基于CFD的冠脉狭窄功能学评价研究

发布时间：2017-10-02 15:25

  本文关键词：基于CFD的冠脉狭窄功能学评价研究

  更多相关文章： 计算流体力学 血流动力学 冠脉储备分数 流固耦合

【摘要】：冠脉狭窄病变增大了血液流动阻力,导致冠脉供血区域的心肌缺血,从而引发患者心绞痛、猝死等,因此评价研究冠脉狭窄对心肌供血能力影响有着非常重要意义。本文以患者真实冠脉CT血管造影(CT Angiography,CTA)图像为基础,通过数字图像处理建立个体化的冠脉狭窄血管模型,并应用计算流体力学技术(Computational Fluid Dynamics,CFD)求解冠脉狭窄区域内血流动力学控制方程组,建立冠脉狭窄血流动力学数值模型,根据血流动力学参数及其分布规律计算出无创的冠脉血流储备分数(Noinvasive Fractional Flow Reserve from Coronary Computed Tomography Angiography,FFR-CT)定量评价冠脉狭窄引起心肌缺血程度指导临床冠脉介入手术治疗。本文研究主要包括以下几个方面:(1)采用阈值分割和面绘制方法建立个体化冠脉狭窄血管几何模型,并通过CFD从血流动力学角度对三种最优阈值计算方法进行了对比分析研究,分析得出最大类间方差法比较适用于冠脉CTA图像的分割。(2)采用CFD对刚性冠脉狭窄血管模型进行血流动力学数值模拟及功能学评价研究。在建立数值模型过程中,最优网格划分策略确定及黏性系数对数值模拟的影响等方面进行了分析研究;其次采用有限元的有限体积算法求解冠脉狭窄区域的血液流动控制方程(连续方程和Navier-Stokes方程),建立了血流动力学的数值模型,根据数值结果中的血流动力学参数计算FFR-CT对冠脉狭窄进行评价研究。(3)建立了一种基于真实物理参数和流固耦合(Fluid Structure Interaction,FSI)分析方法的弹性冠脉血管数值模型,并根据血流动力学数值对其进行分析。首先,为建立血管的物理模型,进行了猪的冠脉血管的离体拉伸实验计算拟合冠脉血管的杨氏模量E;然后,采用FSI的分析方法进行弹性冠脉狭窄血管的血流动力学数值模拟仿真,并与刚性血管数值模拟结果进行对比,分析研究冠脉弹性对血流动力学和冠脉储备分数的影响。
【关键词】：计算流体力学 血流动力学 冠脉储备分数 流固耦合
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R54;O35
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-11
• 1.3 论文研究内容和目的11-13
• 第2章 计算流体力学概述13-16
• 2.1 流体运动基本控制方程13-15
• 2.1.1 连续方程13-14
• 2.1.2 Navier-Stokes方程14-15
• 2.2 计算流体力学介绍15-16
• 第3章 冠脉血管几何模型的建立16-22
• 3.1 图像分割16-20
• 3.1.1 阈值分割16-19
• 3.1.2 轮廓线提取19-20
• 3.2 三维重建20-22
• 第4章 刚性冠脉血管模型的数值模拟及功能学评价研究22-40
• 4.1 血流动力学数值模拟步骤22-23
• 4.2 病例数据23-24
• 4.3 研究方法24-36
• 4.3.1 最优阈值确定方案研究24-29
• 4.3.2 最优网格策略研究29-32
• 4.3.3 血液黏性系数对血流动力学影响32-35
• 4.3.4 刚性血管模型的数值模拟35-36
• 4.4 数值模拟结果及分析36-39
• 4.5 本章小结39-40
• 第5章 弹性冠脉血管模型的数值模拟及功能学评价研究40-51
• 5.1 流固耦合数值求解40-41
• 5.2 猪冠脉血管拉伸实验41-43
• 5.2.1 实验设置41-42
• 5.2.2 结果分析42-43
• 5.3 基于流固耦合算法的血流动力学数值模拟43-50
• 5.3.1 材料44
• 5.3.2 方法44-46
• 5.3.3 数值模拟结果及分析46-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第6章 总结与展望51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 攻读硕士学位期间发表论文情况56

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本文编号：960352