[发明专利]一种基于几何多尺度模型的一个半心室模型中奇静脉分流比的计算方法

权利要求书

1.一种基于几何多尺度模型的一个半心室模型中奇静脉分流比的计算方法，奇静脉分流比定义为公式(1)，

其特征在于，计算方法包括如下步骤：

1.1构建一个半心室的3D几何模型，它包含奇静脉、上下腔静脉、肺主动脉、左右肺动脉在内的真实3D模型，在下文中一个半心室模型统一称为3D模型；

1.2构建血液循环系统0D集中参数模型并建立0D/3D耦合的几何多尺度模型；

1.3对几何多尺度模型运用有限元分析，仿真不同肺阻力时一个半心室模型的血流动力学状况；提取奇静脉流量、上腔静脉流量和肺主动脉流量，由公式(1)计算得到奇静脉的分流比；提取不同肺阻力时奇静脉的壁面切应力，并与静脉系统承受的壁面切应力范围0.1-0.6Pa进行比较，从生物力学角度评价奇静脉分流比的合理性；

所述的步骤1.3包括：

设置0D集中参数模型中各模块的参数：血流阻力R、血管顺应性C、血液惯性L及心脏收缩舒张功能最大值Emax和最小值Emin；再调试各模块的参数使左右肺动脉压力均值分别为10mmHg、20mmHg、30mmHg，波峰处出现重搏波，而在左右肺动脉压力为不同值时，上腔静脉流量波形、下腔静脉流量波形、肺主动脉流量波形均收敛，分别对应肺阻力为2Wood、3Wood、4Wood时的生理实际；

调试参数的具体过程：首先调节Emax、Emin使得左、右心室压力波形的波峰达到正常值120mmHg和25mmHg，若左心室压力波形呈下降趋势，调大上半身与下半身循环的阻力，反之，调小各阻力值；若右心室压力波形呈下降趋势，则调大肺动脉阻力，反之，调小其值，使得左右心室压力波形稳定收敛；其次增大主动脉电容，使主动脉压力波形中波峰与波谷之间的压差增大，直至压差为40mmHg，增大肺动脉电容，使得肺动脉压力波形中波峰与波谷之间的压差增大，直至压差为20mmHg；然后调节各模块的电阻使各模块流量波形稳定收敛；最后增大肺动脉电感，使得肺动脉波形出现重搏波；在每一次调试中以增大或减少20％的比例改变上述参数；

依据此时的参数将格式为“.x-t”的3D模型与0D集中参数模型出入口边界条件数据进行0D/3D耦合：首先在ANSYS-CFX中使用User Junction Box Routine程序块完成0D/3D模型初始化；其次在ANSYS-CFX前处理中对3D模型进行网格划分，并设置血液密度、血液粘度、流体类型、时间步长、计算时间，将从0D集中参数模型得到不同肺阻力时的上腔静脉流量波形、下腔静脉流量波形、肺主动脉流量波形以及左右肺动脉压力波形作为3D模型的边界条件；然后在ANSYS-CFX中对3D模型进行流体计算；与此同时进行流体计算的收敛性判定，即定义流体计算相邻时间步之间3D模型中上腔静脉流量、下腔静脉流量、肺主动脉流量以及左右肺动脉压力的误差为残差检测项，当残差小于0.0001时，计算结果收敛，继续进行下一时间步的迭代计算直至指定时间，即三个心动周期2.4s，则仿真结束；如果残差不小于预先设定值0.0001，则使用ANSYS-CFX中的User CEL Function函数将从3D模型计算中得到的上腔静脉压力、下腔静脉压力、肺主动脉压力以及左右肺动脉流量作为0D集中参数模型计算的所缺项，使用User Junction Box Routine程序块完成0D集中参数模型计算，继续进行此时间步的运算，直至收敛；

待计算完成后，在ANSYS-CFX后处理中，在奇静脉中段垂直于血管纵轴方向上建立横截面，分别提取奇静脉流量、上腔静脉流量和肺主动脉流量，按照公式(1)计算得到一个半心室模型中的奇静脉分流比；提取奇静脉的壁面切应力，从生物力学角度评价奇静脉分流比的合理性，其合理性指标是奇静脉的壁面切应力大于静脉系统承受的壁面切应力范围0.1-0.6Pa，且随肺阻力增大，奇静脉的壁面切应力与奇静脉分流比正相关，二者均逐渐增大；对比奇静脉的壁面切应力与计算所得的奇静脉分流比，若符合前述指标，则合理；若肺阻力为4Wood时提取的奇静脉壁面切应力小于肺阻力为2Wood时的壁面切应力，则肺阻力为4Wood时计算出的奇静脉分流比是不合理的，这时将一个半心室模型中奇静脉内径增大5％后重复计算步骤1.3所述的内容；若肺阻力为2Wood时提取的奇静脉壁面切应力大于肺阻力为4Wood时的壁面切应力，则肺阻力为2Wood时计算出的奇静脉分流比是不合理的，这时将一个半心室模型中奇静脉内径减小5％后重复计算步骤1.3。