[發明專利]一種腹主動脈瘤生長過程建模方法

有效

• 申請號: 201610069454.3
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105596082B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 蔣之森;龐霖;袁丁
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 袁春曉

技術領域

本發明涉及生物技術領域，尤其是一種腹主動脈瘤生長過程的建模方法。

背景技術

腹主動脈瘤是指腹主動脈一種局部的持續性瘤樣擴張病癥，是一種血管疾病。醫學上，定義腹主動脈膨脹到直徑大于3cm時，為腹主動脈瘤。其發病率為十萬分之一～十萬分之21，總體死亡率為81％。 32％發生在入院前，因未治療而死亡的患者高達40％。其高發病率和高死亡率使其成為臨床醫師及相關研究者十分關注的一種病癥。

目前對腹主動脈瘤生長特性的研究方法有很多，例如一些生物標記物分子的種類與濃度對腹主動脈瘤生長速率有著相當的影響，將生物標記物作為一種判斷腹主動脈瘤生長狀態的方法在逐漸發展。然而，這種方法的精度不高。

又如利用計算機科學對腹主動脈瘤的生長特性進行模擬，目前研究者們建立了一些腹主動脈瘤生長過程的計算模擬模型，模擬腹主動脈瘤的擴張過程，期望加強對腹主動脈瘤生長過程的理解。Watton 等人研究腹主動脈瘤生長過程中動脈血管膠原密度的變化以及膠原形態的變化，并以此為基礎建立了計算模型；Volokh等人通過建立動脈血管壁的非線性各向同性模型以及管壁密度的演化方程，計算腹主動脈瘤球型模型；Helderman等人則利用各向同性線彈性性質和楊氏模量的預置改變來表述動脈血管壁，并以此為基礎建立腹主動脈瘤生長模型。Baek等人建立了一種流固生長的計算迭代模型，通過一個血管形態與材料參數的循環迭代，模擬心血管瘤逐漸生長的過程。Zeinali-Davarani等人建立了動脈血管病變過程中的應變能積分方程以預測腹主動脈瘤的形成。

以上這些模型都能一定程度模擬腹主動脈瘤的生長過程，但其目前的成果都存在復雜、粗糙、可行性差等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種精度更好的腹主動脈瘤生長模型的建立方法。

本發明采用的技術方案如下：包括建立腹主動脈瘤平均生長模型的步驟、模型精度評估步驟以及對模型參數進行的優化步驟；

其中，建立腹主動脈瘤平均生長模型的步驟為使用腹主動脈、髂動脈及腹主動脈瘤的除硬化指數以外的物理參數經驗值為建模工具的輸入變量，建立腹主動脈瘤的平均生長模型，得到腹主動脈瘤的模擬生長速率；硬化指數m為表達式m＝ct+b，其中t為時間變量，c 為斜率，b為偏移量；

模型精度評估步驟包括：采集患者體內的生物標記物含量，根據生物標記物含量與腹主動脈瘤生長速率的關系得到腹主動脈瘤的測量生長速率；當所述模擬生長速率與測量生長速率的差值大于設定值時；啟動模型參數優化步驟；

模型參數優化步驟包括，調整硬化指數表達式的斜率c與偏移量 b使優化后的平均生長模型的模擬生長速率與測量生長速率一致。

建立腹主動脈瘤平均生長模型的步驟進一步包括：

步驟A1：根據腹主動脈的健康形態建立腹主動脈及與其連接的髂動脈的幾何模型；確定病變區域的尺寸；

步驟A2：設定動脈血管的材料物理參數；

步驟A3：根據正常血壓范圍設定血管內血液壓力及血管單位面積力載荷；設定血管內血液壓力的方向為垂直于血管壁向外；取動脈的起始端及髂動脈的末端為固定邊界；

步驟A4：使用Norton-Bailey公式模擬病變區域的蠕變特性；

其中dε/dt為蠕變率，m為硬化指數，ε_ce為蠕變應變，ε_shift為等效蠕動應變轉換，t_ref為參考時間，n^D為應力張量的同軸偏張量，參數F_cr表述如下：

其中A為蠕變率系數，σ_c為應力，σ_ref為參考蠕變應力，n為應力指數，Q為活化能，R、T均為建模工具默認常量；

根據實際情況設定A、σ_ref、m、ε_shift及t_ref，n設置為隨模型坐標變化的量：這里Z為所述幾何模型上各空間點的坐標數值；其余參數采用COMSOL建模工具默認值。

進一步，模型精度評估步驟中，生物標記物為PAP分子；以及計算a值：a＝|模擬生長速率-測量生長速率|/模擬生長速率；當a＞5％時，啟動模型參數優化步驟。

進一步，在建立腹主動脈瘤平均生長模型的步驟中，硬化指數表達式斜率c的初始值為0.8/2803728000，偏移量b的初始值為0.72；