目的:探索建立预测颈动脉粥样硬化斑块破裂风险的个体化虚拟模型的方法。方法:基于高分辨率MRI影像学数据建立真实的几何模型，个体化测量研究病例的材料属性与边界条件，建立血液、血管壁及斑块之间流固耦合作用下的颈动脉分叉处三维有限元模型，以期分析斑块的形态、成分与应力分布的关系。通过改变边界条件来模拟现实中可能导致斑块破裂的血流动力学变化，例如血压升高等，计算斑块应力变化，并尝试证实其与斑块破裂的关系，从生物力学方面实现对斑块破裂风险的个体化预测，为临床预防和治疗决策提供依据。因课题工作量较大，本文仅介绍其前期工作，主要包括：1.影像学数据的采集与处理；2.测量个体化的材料属性和边界条件；4.建立初步的几何模型并进行简单的数值模拟。5.子课题1.个体化影像学数据的采集与处理使用GE Signa Excite3.0T高分辨率磁共振扫描仪扫描57例颈动脉粥样硬化病人，观察分析其斑块影像，并从中选择一例作为研究对象，纳入标准为：（1）斑块纤维帽薄或不完整；（2）斑块有较大的脂质坏死核心；（3）斑块内出血；（4）斑块近管腔表面出现钙化。将此病例MRI数据以dicom格式保存。2.确定材料属性a)血液的密度和动态血液黏度方法：抽血获得该病例血液标本进行血液流变学检测，获得该病例的血液密度和动态血液黏度。b)血管壁弹性模量方法：超声回声跟踪技术（echo-tracking, ET）：使用ALOKA SSD-5500多普勒超声诊断仪，配置ET技术和内置数字化图像管理系统(e—DMS)实时在体测量颈动脉壁弹性模量。c)斑块弹性模量方法：实时定量剪切波弹性成像技术（shear wave elastography, SWE）:使用AixPlorer高频帧超声诊断仪及配套探头测量斑块（主要为纤维帽和脂质核）的弹性模量。3.定义边界条件a)血压方法一：利用DynaPulse(DP2000A)电子血压仪测量肱动脉收缩压和舒张压，并利用公式计算颈动脉血压。方法二：利用上述超声仪器测量颈动脉血压。因为所用设备相同，此项测量可以与弹性模量测量同时完成。b)血流速度方法：利用彩色多普勒超声测量颈总动脉入口，颈内动脉、颈外动脉出口处的血流速度波形，作为脉压的补充。因为所用设备相同，此项测量可以与弹性模量测量同时完成。4.统计方法：兴趣病人研究部位的弹性模量及血流速度由同一经验丰富的超声科医师测量3次，每次间隔5分钟；血压由同一经验丰富的护士测量3次，每次间隔10分钟。所有测得数据利用SPSS17.0软件分析处理。针对兴趣病例的测量值，以平均值表示；针对所有病例的测量值以平均值±标准差或最小值最大值描述。5.初步建立几何模型将上述dicom数据导入mimics软件，初步建立几何模型并进行必要的前处理。因为本研究结构复杂，尤其是网格划分部分工作量庞大，本文仅对其做简单的处理。6.初步数值模拟使用ansys大型有限元软件进行数值模拟，其中使用测得的个性化的材料属性和边界条件，本文仅对模型的流体域进行了初步的计算。7.子课题：建立小型猪颈动脉粥样硬化模型，依据上述步骤进行数值模拟，根据结果进行实车碰撞试验，尝试证明碰撞瞬间的冲击载荷与斑块破裂的相关性。结果:1.获得了57例高分辨率颈动脉MRI的扫描数据。2.共测量了13例病例颈动脉的压力应变弹性模量（pressure-strain elasticmodulus, Ep）值：176.42±32.61kPa。研究病例的颈动脉壁Ep均值为165kPa。3.共测量了17例病例的颈动脉粥样硬化斑块的弹性模量(Young’s elasticmodulus, E)值：最小值8kPa，最大值689kPa。脂质核的弹性模量为：77±46kPa，平滑肌和胶原纤维的弹性模量1.3±0.91mPa。研究病例的斑块E均值为114kPa，脂质核的E均值为53kPa，纤维帽E均值为537kPa。4.初步完成了简单的几何建模和数值模拟。5.通过初步的数值模拟可见颈动脉分叉处存在着湍流等紊乱血流。动脉狭窄处的血流流速、壁面剪切力和压力明显增加，可能成为导致斑块破裂的血流动力学因素。6.建立了小型猪颈动脉粥样硬化模型，并完成了碰撞试验。结论：1.高分辨MRI可以无创性的测量斑块形态，对斑块各成分的大小、形状判断较准确，是目前判断斑块成分的较好方法。2.实时无创地测量了颈动脉及斑块弹性模量，由于斑块的组成成分等因素影响所以弹性模量差别很大。3.目前的体内组织弹性模量的测量方法存在较大的局限性，影响因素较多，导致其数值与真实情况存在一定差距。虽然如此，测量个性化的材料属性和边界条件仍然是应该努力的方向。今后需要探索更加精确的技术和合理的算法以实现无创性实时测量体内组织的弹性。4.数值模拟方法可以明确的显示颈动脉分叉处的血液流速、流线、流场、壁面剪切力、应力等，是分析斑块破裂生物力学机制的有效方法。5.建立预测斑块破裂的虚拟模型是一项难度很大的工作，需要经过无数次的实验、修改、调整，并且需要临床医生、影像学医师、生物力学专家、计算机专家等不同学科研究人员的密切合作。6.实车碰撞方式，受力方式、位置、大小不易控制，不容易模拟计算机模拟中的载荷情况，应该使用其他更可控的方式进行验证。