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。     

椎动脉狭窄及介入治疗的血流动力学分析

目的研究椎动脉狭窄及介入治疗后血流动力学状态的变化。方法数字减影血管造影(DSA)可为介入治疗提供直接的影像依据,以内蒙古民族大学附属医院1例椎动脉狭窄患者的DSA病例资料为例,利用计算流体力学(CFD)软件FLUENT 6.2.16,在一个心动周期(T)内对椎动脉狭窄介入治疗前后局部血管血流动力学变化情况进行了分析,重点讨论了椎动脉狭窄存在时,t1=0.05T、t2=0.12T、t3=0.21T时刻血液流场状况,比较t3(血流速度峰值)时刻介入治疗前后血液流场及血管壁切应力变化。结果血流速度较小时(t1、t2时刻),由于起始端狭窄存在,椎动脉中血流量不足,影响大脑供血。血流速度较大时(t3时刻),椎动脉入口处血液出现了严重紊流,同样影响大脑供血,并且狭窄处血管壁较大的切应力可能会撕裂血管内膜,加重增生。椎动脉实施支架植入术后,显著改善椎动脉对大脑的供血情况,同时也改善血管壁的应力状况,起到保护血管的作用。结论对椎动脉狭窄的早期诊断和积极有效治疗可以降低卒中发病率。     

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。     

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。     

流固耦合分析分层的腹主动脉瘤模型

目的应用基于CT图像的三维重构技术,分别构建血管壁3层模型和单层模型,并应用流固耦合计算流体力学方法对这两种模型进行数值模拟。通过比较两者的血流动力学结果,讨论了两种应力模型的优劣,为深入研究血液流动状态与动脉疾病的关系提供帮助。方法采集腹主动脉瘤(AAA)临床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构建血管壁3层模型和单层模型,并应用流固耦合方法进行血流动力学模拟计算。结果经过多次迭代耦合计算,获得血管壁形变、等效应力等相关血流动力学参数。血管壁位移比较,单层血管壁模型B部分区域的血管壁变形情况略高于3层血管壁模型A,如腹主动脉分叉处模型A变形为1.041×10-3m,而模型B变形为1.171×10-3 m。血管壁应力分布比较,相同位置的3层血管壁模型的Von Mises值明显高于单层血管壁模型。结论通过对血管壁的变形及等效压力的分析,以及与单层血管壁模型的流固耦合模拟结果对比,得出了血管壁中层结构的变形和受力情况是AAA的形成和破裂的关键,为深入研究血流动力学与AAA疾病的关系提供帮助。     

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。     

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。     

下肢动脉覆膜支架边缘狭窄的血流动力学分析

通过建立镍钛合金覆膜支架的三维模型研究治疗下肢动脉狭窄的覆膜支架植入血管后的血流动力学情况。首先,进行有限元压握仿真,模拟8 mm直径的覆膜支架植入7 mm直径的血管后受到的径向压握变形,再提取出有限元结果,建立植入血管后的模型,进行计算流体动力学仿真分析。结果显示覆膜支架近端覆膜与血管贴壁不良,血液内渗区域的低壁面切应力占总低壁面切应力区域的28.5%,血液内渗区域的低流速区域占总低流速区域的30.1%。覆膜支架边缘的贴壁不良可能是造成支架植入后边缘狭窄的主要原因。     

支架治疗动脉瘤流固耦合数值模拟的周期重复性研究

目的探讨瘤用支架血流动力学流固耦合数值模拟过程中不同计算周期的相对误差大小,以给出获得收敛结果的最小周期推荐值.方法利用有限元分析软件 ANSYS对植入不同截面形状支架治疗梭形动脉瘤模型进行流固耦合数值模拟.每个模型进行3个周期的迭代计算,计算出各模型的动脉瘤腔内血液流速、压力、壁面切应力等血流动力学参数.最后比较相邻周期的相对误差绝对值,根据数据后处理结果得到计算的最佳周期数.结果各模型的动脉瘤腔内血流动力学参数计算1周期与计算2周期的相对误差绝对值远高于5%,重复计算3个周期与计算2个周期的相对误差绝对值均小于5%.结论有限元分析软件 ANSYS进行支架非定常血流动力学流固耦合数值模拟计算时,计算2个周期可达一定精确度,避免不必要的时间消耗,为支架治疗梭形动脉瘤的流固耦合数值模拟研究提供参考依据.     

双分叉动脉血流动力学特性的边界元分析

目的通过数值计算判断血流动力学特性的突变对双分叉动脉血管病变发展的影响。方法利用边界元方法计算了一类双分叉侧支型动脉血管主支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,并作了分析和比较,对病变产生、发展和加剧的流体动力学原因做出了合理的解释;通过对病变前后分支管壁切应力和压力的计算结果分析,对主支管的病变是否会影响分支管的血液流体动力学特性做出了判断。结果主支管病变处由于血管腔变窄血液流速明显变大、切应力变大,主支管病变或病变加剧对分支管血液流场分布及切应力并无明显影响,而使分支管壁血压升高。结论血液的流体动力学特性对动脉粥样斑块的形成、发展、加剧、破裂有一定的影响,双分叉动脉主支管病变的加重极易导致分支管分叉处粥样斑块病变的出现。     

不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄的血流动力学数值模拟

目的 研究具有不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄后的血流动力学效果,以期为支架的设计以及介入治疗提供更加科学的指导。方法 采用Pro/Engineer建立带有狭窄的椎动脉模型和3种不同连接筋的支架模型（根据连接筋形状分别称为L-支架、V-支架和S-支架）;利用有限元分析软件ABAQUS模拟这些支架在狭窄椎动脉中扩张后的结果,并分别建立3种支架治疗椎动脉狭窄后的流场有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS-CFX对3个模型进行血流动力学数值模拟。结果 与V型和S型连接筋相比,L型连接筋造成了较小的低壁面切应力分布面积及较少的血流停滞区。结论 L型连接筋具有较好的血流动力学效果,潜在地可降低支架内再狭窄发生的可能性,从而为支架选择、支架设计和手术规划等提供科学依据。     

支架置入前脑动脉瘤血流场的特性分析

BACKGROUND: Cerebral aneurysm is a kind of mortal hemangioma, and its treatments such as endovascular embolization and clipping both cause high postoperative recurrence rate and mortality. So the stent implantation for cerebral aneurysm is coming into being. OBJECTTVE: To evaluate the hemodynamic parameters after stent implantation into cerebral aneurysm and to provide a novel feasible strategy for clinical treatment. METHODS: A retrospective analysis was preformed based on the CT image data of 11 patients with cerebral aneurysm from the Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University. Firstly, the flexible and solid model of cerebral aneurysm was established by the MIMICS and reverse engineering. Secondly, the matching stent model was implanted into the cerebral aneurysm, and then the blood flow structure of cerebral aneurysm was analyzed by the fluid dynamics theory and the Fluent with the method of two-way flow solid coupling. Finally, comparative analysis of the kinetic parameters of cerebral aneurysm before and after implantation, including wall pressure, blood velocity, path line of the blood flow, wall shear stress, wall deformation was conducted, and blood flow characteristics after stent implantation were analyzed under different entrance velocity. RESULTS AND CONCLUSION: After implantation, the wall surface pressure was reduced about 61.1%; the blood flow velocity around the stent and the inside of the cerebral aneurysm was decelerated obviously; under setting 2 000 lines of blood flow, the number of path line of blood flow into the cerebral aneurysm reduced about 75.0%, the maximum wall shear stress decreased about 79.3%, and the maximum wall deformation reduced to a lower level. The entrance velocity was respectively v1=0.1 m/s, v2=0.2 m/s, v3=0.3 m/s and the wall pressure was in a gradient ascent; the wall shear stress increased with the velocity, meanwhile, τzou (left neck of aneurysm) <τzhong (aneurysm )< τyou (right neck of aneurysm). The path lines of blood flow mainly concentrated in the top of the aneurysm, and the blood velocity markedly affected the surface deformation. These results indicate that main hemodynamic parameters are obviously improved after stent implantation into cerebral aneurysm, and the blood velocity should never be neglectful in the treatment process.     

Computational representation and hemodynamic characterization of in vivo acquired severe stenotic renal artery geometries using turbulence modeling

The present study reports on computational fluid dynamics in the case of severe renal artery stenosis (RAS). An anatomically realistic model of a renal artery was reconstructed from CT scans, and used to conduct CFD simulations of blood flow across RAS. The recently developed shear stress transport (SST) turbulence model was pivotally applied in the simulation of blood flow in the region of interest. Blood flow was studied in vivo under the presence of RAS and subsequently in simulated cases before the development of RAS, and after endovascular stent implantation. The pressure gradients in the RAS case were many orders of magnitude larger than in the healthy case. The presence of RAS increased flow resistance, which led to considerably lower blood flow rates. A simulated stent in place of the RAS decreased the flow resistance at levels proportional to, and even lower than, the simulated healthy case without the RAS. The wall shear stresses, differential pressure profiles, and net forces exerted on the surface of the atherosclerotic plaque at peak pulse were shown to be of relevant high distinctiveness, so as to be considered potential indicators of hemodynamically significant RAS.     

Three-Dimensional Computational Fluid Dynamics Modeling of Alterations in Coronary Wall Shear Stress Produced by Stent Implantation

Rates of coronary restenosis after stent implantation vary with stent design. Recent evidence suggests that alterations in wall shear stress associated with different stent types and changes in local vessel geometry after implantation may account for this disparity. We tested the hypothesis that wall shear stress is altered in a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model after coronary implantation of a 16 mm slotted-tube stent during simulations of resting blood flow and maximal vasodilation. Canine left anterior descending coronary artery blood flow velocity and interior diameter were used to construct CFD models and evaluate wall shear stress proximal and distal to and within the stented region. Channeling of adjacent blood layers due to stent geometry had a profound affect on wall shear stress. Stagnation zones were localized around stent struts. Minimum wall shear stress decreased by 77% in stented compared to unstented vessels. Regions of low wall shear stress were extended at the stent outlet and localized to regions where adjacent axial strut spacing was minimized and the circumferential distance between struts was greatest within the stent. The present results depict alterations in wall shear stress caused by a slotted-tube stent and support the hypothesis that stent geometry may be a risk factor for restenosis by affecting local wall shear stress distributions. © 2003 Biomedical Engineering Society. PAC2003: 8719Rr, 8710+e, 8780Rb, 8719Uv     

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。     

沙疗对人体弯曲股动脉血流动力学影响

目的研究沙疗对人体弯曲股动脉血流动力学的影响,从血流动力学角度进一步揭示沙疗的疗效机理。方法以人体主动脉CT图像为依据,建立弯曲股动脉三维有限元模型,并以实验所测受试者心率、股动脉血流速度峰值和内径作为初始条件和边界条件进行有限元数值模拟,对比分析在流固耦合条件下沙疗前后弯曲血管血液流场血流速度、压力和壁面切应力。结果与沙疗前相比,沙疗后血管弯曲段纵向速度有较大提高,增幅为22.76%;二次回流速度明显减弱,减少了18.26%;壁面切应力减少2.01%。结论沙疗会使血液流动性效果显著,并提高股动脉血液的流动性,预防动脉内血小板的沉积;沙疗后二次回流速度流动现象明显减弱,避免血液中物质产生沉积,临床上对预防动脉粥样硬化、血栓等各种血管疾病有积极作用。     

沙疗对不同狭窄程度股动脉分叉管血流脉动动力学影响

文题释义： 埋沙疗法(简称沙疗)：是利用新疆天然的环境与资源,通过沙子的传热与磁性作用进行治疗的非药物性理疗方法。沙疗可以治疗风湿病,并且具有镇痛、镇静、消炎、消肿、降压、降血脂、止泻等作用。 双向流固耦合：在流体运动时所产生的力会使固体变形,与此同时固体的形变又会施加给流体,如此往复,持续不断。数值模拟中,双向流-固耦合是对流体模块以及固体模块的同时求解,计算流体模块的结果导入到固体模块,固体模块的结果再作用到流体模块中不断迭代。 背景：研究表明,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。 目的：通过对比沙疗前后4种狭窄模型的血流速度以及壁面切应力,研究沙疗对股动脉分叉管不同狭窄模型的血流动力学参数的影响。 方法：研究方案的实施符合新疆大学机械工程学院对研究的相关伦理要求,受者均对试验过程完全知情同意。采用医用软件Mimics10.01、逆向工程软件Geomagic Studio 2012与三维CAD软件UG 8.5将1名受试者的下肢CT数据进行分离、优化,得到人体股动脉分叉血管几何模型。依照下肢股动脉粥样硬化斑块所致的血管狭窄分级标准,将位于股动脉分叉管侧壁的斑块狭窄程度分别设置为0%(正常)、15%(正常)、30%(轻度)和50%(中度)。运用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟仿真,沙疗前血液流态选择Laminar层流模型,沙疗后血液选择标准κ-ε紊流模型,进行沙疗前后血流速度和壁面切应力分析。 结果与结论：①沙疗后的血流最大速度较沙疗前增大了0.35-0.45 m/s;②沙疗后动脉狭窄处的壁面切应力较沙疗前增大了5-11 Pa,50%狭窄率模型中狭窄处的壁面切应力达到了41 Pa;③结果说明,沙疗后动脉粥样硬化斑块扩大的趋势有所减弱,但50%(中度)以上狭窄率的患者沙疗后有斑块破裂的危险。 ORCID: 0000-0002-5540-4112(乔钰淇) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

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。