壁冠状动脉血流动力学体外模拟

目的 研究心肌桥压迫对壁冠状动脉内血流、正压力、周向应力、切应力的影响。方法 对原有的壁冠状动脉模拟装置进行较大改进,使其测量的血流动力学参数从单一应力（正应力）扩展到多种应力,以便更全面准确地模拟在正压力、周向应力、切应力共同作用下的真实血流动力学环境,从而综合考虑在多种应力共同作用下血流动力学规律与壁冠状动脉粥样硬化之间的关联。结果 壁冠状动脉模拟装置实验结果表明,应力的异常主要位于壁冠状动脉近端,随着心肌桥压迫程度加剧,近端的应力平均值与波动值明显增大,正应力平均值升高27.8%,波动值升高139%。结论 心肌桥压迫造成壁冠状动脉近端血流动力学发生异常,对认识冠脉粥样硬化发病的血流动力学机理具有重要意义,对于心肌桥的病理影响及治疗具有潜在的临床价值。     

基于"心肌桥-冠状动脉"模拟装置的周向应力研究

研制一种心肌桥压迫冠状动脉的模拟装置,用以研究壁冠状动脉近端与远端周向应力的动态变化,并可实现其独立调节.制作"心肌桥-冠状动脉"模拟装置,分别改变模拟冠状动脉外压和心肌桥压迫程度并记录周向应力的变化情况.结果表明,周向应力的异常主要位于壁冠状动脉近端,随着心肌桥压迫程度加剧,近端的周向应力平均值与震荡值(最大值一最小值)明显增大."心肌桥-冠状动脉"模拟装置能提供体外研究周向应力对血管影响的实验手段.     

壁冠状动脉周向应力体外加载装置的研制

目的设计并研制壁冠状动脉周向应力体外模拟装置,实现不同程度心肌桥压迫下壁冠状动脉周向应力的体外加载。方法利用心肌桥冠状动脉血液动力学体外模拟装置,实现壁冠状动脉周向应力的体外测量。依托上述实验数据,实现不同程度心肌桥压迫下壁冠状动脉周向应力的体外加载。结果通过体外测量实验发现,壁冠状动脉近心段周向应力最大值、平均值以及波动值都会随着心肌桥压迫程度的增加而显著增大。通过壁冠状动脉周向应力的体外加载实验,验证加载波形与周向应力体外测量实验波形基本吻合。结论该装置可以实现壁冠状动脉周向应力的体外加载,为探究壁冠状动脉近端血液动力学异常对动脉粥样硬化产生及斑块破裂的影响,提供一个尽量接近在体环境、多种参数可调控的体外模拟平台。     

心肌桥壁冠状动脉血液动力学数值模拟

目的数值模拟心肌桥壁冠状动脉血液动力学,探索心肌桥壁冠状动脉近心端易发生动脉粥样硬化的血液动力学机理。方法建立随心搏运动的局部狭窄直圆管模型模拟心肌桥壁冠状动脉形态学,管壁为薄壁线弹性体,血流遵循不可压缩牛顿流体的一维管流方程组,用Lax-Wendroff方法数值求解。结果心肌桥壁冠状动脉血液动力学与正常冠状动脉血液动力学相比有很大差异,血流量#壁切应力和壁切应力梯度均不同。在心肌桥壁冠状动脉中,近心端壁切应力及壁切应力梯度的变化要远大于远心端。对于有两段心肌桥的情况,它们的壁切应力和壁切应力梯度变化趋势基本一致,但距心室较远的心肌桥,其壁切应力和壁切应力梯度要大于靠近心室的那段心肌桥,且随时间的变化程度也更剧烈。结论数值模拟结果表明,心肌桥壁冠状动脉血液动力学不同于正常冠状动脉血液动力学,近心端壁切应力及壁切应力梯度的变化要远大于远心端,从而对动脉管内皮细胞产生重要影响,这可能是心肌桥壁冠状动脉近心端易发生动脉粥样硬化的血液动力学机理。     

壁冠状动脉血流动力学特性的实验模拟与理论研究

目的临床研究、动物实验和模拟试验都证实心肌桥在收缩期的压迫作用,可引起壁冠状动脉管腔狭窄,从而使流量、流速及压力发生变化,导致血流动力学特性的异常现象。作者从"水击"理沦的角度探讨冠状动脉心肌桥前端的压力和流速变化这一异常现象的力学背景。方法利用心肌桥模拟装置在收缩期中和舒张期初"水击"发生前后对壁冠状动脉血流动力学进行模拟并用一维水击波理论模型进行分析、计算,与正常情况下实验数据对比分析。结果壁冠状动脉近端收缩压的升高幅度、舒张期流速的升高幅度计算值与实验值基本一致。结论证实了壁冠状动脉血流动力学特性异常现象是由扰动引起的"水击"波。     

心肌桥-壁冠状动脉血流动力学模型的设计和制作

根据流体力学原理并结合冠状动脉血流的特点,设计并研制心肌桥-壁冠状动脉血流动力学模型,使得能够在有效设定和控制各种不同参数的实验条件下,全面和系统地模拟心肌桥对壁冠状动脉血流动力学的影响,为进一步研究不同条件下心肌桥对壁冠状动脉血流的影响提供前期工作基础。     

心肌桥形态学的研究现状

心肌桥是指覆盖在冠状动脉及其主要分支上的心肌纤维,是一种较普遍的解剖现象,其肌纤维在组织学上有区别于普通心肌纤维而有类似于骨骼肌倾向结构的特点。。心肌桥的结构差异很大,部分可以压迫壁冠状动脉导致相应的血流动力学的变化,造成心肌缺血,这可能和部分心肌桥较厚和较宽,距离冠状动脉窦距离较近,和壁冠状动脉的距离不大等因素有关。尽管壁冠状动脉本身很少发生动脉粥样硬化,但其近段血管却有容易发生动脉粥样硬化的倾向,已经得到临床上越来越广泛的重胡。     

心肌桥和壁冠状动脉的形态及相关性研究

探讨心肌桥和壁冠状动脉的形态及相关性,为心血管病临床提供形态依据.方法:解剖100例正常人心脏的冠状动脉,取前室间支桥下段血管(壁冠状动脉)中份及出桥段血管起始部,作石蜡切片HE染色,在计算机图像分析仪下进行观测.结果:心肌桥出现率为85%,桥宽厚各为19.14±10.49mm,1.37±0.65mm.壁冠状动脉管径较其远端血管管径小;管壁较其远端血管壁薄;其形态有圆形、椭圆形、心形、不规则形和线形.相关分析表明;心肌桥的宽度与壁冠状动脉管径呈负相关;桥的宽度和厚度与其远端血管管径呈正相关;桥的厚度与壁冠状动脉内膜呈负相关.     

腹主动脉叉血流动力学边界元分析

本文利用边界元方法计算了腹主动脉叉。在动脉粥样硬化前后的血液流场、血管壁切应力等血液流体动力学特性,通过对动脉粥样硬化产生前后,左、右髂总动脉壁切应力的计算结果分析,对粥样斑块病变产生和发展的血液流体动力学原因做出了判断。结果显示:腹主动脉叉几何形状的不对称性导致分叉处血液流速、血管壁切应力分布的不对称,内侧壁切应力大于外侧壁,右髂总动脉内侧壁切应力大于左髂总动脉。动脉粥样硬化处由于血管腔变窄血液流速明显变大、切应力变大,容易使斑块表面撕裂出现组织增生,粥样斑块下游处血流速度、切应力减小,形成血液分离区,使血细胞聚集,造成动脉粥样硬化发展、加剧。     

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。     

二维弹性动脉瘤模型的血液动力学数值模拟与分析

本研究的目的在于探讨血液动力学参数对于动脉瘤形成、生长以及破裂的影响。从医学影像学图像出发,进行二维弹性动脉瘤模型的血液动力学数值模拟。将其结果与刚性动脉瘤结果在速度矢量场和切应力分布上进行对比,发现两者存在较大差异。主要表现在几个截面的速度分布有较大差异,其中一个出口的速度分布明显偏心,这将影响壁面的应力分布以及管壁物质交换。弹性和刚性模拟沿瘤壁的壁面切应力分布曲线走势基本相似,所不同的是两者的切应力数值特别是在瘤颈附近存在较大差异。通过分析阐明弹性壁模型更加符合临床与病理生理实际。研究结果对于分析动脉瘤形成、生长破裂以及预后有重要的临床应用价值。     

犬左冠状动脉前室间支心肌桥的形态学特征

目的探讨犬壁冠状动脉和心肌桥的形态学特点,为比较解剖学提供资料。方法取犬心41例,10%甲醛溶液固定,解剖显示冠状动脉及其分支,观测心肌桥及壁冠状动脉的出现率。结果犬冠状动脉心肌桥多出现于前室间支、后室间支和左室前支。心肌桥出现率70.7%,前室间支79.3%,心肌桥厚度为0.56±0.61 mm。前室间支前段内径1.64±0.46 mm,厚度0.18±0.06 mm;壁冠状动脉内径1.35±0.46 mm,厚度0.13±0.04 mm。心肌桥近段距第一对角支距离为19.78±8.20 mm,距前室间支起始部距离为24.49±12.37mm,距右冠起始部距离为24.21±5.80 mm。心肌桥纤维走向与壁冠状动脉夹角为68.94±14.38。结论犬冠状动脉心肌桥出现率及位置与人相似,可作为科研动物模型。     

螺旋弯曲管中血液两相流动分析

目的 经典的单相牛顿血液流动模型忽略了红细胞与血浆之间的相互作用以及血液剪切变稀性质。为了解决这些问题,采用多相的非牛顿模型研究冠状动脉模型的血流动力学参数。方法 把血液考虑为血浆和红细胞的混合体,并用螺旋弯曲血管模型模拟冠状动脉,分析冠状动脉内红细胞的运动以及红细胞体积分数的分布情况,并与单相非牛顿血液模型的模拟结果进行对比。结果 单相和多相血液模型模拟下的截面壁面剪切力平均值差别不明显,但是在两相流模拟中,螺旋弯曲管下底壁面处存在明显的红细胞聚集现象,同时还分布着较低的壁面剪切力。结论 引用多相流数值模拟得到了螺旋弯曲管中的血流动力学参数,同时发现红细胞在螺旋弯曲管下底面处聚集的现象,这很容易诱发血栓形成,与临床上所观察到的粥样硬化斑块经常出现在冠状动脉弯曲内侧是相符合的,可进一步说明动脉粥样硬化病变的发生机制。     

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。     

远端侧-侧吻合冠脉搭桥术后血栓形成的数值模拟

目的 研究桥血管远端不同处理方式对其血栓生成的不同影响。方法 针对远端侧-侧吻合（distal-end side-side anastomosis,DESSA）冠脉搭桥术,构建桥血管远端裁剪和不裁剪两种模型。使用生化反应的血液物质传输扩散模型,同时考虑血流动力学的切变率、流体滞留时间和血小板分布参数,评估血栓形成的可能性,使用数值模拟方法探讨DESSA冠脉搭桥中血栓生长。结果 对于桥血管远端无裁剪处理的模型,血栓首先在桥血管远端内壁面上形成,随后向其内部生长,直至血栓占满大部分桥血管远端区域,血栓进入稳定状态,体积不再变化,生成血栓体积为15.051 mm3。对于桥血管远端裁剪处理模型,生成血栓体积为7.352 mm3,同远端无裁剪模型相比,生成血栓体积减小51.2%。桥血管远端裁剪处理后,吻合口上方桥血管内壁上有血栓生成,壁厚约为0.16 mm,为桥血管半径的10.65%。上述两种术式中,桥血管远端区域形成多个漩涡流（流速小于10 mm/s）,促进桥血管远端血栓形成;计算结果和临床报道的血栓形成区域相一致。结论 临床DESSA冠脉搭桥术时,对桥血管远端进行裁剪处理,减小了桥血管生成血栓体积,但吻合口上方桥血管壁面生成血栓对冠脉搭桥术后影响还需进一步研究。     

T型分叉管内牛顿与非牛顿血流特性对比分析

目的:动脉粥样硬化是引起心血管疾病的重要因素。结合临床心血管相关病例,从交叉学科的角度分析了入口血流速度和血液粘度对T型分叉管内血流分布的影响,以探索T型分叉管内血流分布与动脉粥样硬化形成的关系,为临床诊断与治疗提供一定的指导。方法:根据血液流动的粘性不可压缩Navier-Stokes方程,运用Auto CAD建立了T型分叉血管的几何模型,并采用计算流体力学方法 (Computational Fluid Dynamics,CFD)对分叉管内血液流动进行数值模拟,分析不同初始条件下分叉管内血流分布对动脉粥样硬化形成的影响。结果:数值模拟结果显示,与牛顿血液粘度模型相比,非牛顿血液粘度模型下血流分布较合理;分叉管的壁面切应力明显大于主血管,而分叉管的壁面压力却小于主血管,表明分叉处管壁受到高切应力与低壁面压力的共同作用,血管内壁易疲劳损伤,促进动脉粥样硬化的产生;这与分叉处附近A与B处存在较大面积的低速涡流区相符合,为动脉粥样硬化的形成提供有利条件。结论:通过对T型分叉管血液流体动力学的数值模拟,表明入口血流速度和血液粘度在动脉粥样硬化形成过程中具有重要作用。另外,数值模拟结果与临床检测结果一致,为进一步研究心血管疾病的机理提供一种有效、可靠的研究方法。     

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。     

内皮细胞应力测试装置

目的 通过研制“内皮细胞应力测试装置”，为研究血流动力学环境对人工培养的内皮细胞生物学特性的影响提供实验平台。方法 应用流体力学及血流动力学理论与分析方法，制作了“内皮细胞应力测试装置”。结果 本装置可以精确调控正常生理水平和超生理水平下的切应力值、正应力值、以及脉动波幅和脉动频率。结论 本装置能模拟与人体生理状况较一致的血流动力学环境。     

人工心脏泵辅助对左心室血流动力学影响的数值研究

目的采用数值模拟方法研究人工心脏辅助装置植入对左心室内血流动力学的影响。方法首先利用心血管集中参数模型获取了健康状态、心衰状态以及人工心脏泵辅助状态下收缩末期左心室三维几何模型,其中选取超弹性材料Ogden为心肌材料,以左心房压力,主动脉压力以及通过左心室容积计算获取的左心室壁面位移作为边界条件,利用CFD方法对上述三种情况进行左心室的数值模拟。同时对比了健康时的模拟结果和生理状态下的左心室压力,以及心衰和人工心脏泵辅助两种状态下的血流动力学指标的差别。通过左心室压力和流速等评价灌注和负荷的情况,通过壁面切应力和涡流,评价人工心脏泵辅助后的左心室血流动力学变化规律。结果健康状态下模拟的左心室压力与生理指标相符合。在心衰和人工心脏泵辅助状态下,收缩期内左心室压力与健康状态比分别降低了1718 Pa和8455 Pa,辅助后左心室最大压力下降速度高于心衰时。人工心脏泵辅助后,舒张期壁面切应力峰值由4.3 Pa降低至3.8 Pa,收缩期壁面切应力峰值由4.1 Pa降低至1.3 Pa,射血速度峰值由1.61 m/s降低至0.68 m/s,主动脉瓣开放时间由0.25 s增加至0.65 s,左室射血分数由43.6%增加至52.7%,心室底端漩涡持续时间由0.35 s增加至0.51 s,顶端漩涡出现血流分离。结论左心室压力对比表明本研究方法可以用来模拟左心室的行为。人工心脏泵辅助能够快速降低心室内压力和心室负荷,增加灌注时间,提高器官灌注,降低左心室壁面切应力以及提高左心室内血液流场的涡流强度,延长涡流持续时间。     

多排螺旋CT对冠状动脉心肌桥的诊断及对壁冠状动脉平均长度、平均埋藏深度、平均狭窄程度的临床分析

目的:探析多排螺旋CT对冠状动脉心肌桥的诊断价值及对壁冠状动脉平均长度、埋藏深度、狭窄程度的评估价值.方法:选取2020年8月至2021年8月期间至我院接受多排螺旋CT冠状动脉造影检查的疑似冠心病患者200例作为研究对象,200例患者均统一实施冠脉造影以及64排256层螺旋CT检查.比较不同检查方式下冠心病及冠状动脉心肌桥的检出率,患者壁冠状动脉的平均长度、平均埋藏深度、平均狭窄程度及具体发病位置,并对比不同检查方式患者不良反应发生情况.结果:冠脉造影结果显示200例疑似冠心病患者检出率为70.50％(141/200),76例心肌桥-壁冠状动脉患者包含122处发病位置,壁冠状动脉平均长度为(5.31±2.12)mm、平均埋藏深度为(2.41±1.15)mm、平均狭窄程度为(43.15±10.58)％.螺旋CT结果显示200例疑似冠心病患者检出率为86.50％(173/200),102例出现心肌桥-壁冠状动脉患者包含215处发病位置,壁冠状动脉平均长度为(6.75±2.28)mm、平均埋藏深度为(3.17±1.45)mm、平均狭窄程度为(48.26±10.35)％;冠脉造影下患者不良反应发生率23.00％(46/200)高于多排螺旋CT10.50％(21/200),差异均具有统计学意义(P<0.05).结论:采用多排螺旋CT可准确诊断冠状动脉心肌桥并明确其具体发病位置,具有较高的临床应用价值.