冠状动脉移植管的血流动力学数值模拟

采用有限元数值计算的方法，模拟了冠状动脉搭桥术中移植管内的生理流动。计算模型包括了冠状动脉狭窄，并考虑了由于移植管直径大于冠状动脉直径而在两者缝合时移植管的变形。计算结果分析了缝合区附近的流场、二次流、壁面切应力在心动周期内的时空分布情况。计算结果表明，在缝合前端下游，存在一个低切应力、高切应力梯度的区域，在缝合区底部存在一个高切应力、高切应力梯度的区域。这两个区域都是内皮细胞增生并造成移植管术后再阻塞的危险部位。     

基于冠状动脉形状阻力的血流储备分数数值模拟

目的构建一种将狭窄形状阻力作为边界条件的无创计算血流储备分数(FFRCT)的方法,检验其计算准确性。方法取16例患者冠状动脉CT血管造影图像进行三维重建;考虑狭窄最小横截面积、狭窄长度构建形状阻力的数学模型,并以此造成的压力差作为边界条件加载到FFRCT计算中(简称形状阻力法)。以临床FFR值作为金标准,从平均误差率、准确率、敏感性以及阳性、阴性预测率5个方面,对照以往的管径法和体积法,分析形状阻力法的准确性。结果基于管径法、体积法、形状阻力法计算FFRCT平均误差率分别为11.76%、10.46%、4.82%,准确率分别为85%、65%、90%,敏感性分别为85.7%、66.7%、87.5%,阳性预测率分别为75%、25%、87.5%,阴性预测率均为91.6%。结论从平均误差率、准确率、敏感性、阳性预测率方面,所建立的形状阻力法均优于管径法和体积法,形状阻力法计算的FFRCT与临床实测FFR具有良好的一致性,为FFRCT的计算和应用提供一种新方法。     

冠状动脉搭桥血流动力学数值模拟

目的深入研究缝合区附近的血流动力学特性,这对于了解内膜增生的发生机制以及提高冠状动脉搭桥畅通率有重要的指导与临床意义。方法通过运用三维重建软件和逆向工程软件从CT医学图像中重建出弯曲冠状动脉模型,并考虑移植管缝合到冠状动脉上时端口的变形。采用有限体积法数值研究的方法,模拟冠状动脉搭桥术中下游缝合区附近的血液流动的流场。结果临床上常出现内膜增生的位置都存在不正常的血流动力学现象,缝合前端和缝合后端都出现了严重的回流现象。结论在冠状动脉旁路移植术中,移值管远端应缝合到曲率较小的冠状动脉上。     

冠状动脉狭窄几何构型对血流储备分数影响的有限元分析

探讨冠状动脉狭窄血管的不同几何构型对血流储备分数的影响,即狭窄率、狭窄长度、狭窄个数、狭窄弧度、狭窄偏移对血流储备分数的影响。利用三维建模软件,建立具有临床依据的、不同狭窄情况的冠脉血管;利用计算流体力学方法,对冠脉中的定常流动进行数值模拟,入口施加定常流速度,出口施加恒定压力;利用流体动力学虚拟仿真分析软件,进行有限元数值模拟,计算后得到狭窄血管远端和近端的压力和压差,进而分析不同模型的血流储备分数。通过对每个影响因素及其对应的血流储备分数进行分析,得到该因素对血流储备分数的影响大小。结果表明,狭窄率越大、狭窄长度越大、狭窄个数越多、狭窄形状不规则、狭窄偏移越大,该狭窄对应的血流储备分数值就越小,则该狭窄就越容易引起心肌缺血,其中狭窄率和狭窄个数的影响最大。当狭窄率超过70%、狭窄个数达到两个或者更多、形状出现不规则时,该段血管的血流储备分数值小于0.80的可能性就非常大,心肌缺血很有可能出现。狭窄率、狭窄长度、狭窄个数、狭窄弧度、狭窄偏移对血流储备分数的影响显著,其中对血流储备分数影响最大的是狭窄率和狭窄个数,而相邻狭窄之间的距离对其影响不明显。     

壁冠状动脉血流动力学特性的实验模拟与理论研究

目的临床研究、动物实验和模拟试验都证实心肌桥在收缩期的压迫作用,可引起壁冠状动脉管腔狭窄,从而使流量、流速及压力发生变化,导致血流动力学特性的异常现象。作者从"水击"理沦的角度探讨冠状动脉心肌桥前端的压力和流速变化这一异常现象的力学背景。方法利用心肌桥模拟装置在收缩期中和舒张期初"水击"发生前后对壁冠状动脉血流动力学进行模拟并用一维水击波理论模型进行分析、计算,与正常情况下实验数据对比分析。结果壁冠状动脉近端收缩压的升高幅度、舒张期流速的升高幅度计算值与实验值基本一致。结论证实了壁冠状动脉血流动力学特性异常现象是由扰动引起的"水击"波。     

基于CT成像的冠状动脉狭窄血流动力学分析

目的基于心血管患者的冠状动脉血管模型,通过计算和分析血管内血液流动的各个动力学参数,研究冠状动脉狭窄对心血管疾病的影响。方法基于心血管患者冠状动脉造影的CT图像,用Mimics软件对左冠状动脉及其主要分支进行三维重建;利用有限元方法,对冠状动脉模型进行流体力学计算。假设血管壁不发生变形,血液为不可压缩牛顿流体,在非定常速度进口的条件下计算各血流动力学参数的变化规律。结果冠状动脉狭窄(75%面积狭窄)对下游的壁面剪切力和振荡剪切指数影响较大,并且会导致涡流和二次流的产生;在模型中装上血管支架,使得血管狭窄消失之后,涡流和二次流基本消失,而且振荡剪切指数明显变小。结论冠状动脉狭窄对血流动力学参数有重大影响,可能是引起动脉粥样硬化的原因;通过CT图像重建方法,可以诊断狭窄发生的地点以及严重性,对心血管疾病的治疗有一定的辅助作用。     

不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄的血流动力学数值模拟

目的 研究具有不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄后的血流动力学效果,以期为支架的设计以及介入治疗提供更加科学的指导。方法 采用Pro/Engineer建立带有狭窄的椎动脉模型和3种不同连接筋的支架模型（根据连接筋形状分别称为L-支架、V-支架和S-支架）;利用有限元分析软件ABAQUS模拟这些支架在狭窄椎动脉中扩张后的结果,并分别建立3种支架治疗椎动脉狭窄后的流场有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS-CFX对3个模型进行血流动力学数值模拟。结果 与V型和S型连接筋相比,L型连接筋造成了较小的低壁面切应力分布面积及较少的血流停滞区。结论 L型连接筋具有较好的血流动力学效果,潜在地可降低支架内再狭窄发生的可能性,从而为支架选择、支架设计和手术规划等提供科学依据。     

缝合式和机械吻合式搭桥模型的血流动力学数值模拟

为了说明机械吻合器的引入对冠状动脉搭桥术近端吻合区血流动力学因素的影响,运用Solidworks软件构造了缝合式和机械吻合式两种搭桥模型。运用有限单元数值模拟的方法和Fluent6.3软件,对两种模型移植血管中脉动流进行数值化模拟和可视化分析。获得了吻合区在一个心动周期内不同时刻的速度场、二次流、压力及壁面切应力的分布情况。结果表明,机械吻合器的引入在增大移植血管中血流速度（大于缝合模型约0.2 m/s）的同时使得低速区范围增大,吻合区壁面切应力变化范围为0～50 Pa,应力集中现象明显,壁面切应力变化剧烈,易引起血小板活化和内膜增生。为了提高冠状动脉搭桥术的通畅率,对机械吻合器进行优化设计很有必要。     

锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处血流动力学数值模拟

目的:探讨锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血流动力学特性,分析该处发生血管狭窄引起大脑供血不足的 血流动力学原因。方法:采用内蒙古民族大学附属医院神经内科提供的CT数据,应用医学建模软件MIMICS20.0将患者 二维CT数据进行三维血管重建,经过网格划分及边界条件设置后导入计算流体力学软件FLUENT14.5中。计算和分析 不同血液入口速度的锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血流动力学特性。结果:在血液入口速度不同的情况下,锁 骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血液流场分布、血液压力分布和血管壁面切应力分布有显著变化。在血液入口速 度增大时,锁骨下动脉分叉处和颈总动脉分叉处的血液流速快、血管壁压力大,颈总动脉内侧血管壁面切应力大,但锁骨 下动脉分叉处和颈总动脉分叉处血管壁面切应力数值和变化幅度小,属于低切应力区。结论:通过血流动力学数值模拟 研究,分析锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处易发生粥样斑块病变导致大脑供血不足的血流动力学原因。     

冠脉分叉病变及支架后再狭窄的血流动力学研究进展

全球每年约有100万例经皮冠脉介入(PCI)治疗患者,其中分叉病变约占20%,而其支架后再狭窄率高达30%。频繁的再狭窄不仅和支架与血管的变形、支架与血管顺应性不匹配有关,也和支架后局部血流动力学变化引起的内膜增生有关。文中回顾了分叉冠脉的血流动力学研究发展,分析了分叉病变的血流动力学因素研究现状,详细阐述了其支架后再狭窄相关的计算流体力学(CFD)研究进展。CFD研究为探讨分叉冠脉的血流动力学环境与斑块形成、支架植入术与支架后再狭窄之间的关系提供了很好的技术手段,对临床医生理解斑块形成、工程师改善支架结构设计技术起到一定的作用。     

New pressure sensing elements for FFR coronary catheter

The next generation FFR Coronary Catheter includes a new stable pressure sensor, AD conversion at the tip of the catheter and mount of these components on the sidewall of the catheter instead of the guide wire enabling thus to use standard guide wires. The new ultrathin capacitive MEMS pressure sensor die with corresponding readout ASIC circuit offers better accuracy, robustness and automated assembly. The measured performance values of the fabricated chips correlate well with the simulated ones indicating comprehensive understanding of the sensor operation and control of the fabrication process. The test measurements outperformed the specifications for the FFR pressure sensing.     

基于病例研究冠状动脉扭曲对血流动力学的影响

目的探讨扭曲冠状动脉血流动力学的改变,从而阐明扭曲对冠状动脉血流灌注和壁面切应力(wall shear stress,WSS)的影响。方法选取冠状动脉左前降支(left anterior descending,LAD)扭曲和无扭曲两例个体病例,在Mimics软件中重建出LAD扭曲和无扭曲血管模型,并将模型导入ANSYS Fluent软件中进行血流动力学模拟计算,比较两种不同LAD模型的血流动力学情况。结果扭曲的冠状动脉在最大曲率大于1 mm~(-1)的弯曲处WSS下降较为明显,这种情况可能导致下游供血不足;弯曲外侧具有较低WSS(0~26 Pa),而弯曲内侧WSS相对较高(100 Pa);无扭曲和扭曲血管WSS均值分别为10.79、36.12 Pa,相比于无扭曲血管,扭曲血管整体WSS增高。结论扭曲冠状动脉整体WSS增高,从而可能延缓冠状动脉粥样硬化的进展。     

电子束CT冠状动脉血管造影与冠状动脉造影结果的关联性研究

目的　探讨电子束CT冠状动脉血管造影 (eletronbeamcomputedtomographicangiography ,EBA)与冠状动脉造影结果的关联性。方法　 2 4例临床怀疑冠心病患者分别行EBA及冠状动脉造影 (coronaryangiography,CAG) ,所有EBCT图像均经三维重建显像 ,按照AHA分段方法进行分段 ,每套重建显像血管分成左主干 (leftmainartery ,LM)及前降支 (leftanteriordescendingcoronaryartery ,LAD)、左旋支 (leftcircumflexartery ,LCx)、右冠脉 (rightcoronaryartery,RCA)各近、中、远三段共 10段血管 ,由 2名医生对LM和LAD、LCx、RCA的近、中段共 16 8段血管进行分析 ,其结果与CAG结果对比 ,比较EBA与CAG所示冠状动脉狭窄间的关系。结果　在 16 8个近段和中段血管中有 147段 (87.5 0 %)EBA能够清楚显像 ,其中LAD近段和中段清晰显像的百分比都为 95 .83%,而RCA近段和中段分别为 91.6 7%和 5 8.33%,LCx近段和中段为 91.6 7%、79.17%,而在 16 8个近段和中段血管中CAG全部清晰显像 ;如果以 >5 0%狭窄作为有意义狭窄 ,则EBA与CAG比较发现狭窄的敏感性和特异性是 83.33%和 92 .13%,其中LM是 10 0 .0 0%和 95 .6 5 %,LAD近段是 10 0 .0 0 %和 75 .0 0 %,LAD中段是 82 .35 %和 6 6 .6 7%,RCA近段是 80 .0 0 %和 71.43%,RCA中段是 5     

血浆髓过氧化物酶水平与冠状动脉狭窄程度的相关性分析

目的探究血浆髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)水平与冠状动脉狭窄程度的相关性。方法选取2013年7月至2015年12月在云南省楚雄彝族自治州人民医院心内科住院接受冠状动脉造影(coronary angiogram,CAG)的710例患者作为研究对象,分为冠状动脉综合症(arteria coronaria,ACS)组,稳定型心绞痛(stable Angina,SAP)组,冠状动脉造影结果正常人员作为对照组,观察血浆髄过氧化物酶水平与冠状动脉狭窄程度相关性。结果三组入选对象在高血压患者所占比重、血糖水平、尿素氮、肌酐等指标上进行对比差异均无统计学意义(P> 0. 05); ACS组与其他两组MPO水平对比差异较为明显,具有统计学意义(P<0.05);SAP与对照组在MPO水平上进行对比,差异无统计学意义(P>0.05);无狭窄者MPO水平为14.25±3.26μg/L,明显低于其他组患者,差异具有统计学意义(P <0.05);重度狭窄患者MPO水平为41.58±10. 64μg/L,明显高于其他组患者,差异具有统计学意义(P <0.05);血浆MPO水平与冠状动脉狭窄程度呈正相关关系(r=0.534,P=0.235)。结论冠状动脉狭窄程度越高则相应的血浆MPO水平越高,可将血浆髓过氧化物酶作为冠状动脉病变的辅助诊断指标。     

Numerical Simulation of Coronary Artery Bypass Graft with an Assistant Graft

The conventional bypass design is to implant a graft on the stenosed host artery allowing blood to flow bypass the stenotic artery. However, restenosis is a challenging problem which finally results in reoperation. The purpose of this paper is to propose a new bypass graft design of coronary artery with an assistant graft for the treatment of coronary artery stenosis. An additional assistant graft was employed in the new design compared with the conventional ETS anastomosis. Numerical simulations were performed by means of finite volume method using computational fluid dynamics （CFD） solver. Results demonstrated that the new anastomoses model provided a more smooth flow at the distal ETS anastomosis without any stagnation point on anastomotic bed and vortex formation in the heel region. Oscillatory shear index （OSI） and time-averaged wall shear stress gradient （TAWSSG） at the artery bed of the distal ETS anastomosis were reduced. The coronary artery bypass graft with an assistant graft is feasible to improve the local hemodynamics and diminish the probability of restenosis in the treatment of coronary artery stenosis.     

基于深度神经网络的冠脉造影图像的血管狭窄自动定位及分类预测

提出一套基于深度神经网络与监督学习的算法,用于对冠状动脉图像中的血管狭窄特征进行自动检测和分类.主要利用冠脉造影定量分析(QCA)作为标签进行监督学习,将冠脉狭窄的严重程度分为正常(＜25％狭窄分数)、狭窄(＞25％狭窄)类别,并实现图像中的狭窄定位检测.利用inception模型作为基础分类器,对图像级狭窄进行初步分...     

冠脉生理学检测技术发展2021年研究进展

心血管疾病是危害人类生命健康最严重的疾病之一,中国每5人中就有2人死于心血管疾病。心肌缺血是重要的心血管疾病之一。心肌血流储备分数(fractional flow reserve, FFR)用于量化心外膜下冠状动脉狭窄是否产生心肌缺血;微血管阻力指数(index of microcirculatory resistance, IMR)是定量评价冠脉微循环状态的有创指标。传统FFR和IMR测量临床上依靠导丝,在最大充血态下进行介入测量,临床上辅助心肌缺血的诊断。基于冠脉造影的caFFR和caIMR(coronary angiography-derived FFR and IMR)无需介入操作、无需血管扩张药物、无禁忌症限制,可以快速同步计算FFR和IMR,进而辅助冠脉介入手术的诊疗。本文总结了近年来基于冠脉造影的caFFR和caIMR以及其他冠脉生理学检测技术的研究进展。进一步开展基于造影的FFR和IMR组合研究,从宏观到微观开展冠脉功能学研究具有重要的临床价值。     

Coronary Artery WSS Profiling Using a Geometry Reconstruction Based on Biplane Angiography

Computational fluid dynamics (CFD) methods based on three-dimensional (3D) vessel reconstructions have recently been shown to provide prognostically relevant hemodynamic data. However, the geometry reconstruction and the assessment of clinically relevant hemodynamic parameters may depend on the used imaging modality. In this study, the silicon model of the left coronary artery (LCA) was acquired with a biplane angiography. The geometry reconstruction was done using commercial CAAS 5.2 QCA 3D software and compared with an original geometry. The original model is an optically digitized post-mortem vessel cast. The biplane angiography reconstruction achieved a Hausdorff surface distance of 0.236 mm to the original geometry that is comparable with results obtained in our earlier study for computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) reconstructions. Steady flow simulations were performed with a commercial CFD program FLUENT. A comparison of the calculated wall shear stress (WSS) shows good correlation for histograms (r = 0.97) and good agreement among the four modalities with a mean WSS of 0.65 Pa in the original model, of 0.68 Pa in the CT-based model, of 0.67 Pa in the MRI based model, and of 0.69 Pa in the biplane angiography-based model. We can conclude that the biplane angiography-based reconstructions can be used for the WSS profiling of the coronary arteries.