[发明专利]一种血液瘀滞预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种血液瘀滞预测方法及系统，包括以下步骤：对待预测的流道区域进行空间离散，确定血液物质属性，其中，血液在所述流道内流动；利用计算流体力学求解三维非定常单相血流流场，直至血流流场趋于稳定后停止计算；定义停止计算的时间节点为第一时间节点，在所述第一时间节点之前，所述流道内的血液为旧血液；在所述第一时间节点之后，所述流道内的血液为新血液；其中，新血液的物质属性与所述旧血液的物质属性完全一致；基于两相流计算模型预测血液瘀滞。其计算量低，能够直观追踪残留血液的时空分布，可以定量分析血流淤滞情况。

技术领域

本发明涉及生物医学技术领域，具体涉及一种血液瘀滞预测方法及系统。

背景技术

血栓形成是一种复杂的现象。相互关联的生物化学和血流动力学因素交织在一起，导致多个级联反应，使得血小板活化、沉积、聚集，形成稳定的血栓。这些因素也通常称作Virchow三要素，即多种风险因素所致的高凝状态、血流动力学改变(湍流或停滞)和内皮损伤/功能障碍。在心血管系统中，血栓可能从血管壁脱落，通过血液循环在血管中输送，引起心肌梗死、中风以及静脉血栓栓塞疾病等并发症。然而在某些情况下，血栓的形成是有利的。如在胸主动脉内修复术中，通过植入支架封堵动脉夹层的近端破口，使得夹层假腔内的血流瘀滞，从而降低夹层破裂的风险。在血泵等机械循环支持装置中，血栓会使得血泵性能下降，甚至发生故障。

近年来，计算流体力学被广泛用于研究血流动力学，及模拟血栓形成过程。血流动力学参数,如时间平均壁面应力、相对停留时间、震荡剪切指数等,经常被用作血栓形成的指标。然而，基于这些参数推断的血栓的位置和形态往往不一致，甚至相互矛盾。有研究者考虑血流动力学和生物化学过程，发展了血栓形成模型。然而这些计算模型通常很复杂，会引入很多额外的变量及其控制方程，计算量和复杂度大大增加。而临床上需要快速准确的无创血栓风险评估方法，为临床手术规划和术后评估提供有益的指南；血泵等机械循环支持装置的设计过程中，也需要有快速准确的血栓形成评估方法，辅助设计迭代工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种血液瘀滞预测方法及系统，其计算量低，能够直观追踪残留血液的时空分布，可以定量分析血流淤滞情况。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种血液瘀滞预测方法，包括以下步骤：

S1、对待预测的流道区域进行空间离散，确定血液物质属性，其中，血液在所述流道内流动；

S2、利用计算流体力学求解三维非定常单相血流流场，直至血流流场趋于稳定后停止计算；

S3、定义S2中停止计算的时间节点为第一时间节点，在所述第一时间节点之前，所述流道内的血液为旧血液；在所述第一时间节点之后，所述流道内的血液为新血液；其中，新血液的物质属性与所述旧血液的物质属性完全一致；

S4、基于两相流计算模型预测血液瘀滞。

作为优选的，所述S4包括：以收敛的所述旧血液流场为初始流场，采用两相流模型计算非定常两相血流流场，获得残留旧血液的空间分布随时间的变化以及残留旧血液总的体积分数随时间变化曲线，得到计算域内血液的瘀滞情况。

作为优选的，所述S1中还包括设置流道的进出口边界条件。

作为优选的，所述S2中利用计算流体力学求解三维非定常单相血流流场，当流场主要物理量统计上收敛后停止计算。

作为优选的，主要物理量为进出口压差和速度大小。

作为优选的，所述血液物质属性为密度和粘度系数。

作为优选的，所述S4中两相流计算模型为VOF模型。

作为优选的，所述VOF模型包括：