动脉分支和血流分配的定量分析

目的 详细分析动脉分支角和血管半径的关系。方法 运用生物学中的基本原理和方法进行分析。结果 动脉分支的分支角和血管半径有关，子管半径（r)和母管半径（r0)之比（r/r0)越小，分支角（θ)越大，cosθ=r/r0。动脉分支处的子管中的平均血流速度（v)与子管半径成正比，与母管中平均血流速度（v0)的关系是v=v0cosθ。用子管半径越小，子管中的红细胞压积越低的结果，解释了血液的血浆撇取效应。结论 血管不仅是血液输运器官，也是血流分配器官和红细胞分配器官。     

分支血管直径对颅内动脉瘤置入血流导向装置后血流动力学参数的影响

目的综合考虑血流导向装置(flow diverter,FD)置入对动脉瘤瘤体及分支血管的影响,为临床制定更加合理的FD栓塞颅内动脉瘤手术策略提供参考。方法基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,创新应用多孔介质模型模拟FD栓塞颅内分叉动脉瘤的过程。分析和比较不同分支血管直径条件下FD置入动脉瘤前后瘤体与分支血管血液流场、血流速度、壁面压力、壁面剪切力(wall shear stress,WSS)等血流动力学参数的变化。结果 FD置入改变动脉瘤内的血流动力学特征,血流速度减小,动脉瘤壁尤其是顶部压力减小,瘤颈口WSS增大,但瘤颈远侧端与近侧端WSS的差异减小。且不同分支血管直径对血流动力学特征改变的影响程度不同,直径越大,FD置入后流入分支血管内血流的减少量越大,但瘤体内血液流速与瘤顶压力的减少量越小,同时瘤颈部WSS增加量越小。结论分支血管直径越大,FD对动脉瘤的栓塞治疗效果与对血管粥样硬化的改善作用越差,越易造成分支闭塞或其他缺血性并发症的发生。此类情况下进行FD介入栓塞术尤其需要引起临床医师注意。     

锥度角对弯曲动脉血管的血流动力学影响

运用血流动力学的基本原理和计算流体力学方法,对具有锥度角的弯曲血管内的血液二维定常流动流场进行数值模拟和分析.计算出具有锥度角的弯曲动脉内血液流动的压力和速度的分布情况.计算结果表明由于弯曲血管的曲率和沿血管渐缩的锥度角使得血管截面血流速度分布尤其是径向速度分布发生较大畸变;锥度角对弯曲动脉血管的血流动力学影响主要体现在对血流径向速度分布的影响.     

分叉和狭窄对颅内动脉血液流体动力学的影响

目的 基于颅内动脉数量众多且影响因素较多,本文重点研究了分叉角度、对称分支动脉狭窄度、不对称分支动脉狭窄度和斑块尺寸对颅内动脉粥样硬化形成和生长的影响作用,以期利用血流动力学参数的评估为动脉粥样硬化的预警、诊断及选择合适的血管内治疗等提供一定的指导作用.方法 基于计算流体动力学方法,构建主支动脉连接分支动脉的几何模型和有限元模型的边界条件,设计45°～135°区间共7种分叉角度,依托狭窄度λ来表征血管的狭窄程度,通过血液压力、流速和剪切力等血液流体力学参数对比分析各因素对颅内动脉粥样硬化的产生及发展过程的机制.结果 分叉角度对速度比最大值和剪切力最大值基本没有影响,对压力最小值影响也较小,最大振幅不超过5％.随着狭窄度的增加,最小压力下降而速度比最大值增加,当λ从0增加到0.5、0.67和0.75时,最小压力分别下降了1.6 Pa、1.8 Pa和3.6 Pa,速度比最大值分别上升了48％、1.2倍和1.9倍;狭窄度对最大剪切力的影响很小,直到当狭窄度增大到0.75时,最大剪切力提升了5％.非对称两个支路狭窄度的比值φ增加时,3个参数均逐渐增加且增加的幅度随φ的增加而增大.随着斑块长度的增加,压力最小值呈线性增加,速度比最大值则逐渐增加,剪切力最大值则是逐渐下降,最后趋势趋于平缓.结论 分叉角度对血液流体力学参数的影响较小;对称分支动脉狭窄度越大,或者不对称分支动脉的狭窄度比值越大,或者斑块长度越短,均引起血管壁剪切力越大,越容易造成血管内壁损伤,加速动脉粥样硬化.本研究为颅内动脉粥样硬化的形成机制、影响因素以及预测转归等方面提供有用信息.     

颈动脉分叉管模型流场分布的PIV测量

为了解改进的TF-AHCB颈动脉血管分叉模型内的血流动力学特点,采用PIV技术测量循环系统装置中颈动脉血管分叉模型的瞬时速度分布情况。通过调节循环系统装置中水箱的高度,变换压力差来调节流速。循环液采用黏度与人体血液相似35%的甘油水溶液。利用PIV测量4个工况下的瞬时速度并根据瞬时速度值计算切应力。结果表明,在颈动脉血管分叉模型内ICA的外侧壁存在明显的流动分离和逆时针方向的涡流,涡流的范围和距离随着流速的改变而改变。流速越大,涡流的范围越小,距离分叉的距离越近。ICA外侧壁的切应力明显要小,当流速小于0.839 m/s时,存在一个明显的低切应力核心区域。此低切应力核心区域正是临床上观察到的动脉粥样硬化好发的区域。结果提示,颈内动脉在分叉后ICA部分的外侧壁存在明显的流动分离和涡流以及低切应力区域,这可能和此部位动脉粥样硬化的发生有关。     

双分叉动脉血流动力学特性的边界元分析

目的通过数值计算判断血流动力学特性的突变对双分叉动脉血管病变发展的影响。方法利用边界元方法计算了一类双分叉侧支型动脉血管主支管病变前后的血液流场、血管壁切应力、压力等血液流体动力学特性,并作了分析和比较,对病变产生、发展和加剧的流体动力学原因做出了合理的解释;通过对病变前后分支管壁切应力和压力的计算结果分析,对主支管的病变是否会影响分支管的血液流体动力学特性做出了判断。结果主支管病变处由于血管腔变窄血液流速明显变大、切应力变大,主支管病变或病变加剧对分支管血液流场分布及切应力并无明显影响,而使分支管壁血压升高。结论血液的流体动力学特性对动脉粥样斑块的形成、发展、加剧、破裂有一定的影响,双分叉动脉主支管病变的加重极易导致分支管分叉处粥样斑块病变的出现。     

T型分叉血管中血液流动对动脉血栓形成的影响

目的 从血流动力学角度研究T型血管分叉处血液流动的改变对血栓形成的影响。主要从血流速度、分支直径、T型分叉角度及血液粘度方面研究血液流动对血栓形成的影响。同时结合相关医学病例,从多学科角度分析并验证医学研究中的有关血栓形成机理的猜测。方法 建立T-型动脉血管的几何模型,采用计算流体动力学方法对血管内流场进行数值分析研究,分析不同条件的流动对血栓形成影响。结果 在分叉血管附近的支血管和主血管中分别形成了两处较大区域的涡流区域,另外,在分叉交接处的下游位置也出现了一处较小的区域,这些区域速度较低,剪应力出现突然增大趋势,符合血栓形成,因此成为“最适成栓位置”。结论 血栓在“最适成栓位置”的形成还与分支血管直径、血管中血流速度、分叉角度以及血液粘度等有密切关系。     

基于CT成像的冠状动脉流固耦合分析

目的基于冠状动脉血管弹性特征,研究冠状动脉管壁及其内部血液流动的各力学参数的变化规律。方法根据健康人体冠状动脉造影的CT图像,用Mimics软件三维重建冠状动脉多分支结构;利用有限元方法,构建多分支血管计算模型。在假设血管壁为线弹性材料,血液流动为不可压缩牛顿流体瞬态流动条件下,进行血液及管壁的流固耦合分析,分析各参数的变化规律。结果冠状动脉内血液的流速在心脏舒张期达到最大;在冠状动脉弯曲及分叉处,流速会出现低速区,血管壁出现较大变形及等效应力。结论在进行冠状动脉粥样硬化形成机理的研究中,应考虑血管变形的影响。     

血液粘度测定

血液粘度因剪应力或切变率而变,并非恒定(呈现非牛顿粘性)。换言之,血管(取半径为r)及流速(取平均流速为V)在各血管区段上不同,血管壁上的切变率w以w=4v/r表示,则粘性依而变。这种粘度叫作“表观粘度”并以ηa表示之。其流动也称为拟塑性流动,并且具有屈服值(τy)。所说的屈服值就是虽有外力作用,但外力小,则只发生变形而不呈现流动,可是力达到     

基于医学影像的血管快速提取与可视化

在计算机辅助诊断系统中,血管的提取与可视化是血管研究的重要组成部分.本研究利用八叉树实现了血管的双阈值快速分割和边界距离场的快速计算;然后建立基于边界距离场的血管组织最大生成树,并提取感兴趣血管分支的树的主干,即该分支的中心路径,最后用基于图形处理器的三维纹理体绘制方法沿着路径显示血管虚拟内窥镜,用曲面重建方法显示该血管分支的相关信息.实验结果表明八叉树能有效的提高血管分割速度,并减少边界距离场的计算时间,体绘制算法和曲面重建方法能快速的显示血管组织的详细信息,为疾病诊断提供技术支持.