人工心脏吻合口位置对主动脉内微栓运动的影响

目的利用数值模拟方法阐明人工心脏吻合口位置对微栓运动的影响。方法首先,基于心衰患者CT医学图像重建真实的主动脉三维模型,并根据临床实际建立3种吻合口位置(位于前壁、前壁和侧壁之间、侧壁)的人工心脏辅助几何模型;其次,运用离散相与有限元结合的方法,使用Fluent有限元软件进行流体数值模拟;最后,分析获得的微栓分布结果、速度矢量图和壁面切应力云图,评估血流动力学状态。结果当人工心脏吻合口的位置分别处于前壁、前壁和侧壁之间以及侧壁时,微栓进入脑部的概率分别为23.6%、33.8%和36.7%;吻合口位置周围存在涡流。结论人工心脏吻合口位置能够显著改变主动脉的血流动力学特性,影响微栓在主动脉中的分布规律。研究结果为临床优化人工心脏吻合口位置以降低卒中发生风险提供理论支持。     

一种可以避免血管再狭窄的双移植管搭桥方式的数值模拟

目的为改善冠状动脉旁路移植管的局部血流动力学,降低血管再狭窄的发生机率,研究一种可以避免血管再狭窄的双移植管搭桥方式。方法利用有限元分析方法,对传统模型和双移植管搭桥模型进行血流动力学模拟仿真,计算缝合区附近的流场、壁面切应力等血流动力学因素的分布情况。结果该双移植管搭桥具有较好的血流动力学分布,明显改善了主搭桥血管与冠状动脉缝合处的血流动力学参数,消除了该部位的涡流和流动停滞点,提高了底面的壁面切应力数值。在辅助搭桥血管与冠状动脉缝合处涡流区长度仅3 mm,与原主搭桥血管缝合处的涡流长度4.5 mm相比明显减小。辅助搭桥管分流了约36%的血液,只有约64%的血液流过了主搭桥管。结论该双移植管搭桥有助于减小内膜增生的发生机率。     

新一代左心室磁悬浮辅助泵血流动力学分析

目的降低左心室磁悬浮辅助泵的血栓形成概率和溶血风险,提升辅助泵供血效率。方法利用计算流体动力学方法,研究泵体出口直径、出口角度、出口与泵内壁面连接处圆角尺寸和转子与壳体间间隙对流场的影响,优化泵体内部结构,改善流体动力学性能。结果新一代左心室磁悬浮辅助泵与上一代辅助泵相比,泵内壁面最大壁面剪切应力(wall shear stress,WSS)降低约23. 6%,辅助泵内转子壁面最大WSS降低约47. 4%,WSS200 Pa区域面积降低约76. 2%,出口流量提升约14. 4%。结论新一代左心室磁悬浮辅助泵内部血流流迹趋于平缓,血流流体动力学性能有综合提升。研究结果为今后左心室磁悬浮辅助泵的优化设计及相关实验研究提供参考依据。     

主动脉内经皮左心室辅助泵出口处流场非定常模拟分析及其影响

目的:分析主动脉内经皮左心室辅助泵出口处的径向血流及其对主动脉内皮细胞造成损伤的可能性。方法:运用计算流体力学（CFD）对一款经皮左心室辅助泵在主动脉直径分别为20、30、40 mm 3种情况下进行非定常数值仿真,分析血泵出口处的流场分布。通过研究其速度、压力和剪切应力分布情况来分析血泵径向血流对主动脉血管内皮细胞的影响。结果:数据结果显示,血泵出口处的径向血流对3个模型额外增加的正应力分别为24、17、8 mmHg,近壁面剪切应力大于25 Pa的比例分别为19.3%、13.6%、3.0%。结论:实验表明,经皮左心室辅助泵的植入会增大主动脉压和近壁面剪切应力,而且主动脉直径越小,其效果越明显,因此对于主动脉直径偏小、患有高血压或动脉病变的患者应谨慎使用。     

运用血流向量成像技术评价正常人左心室涡流状态

【摘要】目的应用超声血流向量成像（VFM）技术对正常人左心室（LV）心动周期各时相涡流变化进行初步分析,探讨左心室内涡流变化特征。方法50名健康志愿者采集连续4个心动周期的标准心尖三腔心切面彩色血流动态图像,应用VFM技术进行脱机分析,测量心动周期各时相左心室内漩涡的横向位置、纵向位置、横径、纵径、面积、漩涡最大流量、漩涡强度。结果①等容舒张早期：极少数人于二尖瓣前叶下方可见短暂的小漩涡,随即消失。②舒张早期（快速充盈期）：二尖瓣前后叶下方附近出现2个小漩涡,前叶下方漩涡出现率较高;舒张中期（缓慢充盈期）：左心室腔内可见一个大漩涡;舒张晚期（房缩期）：二尖瓣前叶下方可见一个漩涡,部分正常人后叶下方也可见一个很小漩涡。③等容收缩期：靠近二尖瓣前叶下方左心室流出道（LVOT）内可见一个小漩涡;射血早期：此漩涡位置更靠近二尖瓣前叶,漩涡纵径缩短,面积缩小,强度增大,随后漩涡逐渐减小至射血中期消失;射血晚期：部分正常人在左心室心尖可见一个短暂的小漩涡。④所有健康志愿者射血期主动脉瓣周可见漩涡。结论VFM技术可用于量化正常人左心室内涡流状态;VFM为研究涡流,评价心腔内血流结构提供了一种新的方法。     

缝合式和机械吻合式搭桥模型的血流动力学数值模拟

为了说明机械吻合器的引入对冠状动脉搭桥术近端吻合区血流动力学因素的影响,运用Solidworks软件构造了缝合式和机械吻合式两种搭桥模型。运用有限单元数值模拟的方法和Fluent6.3软件,对两种模型移植血管中脉动流进行数值化模拟和可视化分析。获得了吻合区在一个心动周期内不同时刻的速度场、二次流、压力及壁面切应力的分布情况。结果表明,机械吻合器的引入在增大移植血管中血流速度（大于缝合模型约0.2 m/s）的同时使得低速区范围增大,吻合区壁面切应力变化范围为0～50 Pa,应力集中现象明显,壁面切应力变化剧烈,易引起血小板活化和内膜增生。为了提高冠状动脉搭桥术的通畅率,对机械吻合器进行优化设计很有必要。     

起旋式人工主动脉瓣构型设计及血流动力学评价

目的 设计一种附起旋功能的双叶机械瓣,通过改善其血流状态预防术后并发症。 方法 基于导流片式局部起旋器结构,将瓣叶作为导流叶片,并定义瓣叶包角以探究具有较优血流动力学特性的瓣膜构型。 应用有限元分析软件,对心缩期峰值流量状态下的主动脉流场进行仿真,螺旋性、壁面切应力分布等血流动力学特征。 结果 相较于对照瓣膜,起旋瓣具有更大的有效开口面积与更小的跨瓣压差,一定瓣叶包角范围内的起旋瓣能促进右手螺旋流的生成,并使血流趋向流道中心;起旋瓣壁面切应力分布也更加均匀,具有较少的低应力区与高应力区,壁面切应力峰值也相对较小。 针对研究中的主动脉模型,具有最优血流动力学特性的瓣叶包角为 15° ~ 20°。 结论 该新型人工主动脉瓣能调节主动脉内的血流特征,降低主动脉瓣置换术引起主动脉扩张与主动脉瘤的风险,对未来机械瓣构型设计具有指导意义。     

基于左心辅助的血液循环系统的控制研究

本文提出一种基于左心辅助的血液循环系统控制模型,该模型由左心血液循环系统和旋转式心脏泵模型耦合而成。考虑心脏泵的水力特性,根据泵相似性原理提出了新型旋转式心脏泵的数学模型。泵模型耦合心血管系统后采用七阶集总参数非线性空间状态方程表示,控制变量为电机转速。本文采用泵心脏舒张期最小流量变化斜率作为反馈机制,确保最大灌注量的同时避免抽吸。通过Matlab对模型进行仿真,结果显示在开环控制下,心衰患者的血液循环系统各项血液动力特性均有改善。当转速为9 000r/min时,经左心辅助的患者每搏心输出量由最初34mL/s提高至正常水平82mL/s,左心室压力-容积环向左偏移并且面积减小,说明辅助装置能够明显改善泵血不足并帮助心室卸载。若持续提高泵转速,当转速达到12 800r/min时,会发生抽吸异常状况,这是因为转速过高导致静脉回流量不足而形成的。经采用反馈控制后,系统可有效避免抽吸现象。本文研究结果表明,基于左心辅助的血液循环系统的控制模型能在确保足量灌注量的同时避免抽吸异常状态。该模型反映了左心辅助装置与心血管系统的交互作用,为左心辅助心衰治疗和生理控制策略设计提供理论依据。     

支架置入椎动脉开口处狭窄后突出距离的血流动力学分析

目的探讨支架置入椎动脉开口处狭窄后突出到左锁骨下动脉的距离对局部血流动力学的影响。方法分别构建未置入支架(模型1)以及置入支架无下移(模型2)、下移1 mm(模型3)、2 mm(模型4)、3 mm(模型5)的椎动脉模型。利用计算流体力学方法进行数值模拟,比较不同模型的血流流速、壁面切应力等血流动力学差异。结果支架置入术后,模型2的支架段壁面切应力降低85.33%、血流速度降低35.36%、旋动流现象消失。支架下移不同程度的几个模型相比,狭窄段的壁面切应力相差最大0.76%、血流速度相差最大0.45%。结论支架的置入椎动脉开口狭窄后的血流动力学变化显著,而支架下移距离对椎动脉流速和壁面切应力的影响不明显。     

基于两级级联神经网络估计血泵转速及压力变化对血流量的影响

背景：对人工心脏输出流量进行及时精确的检测直接关系到人工心脏在动物实验及临床应用中的效果,但实现起来却比较困难。 目的：探究辅助循环过程中,心血管血流动力学参数如何反映血泵的工作状态？通过体外辅助循环实验,结合理论分析法,以得到掌握血泵流量特性的神经网络结果。 方法：为了正确地评估和检测心室辅助装置中血泵的工作状态,建立两种不同类型的神经网络级联模型,评估血泵转速、压力的连续变化对流量的影响。在第一级中,运用BP神经网络来评估在血泵不同转速下连续变化的压力对流量的影响;在第二级中,运用径向基网络估计血泵转速连续变化对流量的影响。 结果与结论：将经训练的级联网络应用于评估转速、压力对流量造成的影响,其结果与以往的方法相比显示了很好的评估能力。     

基于MRA的个体化腹主动脉瘤计算机仿真

目的探讨基于MRA图像进行个体化腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)计算机仿真研究的可行性,并从血流动力学层面探讨AAA的发生、发展和破裂机制。方法基于AAA患者的MRA数据采用逆向建模法建立AAA的三维几何模型;采用FLUENT软件进行数值模拟,假设血管壁为刚性壁,血液为不可压缩牛顿流体,建立瞬态模型。将收敛之后的数据导入到CFD-Post中进行结果分析,输出心动周期内不同时刻的血流流线图、流速分布图、血管壁面切应力分布图以及压力分布图。结果AAA瘤颈处血液流动的方式以层流为主,瘤腔内血流以涡流、湍流为主,且在瘤体膨大处较明显;瘤颈处血液流速快于瘤腔,瘤腔大部分区域在整个心动周期内都处于较低的流速水平,且波动不明显,瘤腔内的高流速区域多位于入口血流直接延续的部位;射血期的壁面切应力的量值及其变化幅度均大于充盈期,壁面切应力较高的区域总是分布于瘤颈附近,瘤腔的切应力在整个心动周期内始终处于较低水平;瘤体的壁面压力量值及其分布范围在射血峰值(t=0.08 s)时最大。加速射血期的壁面压力及其变化范围均较减速射血期及充盈期大。结论基于MRA图像可建立个体化的AAA计算机仿真模型,通过计算机仿真得到的AAA内血流分布规律对AAA的研究和临床个体化的诊治有一定的帮助。     

完全磁悬浮心室辅助装置的体外模拟循环系统实验研究

目的研究我国自主研发的第3代完全磁悬浮心室辅助装置(CH-VAD)对于心衰患者的循环辅助效果。方法建立一套体外模拟循环系统(mock circulatory system,MCS)。该系统能够模拟人体健康休息状态以及心力衰竭状态,并与CH-VAD协同工作,测试CH-VAD在连续流状态下的辅助效果。另外,对CH-VAD的搏动流控制方法进行测试,该模式采用正弦波速度波形,使CH-VAD的运行与MCS心室周期同步。结果 CH-VAD在正常连续流状态下能够使心衰状态的血流动力学参数(动脉压、心排量)恢复到正常范围。初步的搏动流测试结果显示,当前的速度搏动幅值对血流动力学影响较小,搏动流状态下与连续流状态所对应的平均动脉压、动脉脉压、平均心排量与心排量波形等差异不大。结论 CH-VAD能够通过搏动控制器产生一定程度的速度搏动,提供足够的心室辅助,并可以进一步改良优化,提供符合生理条件的搏动血流。所研制的MCS能够提供心室辅助装置以及其他机械循环辅助装置一个有效、可控的体外测试平台,是机械循环辅助装置设计、优化和验证的重要工具。     

人工心脏研究进展

人工心脏在近半个世纪的研制过程中 ,血泵的材质、结构、制作工艺、功能和使用寿命均有显著改进 ,出现了气动、电动、电液压等不同驱动方式 ,所产生的血流也更接近生理心脏。最新的微型血泵还可植入主动脉内 ,通过促进局部血流而达到辅助整体循环的效果。人工心脏的控制系统也达到了智能化。迄今已有各种特性和功能的血泵先后研制成功。目前全人工心脏和心室辅助装置均已进入临床应用。既可作为心脏移植的过渡又可用于心衰病人的长期辅助以便自体心脏恢复功能。大量试验研究证实了人工心脏的安全性和有效性。总之 ,随着人工心脏的功能完善将在临床中产生重要的应用价值。     

血流动力学的医学应用与发展

血流动力学是指血液在血管系统中流动的力学,主要研究血流量、血流阻力、血压、切应力、扰动流等,以及它们之间的相互关系,对人类生命健康具有重要的影响。血流动力学在血管的弯曲、狭窄、堵塞、分叉以及肿瘤的治疗等方面具有重要的临床研究意义。目前,血流动力学在动脉血管搭桥、冠状动脉狭窄、腹主动脉瘤、动脉粥样硬化、脑动脉肿瘤以及旋动流等方面引起广泛研究。伴随着血流动力学的深入研究,心脑血管的手术规划、介入治疗等得到快速发展,基于血流动力学的临床检测和治疗仪器也越来越多。血流动力学因素,如血管压力、血管阻力、血流量、壁面切应力、血液黏度、流动分离、湍流、涡流等对常见血管疾病以及术后并发症的影响机理正在逐步深入探索之中,并已经取得了一定成果。     

维医沙疗对股动脉分支的血流动力学影响

目的研究维医沙疗对人体股动脉分叉血管血流动力学及受力的影响,进而揭示维医沙疗对人体股动脉血栓成因的作用机制。方法在室内维医沙疗系统中对受试者进行维医沙疗,用飞利浦便携式彩色多普勒超声诊断仪分别测试受试者维医沙疗前后的股动脉血流速度峰值、内径和阻力指数(resistant index,RI),并进行统计学分析;重构股动脉分支的三维流-固耦合有限元模型,采用ANSYS workbench模拟计算维医沙疗前后流场的血流速度、压力、壁面切应力和股动脉壁的应力、应变、总位移。结果维医沙疗后股动脉血流速度峰值的平均值和内径分别增大了32.43%和2.63%,RI降低了4.88%,股动脉血流速度峰值和RI维医沙疗前后差异均具有统计学意义(P0.05),股动脉内径维医沙疗前后差异没有统计学意义(P0.05)。维医沙疗后股动脉血流速度、压力和壁面切应力最大值分别增大29.91%、68.52%和46.55%;维医沙疗后股动脉壁的总位移、应力和应变最大值分别增大65.85%、45.45%和44%。结论维医沙疗对加快血流速度、降低RI有显著影响,能增大股动脉血管内径,从而改善股动脉内血液的循环;并且维医沙疗后股动脉壁面切应力、血流速度、压力以及股动脉壁所受应力、应变和总位移有所增大,分叉处的高压力区域有所减少,维医沙疗对降低股动脉粥样硬化及血栓形成有一定的积极作用。     

心室辅助下切应力对红细胞形态的影响

目的心室辅助是晚期心衰最有效的治疗方法之一。但是,心室辅助装置产生的高流体切应力会对红细胞造成损伤。目前,大多数研究仅利用心室辅助装置造成的溶血值评价其对血液的损伤程度,却忽略了对还未破裂的红细胞受到损伤的关注。本文重点探究流体切应力所造成的红细胞形态的变化。方法首先,利用数值计算软件FLUENT,采用拉格朗日离散模型计算出心室辅助装置在一个心动周期内作用于红细胞的流体切应力曲线;然后,根据数值计算得出的切应力范围,对不同切应力下和不同暴露时间下的血液样本进行实验,并设立无受力对照组减小实验误差;最后,以实验后血样的游离血红蛋白含量作为判断血样溶血情况参数,并以血涂片中非常态红细胞的数量占总体的百分比作为衡量红细胞受损伤但未破裂状态的参数。结果非常态红细胞数目和切应力的相关系数是0.725,P=0.027(0.05)。实验结果显示,血泵产生切应力会导致非常态红细胞出现,并且暴露时间一定,非常态红细胞数目随着切应力增大而增大。结论在心室辅助下,血泵流场除了会产生溶血这一极端现象,同时也会导致非常态红细胞数量的增多,降低血液质量,影响人体血液功能。     

S形动脉中的血流动力学研究

目的 探索动脉直径大小对S 形动脉血流动力学的影响。方法 利用数值模拟方法, 对具有不同直径的大小两种S 形动脉模型在相同的边界条件下的血流动力学时空分布进行了分析。结果 在大S形动脉中的二次流比小S形动脉中的要复杂; 在弯曲动脉的内弯区存在较强的涡流; 弯曲动脉中的压力和壁面切应力变化很剧烈, 特别是在大模型中。结论 S形弯曲动脉中的血流呈现复杂回流、二次流、压力和壁面切应力剧烈变化等特性, 这些都可能影响到动脉内皮的功能及内膜增生。在利用人造或自体血管修复旁路狭窄动脉的手术中, 应尽量避免采用S 形动脉模型。     

基于三维医学影像的脑动脉瘤内血液流动的数值模拟

目的 利用数值模拟研究具有病人特异性的脑动脉瘤内的血液流动,为脑动脉瘤的破裂风险的评价和动脉瘤介入栓塞后复发风险的评价提供帮助。方法 从两例脑动脉瘤病人的3D-RA数据中重建动脉瘤几何模型,血液流变学模型选择假塑性非牛顿流体模型,利用商用CFD软件Fluent对两例动脉瘤内的血液流动进行数值模拟。结果 数值模拟给出了动脉瘤内的流线图、重要截面上的速度分布图、壁面上的切应力分布和压力分布图。并且绘制了在收缩期时刻动脉瘤颈部和瘤顶部各20个点上的壁面切应力和压力的变化情况。结论 血流动力学因素如流速、压力、壁面切应力、流动对壁面的冲击状况等因素与动脉瘤的生长和破裂密切相关,而由于脑动脉瘤形态各异、载瘤动脉与动脉瘤体的几何关系复杂,所以具有病人特异性的数值模拟对于研究动脉瘤破裂和复发风险具有重要价值。动脉瘤颈部的壁面切应力和壁面切应力的波动的变化规律并不相同,需要进一步研究壁面切应力的波动与脑动脉瘤生长与破裂之间的定量关系。     

用于心室辅助装置血流动力学性能评价的体外模拟循环系统技术进展

体外模拟循环系统(mock circulatory systems,MCS)是一个模拟人体循环系统血流动力学状态的试验平台,被广泛用于心室辅助装置和人工瓣膜等心血管人工器官的体外性能评价和生机电系统中的血流动力学响应研究。通过调整模拟心脏的驱动元件和模拟血管系统的集中参数元件,MCS可以模拟人体健康、运动、心力衰竭等不同生理状态的血流动力学特性。自1960年代至今,MCS研发目标从满足最基本的心室辅助装置或机械瓣膜的系统性能评价要求,已发展到能够复现局部重要器官的血流动力学状态。总结MCS目前的设计原则、系统搭建以及研究进展和未来展望。     

主动脉球囊反搏术（IABP）后的观察与护理

主动脉球囊反搏是一种以左心室功能辅助为主的循环辅助方式，是目前临床应用较广泛、有效的循环辅助装置。它是通过穿刺股动脉将一定容积的球囊放置在胸主动脉，球囊导管与体外压力泵相连，球囊在心脏舒张期快速充气，以增加冠状动脉的灌注压，增加冠状动脉血流。球囊在心脏收缩期快速放气，即减少了左心室射血阻力，又减少了心室做功和氧耗，