本發(fā)明涉及一種用于肝臟灌注的分支血管模型，具體地說(shuō)是一種包含一個(gè)分支節(jié)點(diǎn)的二級(jí)肝臟血管的實(shí)體模型，模擬灌注液對(duì)其進(jìn)行肝移植前的灌注清洗過(guò)程。

背景技術(shù)：

肝病誘發(fā)的死亡率在國(guó)內(nèi)、外不論是發(fā)達(dá)地區(qū)還是欠發(fā)達(dá)地區(qū)都很高，肝移植是目前治療終末期肝病的唯一有效手段。肝供體質(zhì)量高低是影響肝移植手術(shù)成功率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，術(shù)前對(duì)肝供體的清洗(灌注)是必須操作的醫(yī)療過(guò)程。因此血管灌注的質(zhì)量直接影響手術(shù)的成功與否。國(guó)內(nèi)外多名學(xué)者研究了血管灌注的過(guò)程，分析不同的血管灌注方法產(chǎn)生的不同現(xiàn)象及最終效果，以尋找更好的血管灌注方法達(dá)到清洗血液的目的。截止到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)于肝臟移植術(shù)前的血管灌注研究成果并不是很多。這些研究主要圍繞著對(duì)直血管建模，并進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)分析，而對(duì)于分支血管采用灌注液進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的研究甚少。在醫(yī)學(xué)影像的輔助下，使肝臟灌注過(guò)程中獲取的血管動(dòng)力學(xué)特性更符合實(shí)際，降低肝供體灌注過(guò)程中的主觀因素對(duì)清洗質(zhì)量的影響，用來(lái)指導(dǎo)醫(yī)學(xué)研究工作以及為醫(yī)學(xué)手術(shù)前準(zhǔn)備(如肛腸手術(shù)前的腸道清洗，器官移植前的器官清洗等)提供理論支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決肝臟移植術(shù)前的血管灌注問(wèn)題，提出了一種用于肝臟灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，該模型是包含五種不同分支角度的血管，更好的模擬不同分支情況下肝臟血管的灌注過(guò)程。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于肝臟灌注的分支血管模型的仿生灌注方法，該方法采用數(shù)學(xué)仿真的方法模擬肝移植前的供體灌注清洗過(guò)程，具體過(guò)程包括以下步驟：

1、根據(jù)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)確定不同分支角度肝臟血管的具體尺寸及參數(shù)；

2、構(gòu)建不同分支角度的肝臟血管模型；分支角度分別為15°、30°、45°、60°和90°。

3、在血管內(nèi)引入間歇式雙脈動(dòng)流，通過(guò)醫(yī)學(xué)手段觀察灌注過(guò)程中產(chǎn)生的血管動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，并根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)確定評(píng)價(jià)血管灌注質(zhì)量的血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

所述采用間歇式雙脈動(dòng)流血管灌注的入口灌注速度為：

該式表明入口處初始速度為0.2m/s。

所述的血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括灌注速度和血管整體變形，其動(dòng)力學(xué)特性的變化規(guī)律與血管形狀有關(guān)。

所述分支血管的分支角度在60°左右時(shí)，表現(xiàn)出較好的動(dòng)力學(xué)特性，為醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用來(lái)緩解血管狹窄堵塞時(shí)血管支架的安裝角度提供了一定的理論依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：采用該模型不僅能夠模擬肝移植前不同分支血管的灌注過(guò)程，獲取較為準(zhǔn)確的血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)，同時(shí)為血管內(nèi)設(shè)置支架的臨床醫(yī)學(xué)提供更科學(xué)的理論指導(dǎo)，對(duì)供體血管的清洗效果更理想。

附圖說(shuō)明

圖1是分支角度為45°時(shí)血管模型示意圖；

圖2是分支角度為15°時(shí)血管變形和灌注流速分布圖；

圖3是分支角度為30°時(shí)血管變形和灌注流速分布圖；

圖4是分支角度為45°時(shí)血管變形和灌注流速分布圖；

圖5是分支角度為60°時(shí)血管變形和灌注流速分布圖；

圖6是是分支角度為90°時(shí)血管變形和灌注流速分布圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，由于特定的條件限制，本發(fā)明涉及到的實(shí)驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)仿真的形式進(jìn)行，即通過(guò)有限元分析軟件進(jìn)行非光滑血管灌注仿真模擬。

發(fā)明解決其技術(shù)的整體思路是：

(1)肝移植手術(shù)前，對(duì)肝供體的清洗(灌注)過(guò)程中，首先根據(jù)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)確定分支血管的具體尺寸及參數(shù)；其次構(gòu)建不同分支角度的肝臟血管模型；最后在血管內(nèi)引入間歇式雙脈動(dòng)流進(jìn)行灌注，通過(guò)醫(yī)學(xué)手段觀察灌注過(guò)程中產(chǎn)生的血管動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，并根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)確定評(píng)價(jià)血管灌注質(zhì)量的血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)，表明分支血管灌注的可行性。(2)所述分支血管的具體尺寸及參數(shù)等均可由醫(yī)學(xué)手段測(cè)明并計(jì)算。(3)所述不同分支角度的血管模型可由三維軟件構(gòu)建。

下面給出本發(fā)明所述肝臟非光滑血管進(jìn)行仿真灌注的具體實(shí)施方式，采用數(shù)學(xué)仿真的方法模擬肝移植前的供體灌注清洗過(guò)程，包括以下步驟：

(1)首先采用三維軟件進(jìn)行不同分支血管實(shí)體建模，如圖1。然后將血管幾何模型導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行仿真。仿真過(guò)程采用兩步法，第一步應(yīng)用分支角度為15°的血管進(jìn)行灌注。通過(guò)仿真將獲得灌注的血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如圖2所示，并以此來(lái)評(píng)價(jià)灌注質(zhì)量，形成對(duì)比項(xiàng)。第二步應(yīng)用分支角度分別為30°、45°、60°、90°的血管進(jìn)行灌注。同樣，獲取與分支角度為15°的血管灌注相同的血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如灌注液流速、血管整體變形等將會(huì)通過(guò)仿真獲取。最后根據(jù)兩組血管動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)比，如圖3-圖6，分析評(píng)價(jià)采用不同分支血管進(jìn)行灌注的動(dòng)力學(xué)特性，該血管動(dòng)力學(xué)特性包括灌注流速(右圖)、血管整體變形(左圖)。

(2)所述血管幾何模型由醫(yī)學(xué)成像(CT，或者M(jìn)RI)數(shù)據(jù)提供，并設(shè)定流體為不可壓縮非牛頓流體。血管模型參數(shù)如下：血管長(zhǎng)度均為40mm,主干血管出入口內(nèi)直徑均為4mm，主干血管出入口外直徑均為6mm，二分支血管出入口內(nèi)直徑均為3mm，二分支血管出入口外直徑均為5mm，血管壁厚均為1mm。

(3)所述示意圖內(nèi)灌注液流向均為從左向右。

(4)所述采用不同分支血管進(jìn)行灌注時(shí)，間歇式雙脈動(dòng)流血管灌注的入口灌注速度為：

該式表明入口處初始速度為0.2m/s。

對(duì)比圖2-圖6中所示不同角度的分支血管的整體變形可知，隨著分支角度的增加，血管壁的整體最大變形逐漸減小，且最大變形的變化區(qū)域也有所減小。血管分支角度為15°時(shí)，血管壁最大變形顯示為5.040μm；血管分支角度為90°時(shí)，血管壁最大變形顯示為2.325μm。將五幅圖中結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可以明顯看出，不同分支角度下的血管變形呈現(xiàn)出幾乎相同的分布規(guī)律，即最大變形發(fā)生在分支節(jié)點(diǎn)附近，且主干血管變形大于支血管變形。

對(duì)比圖2-圖6中所示不同角度的分支血管的灌注液流速可知，不同分支角度下的血管內(nèi)灌注液流速呈現(xiàn)出幾乎相同的分布規(guī)律，即最大流速發(fā)生在分支節(jié)點(diǎn)前的主干血管中，且整體上主干血管內(nèi)灌注液流速大于支血管內(nèi)流速。但隨著分支角度的增加，血管內(nèi)灌注液的流速變化呈現(xiàn)出非線性變化，并在血管分支角度為60°時(shí)表現(xiàn)出最大流速，其值為0.580m/s。結(jié)合不同角度分支血管的整體變形和灌注流速可以得出，分支角度在60°左右血管表現(xiàn)出較好的動(dòng)力學(xué)特性，該結(jié)果為醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用來(lái)緩解血管狹窄堵塞時(shí)血管支架的安裝角度提供了一定的理論依據(jù)。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明是針對(duì)肝移植前肝臟灌注過(guò)程中的血管模型，其目的是在肝臟血管灌注過(guò)程中獲取更具有指導(dǎo)意義的動(dòng)力學(xué)特性，降低主觀因素對(duì)肝供體灌注的影響，從而提高肝臟移植過(guò)程中血管灌注質(zhì)量，同時(shí)為臨床醫(yī)學(xué)提供更科學(xué)的理論指導(dǎo)，但并非屬于對(duì)疾病的診斷及治療。背景技術(shù)中所描述的肝臟移植及治療等內(nèi)容，只是為了起到對(duì)本發(fā)明的背景的了解作用。另外，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，血管動(dòng)力學(xué)特性更趨于實(shí)際，因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的顯而易見的改進(jìn)和修飾都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。