主动逡逑脉沿途何处破入动脉壁后
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R543.1;TP391.9

【参考文献】