CN106388936A - 一种用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法 - Google Patents

Abstract

一种用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，采用数学仿真的方法模拟肝移植前的供体灌注清洗过程，包括以下步骤：1、根据医学影像数据确定不同分支角度肝脏血管的具体尺寸及参数；2、构建不同分支角度的肝脏血管模型；3、在血管内引入间歇式双脉动流，通过医学手段观察灌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。最后分析对比不同分支角度的分支血管灌注获取的动力学特性结果，说明分支角度在60°左右时，表现出较好的动力学特性，为医学临床应用来缓解血管狭窄堵塞时血管支架的安装角度提供了一定的理论依据。

Description

一种用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法

技术领域

本发明涉及一种用于肝脏灌注的分支血管模型，具体地说是一种包含一个分支节点的二级肝脏血管的实体模型，模拟灌注液对其进行肝移植前的灌注清洗过程。

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直血管建模，并进行相应的力学分析，而对于分支血管采用灌注液进行动力学分析的研究甚少。在医学影像的辅助下，使肝脏灌注过程中获取的血管动力学特性更符合实际，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。

发明内容

本发明的目的是为了解决肝脏移植术前的血管灌注问题，提出了一种用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，该模型是包含五种不同分支角度的血管，更好的模拟不同分支情况下肝脏血管的灌注过程。

本发明的技术方案：

一种用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，该方法采用数学仿真的方法模拟肝移植前的供体灌注清洗过程，具体过程包括以下步骤：

1、根据医学影像数据确定不同分支角度肝脏血管的具体尺寸及参数；

2、构建不同分支角度的肝脏血管模型；分支角度分别为15°、30°、45°、60°和90°。

3、在血管内引入间歇式双脉动流，通过医学手段观察灌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。

所述采用间歇式双脉动流血管灌注的入口灌注速度为：

该式表明入口处初始速度为0.2m/s。

所述的血管动力学参数包括灌注速度和血管整体变形，其动力学特性的变化规律与血管形状有关。

所述分支血管的分支角度在60°左右时，表现出较好的动力学特性，为医学临床应用来缓解血管狭窄堵塞时血管支架的安装角度提供了一定的理论依据。

本发明的技术效果是：采用该模型不仅能够模拟肝移植前不同分支血管的灌注过程，获取较为准确的血管动力学参数，同时为血管内设置支架的临床医学提供更科学的理论指导，对供体血管的清洗效果更理想。

附图说明

图1是分支角度为45°时血管模型示意图；

图2是分支角度为15°时血管变形和灌注流速分布图；

图3是分支角度为30°时血管变形和灌注流速分布图；

图4是分支角度为45°时血管变形和灌注流速分布图；

图5是分支角度为60°时血管变形和灌注流速分布图；

图6是是分支角度为90°时血管变形和灌注流速分布图。

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非光滑血管灌注仿真模拟。

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，首先根据医学影像数据确定分支血管的具体尺寸及参数；其次构建不同分支角度的肝脏血管模型；最后在血管内引入间歇式双脉动流进行灌注，通过医学手段观察灌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，表明分支血管灌注的可行性。(2)所述分支血管的具体尺寸及参数等均可由医学手段测明并计算。(3)所述不同分支角度的血管模型可由三维软件构建。

下面给出本发明所述肝脏非光滑血管进行仿真灌注的具体实施方式，采用数学仿真的方法模拟肝移植前的供体灌注清洗过程，包括以下步骤：

(1)首先采用三维软件进行不同分支血管实体建模，如图1。然后将血管几何模型导入有限元分析软件进行仿真。仿真过程采用两步法，第一步应用分支角度为15°的血管进行灌注。通过仿真将获得灌注的血管动力学参数，如图2所示，并以此来评价灌注质量，形成对比项。第二步应用分支角度分别为30°、45°、60°、90°的血管进行灌注。同样，获取与分支角度为15°的血管灌注相同的血管动力学参数，如灌注液流速、血管整体变形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6，分析评价采用不同分支血管进行灌注的动力学特性，该血管动力学特性包括灌注流速(右图)、血管整体变形(左图)。

(2)所述血管几何模型由医学成像(CT，或者MRI)数据提供，并设定流体为不可压缩非牛顿流体。血管模型参数如下：血管长度均为40mm,主干血管出入口内直径均为4mm，主干血管出入口外直径均为6mm，二分支血管出入口内直径均为3mm，二分支血管出入口外直径均为5mm，血管壁厚均为1mm。

(3)所述示意图内灌注液流向均为从左向右。

(4)所述采用不同分支血管进行灌注时，间歇式双脉动流血管灌注的入口灌注速度为：

该式表明入口处初始速度为0.2m/s。

对比图2-图6中所示不同角度的分支血管的整体变形可知，随着分支角度的增加，血管壁的整体最大变形逐渐减小，且最大变形的变化区域也有所减小。血管分支角度为15°时，血管壁最大变形显示为5.040μm；血管分支角度为90°时，血管壁最大变形显示为2.325μm。将五幅图中结果进行对比可以明显看出，不同分支角度下的血管变形呈现出几乎相同的分布规律，即最大变形发生在分支节点附近，且主干血管变形大于支血管变形。

对比图2-图6中所示不同角度的分支血管的灌注液流速可知，不同分支角度下的血管内灌注液流速呈现出几乎相同的分布规律，即最大流速发生在分支节点前的主干血管中，且整体上主干血管内灌注液流速大于支血管内流速。但随着分支角度的增加，血管内灌注液的流速变化呈现出非线性变化，并在血管分支角度为60°时表现出最大流速，其值为0.580m/s。结合不同角度分支血管的整体变形和灌注流速可以得出，分支角度在60°左右血管表现出较好的动力学特性，该结果为医学临床应用来缓解血管狭窄堵塞时血管支架的安装角度提供了一定的理论依据。

需要说明的是，本发明是针对肝移植前肝脏灌注过程中的血管模型，其目的是在肝脏血管灌注过程中获取更具有指导意义的动力学特性，降低主观因素对肝供体灌注的影响，从而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诊断及治疗。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，血管动力学特性更趋于实际，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)

1.一种用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，其特征在于，该方法采用数学仿真的方法模拟肝移植前的供体灌注清洗过程，具体包括以下步骤：

(1)、根据医学影像数据确定不同分支角度肝脏血管的具体尺寸及参数；

(2)、分别构建不同分支角度的肝脏血管模型；

(3)、在血管内引入间歇式双脉动流，通过医学手段观察灌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。

2.根据权利要求1所述的用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，其特征在于，所述不同分支角度具体为15°、30°、45°、60°和90°。

3.根据权利要求1所述的用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，其特征在于，所述间歇式双脉动流的血管灌注时入口灌注速度为：

$v=\left\{\begin{array}{cc}0.2\[m/s\]sin\left(2\mathrm{\π}t\right)+0.2\[m/s\],& t\∈\[0s,2s\]\\ 0.2\[m/s\],& t\∈\[2s,4s\]\end{array}\right..$

4.根据权利要求1所述的用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，其特征在于，所述的血管动力学参数包括灌注速度和血管整体变形。

5.根据权利要求1所述的用于肝脏灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，其特征在于，所述分支血管的分支角度在60°时，表现出较好的动力学特性，为医学临床应用来缓解血管狭窄堵塞时血管支架的安装角度提供了一定的理论依据。