CN110811828A - 一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法 - Google Patents

一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法 Download PDF

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Abstract

一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法，属于模型建立技术领域。创新性地建立了更贴和冠脉瘤生理结构和特性的集中参数模型，用于研究冠脉瘤“窃血”现象。通过CT图像测量和文献查阅得到必要的冠脉瘤的形状参数，根据公式计算出冠脉瘤集中参数模型的参数值，进行数值模拟仿真，得到冠脉瘤上下游的血流波形进行分析。该模型很好的仿真描述的冠脉瘤“窃血”现象，为这一现象提供了理论依据。

Description

一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法
技术领域：
本发明属于模型的建立技术领域。尤其涉及一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法。
背景技术
冠状动脉瘤是指冠脉发生局部性或弥漫性扩张，扩张管径达到正常值两倍及以上的疾病。冠脉的异常扩张改变了血管的局部血流动力学环境，从而导致扩张性心肌缺血的发生，这种扩张性心肌缺血的临床表现和狭窄性心肌缺血相似，然而他们的机理却并不相同。但是，目前还没有研究能够阐明扩张性心肌缺血的机理。
临床上已经发现，冠脉瘤的存在导致了扩张性心肌缺血。血液在冠脉瘤位置处“丢失”，这与“窃血”现象的描述非常相似，于是将这种现象称为冠脉瘤的“窃血”现象。但是临床报导中只是简单提到了这种现象的存在，对于这种现象产生的原因并没有进行探究，目前也没有针对冠脉瘤“窃血”现象的机理进行的深入研究。
基于血管网络和电路之间的相似性，血管系统可简化为集中参数模型，人体的生理参数或生理特性可以通过集中参数模型反映出来。在集中参数模型中，血压和血流量由电路模型中的电压和电流代替，血液的阻力和惯性由电路模型中的电阻和电感反映，血管壁的弹性由电容反映。由于摆脱了血管的空间依赖性，集中参数模型可以模拟更大范围甚至整个循环系统的行为。它以一种简单的方式能在模型中考虑心脏、动脉系统、静脉系统、自我调节和代谢动力学等，并且计算成本非常低。
在之前的研究中，集中参数模型已经被多次运用于其他的心血管相关问题的研究工作中，然而现有的集中参数模型结构针对的大都是正常血管，如图1。冠脉瘤部位血管发生了异常扩张，如果继续用现有的集中参数模拟进行研究，很难达到很好的预期结果。综上，要想对临床上的冠脉瘤“窃血”现象进行深入研究，必须建立一个合适的冠脉瘤的集中参数模型。
查阅文献可得，由于冠脉瘤独特的生理结构，血液在进入冠脉瘤之后不会像正常血管一样被立即排空，而是会在冠脉瘤内滞留较长的一段时间，由于冠脉瘤的这一特性，考虑在正常冠脉的集中参数模型结构外侧并联一支RLC串联电路结构来模拟。此外，观察冠脉瘤的生理结构示意图(图2)也可以发现，这种并联结构能够更真实地模拟冠脉瘤的生理结构，由于冠脉瘤的右冠好发性，本发明构建右冠上的冠状动脉瘤进行模拟。本发明中用到的集中参数模型如图3。
发明内容：
本发明提出一种用于研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法，相比于现有的集中参数模型结构，本发明中的结构能够更好地反映冠脉瘤的生理特性和生理结构，用于研究冠脉瘤“窃血”现象，提供了理论依据。本发明非用于疾病的诊断与治疗。搭建研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型的系统。
技术方案如下，一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在原有集中参数模型上对应冠脉瘤处串联引入RLC电路，同时再引入一与上述所述RLC电路并联的R1L1C1电路，形成冠脉瘤集中参数模型；
(2)冠脉瘤集中参数模型中各部分参数的确定；
(3)根据上述中的参数值进行模拟计算，提取所需流量波形图进行分析；
其中R1L1C1电路中对应的Rcaa1、Lcaa1以及Ccaa1的值分别为4.73mmHg·s/mL、0.01mmHg·s2/mL以及0.953mL/mmHg；RLC电路中电阻R、电感L、电容C为模拟与冠脉瘤相对应的参数；
测量冠状动脉瘤的如下几何条件：冠状动脉瘤长度m、冠状动脉瘤最大直径r、冠状动脉瘤瘤壁厚度h；查阅文献得到冠状动脉瘤的杨氏模量E、血液密度ρ，血液黏度μ。
冠状动脉瘤集中参数模型RLC电路中的参数值由公式
Figure RE-GDA0002357146710000021
以及
Figure RE-GDA0002357146710000022
计算然后得到，其中A为冠脉瘤的最大直径处的横截面积；
步骤(3)的主要内容包括：根据步骤(2)中计算得到的参数值进行数值模拟，得到冠状动脉瘤上下游的血流波形图，下游血流量的减少率及上游血流回流率。
本发明建立了一种可以用于研究冠脉瘤“窃血”现象的集中参数模型，该模型能够更好地模拟冠脉瘤的生理特性，该研究为冠脉瘤“窃血”现象提供了理论依据。
附图说明：
图1：一种正常心血管系统的集中参数模型示意图；
图2：冠状动脉瘤的生理结构示意图；
图3：本发明中改进的冠状动脉瘤集中参数模型。
图4；为实施例1的血流波形图，a)为实测的波形图，b)为本发明模拟的波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式解释本发明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
针对每一例冠状动脉瘤的CT图像，测量得到冠脉瘤的长度以及最大直径，查阅文献得到血液密度、血液黏度、冠脉瘤杨氏模量以及正常血管的血管壁厚度，根据血管壁扩张后，单位长度的血管壁体积不变的原则，可以计算出冠脉瘤瘤壁的厚度h。得到这些基本参数值后，再根据公式
Figure RE-GDA0002357146710000023
以及
Figure RE-GDA0002357146710000024
计算出冠脉瘤集中参数模型中的相关参数值。将参数值带入程序进行仿真计算，得到冠脉瘤上下游的血流波形，统计得到冠脉瘤上游的回流率以及下游的血流减少率，分析验证数值仿真的结果能否与临床描述中的相符。
数值仿真的结果与临床报导中描述的一致，在报导中，胸痛患者被查出有冠状动脉瘤且没有并发狭窄，检测血流波形发现，血流在收缩期进入冠脉瘤并在舒张期部分排空，还伴随着冠脉瘤上游收缩期峰值以及少量舒张期回流现象。如图4中的a)是文献中得到的临床实测的冠脉瘤上游血流波形图，可见异常收缩期峰值与舒张前期的少量回流(其中冠脉瘤的瘤体长度为34mm，壁厚为0.25mm，最大瘤径为12mm)，图 4中的b)是本发明模拟得出的结果，发现有较高一致性.。
本发明方法创新性地建立了一种冠状动脉瘤的集中参数模型，用于研究冠脉瘤的“窃血”现象，能够很好的用数值模拟的方法仿真临床上的冠脉瘤“窃血”现象，并且提供可视化血流波形探究现象的机理，为冠脉瘤“窃血”现象提供理论依据。

Claims (5)

1.一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在原有集中参数模型上对应冠脉瘤处串联引入RLC电路，同时再引入一与上述所述RLC电路并联的R1L1C1电路，形成冠脉瘤集中参数模型；
(2)冠脉瘤集中参数模型中各部分参数的确定；
(3)根据上述中的参数值进行模拟计算，提取所需流量波形图进行分析。
2.按照权利要求1所述的一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法，其特征在于，其中R1L1C1电路中对应的Rcaa1、Lcaa1以及Ccaa1的值分别为4.73mmHg·s/mL、0.01mmHg·s2/mL以及0.953mL/mmHg；RLC电路中电阻R、电感L、电容C为模拟与冠脉瘤相对应的参数。
3.按照权利要求1所述的一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法，其特征在于，测量冠状动脉瘤的如下几何条件：冠状动脉瘤长度m、冠状动脉瘤最大直径r、冠状动脉瘤瘤壁厚度h；查阅文献得到冠状动脉瘤的杨氏模量E、血液密度ρ，血液黏度μ；
冠状动脉瘤集中参数模型RLC电路中的参数值由公式
Figure RE-FDA0002357146700000011
Figure RE-FDA0002357146700000012
以及
Figure RE-FDA0002357146700000013
计算然后得到，其中A为冠脉瘤的最大直径处的横截面积。
4.按照权利要求1所述的一种研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型构建方法，其特征在于，步骤(3)的主要内容包括：根据步骤(2)中计算得到的参数值进行数值模拟，得到冠状动脉瘤上下游的血流波形图，下游血流量的减少率及上游血流回流率。
5.采用权利要求1-4任一项方法搭建研究冠状动脉瘤“窃血”现象的集中参数模型的系统。
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CN104867147A (zh) * 2015-05-21 2015-08-26 北京工业大学 基于冠状动脉造影图像分割的syntax自动评分方法
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