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血管内超声图像中血流动力学参数的定量测量方法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 冠状动脉与冠心病

1.1.2 血管内超声成像

1.1.3 血管内超声测量血流动力学参数的研究现状

1.2 本文的研究目的和意义

1.3 本文的主要研究内容

第二章 血流动力学和计算流体力学技术简介

2.1 血流动力学

2.2 计算流体力学及其数值模拟技术

2.2.1 计算流体力学

2.2.2 CFD数值模拟技术

2.3 ANSYS软件简介

2.3.1 主要功能

2.3.2 计算分析过程

2.3.3 ANSYS Workbench简介

2.4 本章小结

第三章 基于IVUS图像序列的血流动力学参数测量

3.1 图像预处理

3.1.1 去除图像背景

3.1.2 提取血管壁内外膜轮廓

3.2 基于光流法的血管壁运动场的估计

3.2.1 方法

3.2.2 实验结果及讨论

3.3 血管壁的二维应力应变计算

3.3.1 方法

3.3.2 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 基于三维血管重建的血流动力学参数测量

4.1 血管壁及血液模型的三维重建与显示

4.1.1 IVUS图像序列中血管的三维重建

4.1.2 基于PROE的血管及血液三维模型显示

4.2 建立数学模型

4.2.1 数学模型简化与假设

4.2.2 基本方程组

4.3 数值模拟

4.3.1 三维血管模型的网格划分

4.3.2 三维血管有限元模型的建立

4.3.3 计算结果的后处理

4.4 数值模拟结果

4.5 讨论

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢

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摘要

动脉粥样硬化与心血管系统的血流动力学特性密切相关,其病灶部位的局部血流动力学因素在动脉粥样硬化的发生、发展过程中起决定性作用。同时,动脉血管弹性是反映心血管系统好坏的重要指标,且弹性是以一定力作用下血管壁产生的应变来衡量,因此精确计算动脉血管壁的应力应变成为判定血管弹性的关键。血管内超声成像是目前临床广泛采用的诊治血管病变的介入影像手段,它不仅可提供血管壁、管腔以及粥样硬化斑块的形态结构信息,而且还可以对管壁的功能状态进行分析。根据冠状动脉IVUS图像序列,研究定量测量血流动力学参数的方法,对于识别易损斑块、判断血管病变程度、制定最佳诊疗方案和评价介入治疗效果等具有重要意义。
   本文以冠状动脉血管内超声图像序列作为数据源,分别采用两种方法计算由血流引入的血管壁应力应变的分布。方法一是首先从IVUS灰度图像序列中获取血管壁组织随血流施压变化产生的运动场,然后根据力学理论得到血管壁的应变和应力,并采用伪彩编码技术显示计算结果。方法二是在从IVUS图像序列中三维重建出血管和血液几何模型的基础上,采用有限元分析软件ANSYS,利用计算流体力学(CFD)数值模拟技术对三维血液及血管壁几何模型进行单向流固耦合计算,得到血管壁的应力应变分布。采用临床采集的图像数据对上述方法的可行性进行验证,并通过分析实验结果对两种方法的优缺点进行对比和讨论。

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