基于CT图像胸主动脉的三维模型重建及其血流动力学模拟分析

摘要

目的:基于临床医学的影像图像应用三维模型的重建技术及计算流体力学的方法对人体胸主动脉进行脉动血流模拟计算，获得相应的血流动力学数值结果。通过分析不同个体血管内血液的流动情况，讨论血流动力学参数对主动脉夹层等疾病的影响，为其临床上常见心血管疾病病变机制的研究提供理论基础，从而预防临床脉管疾病。
　　研究方法:用Mimics10.01软件读取DICOM格式的临床CT数据，重建得到人体胸主动脉的三维模型，包括胸主动脉升降支部分，主动脉弓部分，以及主动脉弓的三个分支部位。应用ANSYS-CFX软件计算模拟出人体胸主动脉血管内血液流动情况，获得不同个体的血流动力学参数。分析探讨正常人体胸主动脉及胸主动脉升支出现夹层的血流动力学参数对其心血管常见疾病的影响。
　　结果:通过三维重建技术实现了人体真实解剖系统下的三维胸主动脉模型构建，基于三维重建模型应用计算流体力学方法模拟计算出基于抛物型脉冲血流作为初始速度时，正常人体胸主动脉及胸主动脉升支出现夹层的不同个体不同时刻的速度流线分布，壁面压力，壁面切应力等血流动力学参数。比较不同个体的血流动力学参数数值，分析确定在心动周期中，收缩期的壁面压力要高于舒张期，收缩期的壁面切应力分布相似。在整个收缩期，外侧壁的壁面压力要高于内侧壁压力，内侧壁的壁面切应力变化幅度要比外侧壁壁面切应力变化明显。主动脉弓与分支血管交界面远心端的血流速度明显高于近心端的血流速度。
　　结论:基于注射造影剂的高分辨率下的CT数据通过三维重建构建了人体真实解剖的血管模型，说明了计算机数值模拟方法是分析人体主动脉血管内血流动力学参数的有效手段。在脉动流条件下，人体胸主动脉内血流流场比较复杂，复杂的血管几何模型对流动方式有影响。通过仿真模拟对比分析，印证了胸主动脉弓狭窄部弯侧在心动周期中压力变化幅度比较大，与此处高发夹层有关。升支出现夹层的胸主动脉切应力变化最大的部位在夹层破口处附近，这种快速变化反复发展容易形成血栓。夹层破口上方区域长时间的高切应力可能导致血管弹力板层的破坏，才导致假腔瘤壁进一步破裂。基于CT扫描数据进行数值模拟有利于深入开展生物流体力学研究，而主动脉弓血液流场的数值模拟对临床主动脉夹层的诊断和治疗提供了很大的帮助。

目录

声明

摘要

英文缩略语

1 前言

2．1 材料

2．1．1 研究资料

2．1．2 主要仪器及软件

2．1．3 计算机工作站

2．2 方法

2．2．1 血管模型的三维重建

2．2．2 有限元分析

3 结果

3．1 速度流线图

3．2 壁面切应力图

3．3 壁面压力图

4．1 血流动力学的参数分析

4．1．1 速度流线特征分析

4．1．2 壁面切应力特征分析

4．1．3 壁面压力特征分析

4．2 研究的局限性

5 总结

本研究的创新性自我评价

参考文献

综述 血流动力学的医学应用及发展

致谢

个人简历