基本信息
- 項目名稱：
- 基于血流動力學的臨床輔助診療技術
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本項目利用數(shù)字化三維重建技術，通過對臨床患者胸腔原始CT或MRI掃描數(shù)據(jù)進行個性化三維圖像重建，實現(xiàn)人體胸主動脈夾層動脈瘤診斷的數(shù)字化三維可視。進一步地，運用血流動力學的基本原理和數(shù)學有限元模型，進行三維血流動力學的計算機數(shù)值模擬，獲取了在一個心動周期內，胸主動脈內的血液流場、壁面壓力和截面速度分布等數(shù)據(jù)，并在此基礎上分析研究血流壓強、速度與心血管疾病形成之間的聯(lián)系。
- 詳細介紹：
- 本項目采用結合數(shù)學、醫(yī)學、工程學的跨學科交叉研究方式。首先通過對臨床采集到的患者胸腔原始CT或MRI掃描數(shù)據(jù)利用圖像處理軟件進行個性化三維圖像重建，分離并重構了胸主動脈內腔真實的三維模型，得到患者病變胸主動脈的三維立體圖像。通過3D模型的建立，可以方便地從任意視角觀察胸主動脈病變情況，由此可更加全面、清晰地了解病變的整體及細節(jié)，實現(xiàn)人體胸主動脈夾層動脈瘤診斷的數(shù)字化三維可視。 進一步地，運用血流動力學的基本原理和數(shù)學有限元模型，進行三維血流動力學的計算機數(shù)值模擬，獲取了在一個心動周期內，胸主動脈內的血液流場、壁面壓力和截面速度分布等數(shù)據(jù)，并在此基礎上分析研究血流壓強、速度與心血管疾病形成之間的聯(lián)系。 本項目希望通過基于血流動力學的輔助診療技術模擬人體心血管系統(tǒng)的真實血流情況，利用計算機數(shù)值模擬獲得的數(shù)據(jù)，在為臨床診斷提供有效定量分析依據(jù)的同時，根據(jù)患者的病情狀況，在一定程度上，揭示并初步預測心血管疾病發(fā)生和發(fā)展的過程，使醫(yī)生在對患有血管疾病的患者進行臨床診斷及治療時獲得病人患病位置處血流的實時三維影像及血流速度與壓力等數(shù)值，進而輔助醫(yī)生使其對患者的病情予以的準確診斷和正確治療，從而提高現(xiàn)有的臨床診治的水平。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 心血管中的血流動力學的數(shù)值模擬和研究對于了解、預防和治療心血管疾病，有重要理論價值和現(xiàn)實意義。該作品主要通過從臨床采集病例通過醫(yī)學軟件將數(shù)據(jù)生成三維模型，并將三維模型導入到有限元分析軟件中進行各項流體力學的數(shù)值分析，從而得出對病例的患病幾率及患病易發(fā)部位的預測，對于已患病的病例，該項目的研究結果可運用于臨床，輔助醫(yī)生使其對患者的病情予以的準確診斷和正確治療。
科學性、先進性及獨特之處
- 該作品通過計算機合成及模擬技術模擬人體心血管系統(tǒng)的真實血流情況，并將其應用于臨床輔助診斷與治療患病者體現(xiàn)了良好的科學性和先進性，并且通過對個體樣本的心血管模型實時合成與分析技術體現(xiàn)了個性化診療以及實時診療的獨特之處。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 通過基于血流動力學的輔助診療技術模擬人體心血管系統(tǒng)的真實血流情況，利用計算機數(shù)值模擬獲得的數(shù)據(jù)，在為臨床診斷提供有效定量分析依據(jù)的同時，根據(jù)患者的病情狀況，在一定程度上，揭示并初步預測心血管疾病發(fā)生和發(fā)展的過程，使醫(yī)生在對患有血管疾病的患者進行臨床診斷及治療時獲得病人患病位置處血流的實時三維影像及血流與壓力等數(shù)值，進而輔助醫(yī)生使其對患者的病情予以的準確診斷和正確治療，從而提高現(xiàn)有的臨床診治的水平。
學術論文摘要
- 心血管疾病對人體健康有巨大威脅，近年來因心血管疾病導致死亡的病例呈不斷上升趨勢。數(shù)據(jù)顯示，目前，每15秒就有一位中國人被心腦血管疾病奪去生命。 目前心血管疾病主要的臨床診療手段是通過CT、MRI數(shù)據(jù)直接進行圖像重建，但只局限于三維圖像，不能分析患者患病部位的血流特征。而我們基于血流動力學的研究恰恰能彌補這一空白。 首先，通過臨床上采集到人胸CT掃描數(shù)據(jù)運用專業(yè)圖像處理軟件分離并重建人體胸主動脈弓的三維仿真模型。其次，運用計算流體力學的基本原理和血流動力學的相關知識對人體胸主動脈中的脈沖血流進行三維數(shù)值模擬和研究，計算出人體胸主動脈內血液流動在心動周期內不同時刻的血液流場、壁面壓力、速度分布。最后通過驗證血流速度和壓力變化劇烈區(qū)域與臨床主動脈夾層易發(fā)區(qū)域相吻合，說明血流速度和壓力對胸主動脈夾層病例的發(fā)生和發(fā)展有影響。 通過以上基于血流動力學的有限元分析驗證胸主動脈夾層病例易發(fā)區(qū)域的研究，將這一研究方法運用于臨床，可使得醫(yī)生在對患有血管疾病的患者進行臨床診斷及治療時獲得病人患病位置處血流的實時三維影像及血流與壓力等數(shù)值，進而輔助醫(yī)生使其對患者的病情予以的準確診斷和正確治療。
獲獎情況
- 1.論文《胸主動脈血流動力學的有限元模擬》被第二屆全國大學生創(chuàng)新論壇錄用，并作大會交流發(fā)言。 2.《Three-dimensional Reconstruction and Numerical Simulation of Blood Flow in Human Thoracic Aortic》被iCBBE錄用，并被EI檢索 3.《人胸主動脈血液流動的三維數(shù)值模擬》[J].第二軍醫(yī)大學學報.2010年31卷5期 4.《胸主動脈血管中脈動血流的數(shù)值模擬》[J].同濟大學學報(醫(yī)學版) 2010年31卷4期 5.《脈沖血流對胸主動脈夾層形成的影響》[J].生物醫(yī)學工程學雜志,2010年27卷3期
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 無
同類課題研究水平概述
- 我們目前的研究可以實現(xiàn)人體主動脈疾病個體化、實時化、數(shù)字化的三維可視化診斷。本項目采用三維重建軟件，與目前臨床上采用的CT設備的三維重建技術（該技術須在專業(yè)的工作站上運行，然后由影像工作者選取不同角度的二維圖像提供給臨床醫(yī)生）相比，具有對計算機硬件要求低、能直接輸出三維視圖等優(yōu)勢，從而可以為醫(yī)生、病人及病人家屬更直觀的反映真實病變情況，有助于病人及其家屬加深病情的了解和醫(yī)生做出更準確的診斷。 基于本項目的數(shù)值模擬研究，與臨床研究情況加以比對，我們可以分析研究血流壓強、速度與主動脈夾層、胸主動脈瘤等心血管疾病形成之間的聯(lián)系，初步為臨床上個性化預測人體主動脈夾層瘤的發(fā)生和發(fā)展過程提供理論依據(jù)。
