TIPS血流参数计算方法及术后血栓风险预测方法与流程

本发明涉及医疗器械领域，更为具体的，涉及一种tips血流参数计算方法及术后血栓风险预测方法。

背景技术：

1、经颈静脉肝内门体分流术(transjugular intrahepatic portosystemic stent，tips)是指采用特殊的介入治疗器械，在x线透视导引下，经颈静脉入路，建立肝内的位于肝静脉及门静脉主要分支之间的人工分流通道，并以金属内支架维持其永久性通畅，达到降低门脉高压后控制和预防食道胃底静脉曲张破裂出血，促进腹水吸收。而门脉高压患者行tips手术时，会余留一部分支架在门静脉中，这将给门静脉的血液带来扰动，从而改变门静脉的血流动力学特征，此时血液对壁面产生的剪切力产生变化，血流不是单一的层流流动，而是产生涡旋、二次流等。血液粒子在血管中某区域具有很高的旋转速度，这些血细胞旋转的区域很容易发生细胞积聚现象，因此在这个区域很容易形成血栓。血栓的形成是非侵入性的，静脉血栓的弹性与血栓形成之后所经历的时间有关，血栓形成之后经历的时间越长，血栓的弹性越小。血管的壁面剪切力小于0.4pa之后，白细胞容易聚集在壁面从而形成血栓。

2、目前对经颈静脉肝内门体分流术后的血流动力学研究较少，预测其术后血栓风险的手段更是匮乏，而门静脉血栓增长将堵塞门静脉的血流或者堵塞tips支架构建的血流通道，再次导致门静脉高压，引发一系列门脉高压并发症。通过对tips术后血栓风险进行预测，能够尽早对患者进行干预，根据实际情况，选择合适的解决方案，这对临床诊疗决策具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种tips血流参数计算方法及术后血栓风险预测方法，实现对门静脉高压经颈静脉肝内门体分流术术后血栓增长风险的预测，以辅助临床决策，能够尽早对患者作出相应的措施及干预，以防引起更恶劣的后果。

2、本发明的目的是通过以下方案实现的：

3、一种tips手术血流动力学参数的计算方法，包括以下步骤：

4、s1，获取患者术前以及术后cta影像以及超声数据；

5、s2，根据cta影像对患者肝脏循环系统进行血运重建；

6、s3，对患者术前肝脏循环系统几何模型进行数值模拟，并调整患者特异性参数，以匹配患者实际测量的相应参数；

7、s4，对术后肝脏循环系统几何模型进行数值模拟，以计算相应的血流动力学参数。

8、进一步地，在步骤s1中，获取患者术前的cta影像数据采用ct断层扫描获取；获取患者的超声数据采用多普勒超声设备对患者的血流信息进行采集。

9、进一步地，在步骤s1中，通过用ct断层扫描获取的数据以dicom格式保存。

10、进一步地，在步骤s2中，所述根据cta影像对患者肝脏循环系统进行血运重建，包括子步骤：

11、s21，分别对tips术前以及术后的肝脏循环系统进行血运重建，获得待处理的影像数据的肝脏循环系统图像；

12、s22，基于阈值分割提取个性化的肝脏循环系统模型，设置阈值范围并结合区域增长工具，分割门静脉、肝静脉以及肝脏，并对分割结果进行细化处理，去除几何模型表面的尖角，以获得较为准确且精细的肝脏循环系统几何模型。

13、进一步地，在步骤s3中，所述对患者术前肝脏循环系统几何模型进行数值模拟，用于确定患者特异性肝脏粘性阻力以及惯性阻力。

14、进一步地，在步骤s3中，所述对患者术前肝脏循环系统几何模型进行数值模拟，并调整患者特异性参数，以匹配患者实际测量的相应参数，包括如下子步骤：

15、s31，采用非结构化网格的划分方法对肝脏循环系统的几何模型进行离散；

16、s32，门静脉血流雷诺数re<2000，认为门静脉血流为层流流动；设血液为连续均质不可压缩的非牛顿流体，其动力粘度μ参考非牛顿流体中carreau-yasuda模型，数值模拟满足连续性方程和纳维斯托克斯方程navier-stokes如下：

17、连续性方程为：

18、

19、navier-stokes方程为：

20、

21、式中，ρ是流体密度，u，v，w是流体在t时刻，在点(x,y,z)处的速度分量，p是压强，fx、fy、fz是单位体积流体在点(x,y,z)处受的外力的分量，μ是动力粘度；

22、将人体肝脏视为一种具有多孔介质特征的生物脏器，血液从门静脉流入后，经过肝血窦流入肝静脉分支；生物流体在脏器内的流动规律用darcy-forchheimer模型定律描述，结合肝脏硬度调节多孔介质参数。

23、进一步地，在步骤s4中，所述对术后肝脏循环系统几何模型进行数值模拟，以计算相应的血流动力学参数，具体包括子步骤：

24、s41，使用与步骤s2相同的血运重建方法，根据tips术后的cta影像，对肝脏循环系统进行血运重建；

25、s42，使用与步骤s21相同的网格划分方法，对术后的三维几何模型划分非结构化网格；

26、s43，使用术前数值模拟确定的患者肝脏粘性阻力和惯性阻力，对术后模型进行数值模拟，计算血流动力学参数，以获取肝脏循环系统的血流动力学特征，所述血流动力学参数包括时均壁面剪切应力wss、血流震荡指数osi、内皮细胞激活潜力ecap以及血流螺旋强度h；其中时均壁面剪切应力tawss定义为：

27、

28、wss是指门静脉血管内膜所受到的切向作用力，而tawss则是在一个心动周期内的wss积分平均值；

29、血流震荡指数osi定义为：

30、

31、osi表征近门静脉内膜血流的扰乱程度，当osi值为0时，则证明在贴近此处血管壁面的血流方向在一个心动周期内都一致；

32、内皮细胞激活潜力ecap定义为：

33、

34、ecap用来表征门静脉局部发生附壁血栓的可能性；

35、血流螺旋强度h定义为：

36、

37、这一公式表示针对有限体积单元中每一个单元其体积为vi，在一个心动周期ti内的平均螺旋程度，即血流螺旋强度h。

38、进一步地，在步骤s21中，所述待处理影像数据的肝脏循环系统图像包括肠系膜上静脉smv、脾静脉spv、门静脉pv、门静脉左支lpv、门静脉右支rpv、肝左静脉lhv、肝中静脉mhv、肝右静脉rhv、下腔静脉ivc以及肝脏liver。

39、一种基于tips手术血流动力学参数计算的风险预测方法，该方法包括步骤s5：通过对血流动力学参数的计算分析来确定门静脉区域的血流动力学特征，用以实现对门静脉高压经颈静脉肝内门体分流术术后血栓增长风险进行预测，以辅助临床决策；所述对血流动力学参数的计算，具体采用如上任一所述的计算方法。

40、本发明的有益效果包括：

41、本发明解决了目前临床预测tips术后血栓风险的手段较少这一技术问题，具体实施例中提供了一种门静脉高压经颈静脉肝内门体分流术(tips)术后血栓风险预测方法。通过计算流体力学方法，计算tips术后门静脉区域的时均壁面剪切应力wss、血流震荡指数osi、内皮细胞激活潜力ecap以及血流螺旋强度h等血流动力学参数以表征表征其血流动力学特征，从而实现对门静脉高压经颈静脉肝内门体分流术(tips)术后血栓增长风险的预测，以辅助临床决策。

42、本发明根据患者tips术后特异性的血流动力学特征，精确预测门静脉血栓增长风险，给予临床诊疗以参考，能够尽早对患者作出相应的措施及干预，以防引起更恶劣的后果。