基于有限元形变的血管壁弹性分析

摘要

在我国，心脑血管疾病已成为疾病死亡的首要原因。动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)斑块破裂和血栓形成被认为是急性心脑血管事件发生的主要原因，对可能发生破裂的易损斑块的早期识别成为筛选易损病人以积极干预心脑血管事件进程的重要手段，斑块稳定性也已成为疗效评价的重要依据。 血管内超声(intravascular ultrasound，IVUS)成像是近年来临床应用于诊断血管病变的一种新的诊断方式，它可以显示血管内腔、管壁和粥样斑块的组织形态学特征以及斑块的病理组成。近几年研究发现，斑块是否破裂取决于斑块的易损性。由于AS斑块从稳定变为易损的过程涉及多个环节，单纯显示动脉管腔或斑块形态的诊断技术已不能满足临床的需要。为了判断斑块的易损性，需要对斑块的形态和功能进行综合的评价。目前公认，弹性是受病理和生理过程影响最大的人体组织的生物力学参数。 血管弹性图(intravascular ultrasound elastography， IVUSE)是上世纪90年代发展起来的一种新的弹性显像技术，它弥补了血管内超声只能进行形态显像的不足，实现了形态显像与功能显像的结合，不仅为评价斑块易损性提供了佐证，而且对于根据斑块的几何形态和成分指导介入性血管腔再通策略的选择具有重要的意义。 本文总结了现有血管弹性模型的特点，结合有限元形变理论，提出一种新的求解血管壁弹性的方法：首先采用Delaunay三角剖分准则将管壁区域划分为若干相连的三角形单元，形成的三角网；然后根据推导的适合血管壁特征的应变公式分别计算每个单元的水平应变、垂直应变和剪切应变；最后利用颜色编码把三角形应变数据转换为256色应变图像，使得管壁应变的显示形象直观。 经过Photoshop图像形变软件和血管壁内所有点的追踪精度的验证，本文所采用的弹性分析方法能够比较准确、真实地反映管壁的弹性状态，为血管疾病提供了参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 血管壁弹性的研究目的和意义

1.3 血管壁弹性研究的现状

1.4 本文的主要研究内容和结构

第2章 血管内超声

2.1 IVUS技术原理

2.2 IVUS显像分析

2.3 IVUS的操作要求

2.4 IVUS在病变诊断及治疗中的应用

2.5 IVUS用于其它血管疾病的观察

2.6 本章小结

第3章 血管壁弹性模型

3.1 血管弹性图

3.2 基于应力应变的血管壁弹性模型

3.3 基于图像配准的血管壁弹性模型

3.4 其它血管壁弹性模型

3.4.1 虚拟内窥镜血管弹性显像技术

3.4.2 无创性血管弹性图

3.5 本文血管壁弹性模型理论依据

3.6 本章小结

第4章 基于有限元形变理论的弹性模型

4.1 有限元

4.2 有限元的基本特征

4.2.1 物质运动和变形的描述

4.2.2 变形梯度

4.2.3 面元

4.2.4 格林应变

4.2.5 阿耳曼西应变

4.3 本文提出的弹性模型

4.3.1 基于点形变的模型

4.3.2 基于线段微元形变的模型

4.4 仿真结果分析

4.5 本章小结

第5章 基于线段微元形变的弹性模型实现方法

5.1 软件设计

5.1.1 需求概述

5.1.2 算法设计

5.1.3 功能说明

5.2 计算步骤

5.2.1 追踪匹配点

5.2.2 网格划分

5.2.3 应变计算

5.2.4 颜色填充

5.3 结果分析

5.3.1 基本功能分析

5.3.2 改进的应变计算方法

5.3.3 改进的网格划分方法

5.4 主应变与主方向

5.5 方法验证

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢