冠状动脉病变特征对心肌缺血的影响

目的 探究狭窄血管的弹性和斑块性质等病变特征对心肌缺血的影响。方法 建立基于流固耦合的几何多尺度冠脉狭窄理想模型,仿真计算血流储备分数（fractional flow reserve, FFR）,评估心肌缺血状况。单独考虑血管弹性壁（弹性模量为1 MPa）和刚性壁、斑块类型（富脂、钙化）以及斑块体积对心肌缺血的影响。结果 在所有狭窄率下,弹性壁血管FFRCT计算结果均大于刚性壁。富脂斑块病变的FFRCT高于钙化斑块的FFRCT（P=0.001）。梯形的斑块体积大于余弦形斑块体积,并且其FFRCT小于余弦形斑块（P=0.001）。结论 血管弹性是模拟血管血流动力学的必要因素。在中等狭窄程度下,由于富脂斑块有更大的管腔变形扩张,钙化斑块更容易引发心肌缺血。在狭窄率一定时,斑块体积越大,FFRCT越小,心肌缺血的可能性越大。     

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。     

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.     

血液流动状态下锥形血管的弹性变形分析

考虑动脉锥形血管为弹性血管,应用流固耦合方法研究锥形血管在人体血液脉动流动状态下变形问题。在运用血液流动连续性方程、血液运动方程、血管壁运动方程和给定的血压波形函数的基础上,根据流固边界耦合条件建立血管壁变形与应力的关系,揭示血管相应参数变化对血管弹性变形的影响:(1)当血管弹性模量增大到一定程度时,血管壁弹性变形将会很小,失去弹性,导致动脉硬化的发生;(2)当血管壁的厚度增大时,血管壁变形与应力就会增大,如果此时血管某处变薄,则会导致血管破裂;(3)当血压越高时,血管壁变形与应力越大,血压增大到一定程度,会导致脑出血等疾病;(4)当血管半径越大时,血管壁变形与应力会变大,且变化幅度很大。反之,血管壁变形与应力会变小,但变化幅度不明显。通过分析锥形血管弹性变形,为医学工作者研究动脉硬化和脑出血等疾病发病机理提供理论参考。     

基于CT成像的冠状动脉狭窄血流动力学分析

目的基于心血管患者的冠状动脉血管模型,通过计算和分析血管内血液流动的各个动力学参数,研究冠状动脉狭窄对心血管疾病的影响。方法基于心血管患者冠状动脉造影的CT图像,用Mimics软件对左冠状动脉及其主要分支进行三维重建;利用有限元方法,对冠状动脉模型进行流体力学计算。假设血管壁不发生变形,血液为不可压缩牛顿流体,在非定常速度进口的条件下计算各血流动力学参数的变化规律。结果冠状动脉狭窄(75%面积狭窄)对下游的壁面剪切力和振荡剪切指数影响较大,并且会导致涡流和二次流的产生;在模型中装上血管支架,使得血管狭窄消失之后,涡流和二次流基本消失,而且振荡剪切指数明显变小。结论冠状动脉狭窄对血流动力学参数有重大影响,可能是引起动脉粥样硬化的原因;通过CT图像重建方法,可以诊断狭窄发生的地点以及严重性,对心血管疾病的治疗有一定的辅助作用。     

颈动脉血管壁切应力的分析

动脉中管壁的脉动低切应力在动脉粥样硬化形成中起始动和主要的决定作用.本文比较了几种计算血管壁切应力的方法,认为采用有约束的弹性管模型计算获得的动脉壁切应力更适合于临床应用.根据检测得到的正常人和动脉硬化性脑血管病患者的颈动脉血流速度、血管管径等数据,计算两者的颈动脉壁面切应力.研究发现动脉硬化性脑血管病患者的壁面切应力比正常人显著减小.这表明,颈动脉的壁面切应力可以作为动脉硬化性脑血管疾病的早期诊断的重要参考指标.     

中央分流术中血管弹性壁和刚性壁对血管中血流动力学的影响

目的 通过数值模拟仿真研究中央分流手术（central shunt, CS）的血流动力学环境,并分别研究弹性与刚性血管壁条件对其血管内血流动力学参数分布的影响。方法 建立两个理想化的CS搭桥模型,其中一个假设为刚性血管壁,另一个为弹性血管壁。利用有限元方法进行数值计算,其中弹性血管壁模型采用流固耦合方法。结果 两个模型中的流速和压力分布总体大致相同。刚性血管壁模型中大约有68.9%血液从主动脉分流进入肺动脉中,弹性血管壁模型中该值增加到了70%。弹性模型和刚性模型中搭桥血管两端的压降分别为7.668 8 kPa和7.222 3 kPa。弹性模型中搭桥管各处的横截面积有一定变化,最大变化率约为2.2%,出现在近心端吻合口处。提取两个模型中的5个关键区域进行壁面切应力比较,其数值差别最多约为16.1%。结论 总体来说两个模型的血液流动形态没有大的改变;血管的弹性因素轻微影响了流量的分布和搭桥管两端的压降;搭桥管上血管的弹性对近心段吻合口处的影响高于对远心端吻合口处的影响。在CS术治疗法洛四联症的数值模拟仿真中血管壁为刚性这一假设是可以接受的,而流固耦合的数值模拟将得到更为可信的仿真结果。     

脑循环动力学模型与血管输入阻抗模拟

本文提出了一个脑循环血液动力学模型，在模型中不仅考虑了血管弹性、阻力和惯量等动力学参数，而且还考虑了交通动脉的血管代偿功能。通过模型控制方程求解得到了颈动脉和椎动脉的输入阻抗，理论和实验结果完全相一致。模拟结果表明：当颈动脉或推动脉动力学参数变化时，它不仅影响同侧的动脉阻抗，而且还影响到对测血管床。这提示，颈动脉或推动脉输入阻抗不仅和自身系统血管特性有关，而且还受其它循环的影响，有时这种影响还是显著的。     

基于流固耦合计算机流体力学模拟分析人体主动脉弓内血液流动

目的比较分析应用弹性血管壁的流固耦合计算流体力学（CFD）方法和刚性血管壁的CFD方法模拟获得的正常主动脉弓内血流动力学参数,同时比较两种方法的优劣,为深入研究血液流动状态与动脉疾病的关系提供帮助。方法取46岁男性,胸主动脉正常CT图像,格式为Dicom,层间距为0.5mm,每片图像的平面分辨率为512×512,像素大小为0.5mm。应用医学图像后处理软件,对通过临床获得正常人体主动脉CT二维医学图像数据进行重构,得到主动脉血流及血管壁的三维立体模型并应用于模拟计算。结果在设定边界条件和初始条件的基础上,经多次迭代耦合计算,获得血管壁形变、等效应力、血流速度、壁面振荡切应力等相关血流动力学参数。结论在心动周期内弹性血管壁的主动脉内血流情况较刚性血管壁主动脉内血流情况更为复杂,管壁等效压力变化较大,血管壁的振荡切应力更高,表明弹性血管壁的流固耦合的CFD模拟更能体现真实主动脉内复杂血流情况,为深入研究血流动力学与心脑血管疾病的关系提供了一定的技术支持。     

椎动脉狭窄临床病例介入治疗前后椎基底动脉血流状况分析

目的:基于血液和弹性血管壁相互作用的流固耦合方法,探究1例椎动脉颅内段狭窄的临床病例支架植入前后椎基底动脉的血流动力学特性。方法:应用医学建模软件对二维CT数据进行三维重建,得到支架植入前后的椎基底动脉血管模型,采用流固耦合方法对支架植入前后的椎基底动脉血流特性进行数值模拟,分析椎基底动脉的血流动力学特性。结果:支架植入前后椎基底动脉的血液流场、血液压力、血管壁面切应力以及管壁形变量有显著的变化。在支架植入后,基底动脉中间部位两侧受力变得均匀,椎基底动脉内血流速度明显增大,支架植入处压力增大,支架上游压力和支架处切应力减小。结论:在介入治疗后,椎基底动脉内的血流环境及受力情况得到明显改善,当椎动脉发生狭窄后应及时干预治疗,避免累及基底动脉和后循环系统。     

颈内动脉血流动力学研究:多尺度单、双向耦合模型对比

目的比较多尺度单、双向耦合模型所得颈内动脉中血流动力学差异,为后续研究提供模型选择的参考依据。方法基于1例颈内动脉轻度狭窄患者的核磁图像,构建其Willis环集中参数模型及颈内动脉三维模型,通过单、双向耦合构建两种不同的多尺度模型。结果随着狭窄程度的增加,两种耦合方式下颈内动脉入口及出口血流量、血压均随之减小,颈内动脉低时间平均剪切力和高振荡因子的分布区域均大体上随着狭窄程度增加而增大。双向耦合在70%狭窄时大脑前动脉血管段剪切力较低、振荡因子较高,后交通动脉出现流向改变,与单向耦合结果差异显著。结论在狭窄程度较低时,两种耦合方式的结果大体一致,在70%狭窄时存在显著差异。双向耦合的结果更接近生理参数。研究结果可以更好地应用于脑血管病的血流动力学研究。     

Numerical modeling of the flow in stenosed coronary artery. The relationship between main hemodynamic parameters

The severity of coronary arterial stenosis is usually measured by either simple geometrical parameters, such as percent diameter stenosis, or hemodynamically based parameters, such as the fractional flow reserve (FFR) or coronary flow reserve (CFR). The present study aimed to establish a relationship between actual hemodynamic conditions and the parameters that define stenosis severity in the clinical setting. We used a computational model of the blood flow in a vessel with a blunt stenosis and an autoregulated vascular bed to simulate a stenosed blood vessel. A key point in creating realistic simulations is to properly model arterial autoregulation. A constant flow regulation mechanism resulted in CFR and FFR values that were within the physiological range, while a constant wall-shear stress model yielded unrealistic values. The simulation tools developed in the present study may be useful in the clinical assessment of single and multiple stenoses by means of minimally invasive methods.     

急性无氧功率自行车运动对颈总动脉弹性模量 和局部血液动力学的影响

目的研究急性无氧功率自行车运动对不同性别人体颈总动脉弹性模量和局部血液动力学的影响。方法以9名男性和8名女性20～30岁年龄段的健康志愿者作为研究对象,使用无氧功率自行车持续进行4组相同强度的急性运动训练。应用彩色超声多普勒分别检测静息状态及每组运动训练后的颈总动脉管径波形、轴心流速波形,用电子自动血压计同步检测心率和血压大小。运用经典血液动力学理论对检测数据进行分析,计算颈总动脉的弹性模量和局部血液动力学参数,包括压力-应变弹性模量、流量率、周向应变、壁面切应力和振荡剪切指数。结果运动后心率增加;随着运动的积累,颈总动脉弹性模量呈增加趋势;一个心动周期内轴心血流速度和流量率最大值与平均值上升,流速和流量率最小值下降;收缩压和平均压增高,舒张压无明显改变;周向应变无明显改变;切应力最大值有明显增加的趋势,切应力最小值下降趋势明显;振荡剪切指数也有增大的趋势。结论急性无氧功率自行车运动可增加20～30岁年龄段不同性别志愿者的颈总动脉弹性模量,并对颈总动脉局部血液运动学和动力学功能参数产生明显的影响。本文结果将为无氧运动调控脑血管功能提供有用的血液动力学信息。     

锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处血流动力学数值模拟

目的:探讨锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血流动力学特性,分析该处发生血管狭窄引起大脑供血不足的 血流动力学原因。方法:采用内蒙古民族大学附属医院神经内科提供的CT数据,应用医学建模软件MIMICS20.0将患者 二维CT数据进行三维血管重建,经过网格划分及边界条件设置后导入计算流体力学软件FLUENT14.5中。计算和分析 不同血液入口速度的锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血流动力学特性。结果:在血液入口速度不同的情况下,锁 骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血液流场分布、血液压力分布和血管壁面切应力分布有显著变化。在血液入口速 度增大时,锁骨下动脉分叉处和颈总动脉分叉处的血液流速快、血管壁压力大,颈总动脉内侧血管壁面切应力大,但锁骨 下动脉分叉处和颈总动脉分叉处血管壁面切应力数值和变化幅度小,属于低切应力区。结论:通过血流动力学数值模拟 研究,分析锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处易发生粥样斑块病变导致大脑供血不足的血流动力学原因。     

急性上肢哑铃训练对颈总动脉硬度和血液动力学的影响

抗阻力训练对于动脉硬度的影响存在着相互矛盾的结果。为研究不同负荷的急性上肢哑铃训练对颈总动脉硬度和血液动力学的影响,选择10名健康男性志愿者,年龄（21 ± 2）岁,分别进行5 kg和7 kg负荷的哑铃上肢曲臂训练各50次,两种负荷中间休息30 min。用彩色超声多普勒记录静息状态及不同哑铃负荷训练后颈总动脉的管径和轴心流速波形,用电子自动血压计同步测量心率和肱动脉血压。基于检测的实验数据,用经典血液动力学理论对颈总动脉硬度、压力-应变弹性模量以及相关血液动力学参数进行分析和计算。结果表明,受试者经过急性上肢哑铃训练后,心率、最大轴心流速、收缩压和最大壁面切应力等血液动力学参数明显增大,而颈总动脉管径、平均流量率、平均血压等参数没有明显变化。此外,在经过5 kg哑铃训练后,最大流量率和平均轴心流速显著增加,最小轴心流速显著减小,颈总动脉硬度、压力-应变弹性模量、舒张压、最小壁面切应力和振荡剪切指数无明显变化;而7 kg哑铃训练后,颈总动脉硬度、压力-应变弹性模量、振荡剪切指数明显增加,舒张压、最小壁面切应力显著降低,平均轴心流速和轴心流速最小值无明显变化。上肢急性哑铃训练会明显改变部分血液动力学参数,在高负荷训练时会急性增加颈总动脉的硬度。     

血栓后髂主动脉的流固耦合模拟方法研究

目的：应用流固耦合方法模拟分析血栓后髂动脉内的血流及管壁的应力情况,验证本文所用的流固耦合方法的有效性,并为进一步研究心脑血管疾病的机理提供技术条件和研究方法,为临床诊疗应用提供一定指导。方法：基于逆向工程三维重构技术。应用医学图像后处理软件对通过临床采集的增强CT二维图像数据进行处理,获得了基于人体生理解剖结构的血栓后髂动脉的血流区域三维模型,并以此为基础统一构建0.3mm厚度的弹性血管壁三维模型。应用通用有限元分析软件对血栓后髂动脉的血流及血管壁模型进行流固耦合模拟计算。结果：在对计算模型进行边界条件和初始条件有效设定的基础上,经过多次迭代耦合计算,获得研究对象在心动周期内不同时刻的血管壁形变、等效应力、壁面振荡切应力、血流速度矢量等相关血流动力学参数。结论：通过与他人研究结果的对比,验证了本文所用方法的有效性。并通过分析模拟结果．发现较大的等效应力、较小的壁面振荡切应力、缓慢的流速以及回流等复杂的血流及管壁应力情况容易使得血管狭窄处的内皮细胞受损严重、血小板加速聚集,进而加重血管栓塞,加剧血管的狭窄,为进一步研究心脑血管疾病的机理提供技术条件和研究方法。为临床诊疗应用提供一定指导。