腹主動脈瘤超聲多普勒信號的仿真研究.pdf

1、腹主動脈瘤(Abdominal Aortic Aneurysm，AAA)是指腹主動脈出現(xiàn)局部持久且大于正常腹主動脈直徑50％以上的擴張。大部分的AAA并不會破裂，而將伴隨患者終身;然而其一旦破裂，則將嚴重危及生命。因此，臨床上急需解決的問題是如何對AAA的病情（發(fā)展速度和破裂風險）進行正確的評估，從而幫助選擇合適的治療方案。本論文的工作旨在將超聲多普勒技術(shù)引入到AAA的病情評估當中，通過仿真的手段建立起AAA內(nèi)超聲多普勒血流信號特征與影

2、響AAA發(fā)展和破裂的重要血流動力學因素間的對應關(guān)系，從而為臨床上客觀準確地評估AAA提供可靠的依據(jù)。
　　AAA內(nèi)血流動力學環(huán)境的紊亂與AAA的發(fā)展密切相關(guān)，本論文利用AAA內(nèi)血流的紊亂程度來從側(cè)面反映AAA的發(fā)展狀況。論文采用結(jié)合計算流體力學仿真結(jié)果的復雜超聲多普勒血流信號仿真平臺，對不同類型的理想AAA模型內(nèi)不同區(qū)域血流速度分布及其對應的超聲多普勒血流信號進行了仿真，獲得了AAA不同形態(tài)下瘤體腔內(nèi)復雜的血流分布狀況及與此對應的

3、超聲多普勒信號。通過對這些復雜血流條件下超聲多普勒信號的分析，提出了表征動脈瘤內(nèi)血流紊亂程度的兩個聲譜圖參數(shù):頻率振蕩指數(shù)(Oscillating frequency index，OFI)和平均瞬時頻率振蕩指數(shù)(Averaged transientoscillating frequency index，TOFI)。結(jié)果表明:這兩個特征參數(shù)的分析結(jié)果與仿真觀察得到的流體行為相吻合，可以較為準確地反映出采樣容積內(nèi)血流的紊亂程度。通過對一例實

4、際的重建AAA模型進行仿真，驗證前述基于理想模型仿真結(jié)果提出的聲譜圖特征的有效性。
　　直接作用于AAA瘤壁的切向壁應力(Wall Shear Stress，WSS)的異常是誘發(fā)內(nèi)皮細胞功能紊亂的主要因素，其與AAA的形成與發(fā)展密切相關(guān)。本論文通過對WSS相關(guān)參數(shù)的評估來問接提供評估AAA破裂風險所需的信息。采用流固耦合(Fluid StructureInteraction，F(xiàn)SI)的仿真手段，對AAA是否累及前、后分支血管這一形

5、態(tài)特征對于AAA的瘤壁受力狀況的影響進行了研究。通過對感興趣區(qū)域進行超聲多普勒信號仿真，獲取了對應的超聲多普勒信號。通過對超聲多普勒血流信號進行分析，提取了可以反映平均切應力(Time Averaged Wall Shear Stress，TAWSS)和切應力振蕩指數(shù)(OscillatoryShear Index，OSI)的相關(guān)特征參數(shù)。相關(guān)性分析表明:提出的特征參數(shù)能夠定性地表征TAWSS和OSI，從而為非接觸獲取瘤體壁面參數(shù)提供了一

6、種可能的方案。本論文對上述方法在重建的AAA模型中進行了仿真驗證，結(jié)果顯示:上述由聲譜圖中提取的參數(shù)在復雜的重建模型條件下依然能夠很好地反映對應區(qū)域的TAWSS和OSI，從而為評估AAA的風險提供了可靠的參考指標。
　　本論文還針對腹主動脈腔內(nèi)隔絕術(shù)中支架移植物應用的兩個具體問題進行了仿真研究。通過仿真不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的跨腎動脈裸支架植入后的血管壁受力狀況，研究了不同支架結(jié)構(gòu)對血管壁力學環(huán)境因素的影響，討論了各種結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)劣。結(jié)果顯

7、示:在保證支架牢固固定的前提下，裸支架‘V’型單元數(shù)越少，金屬支架的路徑長度越短，金屬裸支架紋理處WSS的突變區(qū)域面積越小;從WSS和切應力梯度(Wall ShearStress Gradient，WSSG)的分布來看，裸支架的兩種前端結(jié)構(gòu)（A型和B型）并沒有顯著的差異。通過計算流體力學的仿真分析，本論文發(fā)現(xiàn)對于發(fā)生于近端的Ⅰ型內(nèi)漏，內(nèi)漏區(qū)域的大小對瘤腔內(nèi)血流分布有顯著的影響?；诖爽F(xiàn)象，本論文提出了兩個超聲多普勒信號的特征參數(shù)，用以表