主动脉根部扩张情况下窦部直径对瓣膜开闭性能的影响

本研究旨在探讨在主动脉瓣及瓣环本身无明显病变、主动脉根部不断扩张的情况下,主动脉窦部直径对主动脉瓣开闭性能的影响。本研究参考临床手术指导尺寸,构建了不同主动脉窦部直径和根部直径的25组主动脉根部模型。窦部直径DS取值分别为32、36、40、44、48 mm,根部直径DA取值分别为26、27、28、29、30 mm。通过有限元软件进行结构力学计算,对模型最大应力、瓣口面积和接触力等参数进行分析,评估扩张状态下的瓣膜开闭性能。研究发现当DS=32 mm且DA=26,27 mm,以及DS=36 mm且DA=26 mm时瓣膜出现开放狭窄;DS=32,36,40 mm且DA=30 mm,以及DS=44,48 mm且DA=29,30 mm时,瓣膜出现关闭不全;其他15组瓣膜运动正常。结果表明,主动脉窦的尺寸对主动脉瓣膜关闭性能存在影响。较小的窦部直径适应较大的根部直径,较大的窦部直径适应较小的根部直径,窦部直径为40 mm时,瓣膜的各项力学表现良好,能适应相对较大范围的根部扩张。     

三角形截面丝裸支架治疗梭形颅内动脉瘤的流固耦合数值模拟研究

区别于传统圆形截面丝支架,本研究中提出新型的三角形截面丝支架。与相同孔隙率的传统支架进行对比研究,探讨新型支架治疗颅内动脉瘤的血流动力学有效性。分别建立植入圆形截面丝支架、三角形截面丝支架和不植入支架动脉瘤三维有限元模型;设置相同的边界条件,利用流固耦合数值模拟的方法对流动阻力、速度、压力、壁面切应力和网格变形等参数进行了计算和分析。研究发现,三角形截面支架的流动阻力值小于圆形截面支架,并且植入三角形截面支架后动脉瘤的速度、压力、网格变形等参数在数值上均大于植入圆形截面支架模型,壁面切应力的峰谷值也有所增加。三角形截面支架针对梭形动脉瘤的治疗效果并不如圆形截面支架。在临床应用时,应考虑各项因素,择优而定。真正的临床应用效果,还需要进一步的实验验证。     

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。     

血流动力学及其医学应用

血流动力学与心脑血管疾病的形成、发展和治疗存在密切联系。对心脑血管系统中的血流动力学研究一直是生物力学和生物医学工程研究的热点。本文就专栏文章所涉及的研究内容、研究方法、研究成果及其医学应用等进行评述,重点从血流动力学的研究驱动力、研究进展和研究趋势等几方面进行综述,展示了血流动力学研究在临床和保健的预防、诊断、治疗等多层次的应用前景。     

双路搭桥术的移植管直径对血液流动的影响

移植管直径对搭桥术的长期通畅率具有至关重要的作用.为了弄清楚移植管直径对双路搭桥术中血液流动的具体影响,利用数值仿真的方法对两个股动脉双路搭桥模型中的生理脉动流进行了研究.为便于比较,除移植管直径不同以外,两个模型均采用相同的几何参数来建模.我们将研究直径一小和一大两个模型.两个模型的流动仿真边界条件相同.峰值雷诺数为832.8,Wcmersley数为6.14.重点分析了下游缝合区流场.对速度场、上下游足尖的压力差、壁面切应力及其梯度、应力波动系数等血流动力学参数的时空分布进行了比较.研究表明,大直径移植管模型下游缝合区的纵向速度和二次流速度较为紊乱,而其足尖下游远端的轴向流动则具有较大而均匀的纵向速度.同时,大移植管模型具有较小的回流、较均匀的壁面切应力、较低的压力、较小的壁面切应力梯度等特点.然而在二次流分布和应力波动系数方面却没有优势.总之,大移植管模型在近壁部分具有更好、更均匀的血流动力学现象,可以有效地避免术后内膜增生和再狭窄的发生和发展.     

支架孔率对模拟乙状窦憩室内血流动力学的影响

目的探讨支架孔率对模拟乙状窦憩室内血流动力学的影响。方法基于计算流体力学(CFD)方法构建理想化乙状窦憩室血流动力学模型(S0模型,无支架),观察支架孔率75%、50%、25%模型(分别对应S1、S2、S3模型)的血流动力学变化。结果 S0、S1、S2、S3模型乙状窦憩室内血流速度分别为12.65、4.68、2.20及0.41 mm/s。相对于S0模型,S1、S2、S3模型血流速度分别降低了63.00%(7.97/12.65)、82.61%(10.45/12.65)和96.76%(12.24/12.65)。乙状窦憩室远侧壁的高压力区及高壁面切应力(WSS)区随支架孔率降低而逐渐减小,整个憩室内压力及WSS分布趋于均匀。S0、S1、S2、S3模型乙状窦憩室内压力分别为64.04、63.86、62.54及60.95 Pa,各模型压力值差异不明显。结论低孔率支架可明显改善模拟乙状窦憩室内血液流动和血流动力学应力条件。     

锁-腹搭桥治疗主动脉夹层的数值模拟实验

主动脉夹层是一种较常见又很凶险的疾病,具有较高的死亡率.旁路搭桥转流术治疗DeBakey Ⅲ型主动脉夹层较一般的胸主动脉置换具有突出的优势,而且对于某些患者而言也是不可避免需要采用的手段.为了探讨锁-腹搭桥对主动脉夹层假腔内血流动力学参数的影响及该术式的有效性,分别构建了DeBakey Ⅲ型主动脉夹层及其锁-腹搭桥的理想化三维几何模型,然后将模型导入ANSYS 11.0中进行有限元分析.数值模拟结果显示,在实施搭桥后假腔入口处和假腔内的血流速度与压力均小于搭桥前.这对于减轻血流对夹层病变的冲击、减缓破裂口的进一步扩大、防止夹层破裂、促进夹层局部病变愈合是非常有利的.所以,锁-腹搭桥是一种在特定情况下治疗DeBakey Ⅲ型主动脉夹层的有效方式,具有一定的临床应用前景.     

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。     

血管支架在真实狭窄血管模型中扩张过程的模拟研究

目的研究血管支架在真实狭窄血管模型中不同扩张阶段的形变与受力特性,为支架的介入治疗与设计提供科学的参考意见。方法利用三维建模方法构建患者颈动脉血管模型以及斑块模型,利用Pro/E软件构建1种I型血管支架;在ABAQUS/Standard软件中分析支架在真实狭窄血管模型中径向扩张(第1阶段)和径向收缩(第2阶段)的扩张过程,同时建立斑块与血管为一体的对比实验。结果在第1阶段,支架发生径向扩张,支架与斑块和血管内壁接触面积最大,支架、斑块、血管壁所受应力最大值分别为515.000、2.482、1.053 MPa;在第2阶段,支架发生径向收缩,形成"狗骨效应",支架与血管壁之间形成较多的间隙,支架、斑块、血管壁所受应力最大值分别为464.500、0.954、0.316 MPa。在对比实验中,狭窄血管与支架在第2阶段所受应力最大值分别为0.9、414.1 MPa。结论相对于对比实验,区分血管组织成分的模型更符合狭窄血管的真实情况,更能真实反映血管与支架的受力情况;在第1阶段支架对于斑块及血管内壁造成的损伤最大,在第2阶段支架的"狗骨效应"是造成支架与斑块、血管间产生空隙的重要影响因素。研究结果对支架在介入治疗中的选择与支架的改进设计具有指导意义。     

单层或双层裸金属支架治疗冠状动脉瘤的流体力学分析

目的：使用计算流体力学研究单层或双层裸金属支架治疗冠状动脉瘤（冠脉瘤）的新方法。方法：选取5例瘤体直径不同的冠脉瘤患者，分别置入单层或双层裸金属支架治疗，使用计算流体力学方法构建冠脉瘤模型并模拟单、双层裸金属支架置入过程，分析裸金属支架置入后冠脉瘤内血液动力学参数的变化。结果：在模型1（病例1，瘤体直径4 mm）中，相比无支架状态和双层裸金属支架状态，单层裸金属支架状态时血流速度最低。在模型2至模型5（病例2～病例5）中（瘤体直径6.5～16.0 mm），相比无支架状态和单层裸金属支架状态，双层裸金属支架状态的血流速度最低。在模型1和模型2中，随着裸金属支架依次模拟置入，冠脉瘤壁面压力和切应力呈现出下降趋势。模型3、4和5则表现出随着裸金属支架的依次模拟置入，冠脉瘤壁面压力逐渐上升，切应力则呈现出个体化变化。随访发现5例冠脉瘤均成功封闭且无明显支架内再狭窄。结论：瘤体直径<6.5 mm的冠脉瘤可采用单层裸金属支架覆盖瘤颈，瘤体直径在6.5～16.0 mm之间的冠脉瘤建议采用双层裸金属支架覆盖瘤颈。该技术可有效改变冠脉瘤内血流速度及载瘤动脉血流导向，促进瘤体愈合。