一种腹主动脉瘤生长过程建模方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及生物技术领域，尤其是一种腹主动脉瘤生长过程的建模方法。
【背景技术】
[0002] 腹主动脉瘤是指腹主动脉一种局部的持续性瘤样扩张病症，是一种血管疾病。医 学上，定义腹主动脉膨胀到直径大于3cm时，为腹主动脉瘤。其发病率为十万分之一~十万 分之21，总体死亡率为81%。32%发生在入院前，因未治疗而死亡的患者高达40%。其高发 病率和高死亡率使其成为临床医师及相关研究者十分关注的一种病症。
[0003] 目前对腹主动脉瘤生长特性的研究方法有很多，例如一些生物标记物分子的种类 与浓度对腹主动脉瘤生长速率有着相当的影响，将生物标记物作为一种判断腹主动脉瘤生 长状态的方法在逐渐发展。然而，运种方法的精度不高。
[0004] 又如利用计算机科学对腹主动脉瘤的生长特性进行模拟，目前研究者们建立了一 些腹主动脉瘤生长过程的计算模拟模型，模拟腹主动脉瘤的扩张过程，期望加强对腹主动 脉瘤生长过程的理解。Watton等人研究腹主动脉瘤生长过程中动脉血管胶原密度的变化W 及胶原形态的变化，并W此为基础建立了计算模型;Volo化等人通过建立动脉血管壁的非 线性各向同性模型W及管壁密度的演化方程，计算腹主动脉瘤球型模型;Helderman等人则 利用各向同性线弹性性质和杨氏模量的预置改变来表述动脉血管壁，并W此为基础建立腹 主动脉瘤生长模型。Baek等人建立了一种流固生长的计算迭代模型，通过一个血管形态与 材料参数的循环迭代，模拟屯、血管瘤逐渐生长的过程。Zeinali-Davarani等人建立了动脉 血管病变过程中的应变能积分方程W预测腹主动脉瘤的形成。
[0005] W上运些模型都能一定程度模拟腹主动脉瘤的生长过程，但其目前的成果都存在 复杂、粗糖、可行性差等缺点。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是:针对上述存在的问题，提供一种精度更好的腹主 动脉瘤生长模型的建立方法。
[0007] 本发明采用的技术方案如下：包括建立腹主动脉瘤平均生长模型的步骤、模型精 度评估步骤W及对模型参数进行的优化步骤；
[000引其中，建立腹主动脉瘤平均生长模型的步骤为使用腹主动脉、骼动脉及腹主动脉 瘤的除硬化指数W外的物理参数经验值为建模工具的输入变量，建立腹主动脉瘤的平均生 长模型，得到腹主动脉瘤的模拟生长速率;硬化指数m为表达式m = ct+b，其中t为时间变量， C为斜率，b为偏移量；
[0009] 模型精度评估步骤包括:采集患者体内的生物标记物含量，根据生物标记物含量 与腹主动脉瘤生长速率的关系得到腹主动脉瘤的测量生长速率;当所述模拟生长速率与测 量生长速率的差值大于设定值时；启动模型参数进行优化步骤；
[0010] 模型参数优化步骤包括，调整硬化指数表达式的斜率C与偏移量b使优化后的平均 生长模型的模拟生长速率与测量生长速率一致。
[0011] 建立腹主动脉瘤平均生长模型的步骤进一步包括：
[0012] 步骤A1:根据腹主动脉的健康形态建立腹主动脉及与其连接的骼动脉的几何模 型;确定病变区域的尺寸；
[0013] 步骤A2:设定动脉血管的材料物理参数；
[0014] 步骤A3:根据正常血压范围设定血管内血液压力及血管单位面积力载荷;设定血 管内血液压力的方向为垂直于血管壁向外;取动脉的起始端及骼动脉的末端为固定边界；
[0015] 步骤A4:使用Nodon-Bail巧公式
?〇模拟病变区域的蠕变 特性；
[0016] 其中de/dt为蠕变率，m为硬化指数，Ece为蠕变应变，Eshift为等效蠕动应变转换， tref为参考时间，nD为应力张量的同轴偏张量，参数Fcr表述如下：
[0017]
[001引其中A为蠕变率系数，0c为应力，Oref为参考蠕变应力，η为应力指数，Q为活化能，R、 Τ均为建模工具默认常量；
[0019]根据实际情况设定4、0,6:、111、6341:*及*,6:，11设置为随模型坐标变化的量：
运里Ζ为所述几何模型上各空间点的坐标数值；其余参数采用 C0MS化建模工具默认值。
[0020] 进一步，模型精度评估步骤中，生物标记物为ΡΑΡ分子；W及计算a值:a= I模拟生 长速率-测量生长速率I /模拟生长速率;当a>5%时，启动型参数进行优化步骤。
[0021] 进一步，在建立腹主动脉瘤平均生长模型的步骤中，硬化指数表达式斜率C的初始 值为0.8/2803728000，偏移量b的初始值为0.72;
[0022] 模型参数优化步骤中，调整斜率C的步进为ICrU，调整偏移量b的步进为0.02。
[0023] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0024] 本发明在原有腹主动脉瘤建模的基础上采用生物标记物对模型精度进行评估，若 两者得出的腹主动脉瘤生长状况不一致，则对模型进行优化。同时本发明还提供了参数优 化的一种具体做法，为提高模型精度给出了明确的途径。综上，本发明提出的建模方法简便 有效，具有可优化的特点，同时结合有关生物标记物分子检测，能够精确模拟出腹主动脉瘤 生长过程。
【附图说明】
[0025] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[00%]图1为本发明方法流程图。
[0027] 图2为本发明根据健康的腹主动脉及骼动脉形态建立的几何模型。
[0028] 图3为本发明模型模拟腹主动脉瘤随时间的形态变化图。
[0029] 图4为本发明模型拟腹主动脉瘤随时间的直径大小变化曲线。
[0030] 图5为PAP浓度与腹主动脉瘤生长速率关系曲线。
[0031] 图6为本发明模型拟腹主动脉瘤随直径的生长速率变化曲线与临床数据的对比。
[0032] 图中标记:1为肾下腹主动脉上段;2为肾下腹主动脉病变区(蠕变区）；3为骼动脉。
【具体实施方式】
[0033] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤W外，均可任何方式组合。
[0034] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的 替代特征加 W替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子 而已。
[0035] 如图1，本发明的建模方法包括建立腹主动脉瘤平均生长模型的步骤、模型精度评 估步骤W及对模型参数进行的优化步骤。
[0036] 建立腹主动脉瘤平均生长模型的步骤为使用腹主动脉、骼动脉及腹主动脉瘤的物 理参数经验值为建模工具的输入变量，建立腹主动脉瘤的平均生长模型，得到腹主动脉瘤 的模拟生长速率。
[0037] 采集患者体内的生物标记物含量，根据生物标记物含量与腹主动脉瘤生长速率的 关系得到腹主动脉瘤的测量生长速率；当所述模拟生长速率与测量生长速率的差值大于设 定值时;对建模参数进行调整，优化模型。
[0038] 更具体的，建立腹主动脉瘤平均生长模型是使用已有的建模工具进行，本实施例 中采用的是C0MS化建模工具进行建模。
[0039] 首先依据腹主动脉健康形态建立几何模型，如图2所示。设定肾下腹主动脉1总长 为8畑1，其中发生病变的区域2长5畑1，腹主动脉外直径2畑1，骼动脉3外直径1畑1，骼动脉3分叉 角90%所有动脉管壁均厚1mm。上述各个几何参数的尺寸并不是固定的，需要尊重研究对象 的实际尺寸，实际尺寸可通过CT图像获取。
[0040] 设定动脉血管的材料物理参数。本实施例中，动脉血管采用线弹性各向同性材料 模型，设定杨氏模量为2.7MPa，泊松比为0.45，密度为1121kg/m3。
[0041 ] 根据正常血压范围，取血液压力为恒定的lOOmmHg，