S形动脉中的血流动力学研究

目的 探索动脉直径大小对S 形动脉血流动力学的影响。方法 利用数值模拟方法, 对具有不同直径的大小两种S 形动脉模型在相同的边界条件下的血流动力学时空分布进行了分析。结果 在大S形动脉中的二次流比小S形动脉中的要复杂; 在弯曲动脉的内弯区存在较强的涡流; 弯曲动脉中的压力和壁面切应力变化很剧烈, 特别是在大模型中。结论 S形弯曲动脉中的血流呈现复杂回流、二次流、压力和壁面切应力剧烈变化等特性, 这些都可能影响到动脉内皮的功能及内膜增生。在利用人造或自体血管修复旁路狭窄动脉的手术中, 应尽量避免采用S 形动脉模型。     

具不同狭窄-吻合口位置关系的冠状动脉搭桥术的血流动力学仿真分析

目的通过有限元仿真探索带有辅助搭桥血管模式的冠状动脉搭桥术中,辅助搭桥管吻合口与冠状动脉狭窄处之间的距离对该吻合口及其下游区域的血流动力学影响,为带有辅助搭桥管的新型冠状动脉搭桥术的临床应用提供理论指导。方法利用有限元分析方法,假定血液为不可压缩牛顿流体,建立3种搭桥血管模型,其冠状动脉上吻合口和狭窄的距离分别为0.0045 m、0.006 m和0.009 m。通过仿真结果考察不同模型中的血流速度、壁面切应力等参数的变化。结果吻合口与狭窄处之间的距离不同,冠状动脉血管内的血流动力学参数也不相同。速度方面,心动周期0.09 s时刻L1.5模型中吻合口足跟处轴向截面的最大速度约为0.54 m/s,同时刻L2和L3模型中其最大速度分别为0.45 m/s和0.37 m/s。壁面切应力方面,0.09 s时刻,L1.5模型中吻合口对应面的血管壁上其流动停滞点距离吻合口足跟仅为0.0024 m,同时刻L2和L3模型中其流动停滞点距离足跟处分别为0.0039 m和0.0068 m,长度明显增加。其他时刻流动停滞点分布有相同趋势。结论在实施冠状动脉搭桥术时,吻合口与狭窄处之间保持较大的距离,有利于改善吻合口处的血流动力学环境,降低吻合口处发生再狭窄的可能性。     

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。     

端对端缝合股动脉搭桥术的流动分析

在一般"端对侧"股动脉搭桥术中,由于缝合区几何结构的突变必然导致流场的不均匀.移植管中血流会对缝合区底面产生很大冲击,并影响手术效果.为改善此种现象,作者提出了"端对端"连接方式,并对"端对侧"和"端对端"两种连接模型中的血液流动进行了数值模拟.为便于比较,两种模型利用相同的几何参数进行建模,采用相同的边界条件,数值模拟利用计算流体动力学中的有限单元法进行计算.结果展示了流场、壁面剪切应力及其梯度等血流动力学的时空分布情况.经比较表明,"端对端"模型比"端对侧"模型具有较大的纵向速度、较小的二次流、较均匀的壁面剪切应力等.因此,"端对端"模型具有更好的血流动力学,可以改善搭桥效果.     

冠状动脉搭桥血流动力学数值模拟

目的深入研究缝合区附近的血流动力学特性,这对于了解内膜增生的发生机制以及提高冠状动脉搭桥畅通率有重要的指导与临床意义。方法通过运用三维重建软件和逆向工程软件从CT医学图像中重建出弯曲冠状动脉模型,并考虑移植管缝合到冠状动脉上时端口的变形。采用有限体积法数值研究的方法,模拟冠状动脉搭桥术中下游缝合区附近的血液流动的流场。结果临床上常出现内膜增生的位置都存在不正常的血流动力学现象,缝合前端和缝合后端都出现了严重的回流现象。结论在冠状动脉旁路移植术中,移值管远端应缝合到曲率较小的冠状动脉上。     

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     

冠脉支架内再狭窄的血流动力学研究进展

冠脉支架术后再狭窄是严重且高发的医学事件。局部血流动力学因素,特别是壁面剪切应力(WSS),对冠脉粥样硬化斑块的形成、发展和不均匀性有着重要的影响。最近的基础和临床在体研究表明,WSS也可能与支架内再狭窄的发生有关。从支架内再狭窄的形成机制出发,分析冠脉支架后的力学环境对再狭窄的作用机制,详细阐述近年基于计算流体力学（CFD）方法的冠脉支架内再狭窄的血流动力学研究进展。     

正常体位下人体椎动脉内血流动力学数值模拟分析

目的:保证研究对象的椎动脉在正常体位下,即保证研究对象没有向前或向后发生椎动脉过度拉伸或弯曲的情况下,采集临床CTA图像,应用三维重构方法构建体外人体真实椎动脉并应用计算流体力学方法进行血流动力学数值模拟,比较不同研究对象椎动脉的血流动力学参数,分析椎动脉狭窄与血流动力学的关系。方法:研究对象A椎动脉在基底动脉之前部分出现狭窄;研究对象B椎动脉正常。采集的临床CTA图像均为Dicom格式,层间距为0.5 mm,每片图像的平面分辨率为512×512,像素大小为0.5 mm。应用医学图像后处理软件Simpleware对CTA二维医学图像据进行处理得到人体椎动脉三维立体模型。将椎动脉三维立体模型导入到CFD软件中进行前处理、网格划分和数值模拟。结果:通过瞬态模拟计算,得到了椎动脉在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:通过对比两个不同个体的血流动力学参数来分析椎动脉内血流动力学参数与椎动脉狭窄的关系,发现椎动脉狭窄血流动力学因素(如低流速、低壁面切应力、高振荡壁面切应力)可以诱发和加速与动脉粥样硬化及血栓的形成,为进一步研究椎动脉狭窄等疾病的发病机理提供理论支持。     

缺血性脑卒中的体外反搏血流动力学效应及治疗策略优化

目的 探究增强型体外反搏(enhanced external counterpulsation,EECP)对于不同狭窄程度脑动脉的血流动力学效应。 方法 建立 4 个不同狭窄程度的 0D/ 3D 耦合几何多尺度血流动力学模型,开展不同反搏模式下的 EECP数值模拟,定量计算脑动脉各血流动力学指标。 其中,处于 4 ~ 7 Pa 范围的狭窄下游 TAWSS 均值、低 TAWSS 危险区域百分比、高狭窄支流量被认为可抑制动脉粥样硬化的发展,形成良好的血流动力学环境。 结果 对于 50% 、60% 、70% 、80% 狭窄,在反搏气囊放气时刻分别为心动周期内 0. 5、0. 6、0. 7、0. 7 s 的反搏模式下,血流动力学环境最优。 结论 对于 50% 狭窄脑动脉,应选择放气时刻为 0. 5 s 的反搏模式;对于 60% 狭窄脑动脉,应选择放气时刻为 0. 6 s 的反搏模式;对于 70% 、80% 狭窄脑动脉,应选择放气时刻为 0. 7 s 的反搏模式。 随着脑动脉狭窄程度增加,应当适当延长加压时长。 研究结果可为临床上对不同狭窄程度缺血性脑卒中患者 EECP 治疗方案提供理论参考。     

Hemodynamics Simulation of Stenosed Coronary Bypass Graft

By means of FEM, the physiological blood flow in coronary bypass graft is simulated. The stenosis in coronary artery is involved in the graft model,and the deformation of graft end to allow the surgical suture with a smaller diameter coronary is taken into consideration. The flow pattern, secondary flow and wall shear stress in the vicinity of anastomosis are analyzed. It is shown that a zone of low wall stress and high wall stress gradient exists downstream the toe. The floor opposed to the anastomosis is an area of high wall stress and high wall stress gradient. Both the toe downstream and the anastomosis bottom floor are prone to intimal hyperplasia.     

具有不同移植管-宿主动脉直径比的冠状动脉搭桥术的血流动力学仿真比较

为了说明移植管-宿主动脉直径比对冠状动脉搭桥术的流场及壁面切应力的影响，构造了三个具有不同移植管-宿主动脉直径比的冠状动脉搭桥术模型，三个模型的移植管直径分别小于、等于和大于宿主动脉的直径；利用有限单元数值模拟方法对三个模型中的生理性脉动血流进行了仿真分析；对流场、壁面切应力及其相关系数的时空分布进行了显示和比较。结果表明，大直径比的模型具有相对较大的纵向速度、大而均匀的壁面切应力以及小的壁面切应力梯度，从而在一定程度上改善了血流动力学；在搭桥术应用中采用大于或等于1的直径比是可取的。然而，在三个模型中，与壁面切应力相关的时间参数并没有显著差别。为了提高冠状动脉搭桥术的畅通率，设计新的缝合结构是很有必要的。     

Numerical Simulation of Coronary Artery Bypass Graft with an Assistant Graft

The conventional bypass design is to implant a graft on the stenosed host artery allowing blood to flow bypass the stenotic artery. However, restenosis is a challenging problem which finally results in reoperation. The purpose of this paper is to propose a new bypass graft design of coronary artery with an assistant graft for the treatment of coronary artery stenosis. An additional assistant graft was employed in the new design compared with the conventional ETS anastomosis. Numerical simulations were performed by means of finite volume method using computational fluid dynamics （CFD） solver. Results demonstrated that the new anastomoses model provided a more smooth flow at the distal ETS anastomosis without any stagnation point on anastomotic bed and vortex formation in the heel region. Oscillatory shear index （OSI） and time-averaged wall shear stress gradient （TAWSSG） at the artery bed of the distal ETS anastomosis were reduced. The coronary artery bypass graft with an assistant graft is feasible to improve the local hemodynamics and diminish the probability of restenosis in the treatment of coronary artery stenosis.     

Human Saphenous Vein Coronary Artery Bypass Graft Morphology,Geometry and Hemodynamics

Coronary artery bypass graft (CABG) failure has been linked to graft hemodynamics, in particular wall shear stress. This study characterizes the morphology, geometry and wall shear stress patterns in human CABGs. The intimal thickness (IT) in 49 human saphenous vein CABGs was measured by digital light microscopy. The geometry of six saphenous vein CABGs was replicated by post-mortem infusion of Batsons #17 anatomical corrosion casting compound. Graft hemodynamics were evaluated in two flow models, fabricated from the casts, under steady (Re = 110) and pulsatile flow (Re = 110, = 2) conditions. Saphenous vein CABGs in situ for more than 2 months had, on average, the greatest IT on the hood and suture sites of the distal anastomosis. Floor thickening was highly variable and significantly less than IT at the hood, suture site and graft body. All casts showed an indentation along the floor and 5/6 casts displayed a sharp local curvature on the hood. In both flow models, a large increase in wall shear rate occurred on the hood, just proximal to the toe. The local geometry of the hood created this large spatial gradient in wall shear stress which is a likely factor in hood intimal hyperplasia.     

半圆形截面支架介入串联囊状动脉瘤的血流动力学仿真

为了研究半圆形截面支架对颅内串联囊状动脉瘤血流动力学的影响,针对同一动脉瘤结构,构建无支架和4种截面支架介入动脉瘤的有限元模型,分别命名无支架为U型、圆形截面为C型、半圆形截面圆面朝向瘤腔为ES型、圆面朝向血管轴向为IS型,然后对模型中的生理脉动流进行计算流体动力学仿真。数值模拟的结果显示:有支架模型的腔内流速被有效削弱,壁面附近的流速很低;血流对瘤腔的冲击减弱,壁面切应力的量值和波动性降低,分布均衡;腔内压力在支架介入后略有升高。对比分析两个瘤腔,流动情况和壁面切应力基本相同,下游瘤腔的压力低于上游瘤腔。IS型的仿真结果更好,这为支架的结构设计提供了一些理论指导。     

单路和双路CABG中血流动力学的比较

为了改善冠状动脉搭桥术后的血流动力学，提出了对称双路搭桥的改进措施。利用有限元分析方法，对冠状动脉搭桥术中单路移植管和对称双路移植管内的生理流动进行了数值模拟，并对两种情况下的血流动力学计算结果进行了比较。计算结果分析了缝合区附近的流场、壁面剪应力等血流动力学因素在心动周期内的时空分布情况。研究结果表明，对称双路搭桥比单路搭桥具有更合理的血流动力学，可以避免动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素，从而减少手术再狭窄的发生。     

多根螺旋体鞭毛在二维微小周质空间内的受力特性

目的研究多根螺旋体鞭毛成带状分布情况下在微小周质空间内的受力特性。方法使用两平行平板的二维模型简化周质空间,采用数值模拟方法,研究鞭毛间距和偏心率对螺旋体鞭毛受力和力矩以及对螺旋体原生质柱切应力的影响规律。结果 (1)鞭毛水平方向受力曲线随偏心率呈抛物线变化规律,鞭毛两侧压力差和黏性阻力随偏心率逐渐增大是造成鞭毛水平方向受力曲线出现峰值的主要原因,鞭毛间距对鞭毛水平方向受力影响较小;(2)鞭毛力矩曲线随偏心率呈指数变化规律,鞭毛间距越小,鞭毛力矩越大;(3)鞭毛间距对原生质柱壁面切应力没有显著影响,但随鞭毛数量增多和偏心率增大而增大。结论数值模拟结果可以定性反映螺旋体鞭毛受力特性,为进一步认识螺旋体形态结构、运动机制以及治病特性提供参考。