血管壁弹性模量对颈动脉狭窄血流储备分数的影响

目的探索将血流储备分数(fractional flow reserve,FFR)引入颈动脉狭窄评估的可行性,并且分析血管壁弹性模量对颈动脉狭窄中血液动力学参数和FFR计算结果的影响。方法利用计算机辅助设计软件建立颈动脉分叉标准模型并获得不同狭窄率的模型。假设血管壁为线弹性材料,血液为不可压缩牛顿流体,在脉动流条件下,利用有限元分析软件进行颈动脉狭窄模型中血液流动的流固耦数值模拟,获得各种血液动力学参数,并计算相应的FFR值。结果当弹性模量固定时,随着狭窄率增加,模型中狭窄部位的FFR逐渐减小,且此时其弹性壁与刚性壁的FFR相对差异随着狭窄率的增加而增加;当狭窄率固定为70%时,随着弹性模量增加,FFR会逐渐减小。结论采用FFR对颈动脉狭窄程度进行功能性评估需要考虑血管壁弹性的影响;狭窄率越大,血管壁弹性模量对FFR的影响越大。     

颈内动脉狭窄对体循环系统影响的集中参数模型研究

研究颈内动脉病变时对整个颈动脉系统的影响。建立了一个带颈动脉分岔血管分支的体循环系统集中参数模型,基于一组可较好地模拟正常生理曲线的参数,通过改变颈内动脉段的集总参数来模拟颈内动脉狭窄,研究了其对颈动脉系统的影响。结果表明:颈内动脉发生狭窄时,会使其自身的流量、压力和颈总动脉的流量发生显著变化。这些变化主要是由液阻和液容的改变引起的,其中液阻的影响更显著。此外,颈内动脉发生狭窄对于颈外动脉的影响较小,对颈总动脉入口压力则不产生影响。由此说明:利用三维计算模型对颈动脉分岔血管进行血流动力学数值模拟时,入口边界条件用入口压力比用入口流量更合适。     

脑血管疾病的血液动力学研究

采用脑血管Willis环集中参数模型来分析和模拟几种常见脑血管疾病 :颈动脉狭窄、椎动脉狭窄、动静脉畸形对脑血管的压力流量波的影响 ,并且结合典型病例的临床数据进行对比。研究和归纳这几种脑血管疾病的血液动力学特征 ,分析力学模型的结果和临床进行测量 ,给脑血管疾病的临床诊断提供有益的血液动力学方面的依据     

颈动脉血液动力学的数值模拟

背景:由于颈动脉个体差异的多样性,血流量的不同等,因此建立人体真实动脉模型有其自身的局限性。目的:分析不同颈总动脉脉动入口波形和内外颈动脉出口流量分配比对颈动脉血液动力学的影响。方法:建立标准性颈动脉音叉式分叉TH-AHCB三维模型。采用不同脉动入口条件和出口流量分配比,利用ANSYS流体分析软件数值模拟颈动脉分叉管内流场,计算血液动力学参数,包括速度、壁面剪切力(WSS)等,结合数值计算结果,不同角度分析其与动脉粥样硬化的关系。结果与结论:内外颈动脉的出口流量分配比的差异对分叉管内的流场影响很大;颈总动脉入口脉动波形的变化不仅改变血液动力学参数(速度、压力、壁面切应力等)的差值,同时还会导致力学机制作用的范围改变。     

脑血管疾病的血液动力学研究

采用脑血管Willis环集中参数模型来分析和模拟几种常见脑血管疾病：颈动脉狭窄、椎动脉狭窄、动静脉畸形对脑血管的压力流量波的影响，并且结合典型病例的临床数据进行对比。研究和归纳这几种脑血管疾病的血液动力学特征，分析力学模型的结果和临床进行测量，给脑血管疾病的临床诊断提供有益的血液动力学方面的依据。     

颈动脉斑块的流固耦合数值模拟

目的 提出一种基于真实颈动脉狭窄患者的双向流固耦合计算方法,用于分析不同类型颈动脉斑块在病变处的血流动力学参数以及斑块自身的变形和应力变化。方法 对颈动脉中度狭窄病人CT血管造影数据进行3D建模,分离出颈动脉血管壁模型和斑块模型,并进行瞬态流固耦合计算。模拟颈动脉粥样硬化的早期到形成斑块,将斑块类型分为增厚斑块、脂质斑块、混合斑块和钙化斑块,其中增厚斑块视为无斑块的情况,代表血管内膜-中膜的增厚,并对不同斑块类型的狭窄颈动脉进行对比分析。结果 不同类型斑块对整体血流流动影响不大,但是脂质斑块病变处的壁面剪切应力低于其余斑块;以增厚斑块作为对照,斑块出现会抑制动脉的扩张,其中脂质斑块最为明显;钙化斑块有最高的平均结构应力,相反脂质斑块平均结构应力则是最低。结论 本文所提出的计算方法能够同时对流体和固体区域进行分析。研究结果有助于更好理解不同斑块类型对于颈动脉病变处的影响。     

颈动脉蹼的血流动力学特性研究

目的颈动脉蹼是一种突出到颈动脉腔内的非动脉粥样硬化组织,是纤维肌发育不良的变异。该结构的存在改变了颈动脉的血流流动,导致颈动脉远端血液淤积,增加血栓形成的风险。同时,这种停滞不易察觉,在诊断性血管造影中会出现偶然对比停滞。本研究通过数值模拟分析颈动脉蹼的血流动力学特性,从而为临床症状性脑卒中的诊断提供新判据。方法入口为颈动脉周期内流速变化曲线,出口为outflow并给予颈内外动脉特定的流量比。采用有限体积法求解连续性方程和动量守恒方程,应用流体力学(CFD)软件ANSYS Fluent进行迭代求解。使用压强-速度耦合SIMPLE算法对求解器进行设置,应用离散二阶精度的Upwind来控制动量方程。结果通过数值模拟发现颈动脉蹼处存在二次流旋涡,且有较低的流速,从而易导致血液滞留,增加血栓形成的可能性。此外该处TAWSS和OSI较低,也是易形成血栓的标志。结论该研究为由颈动脉蹼导致的小血栓型脑中风现象提供了新的风险预测因素。     

FFR值与冠动脉狭窄度的数值模拟

目的：利用有限体积法对冠状动脉进行数值模拟,探讨不同狭窄程度的冠状动脉简化模型在舒张期血液的压力分布,并以此计算出（Fractional Flow Reserve,FFR）FFR值,阐明冠状动脉不同狭窄程度与肿值之间的关系,为冠状动脉狭窄的诊断提供参考。方法：以血流动力学基本原理建立不同狭窄度冠脉的物理模型,利用有限体积法,计算不同狭窄几何模型的速度、压力和壁面剪切力等血液流体动力学特征。利用开源软件OpenFOAM对人的冠状动脉不同狭窄程度的简化模型进行血流三维数值模拟。结果：计算获得了人的左冠状动脉不同狭窄程度的血流在舒张期压力分布图。当狭窄程度小于70％,FFR值下降缓慢;当狭窄程度在70％和90％之间内,彤R值下降速度明显加快,当狭窄程度大于90％时,FFR值急速下降,另外,当狭窄程度在大于80％之后,冠脉血管内血流流场的速度压力变化加大。结论：通过对不同狭窄度下冠脉血管血液流体动力学特性的计算,进一步说明有限体积法对冠脉狭窄的模拟问题的计算,人左冠状血管狭窄的百分数与冠脉的FFR值并不是呈线性关系,而是呈曲线样改变。     

基于计算流体力学方法进行不同个体的主动脉弓内血流模拟对比分析

目的:应用医学CT图像数据三维重构技术和计算流体力学方法进行人体主动脉内血流数值模拟分析,通过对不同个体正常主动脉弓内血流数值模拟获得的血流动力学参数进行比较,分析讨论血流动力学参数与血管结构形状的关系及对血液流动的影响,为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据。方法:应用医学图像后处理软件对通过临床获得的增强CT二维医学图像数据进行处理重构而得到不同个体的主动脉弓三维立体模型并转化为可用于模拟计算的CAD模型。应用CFD软件模拟主动脉弓内的血流情况,获得相关血流动力学参数。结果:计算得到了不同个体主动脉弓在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:计算流体力学数值模拟方法为个体主动脉弓内进行仿真模拟血流动力学分析提供了可靠方法。在心动周期内主动脉弓弯曲处存压力变化明显,出现漩涡等复杂血液流动现象,为研究血流动力学及各种脉管疾病提供一定的理论依据。     

人工肾血液透析过程中反渗透现象及其临界尺度的研究

建立了一个能够初步描述人工肾血液—透析器流场的数学模型。用数值计算的方法模拟了透析器中的流体流动 ,并在实际的流动参数和物性参数范围内 ,对可能出现的反渗透现象作了研究和分析。计算结果表明 ,反渗透出现在血液流动的后期 ,且反渗透出现的临界尺度和流场的流动参数以及膜的物性参数之间存在着一定的关系。此外 ,还研究了反渗透对血液浓度的影响。     

人体主动脉弓内三维血流动力学数值分析

目的阐明基于核磁共振数据进行数值建模的关键技术,利用计算流体动力学方法对人体主动脉弓内的血液流场进行了三维数值模拟。方法通过对临床核磁共振成像进行图像处理完成主动脉弓及分支血管的三维数字化重构,结合相关脉动血流量,模拟主动脉弓在心动周期不同时刻的血液流动细节。结果计算得到了人体主动脉弓内的血液流动在心动周期不同时刻的速度场、压力、壁面剪切应力的分布特征。结论基于核磁共振数据进行数值建模的关键技术有利于生物流体力学研究的深入开展,对主动脉弓进行血液流场的数值模拟有利于临床动脉粥样硬化、主动脉夹层的诊断和治疗。     

正常体位下人体椎动脉内血流动力学数值模拟分析

目的:保证研究对象的椎动脉在正常体位下,即保证研究对象没有向前或向后发生椎动脉过度拉伸或弯曲的情况下,采集临床CTA图像,应用三维重构方法构建体外人体真实椎动脉并应用计算流体力学方法进行血流动力学数值模拟,比较不同研究对象椎动脉的血流动力学参数,分析椎动脉狭窄与血流动力学的关系。方法:研究对象A椎动脉在基底动脉之前部分出现狭窄;研究对象B椎动脉正常。采集的临床CTA图像均为Dicom格式,层间距为0.5 mm,每片图像的平面分辨率为512×512,像素大小为0.5 mm。应用医学图像后处理软件Simpleware对CTA二维医学图像据进行处理得到人体椎动脉三维立体模型。将椎动脉三维立体模型导入到CFD软件中进行前处理、网格划分和数值模拟。结果:通过瞬态模拟计算,得到了椎动脉在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:通过对比两个不同个体的血流动力学参数来分析椎动脉内血流动力学参数与椎动脉狭窄的关系,发现椎动脉狭窄血流动力学因素(如低流速、低壁面切应力、高振荡壁面切应力)可以诱发和加速与动脉粥样硬化及血栓的形成,为进一步研究椎动脉狭窄等疾病的发病机理提供理论支持。     

弹性动脉狭窄血管内血液流动的ALE方法分析

针对弹性动脉狭窄血管中血液的流动状况,采用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE),在给定相同的边界条件下模拟出了弹性血管和刚性血管中血流速度和压力的变化情况,分析了不同狭窄程度模型的血流状态.结果表明:随着动脉的狭窄程度增加,其中心流速越来越大,窄前压力逐渐升高,窄后压力逐渐降低,狭窄前后的压差单调增加;刚性血管无法对人体正常生理状态进行比较好的模拟,其计算所得结论与实际情况差距较大.说明ALE方法对血液流动的数值研究是可行的.     

狭窄的颈动脉分叉处的血流动力学及减少该处斑块形成的设计

颈动脉分叉处是动脉粥样硬化的多发部位。本文采用真实的上下游脉动流条件,数值模拟了因病变而狭窄的颈动脉分叉处的速度剖而、压力场和剪应力分布。若壁面剪应力低于某一阈值或高于另一阈值,则认为开始发生粥样硬化损伤,有沉积物在内壁形成斑块。对沉积后的血管形状再     

位姿对支架虚拟释放结果影响的数值模拟研究

目前关于血管支架扩张的有限元分析并未将支架释放位姿这一因素对扩张结果的影响考虑在内。本研究利用Pro/E软件建立了支架和血管模型,通过ABAQUS软件构建了5种有限元装配模型,分别为0度无偏心模型、3度无偏心模型、5度无偏心模型、0度轴向偏心模型和0度径向偏心模型,分为角度和偏心两组实验进行扩张模拟。计算了各模型的轴向缩短率、径向回弹率、狗骨头率等力学参数,通过比较分析,得出支架虚拟释放时的角度、偏心对数值模拟的影响。计算得到5种模型支架扩张后的残余狭窄率分别为38.3%、38.4%、38.4%、35.7%、38.2%。研究表明位姿对数值模拟结果的影响较小,在对结果精度要求不高的情况下可以忽略这种影响,采用0角度无偏心的基本模型进行扩张模拟。     

影响应用于颈动脉疾病诊断的连续多普勒频谱的因素

连续波多普勒信号的频谱分析被应用于颈动脉疾病的诊断。以前的临床和体外研究表明:直接在狭窄处上方所做的记录中,多普勒最高频率增加,并观察到在狭窄处之外的受到扰乱的血流区域频谱变宽。然而,某些血液动力因素和技术因素,虽然与颈动脉狭窄严重程度无关,却可以影响多普勒频谱,特别是导致频谱变宽。本文所描述的体外研究确定了几个影响连续多普勒频谱的血液动力学因素和技术因素,但在临床条件下,这些因素对频谱变宽程度的定量测量的影响,     

主动脉弓内脉动流的有限元分析

将升主动脉和主动脉弓联系起来研究发展中的血液流动问题,给出了血液流动的理论模型、边界条件以及计算条件;根据生理脉动流条件,对狗的升主动脉和主动脉弓内血液流动进行有限元数值模拟,并对计算结果进行了可视化分析。     

便携式脑循环功能分析仪的研制

介绍了一种结构新颖的便携式脑循环功能分析仪的基本原理、参数算法和仪器设计方法.该仪器动用超声多普勒、超声脉冲和臂式自动血压模块检测颈动脉血流速度、血管管径及肱动脉舒张压和收缩压.根据血液动力学原理建立了简化的脑血管动力学参数计算方法,可获得人体颈动脉系统外周阻力、动态阻力、临界压力及搏动指数等反映脑循环功能状况的动力学参数.该仪器结构精巧、操作便捷、指标敏感,适用于各级医院、医疗机构,特别是基层医院和社区康复中心对脑血管病进行早期诊断.     

人体主动脉弓内非牛顿血液流动数值模拟分析

目的:通过基于三维重构技术对正常人体主动脉弓内的血流进行非牛顿血液模型数值模拟,分析血流动力学参数与血管疾病的关系,并与牛顿血液模型获得的壁面切应力(WSS)参数进行比较。方法:对临床获得的CT医学图像据进行处理重构,并转化为可用于模拟计算的三维模型。应用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟计算。结果:获得了正常人体主动脉弓内血流在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:主动脉弓内复杂的血流情况与血管疾病的产生与发展存在一定联系,并且非牛顿血液模型更为适合进行深入细致的主动脉弓内血液低速区域的瞬态模拟分析。     

双频双对电极射频热疗比吸收率及温度场模拟

针对双频双对电极射频热疗的比吸收率和瞬态温度分布进行了物理、数学建模和数值模拟计算。该模型能真实反映电磁波在生物组织中的衰减。在非稳态温度场模拟中考虑了血液灌流量随温度变化和肿瘤区低血液灌流的特点。对双频双对电极射频热疗电磁能量分布和温度分布的特点、电极位置和电极功率对有效治疗深度的影响作了细致的分析讨论。