[發明專利]仿真血流動力學信息的獲取方法及內螺旋人造血管模型

在審

• 申請號: 202011630330.0
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112581609A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 葉志義;王貴學;王錦濤
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T5/00;G06F30/20;G09B23/28;G06F119/14
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 黎昌莉

本發明公開一種仿真血流動力學信息的獲取方法，包括以下步驟：1)獲取至少兩種血管幾何模型；2)測定一個心動周期內的兔腹主動脈血流波形圖獲得實際血流速度；3)對步驟1)中的血管三維幾何模型進行平滑處理并設置相關結構；4)構建模型并構建流體力學仿真方程求解方法，求解血管三維幾何模型各處的血流動力學信息；5)將得到的動力學數據與步驟2)測得的數據比較，調整模型和參數，當兩者接近時，輸出最終血流動力學數據。本發明通過上述方法從流體動力學角度直觀的體現不同的血管幾何模型的流體速度，最終得到一種小口徑內螺旋人造血管模型，能減少現有技術中全內螺旋人造血管模型中流速太大導致遠心端血管內壁膨脹形成血管瘤的問題。

技術領域

本發明屬于人工血管領域，特別涉及到一種仿真血流動力學信息的獲取方法及內螺旋人造血管模型。

背景技術

近期的研究表明盡管大口徑血管移植臨床上已經取得了巨大成功，但小口徑(直徑小于6mm)血管移植臨床問題仍未得到解決，并且在心臟和外周循環的搭橋手術中處于大量需求狀態，造成小口徑血管臨床失敗的原因是短期的血栓形成和長期的內膜增生。

血栓形成及血栓層在人造血管內壁的厚度與血管內的血流動力學特性有關。相關研究提出了血栓形成的臨界血流速度的概念。該臨界流速定義為血栓在人造血管內壁形成并堵塞血管內截面積超50％的血流速度。當血流速度大于臨界流速時，血液流動產生的壁面剪切力會阻止血栓在人造血管內壁形成厚層。這時，人造血管內壁生成的血栓層厚度很薄。而當血流速度小于臨界流速時，壁面剪切力很低，血栓會在人造血管內壁越積越厚，最終導致血管的完全堵塞。由于小血管一方面流量小，往往低于臨界流量。另一方面，小血管內截面積本身就小。因此小血管植入人體后會很快急性堵塞失效。

在現有技術中，已經解決小口徑人造血管急性栓塞失效的問題，比如現有技術中一種帶有內螺旋槽的人工血管，詳見圖5，但該血管在經過血管制備和植入動物體實驗中時，在內螺旋血管的遠心端處形成一個血管瘤。形成血管瘤的原因在于在血流經過內螺旋血管時，血流流出的速度太大導致人工血管遠心端的血管壁面的壁面剪切應力增大，從而引起血管內壁受到破壞引起膨脹形成血管瘤。基于以上發現，欲從流體動力學的角度獲取血流動力學信息，直觀的體現不同的血管幾何模型的流體速度。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種仿真血流動力學信息的獲取方法，能從流體動力學角度直觀的體現不同的血管幾何模型的流體速度。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種仿真血流動力學信息的獲取方法，包括以下步驟：

1)獲取至少兩種三維血管幾何模型；所述血管幾何模型包括無槽圓滑血管、全內螺旋血管和第一內螺旋血管；

2)通過測定一個心動周期內的兔腹主動脈血流波形圖獲得一個額定的血流速度范圍，用作仿真的入口邊界條件；

3)對步驟1)獲得的血管三維幾何模型進行平滑處理，劃分邊界層網格和體網格以及劃分好出入口端面和血管壁區域；

4)構建模型并構建對所述流體力學仿真方程求解方法，求解血管三維幾何模型各處的血流動力學信息；

所述模型包括入口模型、出口模型和血液模型；其中，所述入口模型用于設置流體力學仿真的入口邊界條件，所述出口模型用于設置流體力學仿真的出口邊界條件，血液模型用于設置符合血液流動特點的血流動力學模型；

5)所述步驟4)求解得到的血流動力學數據與步驟2)實際測得的數據進行對比，指導調整仿真數學模型和求解參數，當仿真結果和實際測得的結果接近時，輸出最終的血流動力學數據。

進一步地，所述步驟1)中的血管幾何模型的為小口徑，材質、長度、大小均相同；其中，所述無槽圓滑血管為內壁光滑的圓管，所述圈內螺旋血管為內壁鑿刻螺旋槽的圓管，所述第一內螺旋血管為內壁部分鑿刻螺旋槽且出口部分內壁光滑的圓管。