一、分叉与网状血管中血流的一种计算机模拟分析(论文文献综述)
高岩[1](2021)在《纳米制剂主动靶向的模拟分析及体外仿生实验系统设计》文中进行了进一步梳理社会发展至今,癌症依旧是困扰人类的一大难题。仅2018年全球即有大约1810万新发病例和960万死亡病例,癌症目前已成为威胁人类健康的“头号杀手”。药物的化疗是临床上常用的治疗方法,但其治疗效果并不理想。显然,高效抗癌药物已成为人民健康生活的重大需求。近年来,纳米技术的快速发展为肿瘤治疗带来了新的希望。然而,就目前来说其治疗疗效依旧不太理想,原因在于肿瘤异常的微环境导致纳米制剂不能在肿瘤组织中有效的积累。因此,深入了解纳米制剂在体内的整个输运过程是提高治疗疗效的主要手段。纳米制剂主动靶向肿瘤细胞大致需要经历四个阶段,分别是纳米制剂在血管中的输运、纳米制剂的跨血管输运、纳米制剂在肿瘤间质中的输运以及纳米制剂进入肿瘤细胞。其中纳米制剂的跨血管输运过程扮演着重要的角色,但是这一输运过程却鲜有研究,肿瘤异常的微环境对纳米制剂跨血管输运过程的影响也罕有报道,对于纳米制剂的跨血管输运过程始终缺乏清晰的认识。因此,本课题决定研究肿瘤异常的微环境对纳米制剂跨血管输运过程的影响,探索纳米制剂在输运过程中的有利条件。研究过程中以模拟仿真以及体外仿生实验的手段,探究了肿瘤异常微环境对纳米制剂跨血管输运的影响,分析了纳米制剂在肿瘤微环境中的力学行为,获得了微环境异常因素作用下的纳米制剂流动参数,揭示了流体力学行为及递送效率之间的内在作用规律,以及纳米制剂在输运过程中的有利条件。在医工结合的背景下,从机械角度为纳米制剂的递送过程提供新的见解,研究结果为开发平台性的主动靶向纳米药物输送技术和材料提供了重要的理论依据及支持。根据肿瘤异常的生理结构建立了一种肿瘤异常血管-间质模型,利用该模型运用计算流体力学(CFD)的方法对纳米制剂的跨血管输运过程进行了模拟仿真,可视化纳米制剂的递送过程。在研究过程中,通过调控血管内皮细胞间隙以及间质流体压力的变化来模拟肿瘤恶化的过程,进而分别探究了血管内皮细胞间隙、间质流体压力及血液流速的变化对纳米制剂跨血管输运过程的影响。结果表明,血管内皮细胞间隙在一定范围内增大会促进纳米制剂跨越血管壁进入肿瘤间质。随着间质流体压力不断增大纳米制剂的跨血管输运效率逐渐降低,更严重的情况是,当间质流体压力不断增大至血管壁压力时,会导致血管壁与间质之间的压力梯度消失,此时纳米制剂几乎不能再跨越血管壁进入间质区域,导致纳米制剂的高渗透长滞留(EPR)效应消失。通过进一步的模拟分析,发现在这其中起主导作用的是血管壁与间质之间的压力梯度。随后针对这一结论利用血液流速这一因素进行了模拟验证,验证结果表明在纳米制剂跨血管输运过程中血管壁与间质之间的压力梯度起决定性作用。此外,还得到了一个令人激动的结论,血液流速在小范围内增大会促进纳米制剂的跨血管输运过程,提高纳米制剂的输运效率。在体外仿生实验系统的设计上,采用Transwell小室作为主体。首先要确定符合实验要求的细胞培养时间、细胞悬液体积、细胞悬液浓度等关键参数,分析设计细胞植入和培养方案。构建出不同的血管内皮细胞间隙实验组1和不同的间质流体压力实验组2,体外模拟体内肿瘤微环境恶化的过程。分别探究了血管内皮细胞间隙的变化和间质流体压力的变化对纳米制剂跨血管输运的影响,验证模拟仿真的结论。实验结果表明,血管内皮细胞间隙在一定范围内不断增大,会促进纳米制剂跨越血管壁进入间质,这一结果与模拟仿真的结果一致。随着间质流体压力不断增大,会导致纳米制剂的跨血管输运效率不断降低。更严重的情况是,当间质流体压力不断增大至血管壁压力时,纳米制剂很难再进行跨血管输运,这一结果也与模拟仿真的结果相互印证。本课题以纳米制剂跨血管输运过程为研究对象,为了清晰的认识肿瘤异常微环境对纳米制剂跨血管输运的影响,探讨其中的相互影响机制,分析纳米制剂在微环境中的力学行为,对纳米制剂的跨血管输运过程进行了模拟仿真和体外仿生实验研究。课题研究为进一步开发平台性的纳米制剂提供了有力的理论和数据支持,为治疗肿瘤的医工结合研究及应用路径探索,开展了有益尝试。
李官生[2](2021)在《基于光滑耗散粒子动力学的血流模拟》文中进行了进一步梳理血液作为运输物质和氧气的主要载体,对生命维持发挥着至关重要的作用.它也储存着人体的健康信息,许多疾病都与血液有着密切的联系,如疟疾、贫血、血栓等,因此验血成为了很多疾病诊治的先导手段.对血液的研究不仅有助于深入理解血液循环的机理,而且也有利于研发与血液相关疾病的诊治手段.本论文采用数值方法对血流进行模拟,主要研究了血浆的微流控分离技术以及红细胞压积的时空不均匀性.考虑到血管网络的复杂性以及细胞的大小尺度,我们采用基于粒子的介观数值方法—光滑耗散粒子动力学,来描述微血管网络内流体的行为;同时采用浸入边界法来处理细胞与流体间的相互作用.这两者结合便是本论文所采用的主要数值方法(SDPD-IBM),它不仅便于解决复杂计算区域内的流固耦合问题,而且还能在一定程度上描述介观尺度的随机振荡现象.然而,该方法也有一些不足之处,主要包括进出口边界条件的实现和计算效率偏低两个问题.基于此,本论文主要贡献有:1)开发了精确的进出口边界条件,2)构建高效的并行框架,3)数值设计血浆分离的微流控芯片,4)数值研究红细胞压积的时空不均匀性.不同于基于网格的数值方法,基于粒子的方法一般采用Lagrange描述,在进口处需要有粒子不断流入,而在出口处需要不断删除流出的粒子.因此进出口边界条件是基于粒子类方法的重要挑战之一.为此,我们在计算区域两端分别增加一个进口区域和一个出口区域.进口区域是一个可以不断产生新的粒子和细胞的生成区域.在该区域内,我们采用周期边界条件;当一个粒子或细胞流过边界时,该粒子或细胞被放回该区域.为了保证粒子和细胞能够不断地流入,该粒子或细胞同时也被复制到计算区域.出口区域是一个处理流出粒子和细胞的删除区域.当一个粒子或细胞流出该区域时,若直接被删除,会导致系统质量和动量不守恒.因此,为了保证质量和动量守恒,我们对出口区域内的每个粒子施加保守力和耗散力自适应地补偿质量和动量的损失.模拟结果显示,我们所提出的进出口边界条件可以准确地实现多出口的血流模拟.为了保证计算精度,基于粒子的方法往往采用大量的粒子来离散计算区域,这样计算效率便成为其另一个重要的挑战.为此,我们构建了一个具有主从结构的MPI并行框架.主线程负责划分任务并且接收计算结果,而从线程分为三种类型:细胞线程、进口线程和混合线程.一个细胞分配一个细胞线程,用来计算细胞的力学行为,如细胞的变形和细胞间的聚集,这样大大减少了细胞线程间的信息传递量.进口线程和混合线程采用区域分解进行划分,分别负责更新进口区域和计算区域的细胞和粒子的位置和速度等物理量.对于一个典型的血流模拟算例,约60000个粒子和40个细胞,该并行框架在计算时间上比串行方式提升了近30倍.血浆分离是实验分析和制药过程中常见的操作之一.我们通过对实验设计的一款血浆分离的微流控芯片进行分析研究,数值设计了一个更加高效的血浆分离芯片.首先,我们将实验芯片拆分为单个分叉管道,研究管道流量及分叉角度对分离纯度和效率的影响;确定了一组最优参数,即分叉角度为2π/3,细胞与血浆出口的流量比为2.5:1.然后,以最优参数组合设计了新的血浆分离芯片,并与实验芯片分离效果进行比较.结果表明,在两种芯片都没有细胞堵塞的情况下,新设计芯片的分离纯度为100%,效率为64%,而实验芯片的分离纯度为100%,效率为25%.最后,我们进一步确定使用新设计芯片时的血液注入的流量以及稀释程度.结果显示,随着进口处红细胞压积的增大,分离效率先增大后减小,在红细胞压积为10.4%时达到最大值.此外,当进口流量小于13.3μl/h,分离纯度可达到100%;而当进口流量大于该值时,纯度将降低.因此,新芯片进口处的最佳注入流量为13.3μl/h,最佳红细胞压积为10.4%,此时分离效率为64%,分离纯度为100%.这体现了数值模拟在生物医学设备设计方面的辅助作用.红细胞压积是人体健康状况的重要指标之一,对疾病的诊治具有重要意义.我们针对三种不同的微血管网络,研究不同时刻和不同位置的红细胞压积分布,展示细胞压积的时空不均匀性.从时间上,细胞压积有的变化比较平稳,而有的一直处于周期振荡.从空间上,不同直径血管的细胞压积分布不均匀;而且不同类型血管,如直管、弯管以及分叉管,也体现出不同的细胞压积分布.研究结果显示,这种时空不均匀性主要归因于网络中存在大量的分叉管道,如果血管为直管道,那么细胞压积将在时空上比较平稳.基于此,我们详细研究了分叉血管中血液流量、管道直径、管道曲率对细胞压积的影响.相比于当前流行的细胞压积测量手段,如抽血化验(只能给出总体平均测量数据)和核磁共振成像(只能得到二维测量数据),我们的研究结果(可以提供不同时刻不同位置的三维数据)对相关疾病的诊治提供了更加准确的信息.
曾照祥[3](2021)在《假腔填塞治疗夹层术后远端扩张的实验研究》文中进行了进一步梳理研究背景主动脉夹层是一种危险的心血管疾病,通常表现为起病急,危害大,死亡率高。现有的外科治疗方式如开放手术或者腔内修复术通常情况下仅仅针对于近端裂口,对于远端裂口,大多数采取保守治疗。但是长期随访结果发现,有一部分患者由于远端裂口存在,血流持续冲击导致远端主动脉扩张,甚至破裂。近些年来,越来越多的学者在探索远端夹层裂口的治疗。传统采用胸腹主动脉置换是该疾病的一线治疗手段,但往往创伤大,术后并发症较高,并不适用于一些年老体弱的患者。目前,针对于远端裂口的腔内修复方法主要分为真腔途径干预和假腔途径干预。真腔途径干预方法包括开窗/分支支架技术、平行支架技术和多层裸支架技术;假腔途径干预方法则以填塞或者封堵假腔为主,如弹簧圈、封堵器、髂动脉支架等方法。而远端裂口常常累及内脏分支动脉段,采用腔内修复术大多数需要重建内脏分支动脉,技术难度较大,仅在一些大中心开展。基于现有的腔内修复术,采用一种多孔移植物填充假腔,改变局部流场来促进假腔完全血栓化,从而中断假腔持续的血流,促进夹层远端良性重构。研究目的1、对比不同夹层预后情况,采用计算流体力学阐述发生夹层术后远端扩张的血流动力学因素。2、回顾性分析本中心主动脉夹层术后远端扩张不同治疗方法,评价假腔辅助栓塞在夹层术后远端扩张治疗中的疗效。3、基于体外夹层模型,评估多孔移植物填塞的效果。4、构建动物模型,完成多孔移植物填塞,探讨多孔移植物治疗主动脉夹层术后的安全性和有效性。研究方法:1、基于计算流体力学,构建特征性主动脉夹层模型,通过计算机模拟不同夹层预后的血流动力学特点,为夹层术后远端扩张形成机制提供依据。2、回顾性分析本中心2015年1月至2019年9月影像学诊断为主动脉夹层术后远端扩张患者的资料,按照是否假腔辅助填塞分组,对比不同分组下主动脉重塑、再干预等情况,评估假腔辅助填塞的安全性及有效性。3、利用软性硅胶材料打印制作透明、低折射率的夹层术后远端扩张病例模型,在体外循环泵作用下来评估不同孔隙率多孔移植物填塞的效果。4、在上述体外实验筛选出的孔隙率的基础上,通过建立相应的动物模型,验证多孔移植物治疗夹层术后远端扩张的安全性及有效性。研究结果1、基于不同夹层预后病人特征性模型,通过计算流体力学方法,探究不同预后模型中的血流动力学特点。在重塑不好的模型中,主动脉夹层术后假腔内压力、壁面剪切力、血流速度及震荡剪切指数分布均高于重塑良好模型的假腔中分布。2、2015年1月至2019年9月共纳入70名患者,其中假腔辅助填塞组(A组)51名,19名患者单独接受胸主动脉支架/腹主动脉支架植入术(B组)。A组无围术期死亡,平均随访时间为34.5±16.0个月,3例患者出现死亡(其中1例死于肠梗阻,1例因主动脉破裂死亡,1例死于感染性主动脉瘤)。6例患者出现内漏导致夹层继续扩张,给与弹簧圈填塞治疗。2例患者因支架狭窄/闭塞再次行支架植入术,1例患者于支架远端发现新发破口,暂时给与保守治疗。1例患者出现心律失常,给予射频消融治疗后症状缓解。B组平均随访时间为41.4±19.5个月。B组患者中,1例患者因胃癌死亡,3例患者因内漏行二次干预,1例患者因支架导致主动脉逆斯中转开放手术。两组术后再干预率及生存率之间差异没有显着性。A组患者术后,在支架末端平面、腹腔干动脉平面和腹主动脉分叉平面主动脉重塑良好,真腔扩张,假腔缩小,差异具有统计学意义。而B组再上述三个测量平面仅表现为真腔扩张,假腔直径及主动脉直径变化未见明显差异。3、利用硅胶制作1:1主动脉夹层术后远端扩张模型,外接循环泵作用下,成功完成不同孔隙率多孔移植物释放,发现多孔移植物能够有效填塞假腔,降低假腔内血流灌注。4、对7只健康动物进行主动脉旁路建模,其中1例术后死亡,建模成功6只,术后CTA提示主动脉旁路通畅。在剩余6只动物体内成功释放多孔移植物,术中即时造影提示填塞段主动脉未见显影。5只存活,1只因感染性休克死亡。随访超声提示多孔移植物在位,未见明显移位,填塞段主动脉未见明显血流信号影,分支动脉及主动脉旁路通畅。结论主动脉夹层术后远端扩张目前发病率较高,现有的开放手术或者腔内修复手术治疗上都存在较大的困难。在上述情况下,提出采用一种多孔移植物,通过封堵假腔,诱导假腔血栓形成,为主动脉夹层术后远端扩张提供了新的方法选择。并且通过体外实验和动物实验初步验证多孔移植物假腔填塞治疗的可行性,围手术期和随访期的治疗效果理想。
韦玲玲[4](2021)在《心血管支架生物力学性能评估的数值研究》文中研究指明心血管疾病严重威胁着人类健康,其发生的主要原因是动脉血管出现粥样硬化。作为治疗动脉粥样硬化的常用手段,血管支架植入术虽然具有疗效快和术后并发症少等优点,但血管支架植入后易发生支架内再狭窄。支架内再狭窄的发生不仅和植入支架的结构有关,也和支架植入后血管内生物力学微环境的变化密切相关。本文基于有限元和计算流体力学数值分析方法,研究了不同斑块形态和组分对血管支架植入后支架-斑块-血管间相互作用的效应,同时从固体力学和流体力学两个角度,分析了血管支架植入后支架的生物力学性能和血管内力学环境的变化,并基于病人个体化冠脉血管模型,探讨了支架贴壁不良造成的血管内力学环境的变化情况。主要研究内容如下:首先,建立了5种不同偏心率和4种不同组分的理想斑块模型,通过有限元分析方法分别进行了支架-斑块-血管相互作用的仿真分析,比较了不同偏心率和不同组分的斑块对支架径向回缩、支架塑性应变、支架轴向缩短以及血管和斑块上应力分布的影响。结果表明,支架植入过程中,由于纤维帽或钙化区的存在,偏心率较大和成分较复杂的斑块具有易损性。偏心率较大的模型中,支架径向回缩和轴向缩短也较大,应缓慢施加较大的扩张压力和使用略长的血管支架。然后,基于理想斑块模型,对6种不同的支架模型(包含3种商业结构支架和3种改进的商业支架),分别进行球囊-支架-斑块-血管相互作用的结构分析,然后基于变形后的支架、斑块和血管求解流体域进行计算流体力学分析,综合固体和流体力学分析,评估了6种支架的性能。结果表明,与Cypher和Xience Prime形状的支架相比,Palmaz-Schatz形状的支架在两方面均表现出较好的性能。尤其是,与Cypher形状的支架相比,改进的C-Rcrown支架的性能更好,这说明可以通过调整支连接环上冠的数目来提高Cypher形状支架的性能。最后,不同于上述理想斑块模型,基于光学相干断层扫描和血管造影图像数据重建病人个体化冠脉斑块模型,进行有限元分析,模拟冠脉支架植入术,分别施加不同的球囊扩张压力,得到完全贴壁和贴壁不良两种情况下的支架和血管模型。然后基于变形后的支架和血管建立流体力学模型,进行计算流体力学分析,比较两种情况下血流动力学参数的差异,研究支架贴壁不良对血流动力学环境的影响。结果显示,支架贴壁不良导致血流速度大于完全贴壁模型。与完全贴壁模型相比,贴壁不良模型的低壁面剪切应力(小于0.5Pa)区域的面积百分比更小,其高震荡剪切指数(大于0.1)和高壁面剪切应力梯度(大于5000Pa/m)区域的面积百分比较大,但在后两方面的差异较小。本文建立了不同形态和组分的斑块模型,从斑块的角度详细探讨了斑块形态和组分的差异对支架性能的影响,同时比较和分析了弯曲血管模型中6种不同支架的性能差异,进一步基于图像重建病人个体化冠脉斑块模型,研究病人个体化模型中支架贴壁不良对血流动力学环境的影响,对血管支架植入仿真分析具有一定的指导意义,有助于根据患者特异性情况选择合适的商业支架构型,并指导支架结构设计。
陈学平[5](2020)在《动脉血管疾病与血管形态特征改变的关系及相关血流动力学机制的研究》文中认为心血管疾病(CVD)是当前全球致病死亡率最高的一种疾病,并且每年因为CVD死亡的人数占到所有因为疾病死亡人数的30%以上,尤其在老年患者当中更为突出。在所有因CVD疾病死亡的病例当中,占比最高的当属动脉粥样硬化疾病(Atherosclerosis)。由于动脉粥样硬化疾病在临床上发病率比较高,因此吸引了大量的科研人员投入毕身心血专注于该疾病的研究。现有的研究揭示,动脉血管内皮功能障碍是动脉粥样硬化疾病形成的关键因素。科学界普遍认为,引起内皮功能障碍的因素非常复杂,复杂的血液动力学环境是引起内皮细胞紊乱的重要原因之一,这些血流环境包括漩涡流,二次流和振荡剪切流等。由于复杂的血液动力学环境总是易发生在动脉分支周围,因此,研究分叉动脉血管系统形态学及血流动力学特性跟动脉粥样硬化疾病之间的关系将具有非常重大的临床意义。随着计算机断层摄影血管造影技术(CTA)硬件和软件的发展,近几十年来,CTA成像技术广泛用于动脉粥样硬化疾病的表征,可视化以及鉴定。应用CTA成像的三维重建技术,可以获得等同于真实血管精度的动脉血管分叉网络结构。基于血管三维重建技术,已有许多研究工作对血管树结构特征进行了分析,包括健康个体与CVD患者之间,青少年人群与成年人群之间,男性人群与女性人群之间。然而,这些研究目前尚未完全弄清楚为何形态特征变化对血管有害或与血管疾病有关,也尚未弄清楚什么样的形态特征变化可能导致疾病相关的复杂流场产生,以及怎样充分利用血管形态特征变化来开发用于早期检测CVD风险的工具。针对上述存在的科学问题,本论文使用来自中国南方人群的冠状动脉CTA影像数据用于血管的三维重建(原始影像数据来自南方医科大学和广东省人民医院),健康的冠状动脉冠脉CTA影像来源于遗体捐赠体外灌注扫描(均已确认冠状动脉血管无病变)和患冠状动脉疾病(CAD)的CTA影像来自于患者体检。在本论文的开始部分,我们首先测量了患CAD疾病患者和健康个体的三维分叉形态特征。然后,基于最小能量工作原理,我们引入了Murray定律以评估动脉分叉结构与其最佳形态特征之间的差异。为了开发用于早期估计CAD风险的决策工具,我们进一步使用机器学习技术(逻辑回归(LR),决策树(DT),线性判别分析(LDA),最邻近(k-NN),人工神经网络(ANN)及三种不同的支持向量机(SVM)算法:Linear-SVM,Polynomial-SVM和RBF-SVM)来构建检测CAD疾病的模型。本研究发现,患有CAD疾病的冠状动脉分叉结构偏离其最佳结构的水平高于没有CAD病变的个体,并且偏离量与患病风险程度保持一致。此外,我们进一步得到两个最具潜力的形态学特征参数((?)和AER)可作为冠状动脉疾病诊断的独立风险指标。通过结合使用形态学测量数据及机器学习分类模型,我们进一步发现,形态学数据在心血管疾病风险估计方面具有非常好的应用前景,我们本论文的机器学习模型结合形态学测量方法在CAD疾病分类方面具有优良且稳定的性能,尤其是对于Polynomial-SVM模型。为了研究由血管分叉的形态特征变化引起患病血管中产生的不良血流动力学环境,在本论文接下来的部分中,我们设计了几组不同偏离最佳结构的分叉血管模型,利用计算流体力学(CFD)技术,进一步分析了血液动力学特征与血管形态变化的关系。结果表明,与最佳分叉结构相比,偏大角度的血管分叉比偏小角度的分叉更容易在分支部位产生复杂的血流环境。此外,具有较高不对称率和较大面积膨胀率的分叉血管在子血管中更容易易产生较低的血流壁面剪应力(WSS)、较高的流场振荡剪切指数(OSI)、较高的流体微元相对停留时间(RRT)以及较高的血流壁面剪应力梯度(WSSG)。此外,我们还系统性的研究了在不同狭窄率条件下,动脉粥样硬化斑块处的血液流场分布随着来流雷诺数变化的情况。结果表明低水平的狭窄率和血流雷诺数可能会促进粘附细胞在血管斑块周围的附着,从而促使动脉血管斑块进行进一步的增生。此外,结果还表明,动脉粥样硬化斑块的破裂可能倾向于发生在斑块的根部,并且狭窄率较低的斑块通常更容易破损。最后,本论文进一步研究了不同环境影响因素对人主动脉血小板细胞粘附的影响。结果表明相比于稳态流,脉动流可以减少血管壁Catch-bond区域的面积,并且脉动频率越高,Catch-bond区域面积减少的越多,这说明脉动状态的血流对动脉血管起到了保护的作用。此外,结果还进一步表明血液流场受较大的体积力作用下会降低人体主动脉动脉壁中的血小板沉积率;并且血流中血红细胞比容及血小板浓度越高,血管壁面的血小板沉积率也越高。由于动脉粥样硬化斑块的形成通常与高水平的血小板沉积有关,因此,此部分研究内容可能为预测局部动脉粥样硬化病变方面提供巨大的潜力。本论文的研究将有助于医学工作者和生理学工作者从血管拓扑形态学和血液流体动力学多方面的角度深入的探究动脉粥样硬化斑块形成的机理机制,并可为血管性疾病的预测和诊断提供新的相关指导性思路。
鲁森[6](2020)在《动脉粥样硬化的血流动力学机理研究与脂质传输特性分析》文中提出动脉粥样硬化是一种常见的血管性疾病,是诱发冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因。在动脉粥样硬化病变中,血流动力学因素,如血管壁切应力、血流压力、涡流等,具有重要的影响。利用血流动力学知识研究动脉粥样硬化病变机理对心血管病的预防、诊断和治疗具有重要意义。本文采用患者数据分析和数值模拟相结合的方法,对动脉粥样硬化的生成和发展机理以及病变对血液流动的影响进行了研究。在文中,通过对人体多处易发生动脉粥样硬化的血管进行医学影像三维重构和还原,获取真实的血管模型;而后利用双向流固耦合技术,采用真实脉动血流作为边界条件,研究动脉血管中的血液流动特性以及血液中脂质的传输特点,为疾病的预防和治疗提供参考。本文的主要研究内容和结论如下:(1)采用心阻抗法对动脉粥样硬化患者和健康者的心脏血流动力参数进行采集和分析,研究血流生理参数变化在动脉粥样硬化中的影响。结果显示,在心脏泵功能方面,病变组的血压普遍偏高,心脏输出量偏少;在系统负荷方面,病变组的血管顺应性偏低,总外周阻力明显偏大;病变组与健康组的差异还会随着年龄的增长而增大,不同性别之间亦存在一定的差异。高血压、低心输出量、高外周阻力是促进动脉粥样硬化生成的重要影响因素。(2)建立多组仿真模型,通过对比分析血管壁弹性和血液非牛顿流体特性在血液流动中的作用和对仿真计算结果的影响。结果显示,弹性血管壁可以在心脏收缩期通过扩张存储血液,从而降低血流阻力和壁面切应力;血液的非牛顿流体特性则可以减弱因血流脉动对血管壁应力所造成的影响,使系统切应力的分布更加均匀、平稳。两者在血流动力学研究中皆不可忽略。在所有的简化模型中,刚性壁模型的误差最大,可靠性最差。(3)依据患者血流生理参数特点以及现有动脉粥样硬化生成理论,利用血流动力学分析生理参数变化对动脉粥样硬化影响的作用机理。结果显示,在正常生理数值范围内,血流量对血管壁切应力的影响最大,而血压的影响最小;在体内,各生理参数之间相互影响、相互作用,各参数变化最终对血流量的影响结果与医学上动脉粥样硬化的发生率变化相一致,表明血流量是影响动脉粥样硬化发生率的主导生理因素。(4)研究弯曲和分叉血管中脂质浓度的分布规律,分析其在动脉粥样硬化生成中的影响。结果显示,由于壁面的渗透作用,血管壁附近的脂质浓度要明显高于主流区中的平均浓度并且分布具有一定的规律性:高浓度往往分布在具有低壁面切应力的区域,但低壁面切应力区域并不总具有高脂质浓度;在主流区中,流场对脂质浓度的分布具有重要的影响,在血管弯曲和分叉部位壁面附近易形成高浓度的环形区域,有利于脂质在壁面处的聚集。(5)构建多组仿真模型,研究血管弯曲变形对动脉粥样硬化的影响。结果显示,随着血管弯曲度的增大,弯曲部位内表面的切应力明显降低、二次流的强度明显增强、脂质浓度明显升高,表明血管弯曲变形会提高动脉粥样硬化的发生率;血管弯曲度增大时,弯曲部位二次流的增强是导致内表面脂质浓度升高的主要原因;当血管弯曲度较小时,流量增加会导致壁面脂质浓度增加,而当血管弯曲度较大时,流量增加会导致壁面脂质浓度降低。(6)研究动脉粥样硬化狭窄对血液流场和脂质浓度分布的影响,探索斑块能够持续发展的机理。结果显示,随着斑块的增长,狭窄处的流速增大,壁面切应力急剧增加,极易造成内皮细胞的损伤;在病变早期,脂质浓度的提升是造成斑块发展的主要原因,后期内皮细胞的损伤会进一步促进斑块的发展;斑块的增长会导致狭窄下游区的切应力降低,脂质浓度升高,易造成病灶区的扩展;血管壁弹性的降低会增强斑块对流场的影响,加剧动脉粥样硬化的发展。
郑童[7](2020)在《0-1D血流循环模型在肝脏血供研究中的应用》文中研究指明肝脏手术中,需要密切关注患者体内的血流血压状态,只有当血流血压的数值达到合理范时围,才能保证手术的顺利进行。目前,临床手术中通常使用医疗设备对患者体内的状态数据进行实时监控。近年来,随着理论储备的增加及计算水平的提高,利用计算手段模拟人体血液循环系统运作成为可能。本研究旨在建立一个以1维血管模型为重要连接工具,模拟血流在心脏和肝脏之间的循环状态的系统模型,并希望利用容易测得的血流血压等实验数据来估算各系统组织的模型参数,从而更好地模拟观测人体内的血流、血压分布等特性。本文的主要研究工作及结果总结如下:1、介绍由质量守恒方程和动量方程组成的1维血流动力学方程组,推导方程的有限元表达形式,并证明所用有限元解法的解存在的条件。2、建立单段血管模型和血管分叉模型等血管分支网络基础,着重讨论了当血管末端耦合不同边界条件模型时的血管方程解法,引入算例对几种不同边界条件下的血液传播进行数值模拟,并得到了较好的模拟结果。3、根据血流动力学方程组并对其适当变形,推导血管特性参数的估算方法,引用算例验证参数估计方法的合理性,取得了较好的估算结果。4、介绍由一个由肝动脉树、门静脉树和肝静脉树电路模型构成的肝脏模型,并对模型方程进行变式,推导肝脏相关参数的估算方法,引入算例估算肝脏相关参数,取得较好的估算结果。5、介绍由心室弹性腔模型以及心脏瓣膜模型组成的心脏模型,并根据其模型方程推导心脏相关参数估计方法,引入算例估计心脏的相关参数,取得较好的估算结果。本文建立了以1维血管模型为重要连接工具,模拟血流在心脏和肝脏之间的循环状态的系统模型,模拟结果与实际比较符合;本文还推导出各子模型的参数估计方法,并引入算例对参数估计方法的合理性进行验证,也取得了较好的估算效果,进一步研究本课题将能为今后临床手术提供更强大的数据支撑和有效决策依据。
杨天岐[8](2020)在《基于修正Murray定律的冠脉血流数值模拟研究》文中研究说明冠状动脉粥样硬化性心脏病是指由于冠脉血管发生狭窄或阻塞导致心肌缺血或缺氧等问题而导致的心脏病,简称冠心病。目前冠心病已成为危害人类健康的重大疾病,因此准确、快速地对冠状动脉狭窄程度进行评价及诊断对冠心病的治疗方案的制定有着重要意义。血流储备分数(FFR)是功能学方面评价冠脉血管狭窄程度的“金标准”,但临床的FFR测量是有创性的,有诸多限制。FFR-CT是一种无创性的FFR计算方法,它是通过计算流体动力学的方法,模拟相应患者的冠状动脉血液流动状态,计算出相应的FFR参数。已有多组研究论证了FFR-CT的可行性。但在冠脉血管CFD计算中,针对多分支出口的流量分配问题却少有人研究。在进行冠脉血管CFD研究主要有两种情况,一是模拟血管最大充血状态时的FFR计算,二是模拟血管内的真实血液流动状态。本文针对这两种情况分别提出一种分支出口的流量分配方法。在进行FFR计算时,采用基于Murray定律的流量-压力迭代方法分配各冠脉血管个分支出口的流量。通过ANSYS CFX对真实冠脉血管模型进行数值模拟计算,验证此方法的准确性。对于CT14模型,在迭代进行5次之后分支出口的压力变化值已小于0.1%,达到收敛,FFR值的计算值与临床实测的相对差值为0.5%;对于CHN13模型,在迭代进行30次后,除一个分支出口的压力变化值稍大于0.1%之外,其余分支出口的压力变化相对值均已小于0.1%,认为达到收敛,FFR的计算值与临床实测的相对差值为8.8%。两个模型的计算结果均明显好于直接按分支出口的管径分配流量的方法。对于冠脉血管中真实血流状态的分析,本文根据分支血管在整个冠脉树中的分叉级别来进行流量的分配,直至各分支出口。通过对真实冠脉血管模型的CFD计算,将计算结果与不考虑血管的分叉级别直接分配流量的方法进行对比。两种流量分配方法施加在出口的流量截然不同,其原因在于:一是冠脉血管存在狭窄部分,二是整个冠脉树中各分支血管的管径并不完全符合最优化的“三次方”关系。分级分配时在血管发生狭窄处会施加更小的流量,更能符合真实状态血管中的流量分布。根据数值模拟计算得到的能够更好地对计算结果进行解释,即血管发生狭窄导致血流量减小,血流对血管壁的摩擦力WSS低,壁面压力值沿着血流方向降低很小;未发生狭窄的分支血管壁面压力值沿着血流方向有明显的均匀下降趋势,在血管分叉处流动状态相对混乱,血液流速及壁面剪切力较大。
李新宇[9](2020)在《基于脉动流动的动脉瘤流固耦合实验研究》文中认为颅内动脉瘤是颅内动脉血管壁的病理性囊性膨出,是致使蛛网膜下腔出血的最主要病因,有非常高的致残率和病死率。血流动力学因素被视为动脉瘤发生,发展及破裂的重要因素之一。血流是周期性脉动流动,将引起血管壁沿径向和轴向的运动,因而探索血流与弹性血管之间的相互作用对分析动脉瘤发生、长大以及破裂的原因有重要意义。基于弹性血管模型的体外实验,本文通过流固耦合分析了在不同的脉动流动条件下瘤体的形变特性,对比了不同的纵横比(Aspect Ratio,AR)对于瘤体形变特性的影响;在此基础上,本文进行了动脉瘤的数值计算,与实验结果进行对比验证的同时,也进一步获取了瘤体内部的流场分布特征;最后,通过数值模拟分析了血管狭窄与颅内动脉瘤对动脉瘤下游分叉血管血流调节的影响,从更为宏观的角度解释颅内动脉瘤的发生机理。以自设计的脉动循环机构、蠕动泵、高度可调的出口水箱为主要部件,本文搭建了体外循环实验台。同时,借助于3D打印技术,制作完成了弹性硅胶动脉瘤模型。通过调节脉动流动条件,借助于激光位移传感器,本文首先探索了理想化动脉瘤的形变特性。结果表明,动脉瘤的形变大小与脉动流动条件紧密相关。在同等条件下,随着脉动频率以及末端阻力的增加,瘤体形变均逐渐增加。同时,在CFX数值计算中,本文观测到了瘤内的涡旋运动,而且涡旋中心的运动轨迹与瘤体的形变波形有较高的时间相关性。数值计算结果也反映了瘤内的压力变化,随着脉动频率以及末端阻力的增加,瘤内的压力也随之变大,这很好的解释了实验中基于不同脉动流动条件观测到的瘤体形变特性。进一步,基于动脉瘤真实医学影像数据,利用SIMPLEWARE三维重建软件,本文三维重建了颈内动脉瘤模型。通过实验以及数值计算的方法,探究了个性化动脉瘤的形变特性。针对于脉动流动条件对于形变大小的影响,个性化研究结果与理想化结果基本一致。在0.3-1.9之间,本研究共建立了11种不同AR大小的动脉瘤模型,在相同的脉动流动条件下,提取并对比了瘤体形变大小。结果表明,当AR<1.0,瘤体形变随AR的增加呈现下降趋势;当AR>1.0,瘤体形变随AR的增加逐渐增大;尤其当AR>1.5,瘤体形变的升高趋势较之1.0<AR<1.5时更为明显。最后,针对于分叉个性化模型,在分叉上游分别先后增加不同程度的狭窄以及不同纵横比的动脉瘤形态特征,对比动脉瘤下游两个分叉血管间的流量分配变化。结果表明,血管狭窄和颅内动脉瘤对于出口血流的调节作用是完全相反的。在适当的纵横比范围内,颅内动脉瘤的出现可以调节血管狭窄带来的不良血流变化。
刘杏铭[10](2020)在《基于CT扫描数据腹主动脉瘤双向流固耦合分析》文中研究指明腹主动脉瘤(Abdominal Aortic Aneurysm,AAA)是一种常见的危及生命的动脉病理性扩张疾病。在65岁以上的人群中患病率为8.9%,随着人口老龄化的不断加剧,AAA的发病率呈上升趋势。如果不及时治疗,AAA会逐渐膨胀直至破裂。一旦发生瘤体破裂,大量出血,即使进行紧急手术治疗,死亡率也高达90%。然而,AAA多数无症状,难以做到早发现早治疗。目前关于AAA的生理病理学机制尚不完全清楚,且临床上无法直接测量患者体内病变部位的组织应力和强度。现有治疗手段主要为外科手术干预,但由于AAA在破裂之前几乎没有症状,外科医生难以预测瘤体破裂风险,无法确定手术干预的最佳时机。随着计算流体力学的发展,已有不少学者利用计算机仿真分析研究AAA,但大多采用理想化的模型,无法准确模拟AAA在人体生理环境中的生物力学环境。因此,采用人体真实AAA模型,模拟人体内生理环境下AAA的血流动力学,研究AAA瘤壁的应力分布与变形过程,对理解腹主动脉瘤的产生、生长和破裂机制具有重要意义。本文建立的AAA仿真分析模型由血管壁与血液两部分组成。几何模型是通过特定的已破裂的AAA患者的CT扫描断层图像完成的,模型高度还原了人体真实AAA复杂的结构特征。数学模型则是由血管壁与血液的材料特性定义的本构模型。基于各部分本构模型,以流固耦合分析理论为依据,采用分离式算法完成双向流固耦合的数值求解。流体域基于有限体积法求解任意拉格朗日欧拉框架下三维瞬态标准湍流模型的压力-速度耦合方程;固体域在综合考虑血管壁固有的材料非线性和瘤体病变导致的几何非线性的前提下采用双重非线性有限元法求解;耦合边界上保证流体域与固体域的位移兼容,应力平衡以及速度无滑移。依据AAA流固耦合分析的理论研究,完成双向流固耦合仿真分析。流体域中重点考察血液的流速与湍流特性及其对壁剪切应力的影响,固体域中主要分析血管壁的应力与变形过程。在流场分析中发现:血管弯曲处与分叉处流动最为复杂,在0.3s左右达到速度峰值(0.5279m/s)与涡流量峰值(23.9254s-1),但瘤体下半部的血液呈低速不稳定的流动状态,且瘤壁长期暴露于低剪切应力中,这些都会导致瘤体下半部产生诸如炎症等一系列的不良反应,增加瘤体破裂风险。在结构分析中发现:虽然弯曲血管内侧、瘤体入口附近以及分叉血管等血流复杂的区域均有小范围的应力集中,但大应变集中区域与高应力集中区域均处于瘤体下半部的后壁,后壁在0.34s左右受到峰值应力(591.4KPa)的作用,该应力幅值占血管瘤壁极限强度的91%。结合流场与结构场的分析可知,后壁破裂风险极高,急需进行手术干预,这一结论亦与临床实际相符合。本文基于特定的已破裂的AAA患者的CT扫描数据还原了 AAA破裂前的状态,建立了完整的AAA的三维几何模型与数学模型,通过双向流固耦合仿真分析,准确预测了破裂的具体部位,揭示了影响瘤体破裂的主要力学因素与次要因素,进一步证实了仿真分析预测AAA破裂的可靠性,为仿真软件的临床应用提供了可靠依据。
二、分叉与网状血管中血流的一种计算机模拟分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、分叉与网状血管中血流的一种计算机模拟分析(论文提纲范文)
(1)纳米制剂主动靶向的模拟分析及体外仿生实验系统设计(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 纳米制剂主动靶向的模拟仿真研究现状 |
1.1.1 纳米制剂在血管中输运的模拟仿真研究现状 |
1.1.2 纳米制剂跨血管输运的模拟仿真研究现状 |
1.1.3 纳米制剂在间质中输运的模拟仿真研究现状 |
1.1.4 纳米制剂进入肿瘤细胞的模拟仿真研究现状 |
1.2 用于研究纳米制剂主动靶向的模拟方法 |
1.3 体外仿生实验系统研究现状 |
1.3.1 Transwell仿生实验系统的研究现状 |
1.3.2 微流控仿生实验系统的研究现状 |
1.4 课题研究意义与主要内容 |
1.4.1 课题研究的目的与意义 |
1.4.2 本课题的主要内容 |
第2章 纳米制剂主动靶向肿瘤细胞过程的理论分析 |
2.1 纳米制剂在血管中的输运过程 |
2.2 纳米制剂的跨血管输运过程 |
2.3 纳米制剂在间质中的输运过程 |
2.4 纳米制剂进入肿瘤细胞 |
2.5 本章小结 |
第3章 纳米制剂跨血管输运过程的模拟研究 |
3.1 数学模型的建立 |
3.1.1 物理模型的建立 |
3.1.2 流体流动模型 |
3.1.3 纳米制剂输运模型 |
3.1.4 数学模型各种条件的设置 |
3.1.5 求解过程 |
3.2 肿瘤微环境的恶化对纳米制剂输运影响的模拟分析 |
3.2.1 血管内皮细胞间隙影响的模拟分析 |
3.2.2 间质流体压力影响的模拟分析 |
3.2.3 血液流速影响的模拟分析 |
3.3 本章小结 |
第4章 体外仿生实验系统搭建 |
4.1 体外仿生实验系统的前期准备 |
4.1.1 体外仿生实验系统的选取 |
4.1.2 血管内皮细胞的制备 |
4.1.3 实验仪器、试剂以及耗材 |
4.2 血管内皮细胞植入Transwell小室各项参数的探究 |
4.2.1 最佳细胞培养时间的探究 |
4.2.2 最佳细胞悬液体积与细胞悬液浓度的探究 |
4.2.3 血管内皮细胞的植入 |
4.3 本章小结 |
第5章 纳米制剂跨血管输运过程的实验研究 |
5.1 血管内皮细胞间隙的变化对纳米制剂跨血管输运的影响 |
5.1.1 实验组1 的构建 |
5.1.2 纳米制剂跨血管输运过程的体外还原 |
5.2 间质流体压力的变化对纳米制剂跨血管输运的影响 |
5.2.1 实验组2 的构建 |
5.2.2 纳米制剂跨血管过程的体外还原 |
5.3 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间主要科研成果 |
一、发表学术论文 |
二、其他学术成果 |
(2)基于光滑耗散粒子动力学的血流模拟(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 血流的研究意义 |
1.2 血流的实验研究现状 |
1.2.1 血浆分离 |
1.2.2 红细胞压积的研究现状 |
1.3 血流的数值研究现状 |
1.3.1 基于网格的方法 |
1.3.2 基于粒子的方法 |
1.3.3 网格粒子混合的方法 |
1.4 流固耦合方法 |
1.5 基于粒子法的挑战 |
1.5.1 粒子法边界条件的研究现状 |
1.5.2 粒子法并行化和其他内容的研究进展 |
1.6 本论文的研究内容和章节安排 |
第2章 模型与算法 |
2.1 SDPD-IBM模型 |
2.1.1 核近似 |
2.1.2 粒子近似 |
2.1.3 模型离散 |
2.2 细胞力学模型 |
2.3 边界条件模型 |
2.3.1 固壁边界条件 |
2.3.2 进口边界条件 |
2.3.3 出口边界条件 |
2.4 数值算法 |
2.5 并行框架 |
2.6 无量纲化 |
2.7 本章小结 |
第3章 模型与算法验证 |
3.1 纯流体在直管道中的流动 |
3.2 纯流体在分叉管道中的流动 |
3.3 单个微泡在直管道中的流动 |
3.4 多个细胞在直管道中的流动 |
3.5 大量细胞在复杂微结构中的流动 |
3.5.1 红细胞在微血管网络中的流动 |
3.5.2 红细胞在复杂微流控芯片中的流动 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于微流控芯片分离血浆的数值设计 |
4.1 微流控芯片优化设计 |
4.1.1 流量比 |
4.1.2 分叉角度 |
4.2 新设计微流控芯片与实验芯片的性能比较 |
4.2.1 纯流体的比较 |
4.2.2 血浆分离的比较 |
4.3 新设计芯片的参数依赖性分析 |
4.3.1 血液进口细胞压积的影响 |
4.3.2 血液进口流量的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 微血管网络中细胞压积的时空不均匀性分析 |
5.1 模拟概述 |
5.1.1 模拟问题描述 |
5.1.2 模拟建立 |
5.1.3 细胞压积计算 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 微血管网络中细胞压积的不均匀性 |
5.2.1.1 时均的细胞压积的空间异质性 |
5.2.1.2 瞬时细胞压积的时间异质性 |
5.2.2 细胞压积对微血管中分叉管道的依赖性分析 |
5.2.2.1 主管道、两个子管道细胞压积的关系 |
5.2.2.2 流量 |
5.2.2.3 直径比 |
5.2.2.4 主管道弯曲度 |
5.3 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 论文总结和展望 |
参考文献 |
在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(3)假腔填塞治疗夹层术后远端扩张的实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略词表 |
前言 |
第一部分 主动脉夹层术后远端扩张的血流动力学仿真 |
一、研究目的 |
二、资料选取 |
三、结果 |
四、讨论 |
五、结论 |
六、参考文献 |
第二部分 假腔辅助栓塞治疗在主动脉夹层术后远端扩张的疗效 |
一、研究目的 |
二、材料和方法 |
三、结果 |
四、讨论 |
五、结论 |
六、参考文献 |
第三部分 多孔移植物的选择及体外模型构建 |
一、研究目的 |
二、实验过程 |
三、结果 |
四、讨论 |
五、参考文献 |
第四部分 多孔移植物治疗夹层术后远端扩张的动物实验研究 |
一、研究目的 |
二、材料方法 |
三、结果 |
四、讨论 |
五、结论 |
六、参考文献 |
文献综述 主动脉夹层术后远端扩张的腔内治疗现状 |
参考文献 |
在读期间发表论文及参加科研工作 |
致谢 |
(4)心血管支架生物力学性能评估的数值研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略语 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景介绍 |
1.2 血管支架的发展 |
1.2.1 裸金属支架(BMS) |
1.2.2 药物洗脱支架(DES) |
1.2.3 生物可降解支架(BDS) |
1.3 血管支架的结构和性能 |
1.3.1 血管支架的结构 |
1.3.2 血管支架的性能 |
1.4 血管结构及力学性质 |
1.4.1 血管的结构 |
1.4.2 血管的静力学性质 |
1.4.3 血管的粘弹特性 |
1.5 支架植入后血管内力学环境的变化 |
1.6 本文的研究目的和内容 |
1.6.1 研究目的 |
1.6.2 研究内容 |
第二章 数值方法和理论基础 |
2.1 有限元分析方法介绍 |
2.2 支架植入过程中的非线性 |
2.2.1 材料非线性 |
2.2.2 几何非线性 |
2.2.3 边界非线性 |
2.3 非线性问题的求解 |
2.4 血流动力学的基本原理 |
2.4.1 血流动力学的基本概念 |
2.4.2 血流动力学的基本方程 |
2.4.3 血液的流变特性 |
2.4.4 血液的压强 |
2.4.5 壁面剪切应力(WSS) |
2.5 计算流体力学 |
第三章 斑块偏心率和组分对支架植入过程影响的研究 |
3.1 引言 |
3.2 有限元分析方法 |
3.2.1 数值模型 |
3.2.2 材料属性 |
3.2.3 仿真方法 |
3.2.4 参数分析 |
3.3 结果分析 |
3.3.1 斑块偏心率分析 |
3.3.2 斑块组分分析 |
3.4 讨论 |
3.5 小结 |
第四章 弯曲狭窄血管内支架的固体力学和流体力学分析 |
4.1 引言 |
4.2 材料和方法 |
4.2.1 几何模型 |
4.2.2 结构力学数值模拟 |
4.2.3 流体力学仿真计算 |
4.2.4 数据后处理 |
4.3 结果分析 |
4.3.1 结构力学分析 |
4.3.2 流体力学分析 |
4.4 讨论 |
4.5 小结 |
第五章 病人个体化模型中支架贴壁不良的血流动力学研究 |
5.1 引言 |
5.2 材料和方法 |
5.2.1 病人个体化冠脉模型的重建 |
5.2.2 支架植入过程的有限元仿真 |
5.2.3 血流动力学的CFD仿真 |
5.2.4 血流动力学指标 |
5.3 结果分析 |
5.3.1 血流速度分布 |
5.3.2 WSS分布 |
5.3.3 OSI分布 |
5.3.4 WSSG分布 |
5.4 讨论 |
5.5 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 论文创新点 |
6.3 不足与展望 |
致谢 |
参考文献 |
博士期间发表的期刊论文及参加的学术会议 |
(5)动脉血管疾病与血管形态特征改变的关系及相关血流动力学机制的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
中英文对照缩略词简表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 心血管疾病 |
1.3 动脉血管系统 |
1.3.1 主动脉 |
1.3.2 颈动脉 |
1.3.3 冠状动脉 |
1.3.4 脑动脉 |
1.4 动脉粥样硬化 |
1.4.1 动脉粥样硬化疾病的病理生理学分析 |
1.4.2 动脉粥样硬化的风险评估 |
1.4.3 动脉粥样硬化的预防和治疗 |
1.5 医学影像技术在心血管疾病风险评估中的应用 |
1.5.1 超声心动图 |
1.5.2 CT成像 |
1.5.3 MRI成像 |
1.5.4 放射性核素成像 |
1.5.5 血管三维重建简介 |
1.6 血管形态学及血流动力学研究的最新进展 |
1.6.1 动脉血管几何特征与疾病的关系 |
1.6.2 血流动力学风险参数与疾病的关系 |
1.6.3 动脉血管几何形态结构与血流动力学分布特征的关系 |
1.7 机器学习简介及其在心血管疾病检测中的研究进展 |
1.7.1 人工神经网络 |
1.7.2 支持向量机 |
1.7.3 机器学习应用于心血管疾病的检测 |
1.8 本论文的研究目的、意义及主要内容 |
第二章 人体冠状动脉血管在健康/疾病情况下的形态学测量分析 |
2.1 引言 |
2.2 材料和方法 |
2.2.1 心脏CT原始数据采集 |
2.2.2 原始数据测量 |
2.2.3 Murray定律 |
2.2.4 形态参数分析方法 |
2.2.5 统计学方法 |
2.3 结果 |
2.3.1 冠状动脉血管几何形态学原始数据分析 |
2.3.2 伴有CAD病变的冠状动脉血管更容易偏离其最优结构 |
2.3.3 伴有CAD病变的冠状动脉具有更高的不对称率和更大的截面积扩张率 |
2.3.4 伴有CAD病变的冠状动脉具有更高的分形维度 |
2.3.5 形态学特征参数可以作为独立参数评估CAD疾病风险 |
2.4 讨论 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于CT影像的形态学测量参数及机器学习对冠状动脉疾病的检测 |
3.1 引言 |
3.2 材料和方法 |
3.2.1 原始数据获取 |
3.2.2 机器学习模型建立 |
3.2.3 机器学习分类性能影响的因素 |
3.3 结果 |
3.3.1 Polynomial-SVM模型通过使用网格法参数寻优时检测性能最佳 |
3.3.2 机器学习模型的性能不受数据采样方法的影响 |
3.3.3 足够多的训练数据量是获得高性能分类模型的充要条件 |
3.3.4 形态特征参数维度和组合方式会影响机器学习的分类性能 |
3.3.5 血管分叉直径指数(n)和面积扩张率(AER)是CAD风险评估的两个关键特征参数 |
3.4 讨论 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于Murray定律的左冠状动脉血管分叉设计及其血流动力学机制的研究 |
4.1 引言 |
4.2 材料和方法 |
4.2.1 根据Murray定律,设计冠状动脉分叉结构 |
4.2.2 基于人左冠状动脉血管CTA影像三维重建 |
4.2.3 计算方法 |
4.2.4 边界条件和计算过程 |
4.2.5 血流动力学参数分析 |
4.3 结果 |
4.3.1 对称情况下,分叉角度变化对流场分布的影响 |
4.3.2 对称情况下,分叉指数变化对流场分布的影响 |
4.3.3 满足Murray定律情况下,血管直径比率改变对流场分布的影响 |
4.3.4 血管分叉直径指数(n)、分叉角度(A)以及对称性的改变对血管分叉部位漩涡长度变化的影响 |
4.3.5 基于人左冠状动脉血管CTA影像三维重建的血流动力学分析 |
4.4 讨论 |
4.5 本章小结 |
第五章 动脉血管狭窄率及雷诺数对血管病变区域血流动力学影响的数值研究 |
5.1 引言 |
5.2 材料和方法 |
5.2.1 计算模型 |
5.2.2 计算方法 |
5.2.3 边界条件和计算过程 |
5.2.4 狭窄动脉血管壁面重要血流动力学参数定义 |
5.3 结果 |
5.3.1 动脉粥样硬化斑块是导致血管内复杂流动产生的重要因素 |
5.3.2 动脉粥样硬化斑块处血流动力学特征受Re和狭窄率共同调节 |
5.3.3 动脉粥样硬化斑块的阻力系数与狭窄率成正比而与Re成反比 |
5.3.4 高狭窄率和Re将减少动脉粥样硬化斑块下游的细胞促粘区域 |
5.5 讨论 |
5.6 本章小结 |
第六章 人主动脉中血流动力学特征随Womersley数改变的数值模拟研究 |
6.1 引言 |
6.2 材料和方法 |
6.2.1 主动脉三维模型重建 |
6.2.2 计算方法 |
6.2.3 边界条件和计算过程 |
6.2.4 数值计算方案设计 |
6.2.5 血管壁面血流动力学参数及脂蛋白指标定义 |
6.3 结果 |
6.3.1 脉动流数对主动脉壁表面血流动力学参数分布的影响 |
6.3.2 血流动力学参数百分比分布图 |
6.3.3 主动脉壁表面脂蛋白浓度的分布 |
6.3.4 血流动力学因素对主动脉壁Catch-bond面积分布的影响 |
6.4 讨论 |
6.5 本章小结 |
第七章 主动脉内血流动力学因素对血小板近壁沉积的影响 |
7.1 引言 |
7.2 材料和方法 |
7.2.1 主动脉三维模型重建 |
7.2.2 计算方法 |
7.2.3 边界条件和计算过程 |
7.2.4 数值计算方案设计 |
7.3 结果 |
7.3.1 非牛顿流体与牛顿流体条件下主动脉WSS及血小板近壁沉积速率分布的比较 |
7.3.2 不同积力条件下主动脉壁表面WSS和血小板沉积速率分布比较 |
7.3.3 高Hct和高Φ_(P0)均可增加血小板沉积速率 |
7.4 讨论 |
7.5 本章小结 |
全文总结 |
本研究的创新性 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(6)动脉粥样硬化的血流动力学机理研究与脂质传输特性分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 血流动力学影响研究 |
1.2.2 血流动力学数值模拟与仿真研究 |
1.2.3 血液中脂质传输特性研究 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第二章 血流动力学的理论基础 |
2.1 血液的非牛顿流体特性 |
2.1.1 血液的组成 |
2.1.2 管径对血液粘度的影响 |
2.1.3 切应变率对血液粘度的影响 |
2.1.4 血液的非牛顿流体模型 |
2.2 血管壁的弹性特性 |
2.2.1 血管的构成 |
2.2.2 血管的弹性性能 |
2.2.3 血管壁的残余应力 |
2.3 血管内血流动力学分析 |
2.3.1 直型血管内血流动力学分析 |
2.3.2 分叉型血管内血流动力学分析 |
2.4 流固耦合控制方程 |
2.4.1 流体域方程 |
2.4.2 固体域方程 |
2.4.3 流固耦合计算方法 |
2.5 血流动力学模型 |
2.5.1 阻力模型 |
2.5.2 弹性腔模型 |
2.5.3 Womersley模型 |
2.6 本章小结 |
第三章 血流生理参数变化对动脉粥硬化影响研究 |
3.1 血流动力参数与心阻抗法 |
3.2 患者数据采集与分析 |
3.2.1 血液中脂质含量对比 |
3.2.2 心脏血流动力参数 |
3.2.3 不同年龄段参数对比 |
3.2.4 不同性别参数对比 |
3.3 年龄对血压、心输出量、总外周阻力的影响 |
3.3.1 年龄对血压的影响 |
3.3.2 年龄对心输出量的影响 |
3.3.3 年龄对总外周阻力的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 血流动力学因素对动脉粥硬化影响研究 |
4.1 医学影像三维重构 |
4.2 血液非牛顿流体特性与血管壁弹性的影响 |
4.2.1 颈动脉的重构 |
4.2.2 边界条件设置 |
4.2.3 计算模型的选取 |
4.2.4 入口流量与流场分布对比 |
4.2.5 出口压力与血压分布对比 |
4.2.6 WSS分布与对比 |
4.3 生理参数变化对血管壁应力的影响 |
4.3.1 右冠状动脉的建立 |
4.3.2 边界条件与生理参数 |
4.3.3 血压对血管壁应力的影响 |
4.3.4 血流量对血管壁应力的影响 |
4.3.5 血管壁弹性对血管壁应力的影响 |
4.3.6 血液粘度对血管壁应力的影响 |
4.3.7 正常生理条件下的综合影响 |
4.4 小章总结 |
第五章 脂质浓度分布对动脉粥样硬化影响研究 |
5.1 脂质浓度极化现象 |
5.2 壁面处脂质浓度分布 |
5.2.1 扩散方程与边界条件 |
5.2.2 用户自定义边界条件 |
5.2.3 WSS与LDL浓度分布对比 |
5.2.4 流场分布与浓度分布变化 |
5.3 主流区中脂质浓度分布 |
5.3.1 计算模型与边界条件 |
5.3.2 入口处颗粒体积分数 |
5.3.3 流场内颗粒分布 |
5.4 血管弯曲变形的影响 |
5.4.1 几何模型与边界条件 |
5.4.2 WSS和LDL分布 |
5.4.3 流场的分布 |
5.4.4 流速的影响 |
5.4.5 渗透流速与血液非牛顿流体特性的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 动脉粥样硬化发展机理研究 |
6.1 左冠状动脉与边界条件 |
6.2 正常血管内的血液流场 |
6.2.1 WSS分布 |
6.2.2 压力和流场分布 |
6.2.3 LDL浓度分布 |
6.3 斑块对血液流场的影响 |
6.3.1 WSS与LDL浓度分布 |
6.3.2 压力与流场分布 |
6.3.3 血管弹性的影响 |
6.4 支架对血液流场的影响 |
6.4.1 过度扩张对WSS的影响 |
6.4.2 过度扩张对LDL浓度的影响 |
6.5 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 主要创新点 |
7.3 未来展望 |
附录1 脂质浓度边界自定义 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)0-1D血流循环模型在肝脏血供研究中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 血流动力学模型相关理论 |
1.2.2 心脏模型相关理论 |
1.2.3 肝脏模型相关理论 |
1.2.4 计算流体力学相关理论 |
1.3 本文研究内容和结构 |
2 血管模型及血管网络搭建 |
2.1 变量及参数介绍 |
2.2 1D血管方程 |
2.3 1D血管方程组的有限元解法推导及其稳定性分析 |
2.4 血管分叉处模型及边界条件处理 |
2.4.1 血管动力学方程组的标准化与特征变量 |
2.4.2 血管分叉处的模型 |
2.4.3 血管边界条件的求解 |
2.5 血管模型的数值模拟结果 |
2.5.1 单脉冲管内传播数值模拟 |
2.5.2 单段静脉血管 |
2.5.3 带有分叉的血管 |
2.6 血管模型的参数估计方法 |
2.6.1 血管特性参数估计: 方法1 |
2.6.2 血管特性参数估计: 方法2 |
3 心脏模型 |
3.1 心脏瓣膜模型 |
3.1.1 心脏瓣膜模型的参数估计方法 |
3.2 心腔模型 |
3.2.1 心腔模型的参数估计方法 |
4 肝脏模型 |
4.1 肝脏模型及其参数估计方法 |
4.1.1 肝脏模型参数估算结果 |
5 总结与展望 |
5.1 0-1D血流循环模型的连接 |
5.1.1 血管间的连接 |
5.1.2 血管与肝脏的连接 |
5.1.3 血管与心脏的连接 |
5.2 模型优缺点分析 |
5.3 未来研究方向 |
5.4 附录: 0-1D血流循环模型数据需求 |
References |
6 致谢 |
(8)基于修正Murray定律的冠脉血流数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 问题的提出 |
1.4 本文主要研究内容 |
2 冠脉血管CFD数值模拟方法基础 |
2.1 流体运动基本方程 |
2.1.1 连续方程 |
2.1.2 纳维-斯托克斯方程 |
2.2 计算流体力学概述 |
2.3 血流动力学基础 |
2.3.1 泊肃叶定律 |
2.3.2 Murray定律 |
3 流量-压力迭代方法 |
3.1 迭代方法 |
3.2 冠脉血管数值模拟步骤 |
3.3 算例数据及计算结果 |
3.3.1 几何模型 |
3.3.2 网格划分 |
3.3.3 边界条件 |
3.3.4 网格收敛性验证 |
3.3.5 计算结果与分析 |
3.4 本章小结 |
4 冠状动脉真实血流状态分析 |
4.1 冠状动脉流量分级分配方法 |
4.2 几何模型 |
4.3 网格划分 |
4.3.1 网格收敛性验证 |
4.4 计算结果与分析 |
4.4.1 出口分级流量分配 |
4.4.2 计算结果 |
4.4.3 结果分析 |
4.5 本章小结 |
5 结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(9)基于脉动流动的动脉瘤流固耦合实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 动脉瘤简介 |
1.1.2 动脉瘤的检测与治疗 |
1.2 颅内动脉瘤研究现状 |
1.2.1 动脉瘤发生\破裂的力生物学研究 |
1.2.2 动脉瘤的血流动力学相关研究 |
1.2.3 流固耦合数值模拟在血流动力学研究中的应用 |
1.2.4 基于体外实验的动脉瘤血流动力学特性研究 |
1.3 本文的研究目的和研究内容 |
1.3.1 研究目的 |
1.3.2 研究内容 |
2 研究方法概述 |
2.1 体外模型制作 |
2.1.1 三维模型重建 |
2.1.2 3 D打印可溶模型内芯 |
2.1.3 弹性硅胶模型制作 |
2.2 体外循环实验台 |
2.2.1 脉动机构 |
2.2.2 蠕动泵 |
2.2.3 压力测量系统 |
2.2.4 形变测量系统 |
2.3 CFD数值计算 |
2.3.1 数值计算的意义 |
2.3.2 模型设置及网格划分 |
2.3.3 边界条件设置及无关性验证 |
3 理想化侧壁动脉瘤的形变特性 |
3.1 前言 |
3.2 研究方法概述 |
3.2.1 模型介绍 |
3.2.2 流体性质及流动控制 |
3.3 不同脉动流动条件下瘤体的形变特性 |
3.3.1 脉动频率对瘤体形变的影响 |
3.3.2 末端阻力对瘤体形变的影响 |
3.4 瘤体形变特性的CFX流固耦合计算 |
3.4.1 计算设置 |
3.4.2 CFX-实验结果对比 |
3.4.3 涡旋运动 |
3.4.4 不同脉动流动条件下瘤体内的压力变化 |
3.5 讨论和总结 |
4 个性化动脉瘤的形变特性 |
4.1 前言 |
4.2 研究方法概述 |
4.2.1 模型介绍 |
4.2.2 流体性质及流动控制 |
4.3 瘤体形变特性 |
4.3.1 不同脉动流动条件下瘤体的形变特性 |
4.3.2 不同AR条件下瘤体的形变特性 |
4.4 CFX流固耦合计算 |
4.4.1 计算设置 |
4.4.2 AR与瘤体形变关系的数值计算结果 |
4.5 讨论和总结 |
5 分叉血管的血流分配 |
5.1 前言 |
5.2 研究方法概述 |
5.2.1 模型介绍 |
5.2.2 流动控制 |
5.3 血管狭窄和颅内动脉瘤对血流分配的影响 |
5.4 讨论和总结 |
结论 |
论文工作总结 |
不足与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(10)基于CT扫描数据腹主动脉瘤双向流固耦合分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 破裂风险因素及指标 |
1.2.1 破裂风险因素 |
1.2.2 破裂指标 |
1.3 治疗机制和方案 |
1.3.1 内科治疗法 |
1.3.2 外科治疗法 |
1.4 国内外研究现状 |
1.4.1 临床医学研究现状 |
1.4.2 数值模拟仿真研究现状 |
1.5 课题主要研究内容 |
第2章 腹主动脉瘤流固耦合分析理论 |
2.1 腹主动脉瘤流固耦合分析数学模型 |
2.1.1 血液流体的数学模型 |
2.1.2 动脉瘤壁的数学模型 |
2.2 常用的数值求解方法 |
2.3 流固耦合的数值求解 |
2.3.1 流体域的求解 |
2.3.2 固体域的求解 |
2.3.3 流固耦合边界处理 |
2.4 本章小结 |
第3章 腹主动脉瘤三维模型的重建 |
3.1 基于CT扫描图像的建模流程 |
3.2 相关应用软件的介绍 |
3.2.1 Mimics软件简介 |
3.2.2 Geomagic Studio软件简介 |
3.2.3 Creo软件简介 |
3.3 腹主动脉瘤三维模型的构建 |
3.3.1 CT扫描数据的采集 |
3.3.2 形态学模型的获取 |
3.3.3 形态学模型的优化 |
3.3.4 三维模型的生成 |
3.4 本章小结 |
第4章 腹主动脉瘤的双向流固耦合分析 |
4.1 双向流固耦合分析的基本流程 |
4.2 双向流固耦合分析前处理 |
4.2.1 流体域 |
4.2.2 固体域 |
4.2.3 耦合面的数据传递 |
4.3 腹主动脉瘤流场结果分析 |
4.3.1 不同时刻的血流特性 |
4.3.2 不同时刻的涡流特性 |
4.3.3 特殊点的血流特性 |
4.3.4 壁剪切应力 |
4.4 动脉血管壁结果分析 |
4.4.1 动脉血管壁Von Mises应力分析 |
4.4.2 动脉血管壁变形分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 全文总结与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的成果 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
四、分叉与网状血管中血流的一种计算机模拟分析(论文参考文献)
- [1]纳米制剂主动靶向的模拟分析及体外仿生实验系统设计[D]. 高岩. 齐鲁工业大学, 2021(09)
- [2]基于光滑耗散粒子动力学的血流模拟[D]. 李官生. 吉林大学, 2021(01)
- [3]假腔填塞治疗夹层术后远端扩张的实验研究[D]. 曾照祥. 中国人民解放军海军军医大学, 2021(09)
- [4]心血管支架生物力学性能评估的数值研究[D]. 韦玲玲. 东南大学, 2021(02)
- [5]动脉血管疾病与血管形态特征改变的关系及相关血流动力学机制的研究[D]. 陈学平. 华南理工大学, 2020(05)
- [6]动脉粥样硬化的血流动力学机理研究与脂质传输特性分析[D]. 鲁森. 山东大学, 2020(01)
- [7]0-1D血流循环模型在肝脏血供研究中的应用[D]. 郑童. 南京大学, 2020(12)
- [8]基于修正Murray定律的冠脉血流数值模拟研究[D]. 杨天岐. 大连理工大学, 2020(02)
- [9]基于脉动流动的动脉瘤流固耦合实验研究[D]. 李新宇. 大连理工大学, 2020(02)
- [10]基于CT扫描数据腹主动脉瘤双向流固耦合分析[D]. 刘杏铭. 山东大学, 2020(09)
标签:血流动力学论文; 血管壁论文; 血管支架论文; 冠状动脉粥样硬化论文; 纳米粒子论文;