一种血管手术方式的合理性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生理学、病理生理学、外科学以及计算机交叉领域，属于血管疾病手术 方式的分析，具体通过血液对血管壁作用的参数的测定分析血管手术方式的合理性。
【背景技术】
[0002] 在目前外科手术过程中，血管疾病外科重建方式选择和外科学实践中尚缺乏一种 衡量标准。而常用的检测手段只能在术后进行简单的流速，流量方面的检测。它们主要包 括有创检测（如数字减影血管造影）和无创检测（彩色多普勒超声，CT血管造影，磁共振 血管造影）两类。
[0003] 一、关于术后有创检测
[0004] 1、数字减影血管造影：此方法在临床工作中被认为是检测血管狭窄，动脉瘤等的 "金标准"。
[0005] 在注入造影剂之前先进行第一次成像，并用计算机将图像转换成数字信号储存起 来。注入造影剂后，再次成像并转换成数字信号。两次数字相减，消除相同的信号，得知一 个只有造影剂的血管图像。这种图像较以往所用的常规脑血管造影所显示的图像，更清晰 和直观，一些精细的血管结构亦能显示出来。此外，该方法需在X线透视引导下完成，患者 与医生均会接受射线；该技术操作难度大，血栓形成，误穿刺动脉等并发症可能。
[0006] 二、术后无创检测
[0007] 1、彩色多普勒超声：该方法在临床中较为常用，其测量指标包括血管内径，流速， 流量，阻力指数，搏动指数等。然而该方法主观性强，与检测者技术相关，还受到多种因素的 干扰。
[0008] 2、CT血管造影：其优点在于可以提供丰富的解剖学信息，但其缺点是仅能对解剖 结构提供信息而缺少血液流动的信息。
[0009] 3、磁共振血管造影：其优点是不仅可以提供解剖学信息而且可以提供血液流速， 流量进行量化分析。然而，目前应用的技术还不能量化得出压力指标等血液与血管壁作用 的信息，其昂贵的价格也一定程度限制了其在临床的应用。
[0010] 综上所述，目前常用的方法只能对血管吻合术后的情况进行分析，而且只能对血 液流动进行简单的流速流量等的分析。手术前迫切需要一种能够在术前对血管吻合方式进 行精确复杂分析方法的技术。
[0011] 本发明者通过对血管手术方式的重建及改建，血流动力学计算的方法，建立一种 符合科研和临床需求的血管手术方式的评价方法和技术，从而完成本发明。
【发明内容】
[0012] 鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种血管手术方式的合理性分析方法， 通过本发明的分析方法可以为生理学，病理生理学，外科学研宄提供依据，并为进一步提高 疾病预后提供参考。
[0013] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0014] -种血管手术方式的合理性分析方法，所述分析方法包括以下步骤：
[0015]Sl获取动脉CT影像数据，建立所述动脉的3D模型；
[0016]S2在所述3D模型基础上进行改建[改建内容];
[0017]S3使用MESH软件，将步骤S1、S2获得的3D模型进行网格化后得到可用于计算的 网格3D模型；
[0018]S4使用FLUENT软件模拟计算动脉的血流数据，获得WSS(壁面剪切力）、OSI(振 荡剪切指数）、血管壁变形各个参数；
[0019]S5使用Ansys-staticstructure模块，与步骤S4获得压力结果进行親联，得出血 管壁的受压变形情况。
[0020] 需要说明的是，所述步骤Sl还包括：
[0021]Sl将获取CT影像数据导入MIMICS软件，使其自动生成冠状面和矢状面二维图，并 通过灰度值的差别进行二值化，调整阈值使所述动脉处于选择范围内；
[0022] S2对每一断层进行手动填补像素，以修补因阈值设定、CT值产生的瑕疵；
[0023]S3将修补后的图层，进行自动生成3D模型；对3D模型进行SM0THING平滑化处理 后导出为STL文件。
[0024] 需要进一步说明的是，所述步骤S2中，先将所述Sl的获得3D模型文件导入 ANSYS-SCDM软件，将模型进行不合并表面，然后通过删除模型上的三角形结构，分解得到整 个模型上的一部分模型，选中这个部分模型，通过移动工具，移动到合适位置与原有的模 型进行融合，或组合，以改建原有3D模型，并生成改建后的3D模型后导出为STL文件。
[0025] 需要进一步说明的是，在所述步骤S4中设置血流流动状态、血液属性、出入口边 界条件、迭代次数、精确度进行求解计算后，可获得任意感兴趣时刻或任意感兴趣平面的参 数。
[0026] 基于上述所描述的技术方案，需要说明的是，本发明采用MMICS建立3D模型，运 用ANSYS软件进行流体计算。其可行性分析如下：
[0027] 血液属于非牛顿流体，其流动过程受质量守恒，动量守恒，能量守恒等基本物理定 律支配。计算流体力学是通过数值方法求解流体力学控制方程，得到流场的离散的定量描 述，并以此预测流体运动规律的方法学科。
[0028] 血管壁是一段弯曲的具有几何结构的弹性壁。因此，本发明把血管设定为弹性壁， 其中血液的黏度是非线性的，即流体的内摩擦剪切力与单位距离上的层流体间的相对速度 不成线性关系，所以本发明使用carreau模型，关系式为（血液密度近似常量）：
[0029] r^HmUm+Uo-nJEi+yU2]^1)， 2);
[0030] 判断流体流动是层流还是湍流的参数为雷诺数（Re)，其定义式为：Re=PVD/y， 其中P为密度，V为速度，D为血管直径，y为流体黏度。通过估算需要吻合的血管雷诺数 小于2000,故血流作层流运动。由于血液的层流特性，设定模拟入口条件需要设定为：
【主权项】
1. 一种血管手术方式的合理性分析方法，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤： Sl获取动脉CT影像数据，建立所述动脉的3D模型； S2在所述3D模型基础上进行改建； S3使用MESH软件，将步骤S1、S2获得的3D模型进行网格化后得到可用于计算的网格 3D模型； S4使用FLUENT软件模拟计算动脉的血流数据，获得WSS、OSI、血管壁变形各个参数； S5使用Ansys-static structure模块，与步骤S4获得压力结果进行親联，得出血管壁 的受压变形情况。
2. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤Sl还包括： Sl将获取CT影像数据导入MTMICS软件，使其自动生成冠状面和矢状面二维图，并通过 灰度值的差别进行二值化，调整阈值使所述动脉处于选择范围内； S2对每一断层进行手动填补像素，以修补因阈值设定、CT值产生的瑕疵； S3将修补后的图层，进行自动生成3D模型；对3D模型进行SMOTHING平滑化处理后导 出为STL文件。
3. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，先将所述Sl的获得 3D模型文件导入ANSYS-SCDM软件，将模型进行不合并表面，然后通过删除模型上的三角形 结构，分解得到整个模型上的一部分模型，选中这个部分模型，通过移动工具，移动到合适 位置与原有的模型进行融合，或组合，以改建原有3D模型，并生成改建后的3D模型后导出 为STL文件。
4. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步骤S4中设置血流流动状态、 血液属性、出入口边界条件、迭代次数、精确度进行求解计算后，可获得任意感兴趣时刻或 任意感兴趣平面的参数。
【专利摘要】本发明公开了一种血管手术方式的合理性分析方法，所述分析方法包括以下步骤：S1获取动脉CT影像数据，建立所述动脉的3D模型；S2在所述3D模型基础上进行改建；S3使用MESH软件，将步骤S1、S2获得的3D模型进行网格化后得到可用于计算的网格3D模型；S4使用FLUENT软件模拟计算动脉的血流数据，获得WSS、OSI、血管壁变形各个参数。本发明的方法安全无创，操作简单，为血管吻合方式的选择提供了直观量化的参考，建立了为科研与临床服务的有效模型。
【IPC分类】A61B19-00, G06F17-50
【公开号】CN104720894
【申请号】CN201510076720
【发明人】费继光, 曹海明, 王洪阳, 李军, 傅茜, 熊韫袆, 王长希
【申请人】中山大学附属第一医院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月11日