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。     

基于计算流体力学方法进行不同个体的主动脉弓内血流模拟对比分析

目的:应用医学CT图像数据三维重构技术和计算流体力学方法进行人体主动脉内血流数值模拟分析,通过对不同个体正常主动脉弓内血流数值模拟获得的血流动力学参数进行比较,分析讨论血流动力学参数与血管结构形状的关系及对血液流动的影响,为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据。方法:应用医学图像后处理软件对通过临床获得的增强CT二维医学图像数据进行处理重构而得到不同个体的主动脉弓三维立体模型并转化为可用于模拟计算的CAD模型。应用CFD软件模拟主动脉弓内的血流情况,获得相关血流动力学参数。结果:计算得到了不同个体主动脉弓在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:计算流体力学数值模拟方法为个体主动脉弓内进行仿真模拟血流动力学分析提供了可靠方法。在心动周期内主动脉弓弯曲处存压力变化明显,出现漩涡等复杂血液流动现象,为研究血流动力学及各种脉管疾病提供一定的理论依据。     

有锥度角的主动脉弓血液脉动流数值分析

目的 探求在正常生理脉动流条件下主动脉弓内血液流动速度和压力脉动分布，为动脉粥样硬化的成因和排除方法的研究提供理论依据。方法 运用计算流体力学方法和血流动力学的基本原理，对具有锥度角的主动脉弓内血液脉动流动进行数值模拟和可视化分析。结果 计算获得了具有锥度角的主动脉弓内血液流动在心动周期不同时刻的压力分布、速度分布、流线分布。结论 主脉弓内的血液脉动流流态表现复杂的原因是多方面的，而其中最为重要的原因就是主动脉弓的锥度角和曲率。     

基于非牛顿血液模型预测主动脉夹层的形成

采取体外模拟主动脉血管血流情况的手段,通过使用非牛顿流体血液模型来优化血液模型,并基于双向流-固耦合进行数值模拟分析,分析一个心脏跳动周期内主动脉模型中的血流速度、血管壁面压力和血管壁面应力的分布情况,讨论其与主动脉夹层形成的关系,实践有限元软件在力学中的应用,得出血管内长期存在“杂乱”的血流分布、壁面压力和壁面应力的突变十分容易引起动脉血管壁细胞结构和功能发生改变,最终诱发主动脉夹层的形成,这为医生进行医疗诊断提供较为可靠的依据,进一步实现对患者生命健康安全的保护。     

血液的非牛顿性及其粘滞性的正确测量

粘 滞性是血液的基本生物物理性质之一 ,它的生理意义和病理意义已日益为临床工作者所认识和熟悉。它的变化机制 ,特别是微观机制研究仍然是许多研究者关注的领域。正如下面要讲到的 ,血液是非牛顿流体 ,能正确描述血液粘滞性的量应当是“表现粘度” ,如何能正确方便地检测到血液的表观粘度 ,成为众多临床工作者和研究者关注的问题。1　血液是非牛顿流体为了说明什么是非牛顿流体 ,让我们先简单说明什么是牛顿流体 ,而要明白什么是牛顿流体 ,先应认识切应力和切变率这二个重要的力学量。血液在血管中的流动 ,把它看作在圆截面管中的层流是一…     

人体主动脉弓内三维血流动力学数值分析

目的阐明基于核磁共振数据进行数值建模的关键技术,利用计算流体动力学方法对人体主动脉弓内的血液流场进行了三维数值模拟。方法通过对临床核磁共振成像进行图像处理完成主动脉弓及分支血管的三维数字化重构,结合相关脉动血流量,模拟主动脉弓在心动周期不同时刻的血液流动细节。结果计算得到了人体主动脉弓内的血液流动在心动周期不同时刻的速度场、压力、壁面剪切应力的分布特征。结论基于核磁共振数据进行数值建模的关键技术有利于生物流体力学研究的深入开展,对主动脉弓进行血液流场的数值模拟有利于临床动脉粥样硬化、主动脉夹层的诊断和治疗。     

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。     

髂主动脉血栓后与正常髂主动脉血流动力学数值模拟对比分析

目的简化基于临床采集的增强CT图像数据进行人体腹主动脉及髂动脉真实三维解剖结构的过程,提高计算流体力学(CFD)计算结果的可靠性,并对比分析正常髂动脉和髂动脉血栓后血管内血流情况,为阐明动脉粥样硬化血栓的形成机制提供理论依据。方法患者A为40岁男性,腹主动脉及髂动脉正常;患者B为60岁女性,腹主动脉正常,但左髂主动脉部分血栓及左髂内动脉血栓。CT图像为医学数字成像与通信标准(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0.5mm。应用医学后处理软件对通过临床采集的增强CT二维图像数据进行三维重构,然后在通用有限元分析软件ANSYS中转换成可用于数值计算的计算机辅助设计(CAD)模型并直接进行CFD模拟计算。结果通过计算可得到A、B研究对象在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。B研究对象左和右髂动脉感兴趣区域的平均壁面切应力(0.576 6±0.009 0,3.260 2±0.032 0)明显区别于A研究对象左和右髂动脉感兴趣区域的平均壁面切应力(1.269 8±0.008 0,1.393 2±0.011 0)。结论通过CFD模拟方法的改进,得到更加接近生理解剖特征的血栓后不规则血管三维立体模型,并通过对比A、B研究对象的计算结果,分析了复杂的血流情况如低流速、低壁面切应力等现象与动脉粥样硬化血栓的形成机制存在一定的关系。     

基于三维医学影像的脑动脉瘤内血液流动的数值模拟

目的 利用数值模拟研究具有病人特异性的脑动脉瘤内的血液流动,为脑动脉瘤的破裂风险的评价和动脉瘤介入栓塞后复发风险的评价提供帮助。方法 从两例脑动脉瘤病人的3D-RA数据中重建动脉瘤几何模型,血液流变学模型选择假塑性非牛顿流体模型,利用商用CFD软件Fluent对两例动脉瘤内的血液流动进行数值模拟。结果 数值模拟给出了动脉瘤内的流线图、重要截面上的速度分布图、壁面上的切应力分布和压力分布图。并且绘制了在收缩期时刻动脉瘤颈部和瘤顶部各20个点上的壁面切应力和压力的变化情况。结论 血流动力学因素如流速、压力、壁面切应力、流动对壁面的冲击状况等因素与动脉瘤的生长和破裂密切相关,而由于脑动脉瘤形态各异、载瘤动脉与动脉瘤体的几何关系复杂,所以具有病人特异性的数值模拟对于研究动脉瘤破裂和复发风险具有重要价值。动脉瘤颈部的壁面切应力和壁面切应力的波动的变化规律并不相同,需要进一步研究壁面切应力的波动与脑动脉瘤生长与破裂之间的定量关系。     

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。     

附带局部突起的主动脉弓动脉瘤的血流动力学仿真

目的：为了弄清楚顶部附带局部突起的主动脉弓动脉瘤的血流动力学特征，因为针这种动脉瘤的血流动力学目前还较少有人研究。方法：建立了理想化的动脉瘤模型。利用计算流体力学的方法对模型中的生理性血液流动进行了仿真。结果：对流动情形、压力和壁面切应力分布进行了分析，以便评价血流动力学对动脉瘤的发展和破裂的影响。来自动脉的血流对下游瘤口和瘤顶局部突起的冲击较大。瘤顶局部突起区域的压力较高。在瘤口和突起口部位的局部壁面切应力比其他地方的要高。结论：下游瘤口和瘤顶局部突起部位是动脉瘤扩展和破裂的危险区域。     

主动脉弓周向应力的非线性数值研究

目的利用非线性数值计算模型研究人体主动脉弓的周向应力分布状态,为临床治疗主动脉弓夹层提供生物力学依据。方法在有限元软件ANSYS中建立主动脉弓的简化模型,采用非线性M-R两参数模型定义材料物理性质,计算得出非线性模型上6个特定截面上的周向应力数值,分析周向应力分布及变化趋势,并与应用线弹性模型的计算结果作对比。结果与应用线弹性模型比较,利用非线性模型得到的不同截面的周向应力分布有很大差异;在弯管段同一截面的不同方向上的周向应力分布也不相同;非线性模型的应力变化趋势和线弹性模型的基本相同,但应力水平低于线弹性模型。结论材料非线性会对主动脉弓的周向应力分布产生较大影响。     

Dependence of Aortic Arch Morphogenesis on Intracardiac Blood Flow in the Left Atrial Ligated Chick Embryo

Partial left atrial ligation before cardiac septation redistributes intracardiac blood flow and produces left ventricular hypoplasia in the chick. We hypothesized that redistributed intracardiac blood flow adversely alters aortic arch development. We ligated the left atrial appendage with a 10‐0 nylon suture at stage 21 chick embryos, then reincubated up to stage 34. Sham embryos had a suture tied adjacent to the atrial wall, and normal controls were unoperated. We measured simultaneous atrioventricular (AV) and dorsal aortic (DAo) blood velocities from stage 24 embryos with an ultrasound pulsed‐Doppler flow meter; and the left and right third and fourth aortic arch blood flow with a laser‐Doppler flow meter. Ventricular and atrial cross‐sectional areas were measured from sequential video fields for planimetry. Intracardiac flow patterns were imaged on video by injecting India ink into the vitelline vein. In separate embryos, radiopaque microfil was injected into the cardiovascular system for μ‐CT scanning. We analyzed the morphologic characteristics of the heart at stage 34. Active AV and DAo stroke volume (mm³), right third and fourth aortic arch blood flow (mm³/s) were all decreased in ligated embryos (P < 0.05) when compared with normal and sham embryos. Ventricular end‐diastolic volume versus normal and sham embryos decreased by 45% and 46%, respectively (P < 0.05). India ink injection revealed altered right aortic arch flow patterns in the ligated embryos compared with normal embryos. μ‐CT imaging confirmed altered arch morphogenesis. Alterations in intracardiac blood flow disrupt both early cardiac morphogenesis and aortic arch selection. Anat Rec, 2009. © 2009 Wiley‐Liss, Inc.     

主动脉弓在体运动和变形的图像测量

目的非接触测量实验兔主动脉弓在体运动和变形.方法采集主动脉弓在体的序列图像,根据主动脉弓直径和中点的变化特征,用计算机图像测量技术实现对主动脉弓运动和变形的测量.结果主动脉弓具有一定的锥度;主动脉弓的运动和变形具有相同的周期性;在每个心动周期,靠近肋间动脉附近主动脉弓变形幅度最大,而在颈动脉处主动脉弓整体位移较大.结论采用图像测量技术成功地定量分析了主动脉弓的运动和变形的变化规律.     

基于CT图像胸主动脉夹层与正常胸主动脉内血流动力学模拟对比分析

目的通过对基于CT图像的血流动力学数值模拟获得的患有降主动脉夹层与正常胸主动脉内的血流动力学参数的比较,分析主动脉夹层内血液流动状态与动脉夹层疾病的关系,为阐明主动脉夹层疾病的发病机制提供理论依据。方法患者A为46岁男性,胸主动脉正常;患者B为33岁女性,患有通腔型降主动脉夹层,即通腔形式的DeBakeyⅢ型主动脉夹层。CT图像为DICOM格式,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的CT二维医学图像数据进行处理重构,得到正常和患有降主动脉夹层的胸主动脉三维立体模型并转化为可用于模拟计算的计算机辅助设计（CAD）模型。应用计算流体力学（CFD）软件模拟胸主动脉内血流情况,获得相关血流动力学参数。结果计算出胸主动脉在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论在心动周期内患有动脉夹层胸主动脉内血流情况较正常胸主动脉内血流情况更为复杂,表现为管壁压力变化较大、夹层开口处出现多个漩涡等现象,表明主动脉夹层内复杂血流情况与主动脉夹层疾病的发病机制存在一定的关系。     

超声心动图在诊断主动脉弓离断中的应用价值

目的 探讨主动脉弓离断的超声心动图特征,以提高对该疾病的认识及诊断能力。方法 回顾性分析我院16例经手术、心血管造影及双源CT证实的主动脉弓离断的超声特征。结果 超声心动图正确诊断11例（68.75%）均为A型;误诊5例（31.25%）,其中3例IAA-A型,2例IAA-B型;主动脉弓离断超声心动图特征为:主动脉弓与降主动脉之间的连续性中断,升主动脉发育不良,肺动脉明显扩张,明显增宽肺动脉通过未闭动脉导管与降主动脉连接。结论 超声心动图是诊断主动脉弓离断的首选方法,在超声检查中发现肺动脉明显扩张,升主动脉发育不良,并且肺动脉高压与心内畸形不匹配者,应警惕主动脉弓离断可能,仔细探查主动脉弓,若主动脉及分支显示不清,联合MRI、CT检查可提高诊断率。     

支架治疗主动脉弓内侧动脉瘤的仿真研究

血管内支架是治疗主动脉弓动脉瘤的一种新技术。目前还没有人对具有局部突起的动脉瘤支架治疗血流动力学进行过研究。基于这样的事实,本仿真研究对主动脉弓内侧动脉瘤的支架治疗进行血流动力学分析。为便于比较,分别建立了有支架和无支架的主动脉弓动脉瘤模型。利用计算流体力学的方法对两个模型中的生理性血液流动进行了仿真。对流动情形、压力和壁面切应力分布进行了比较和分析,以便评价血管内支架对主动脉弓动脉瘤治疗的效果。结果表明,有支架的模型和无支架的模型,在瘤腔内的流动情形具有显著的不同。有支架模型瘤腔内的流动受到明显的抑制,特别是局部突起处的压力和壁面切应力大大地减小了。这些现象使我们有理由推断,血管内支架可以促进瘤腔内血栓的形成,并能减小动脉瘤破裂的危险。