Y型血管血流动力学边界元分析

目的：通过数值计算,判断Y型动脉血管中,血流动力学特性对分叉处粥样斑块病变产生和发展的影响。方法：利用边界元方法[4,5],计算了Y型动脉血管,主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,通过对计算结果的分析和比较对粥样病变产生和发展的原因做出了分析。边界元方法由于只在边界离散时作了近似,因而计算精度较高,对于象分叉血管这类复杂边界问题,有较强的适应性。结果：计算结果显示,分叉处管壁切应力明显大于主管壁切应力,说明了分叉处易产生粥样斑块的流体动力学原因;而病变的产生使血管腔变窄,病变斑块顶部血流速度、切应力变大,上、下游血流速度、切应力变小,说明了粥样斑块变厚和附壁延伸的流体动力学原因[7];另外,病变前后血管壁压力的计算结果显示,病变的产生对动脉血压有一定的影响。结论：通过对Y型分叉血管血液流体动力学特性的计算,进一步说明,边界元方法对分叉血管,以及分叉处有病变血管,这类复杂边界问题的计算,方便、快捷、精度高、节约机时,可为生物流体力学的深入研究提供一种可靠、有效的方法[8,9]。     

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。     

动脉分叉管道血液流动的边界元分析

我们用边界元方法研究了一类动脉分叉血管中血液流动的流体动力特性,计算了分叉血管无病变和主支管有病变时血液流动的速度矢量分布,比较了主支管壁有病变和无病变两种情况下内外侧壁切应力的大小,同时计算了分叉附近有颗粒状绕流物时血液的流场分布,及颗粒物所受压力状况,给出了颗粒物的运动趋势,分析了引起粥样斑块病变的可能原因.     

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。     

低切应力对动脉粥样硬化形成及血管平滑肌细胞α-肌动蛋白和c-Myc蛋白表达的影响

目的为探讨低切应力对颈总动脉粥样硬化形成及其血管平滑肌细胞增殖的影响，建立了低切应力颈总动脉粥样硬化模型；并观察了血管平滑肌细胞的α-肌动蛋白和c-Myc蛋白表达的变化。方法手术结扎家兔左颈外动脉，术后高脂饲料喂养。组织学和免疫组织化学方法观察粥样斑块的形成和α-肌动蛋白及c-Myc蛋白表达的变化。结果在低切应力颈总动脉粥样硬化模型中，颈总动脉较早出现明显粥样斑块，管壁增厚，管腔内径变小；颈总动脉血管平滑肌细胞(VSMC)的α-actin含量减少、c-Myc表达增高。结论低切应力促进了动脉粥样硬化斑块的形成，促使粥样硬化动脉VSMC增殖能力增强。     

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。     

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。     

磁场对人体三维分叉颈动脉血液流动的影响规律

目的 通过CT影像重构三维血管模型,研究外加均匀磁场对血液动力学行为的影响规律。方法 采用计算流体动力学理论和磁流体力学方法,建立体外均匀磁场对血液流动影响的数学模型,运用多物理场耦合模拟软件COMSOL Multiphysics进行仿真模拟,探究磁场强度对血液流动速度、压力和剪切应力的影响。结果 随着磁场强度的增加,血管中心处的流速受到了更加显著的抑制。壁面压力随着磁场强度的增加而减小,且磁场在血流分叉前对壁面处压力的影响明显,而在血流分叉后对壁面压力的影响减弱。血流进入分支血管后,壁面切应力显著增加,同时磁场对切应力的影响也显著增强。结论 人体血液具有磁流体力学特性,一定强度范围的磁场对血液流动产生了明显的影响。研究结果为设计人造强磁场设备、评估人造磁场环境对人体血液动力学的影响以及诊断人造磁场环境产生的疾病提供理论依据。     

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.     

颈动脉分叉处血管粥样硬化斑块的体内应力分析

目的探究颈动脉分叉处血管斑块的体内应力分布,为颈动脉分叉处血管斑块破裂行为的研究和诊断治疗方案的设计提供力学机理参考。方法基于人体颈动脉分叉血管的平均几何参数,建立三维颈动脉分叉血管及其斑块的几何模型,通过"热-结构"耦合重建颈动脉分叉血管及其斑块的残余应力,并计算血压和血流分别作用下颈动脉分叉处血管斑块的体内应力。结果斑块的肩部同时存在着最大主应力和弹性剪切应力的应力集中。斑块肩部的弹性剪切应力随着狭窄率增大或血压升高均增加。斑块上游区域的流体壁面切应力明显高于斑块下游区域,斑块下游区域的振荡剪切指数则显著大于上游区域。且斑块的弹性剪切应力和流体壁面切应力大小随着狭窄率的变化呈现出不同的变化规律。结论斑块从内部中心位置到壁面肩部承受着非均匀的应力分布,血管严重狭窄时"内压外拉"的受力状态更容易导致斑块破裂。随着血压的变化,斑块结构应力的周期性变化可能使斑块产生结构疲劳,增加破裂风险。斑块上下游区域流体动力学参数的差异可能是斑块上下游组分、易损程度等性质不同的原因之一。