CN105561425A - 一种减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法 - Google Patents

Abstract

一种减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，将脉动与恒流相结合，且单周期内脉动灌注时间与恒流灌注时间之比为3：1，以周期性流态进入血管进行灌注，包括以下步骤：(1)、测明血管内异物的重量；(2)、根据获得的异物重量确定冲击异物时所需的表面压强，进而得出灌注速度；(3)、在血管内引入1/3次间歇式单脉动流，通过医学手段观察关注过程中产生的血管动力学现象，并根据医学数据确定评价血管灌注质量的血管动力学参数。最后根据两种血管动力学参数对比，分析采用1/3次间歇式单脉动流进行血管灌注的灌注质量，保证灌注血管的稳定，同时异物沉积血管壁的情况得到很好改善，有效地提高血管壁清洁。

Description

一种减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法

技术领域

本发明涉及一种减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，具体地说是将脉动流与恒流相结合，并以周期性血液流态进行血管灌注的方法。

背景技术

肝病诱发的死亡率在国内、外不论是发达地区还是欠发达地区都很高，肝移植是目前治疗终末期肝病的唯一有效手段。肝供体质量高低是影响肝移植手术成功率的关键环节之一，术前对肝供体的清洗(灌注)是必须操作的医疗过程。因此血管灌注的质量直接影响手术的成功与否。国内外多名学者研究了血管灌注的过程，分析不同的血管灌注方法产生的不同现象及最终效果，以寻找更好的血管灌注方法达到清洗血液的目的。截止到目前为止，国内外对于肝脏移植术前的血管灌注研究成果并不是很多。这些研究主要围绕着对血管建模，推导其数学模型，并在此基础上进行相应的力学分析。在医学影像的辅助下，期望血液清洗能够更彻底，降低肝供体灌注过程中的主观因素对清洗质量的影响，用来指导医学研究工作以及为医学手术前准备(如肛肠手术前的肠道清洗，器官移植前的器官清洗等)提供理论支持。针对血管灌注主要采用了恒流灌注，有些还采用了旋流灌注等。恒流灌注操作简便，但由于恒流的稳定性，其对管壁的冲刷力很小，导致对于肝供体的清洗效果不是很好；而后出现的旋流灌注，一方面，使血流稳定，减小湍流；另一方面，它可使血管壁得到光滑冲刷，减少血液中有害物质(如脂质等)在血管壁的沉积。而且近年来，有人已经开始将此旋动流原理应用于临床医学的尝试。该方法固然好，然而操作难度却很大，而且成本消耗较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，该方法为一种周期性血管灌注方法，使脉动流与恒流相结合呈周期性进入血管，一方面脉动流态能够给予粘附在血管壁上的异物一个外力，另一方面恒流流态在惯性力的作用下很好地冲刷血管壁，保证血管发生微小变形量的同时，达到减少异物在血管壁的沉积的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

一种减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，是将脉动与恒流相结合，以周期性流态进入血管进行灌注，包括以下步骤：

1、测明血管内异物的重量；

2、根据获得的异物重量确定冲击异物时所需的表面压强，进而得出灌注速度；

3、在血管内引入1/3次间歇式单脉动流，通过医学手段观察关注过程中产生的血管动力学现象，并根据医学手段所得数据确定评价血管灌注质量的血管动力学参数；

其中单周期内脉动灌注时间与恒流灌注时间之比为3：1。

进一步的，以上得出的灌注速度为恒流灌注所需要的流速，进行恒流血管灌注时入口速度为常数0.249[m/s]。

进一步的，以上所述采用1/3次间歇式单脉动流血管灌注时入口速度需要根据恒流灌注速度进行等效为正弦函数：

$v=if(t>=1\[s\],0.2\[m/s\]\×\sin (\frac{2}{3}\×pi\×t\[s\]+\frac{4}{3}\×pi)+0.2\[m/s\],0.2\[m/s\])$

该式表明入口处初始流速为0.2[m/s]。

进一步的，以上所述的血管动力学参数包括灌注流速、剪切力、血管变形量。

进一步的，本发明所述的灌注方法通过有限元分析软件进行一级血管灌注的双向流-固耦合仿真模拟。

本发明的技术效果是：能够提高肝脏移植过程中血管灌注质量，同时为临床医学提供更科学的理论指导，该方法结合脉动流态与恒流流态，在单周期内脉动灌注时间与恒流灌注时间之比为3：1时，不仅能够减小血液紊流，而且能够很好的冲刷血管壁，操作简单，对血管壁内异物沉积清理效果更加理想。

附图说明

图1是一级血管模型示意图，中间靠后的凸起部分是粘附于血管壁的异物；

图2是1/3次间歇式单脉动流灌注时入口速度示意图；

图3是恒流灌注过程中血管内血液流速示意图；

图4是1/3次间歇式单脉动流灌注过程中血管内血液流速示意图；

图5是恒流灌注过程中血管壁面剪切力示意图；

图6是1/3次间歇式单脉动流灌注过程中血管壁面剪切力示意图

图7是恒流灌注过程中血管整体变形示意图；

图8是1/3次间歇式单脉动流灌注过程血管整体变形示意图

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，由于特定的条件限制，本发明涉及到的实验采用计算机仿真的形式进行，即通过有限元分析软件进行一级血管灌注的双向流-固耦合仿真模拟。

发明解决其技术的整体思路是：

(1)肝移植手术前，对肝供体的清洗(灌注)过程中，首先测明血管内异物的重量；其次根据获得的异物重量确定冲击异物时所需的表面压强，进而得出灌注速度；最后在血管内引入1/3次间歇式单脉动流，通过医学手段观察关注过程中产生的血管动力学现象，并根据医学数据确定评价血管灌注质量的血管动力学参数，表明1/3次间歇式单脉动流能够实现血管灌注目的。(2)所述异物重量等灌注物理参数均可由医学手段测明并计算。(3)所述灌注速度是通过据计算得出的恒流灌注时需要的冲击速度，需要将其进一步等效成1/3次间歇式单脉动流的灌注速度，具体的灌注周期需要根据异物的重量确定。

下面给出本发明所述1/3次间歇式单脉动流血管灌注方法的具体实施方式，包括以下步骤：

(1)首先采用三维软件进行一级血管建模，如图1，中间凸起为粘附于血管壁的异物。然后将血管几何模型导入有限元分析软件进行双向流-固耦合仿真。仿真过程采用两种方法，第一步应用恒流进行血管灌注。通过仿真将获得恒流灌注的血管动力学参数，并以此来评价灌注质量，形成对比项。第二步应用1/3次间歇式单脉动流进行血管灌注。同样，与恒流灌注相同的血管动力学参数，如血液流速、剪切力等将会通过仿真获取。最后根据两组血管动力学参数对比，如图3-图8，分析评价采用1/3次间歇式单脉动流进行血管灌注的灌注质量。

(2)所述血管几何模型由医学成像手段(如CT，或者MRI)数据提供，并设定流体为不可压缩非牛顿流体。现有医学影像不能区分血流和血管，在逆向工程软件中统一将血管壁厚度设为2mm。

(3)所述示意图内灌注液流向均为从左向右，所述一级血管内异物重量为0.017g。

(4)所述采用恒流进行血管灌注时，入口速度为0.249[m/s]。

(5)所述采用1/3次间歇式单脉动流血管灌注时入口速度表达式为：

$v=if(t>=1\[s\],0.2\[m/s\]\×sin(\frac{2}{3}\×pi\×t\[s\]+\frac{4}{3}\×pi)+0.2\[m/s\],0.2\[m/s\])$

该式表明入口处初始流速为0.2[m/s]，时间周期t＝4[s]，入口速度示意图，如图2。并采用正弦函数的形式给出速度表达式，使得1/3次间歇式单脉动流的入口速度曲线为脉动流。

图3、图4所示分别为采用恒流灌注和1/3次间歇式单脉动流血管灌注过程中血管内血液流速分布，将两图中结果进行对比可以明显看出，使用本发明提出的1/3次间歇式单脉动流灌注方法后，血管内血液里流速明显提升，更有利于将粘附于血管壁的异物带走，达到异物在血管壁的沉积的目的。

采用恒流灌注和脉动-恒流灌注的壁面剪切力分布，如图5、图6，对比该两种方法的剪切力分布可知，采用本发明提出的1/3次间歇式单脉动流灌注方法可以明显增大壁面剪切应力，给与异物更大的冲击力，实现了减少异物沉积、冲刷管壁的目的。

灌注过程中血管会发生变形，如图7、图8，分别表示恒流灌注和1/3次间歇式单脉动流灌注产生的血管变形。通过对比可知，采用本发明提出的1/3次间歇式单脉动流灌注方法与恒流灌注产生的血管变形相当，保证了灌注血管的稳定性。

需要说明的是，本发明是针对肝脏血管壁内异物沉积所采取的灌注方法，其目的是提高肝脏移植过程中血管灌注质量，同时为临床医学提供更科学的理论指导，但并非属于对疾病的针对及治疗。背景技术中所描述的肝脏移植及治疗等内容，只是为了起到对本发明的背景的了解作用。另外，本发明操作简单，费用低，异物清除效果理想，因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的显而易见的改进和修饰都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，其特征在于，将脉动与恒流相结合，以周期性流态进入血管进行灌注，包括以下步骤：

(1)、测明血管内异物的重量；

(2)、根据获得的异物重量确定冲击异物时所需的表面压强，进而得出灌注速度；

(3)、在血管内引入1/3次间歇式单脉动流，通过医学手段观察关注过程中产生的血管动力学现象，并根据医学手段所得数据确定评价血管灌注质量的血管动力学参数；

其中单周期内脉动灌注时间与恒流灌注时间之比为3：1。

2.根据权利要求1所述的减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，其特征在于，得出的灌注速度为恒流灌注所需要的流速，进行恒流血管灌注时入口速度为常数v＝0.249[m/s]。

3.根据权利要求1所述的减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，其特征在于，采用1/3次间歇式单脉动流血管灌注时入口速度需要根据恒流灌注速度进行等效为正弦函数：

$v=if(t>=1\[s\],0.2\[m/s\]sin(\frac{2}{3}\×pi\×t/1\[s\]+\frac{4}{3})+0.2\[m/s\],0.2\[m/s\])$

该式表明入口处初始流速为0.2[m/s]。

4.根据权利要求1所述的减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，其特征在于，所述的血管动力学参数包括灌注流速、剪切力、血管变形量，且该方法保证了灌注血管的高流速、低变形。

5.根据权利要求1-4任一所述的减少异物沉积血管壁的1/3次间歇式单脉动流灌注方法，其特征在于，该灌注方法通过有限元分析软件进行一级血管灌注的双向流-固耦合仿真模拟。