本發(fā)明屬于心臟瓣膜力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、隨著心血管疾病的增多，更換人工心臟瓣膜已成為是治療心血管疾病的一種手段。人工心臟瓣膜需要對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能評(píng)估。

2、申請(qǐng)公布號(hào)cn102551919a公開了一種人工心臟瓣膜以及其基于ansys/ls-dyna的性能分析方法。該方法中采用有限元模型，設(shè)置邊界條件和動(dòng)態(tài)載荷，利用有限元計(jì)算得出心臟瓣膜模型的應(yīng)力分布情況。

3、該現(xiàn)有技術(shù)方案中，有以下兩點(diǎn)缺陷：

4、1、沒有考慮患者個(gè)體的不同，因?yàn)榛颊邆€(gè)體的不同，其血液的黏度也不同，造成建立的血液模型中參數(shù)也不同，該現(xiàn)有技術(shù)只將血液模型中的常規(guī)數(shù)據(jù)輸入有限元模型計(jì)算，沒有針對(duì)不同的患者進(jìn)行分析，所以會(huì)導(dǎo)致對(duì)于特定的患者而言，最后計(jì)算的應(yīng)力分布情況不準(zhǔn)確。

5、2、現(xiàn)有技術(shù)采用了牛頓流體模型作為患者的血液模型，牛頓流體模型中的血液黏度受血細(xì)胞比容、血漿黏度和變形性等因素影響會(huì)導(dǎo)致切變率的變化，切變率變化進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致切應(yīng)力變化，切應(yīng)力變化會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)紊亂現(xiàn)象，增加血液流動(dòng)能量損失，從而對(duì)血液回流與血液擾亂，使切應(yīng)力不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，考慮患者個(gè)體的差異的同時(shí)，采用非牛頓流體建立血液模型，提高有限元計(jì)算后心臟瓣膜應(yīng)力分析的準(zhǔn)確性。

2、本發(fā)明的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，包括以下步驟：

3、s1：建立心臟瓣膜的幾何模型，定義材料參數(shù)；將心臟瓣膜的幾何模型導(dǎo)入軟件中，建立心臟瓣膜的有限元網(wǎng)格模型；

4、s2：建立血液的非牛頓流體模型，采集患者的血液，分析獲得患者的血液數(shù)據(jù)，依據(jù)患者的血液數(shù)據(jù)計(jì)算非牛頓流體模型中參數(shù)，依靠非牛頓流體模型計(jì)算出患者無限剪切速率下的血液黏度，將無限剪切速率下的血液黏度輸入到軟件ls-dyna中；

5、s3：在ls-dyna中，設(shè)置心臟瓣膜的邊界條件和動(dòng)態(tài)載荷；

6、s4：由ls-dyna數(shù)值模擬計(jì)算，計(jì)算出心臟瓣膜的應(yīng)力分布情況。

7、進(jìn)一步地，步驟s2包括以下步驟：

8、s2.1：建立casson模型；

9、s2.2：對(duì)于任一患者，采集患者肘前靜脈血液，并將血液保存在抗凝劑中保存；

10、s2.3：采血后一段時(shí)間t內(nèi)，測(cè)量一定剪切速率下的血液黏度；記錄剪切速率和對(duì)應(yīng)的血液黏度；設(shè)剪切速率為設(shè)對(duì)應(yīng)的血液黏度為μ1；

11、s2.4：測(cè)量患者血液中紅細(xì)胞比容，參照血液屈服應(yīng)力與紅細(xì)胞百分比關(guān)系圖，獲得患者血液的屈服應(yīng)力τy1；

12、s2.5：將s2.3中的血流剪切速率為血液黏度為μ1以及s2.4中的血液的屈服應(yīng)力τy1代入到casson模型公式中，計(jì)算獲得該患者的無限剪切速率下的casson黏度k1；

13、s2.6：將k1輸入到ls-dyna中，完成對(duì)該患者非牛頓流體血液的定義。

14、本方案當(dāng)中，采用了非牛頓流體的casson模型，來描述血液的力學(xué)特性，減少了血液回流與血液擾亂，使切應(yīng)力準(zhǔn)確。而且還根據(jù)患者的不同，采血測(cè)試，建立的模型中數(shù)據(jù)更加地準(zhǔn)確，能夠根據(jù)不同的患者，形成對(duì)應(yīng)的心臟瓣膜應(yīng)力圖。

15、進(jìn)一步地，步驟s2.3中，測(cè)量患者一定剪切速率下對(duì)應(yīng)的血液黏度時(shí)，剪切速率小于102。

16、剪切速率過大，會(huì)導(dǎo)致血液趨近于牛頓流體，影響結(jié)果。

17、進(jìn)一步地，步驟s2.3中，采血后1小時(shí)內(nèi)，測(cè)量一定剪切速率下的血液黏度。

18、避免因?yàn)闀r(shí)間的推移，導(dǎo)致血液黏度變化的情況。

19、進(jìn)一步地，步驟s2.1中，對(duì)casson模型進(jìn)行改進(jìn)，采用改進(jìn)后的casson模型，改進(jìn)后的casson模型的公式為：

20、

21、其中，k為無限剪切速率下的casson黏度；τy為患者的血液屈服應(yīng)力，與患者的紅細(xì)胞百分?jǐn)?shù)相關(guān)；為血流剪切速率；μ為患者的流體黏度。

22、改進(jìn)了casson模型，在患者血液屈服應(yīng)力的上乘上了系數(shù)2，使血液黏度更加符合實(shí)際情況。

23、進(jìn)一步地，步驟s2.2中，將患者血液保存在乙二胺四乙酸抗凝劑的真空瓶中保存。

24、一種簡(jiǎn)易地血液保存手段，能夠較為簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。

25、有益效果：

26、1、本方案采用了casson模型模擬血液，casson模型屬于非牛頓流體模型，減少了因?yàn)榕ｎD流體產(chǎn)生的血液回流與血液擾亂情況，相比于牛頓流體，本方案最后計(jì)算的應(yīng)力更加準(zhǔn)確。

27、2、本方案針對(duì)每一位患者，均通過采血并獲得血液一定剪切速率下的黏度，去計(jì)算casson模型中的參數(shù)，使每位患者都有其對(duì)應(yīng)的心臟瓣膜應(yīng)力圖。

技術(shù)特征：

1.一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟s2包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟s2.3中，測(cè)量患者一定剪切速率下對(duì)應(yīng)的血液黏度時(shí)，剪切速率小于102。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟s2.3中，采血后1小時(shí)內(nèi)，測(cè)量一定剪切速率下的血液黏度。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟s2.1中，對(duì)casson模型進(jìn)行改進(jìn)，采用改進(jìn)后的casson模型，改進(jìn)后的casson模型的公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟s2.2中，將患者血液保存在乙二胺四乙酸抗凝劑的真空瓶中保存。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的一種考慮患者血液個(gè)性特征的心臟瓣膜性能評(píng)估方法，屬于心臟瓣膜應(yīng)力分析領(lǐng)域，包括以下步驟：S1：建立心臟瓣膜的幾何模型，定義材料參數(shù)；將心臟瓣膜的幾何模型導(dǎo)入軟件中，建立心臟瓣膜的有限元網(wǎng)格模型；S2：建立血液的非牛頓流體模型，采集患者的血液，依據(jù)患者的血液數(shù)據(jù)擬合非牛頓流體模型，計(jì)算出患者無限剪切速率下的血液黏度；S3：設(shè)置心臟瓣膜的邊界條件和動(dòng)態(tài)載荷；S4：計(jì)算出心臟瓣膜的應(yīng)力分布情況。本方法可以減少牛頓流體血液模型產(chǎn)生的血液回流和血液干擾情況，充分考慮患者血液的剪切稀化特性，使血液應(yīng)力分析更加準(zhǔn)確，為患者心臟瓣膜設(shè)計(jì)提供個(gè)性化的參考與評(píng)估方案。

技術(shù)研發(fā)人員：況代瑋,郝健國,信志強(qiáng),楊晨旭,陳禹翰,周曉軒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19