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1.
不同设计心血管支架的血流动力学分析   总被引:10,自引:0,他引:10  
血液对血管壁的剪应力在支架内膜增生过程中起着非常重要的作用,低剪应力往往能促进内膜增生。我们利用计算流体动力学的方法,分析了定常流与脉动流两种条件下,支架植入引起的血管壁面剪应力的变化。结果发现:支架尺寸与结构的变化能够引起血管壁面剪应力的明显变化,这对于心血管支架的设计具有一定的指导意义。  相似文献
2.
Recent developments in medical image acquisition combined with the latest advancements in numerical methods for solving the Navier-Stokes equations have created unprecedented opportunities for developing simple and reliable computational fluid dynamics (CFD) tools for meeting patient-specific surgical planning objectives. However, for CFD to reach its full potential and gain the trust and confidence of medical practitioners, physics-driven numerical modeling is required. This study reports on the experience gained from an ongoing integrated CFD modeling effort aimed at developing an advanced numerical simulation tool capable of accurately predicting flow characteristics in an anatomically correct total cavopulmonary connection (TCPC). An anatomical intra-atrial TCPC model is reconstructed from a stack of magnetic resonance (MR) images acquired in vivo. An exact replica of the computational geometry was built using transparent rapid prototyping. Following the same approach as in earlier studies on idealized models, flow structures, pressure drops, and energy losses were assessed both numerically and experimentally, then compared. Numerical studies were performed with both a first-order accurate commercial software and a recently developed, second-order accurate, in-house flow solver. The commercial CFD model could, with reasonable accuracy, capture global flow quantities of interest such as control volume power losses and pressure drops and time-averaged flow patterns. However, for steady inflow conditions, both flow visualization experiments and particle image velocimetry (PIV) measurements revealed unsteady, complex, and highly 3D flow structures, which could not be captured by this numerical model with the available computational resources and additional modeling efforts that are described. Preliminary time-accurate computations with the in-house flow solver were shown to capture for the first time these complex flow features and yielded solutions in good agreement with the experimental observations. Flow fields obtained were similar for the studied total cardiac output range (1–3 l/min); however hydrodynamic power loss increased dramatically with increasing cardiac output, suggesting significant energy demand at exercise conditions. The simulation of cardiovascular flows poses a formidable challenge to even the most advanced CFD tools currently available. A successful prediction requires a two-pronged, physics-based approach, which integrates high-resolution CFD tools and high-resolution laboratory measurements.  相似文献
3.
运用三维数值模拟对人工心脏轴流血泵的设计和改进   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的 设计、开发在性能上能满足左心室辅助要求的轴流式心脏辅助泵。方法 使用Numeca软件和运用现代叶轮机设计技术对人工心脏轴流血泵的内部流场情况进行数值模拟,对局部的回流、倒流和涡流现象进行改进,根据最终的数值模拟结果对流道和叶型进行设计。然后,对外轴承方案也进行数值模拟。结果 通过Numeca软件的数值模拟后改进,大大抑制了轴流泵内部的混乱流动,改善了流动状况,提高了轴流泵的血液相容性。对外轴承方案进行初步的数值模拟结果表明,随着机匣扩展角的增加,倒流现象逐渐得到抑制,流动情况得到改善。结论 本研究应用Numeca软件和现代叶轮机设计技术开发设计的轴流泵,在流体力学性能和血液相容性能上达到了左心室心脏泵的辅助要求。具有创新性的外轴承方案值得进一步探索。  相似文献
4.
支架参数对血管壁面剪切应力的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的 研究不同支架参数对血管壁面再狭窄的影响,为设计支架形式提供参考和依据。方法 根据支柱的螺纹节距、支柱数目、支柱线径、支架突入流域深度、支柱截面形状对支架进行分组,利用三维计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟方法研究各个参数的不同设置对血管壁面剪切应力分布的影响。结果 支架的支柱线径对壁面剪切应力影响最为显著,并且支架参数中节距变短、支柱数目增加、线径变宽、突入流域深度增加会导致壁面低剪切应力区域面积增加;相对于三角形与正方形截面形状,圆形截面支架导致的低剪切应力区域面积更少。结论 支架在设计过程中应采用圆形截面,而且应尽可能缩小线径,增长节距,减少支柱数目,减小突入流域深度。  相似文献
5.
基于溶血性能的离心式旋转血泵设计   总被引:1,自引:0,他引:1  
溶血性能是衡量血泵性能的一个重要指标.基于平均剪切应力模型,通过减少红细胞流经叶轮的时间和降低它在此过程中所受平均剪切应力的方法,对离心血泵进行设计,进而改善溶血性能.采用商用流体仿真软件Fluent,对血泵内的三维不可压湍流流场进行数值模拟,得到红细胞在血泵内的流动迹线和流动参数;应用溶血估算公式,分析不同流量下血泵的溶血性能,计算得到溶血估算值在0.006-0.015之间,有较好的溶血性能,满足血泵对溶血性能的要求.  相似文献
6.
心血管生物力学研究的新进展   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
心血管生物力学研究领域最重要的新进展有两个方面:一是心血管力学生物学研究。阐明力学因素如何产生生物学效应而导致血管重建,研究心血管信号转导通路和力学调控途径,从细胞分子水平深入了解心血管活动和疾病发生的本质;二是以临床影像为基础的心血管生物力学建模与个体化手术设计研究。应用流体力学理论,结合医学影像和先进的流场测试技术,进行心血管建模与定量分析,研究心血管功能新的无创检测技术和个体化治疗体系设计,为心血管病的诊断、治疗和预警提供生物力学的解决方案。本期"心血管生物力学"专刊发表了7篇国内同行的相关研究论文。这些论文的内容涵盖了血管壁细胞力学生物学和紧密结合临床的心血管生物力学建模研究,反映了我国心血管生物力学研究的一些新进展。  相似文献
7.
鼻腔气道结构对鼻腔加温加湿功能影响的数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
目的 研究鼻腔气道结构的变化对鼻腔加温加湿功能的影响。方法 选取9例正常人和2例鼻中隔偏曲患者(术前术后)作为研究对象,建立鼻腔的三维有限元模型,数值模拟鼻腔气道中的气流分布、气流温度和湿度,并对比正常人与病患、术前与术后的数值模拟结果。结果 鼻腔气道宽敞一侧气流体积流率相对较大,加温加湿效果差;狭窄一侧加温效果相对较好。对于正常人,鼻腔对吸入气流加温加湿的部位主要位于前端;对于病患,则要取决于鼻腔的气道结构。结论 鼻腔气道结构影响鼻腔对吸入气流的加温加湿效果,鼻腔气道结构的几何参数如鼻腔气道壁面积、鼻腔体积可以用来衡量鼻腔对气流的加温加湿效果。  相似文献
8.
介绍了应用工程流体力学(EFD)软件对体外循环中夹管钳部分阻断静脉回流管道的流场进行仿真研究,并用美蓝作为标记物对部分阻断的管道进行流场再现,采用计算机模拟流场及美蓝显示流场两种方法来研究夹管钳部分阻断引起血液流动性能的变化,发现在目前使用方法上尚存在着一些缺点,探讨了有可能发生的不良后果。  相似文献
9.
提出了血液流动与牢固黏附的白细胞之间发生耦合作用的理论模型,根据计算流体动力学方法推导血流作用下白细胞的变形指数、表面应力、压力分布。在此基础上,用激光多谱勒测速法对上述模型进行实验研究。结果表明,白细胞的变形随初始接触角、血流雷诺数的增大而增大;同时,血流引起细胞表面的应力和压力重新分配,但最大剪应力总是位于细胞表面的顶点。由此推测,细胞表面应力分布的不均一可能对细胞的形态与功能变化有重要影响。  相似文献
10.
In this study, we developed a new miniature motor-driven pulsatile left ventricular assist device (LVAD) for implantation into a Japanese patient of average build by means of computer-aided design and manufacturing (CAD/CAM) technology. A specially designed miniature ball-screw and a high-performance brushless DC motor were used in an artificial heart actuator to allow miniaturization. A blood pump chamber (stroke volume 55ml) and an inflow and outflow port were designed by computational fluid dynamics (CFD) analysis. The geometry of the blood pump was evaluated using the value of index of pump geometry (IPG) = (Reynolds shear stress) × (occupied volume) as a quantitative index for optimization. The calculated value of IPG varied from 20.6Nm to 49.1Nm, depending on small variations in pump geometry. We determined the optimum pump geometry based on the results of quantitative evaluation using IPG and qualitative evaluation using the flow velocity distribution with blood flow tracking. The geometry of the blood pump that gave lower shear stress had more optimum spiral flow around the diaphragm-housing (D-H) junction. The volume and weight of the new LVAD, made of epoxy resin, is 309ml and 378g, but further miniaturization will be possible by improving the geometry of both the blood pump and the back casing. Our results show that our new design method for an implantable LVAD using CAD/CAM promises to improve blood compatibility with greater miniaturization.  相似文献
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