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。     

人体主动脉弓内非牛顿血液流动数值模拟分析

目的:通过基于三维重构技术对正常人体主动脉弓内的血流进行非牛顿血液模型数值模拟,分析血流动力学参数与血管疾病的关系,并与牛顿血液模型获得的壁面切应力(WSS)参数进行比较。方法:对临床获得的CT医学图像据进行处理重构,并转化为可用于模拟计算的三维模型。应用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟计算。结果:获得了正常人体主动脉弓内血流在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:主动脉弓内复杂的血流情况与血管疾病的产生与发展存在一定联系,并且非牛顿血液模型更为适合进行深入细致的主动脉弓内血液低速区域的瞬态模拟分析。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于计算流体力学的Stanford B型主动脉夹层血流动力学分析

目的通过计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)分析Stanford B型夹层的血流动力学参数,从而有效全面评估疾病。方法基于1例复杂的Stanford B型主动脉夹层患者的增强CTA影像,构建三维模型和血流动力学的数值模拟研究,分析流场速度分布、夹层破口剖面速度分布以及壁面切应力。结果该病例在夹层入口、出口处的血液流速分别最高达到1.2、2 m/s,为进一步预测夹层破裂位置和评估夹层破裂风险提供依据。在夹层破口附近的假腔壁面形成明显的低壁面切应力区,与患者体内血栓位置相一致。结论 CFD能有效分析复杂主动脉夹层的血流动力学特征,获得主动脉弓部及其降主动脉的剪切力与主动脉夹层发生的相关性,有助于指导临床对主动脉进行功能学评估,进而预防疾病发生。     

弯曲血管内血流与动脉粥样硬化斑块的相互影响与作用

作为文章[1]的继续,本文在文章[1]的分析结果基础上,针对壁面对称和非对称狭窄的两种不同情况,通过数值计算给出弯曲狭窄血管内血流的轴向和周向切应力的分布曲线,并讨论其随管壁面几何参数的变化情况。同时,还讨论壁面几何参数对平均血流量和压力降影响的规律。从中发现,当狭窄较轻时(λ<0.2),壁面切应力、平均流量和压力降受狭窄度(λ)的影响不大,而在狭窄较严重时(λ>0.7),狭窄度微小的变化会引起它们急剧变化。此外,在讨论狭窄的非对称性对上述血流动力学参数的影响时还发现,非对称性只对轴向切应力有明显的影响,而对其它参量的影响并不十分显著。     

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。     

管径比对全阻塞动脉旁路移植流场影响的数值研究

目的 研究管径比对全阻塞动脉旁路移植流场的影响,为指导动脉旁路移植手术,减少术后再狭窄提供理论依据。方法 采用数值方法研究5种不同移植管与主血管的管径比对全阻塞情况下动脉旁路移植流场的影响,分析速度、二次流、壁面切应力和壁面切应力梯度等血流动力学参数的分布及其随管径比增大的改变。同时,为表明本文所采用模型的合理性,针对目前常使用的两类模型,比较在管径比1.0情况下全阻塞完整模型（Model A）、全阻塞局部模型（Model B）和75％狭窄完整模型（Model C）之间的血流动力学差异。结果 Model A和Model C的血流动力学特性是完全不同的;移植管顶部截面内的速度分布对下游吻合处的主血管底部壁面切应力的影响是显著的,最大相差达79％。大管径比时,主血管底部的壁面低切应力区较大,但壁面切应力分布均匀,壁面切应力梯度较小。而小管径比时,主血管底部的壁面低切应力区较小,但壁面切应力梯度较大。结论 采用整体模型单独研究全阻塞情况下的管径比对流场的影响是有必要的。管径比对全阻塞动脉旁路移植的流场具有显著影响,采用大管径比进行动脉旁路移植将有助于缓解吻合口处由于再狭窄而产生的阻塞。     

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。     

椎动脉狭窄临床病例介入治疗前后椎基底动脉血流状况分析

目的:基于血液和弹性血管壁相互作用的流固耦合方法,探究1例椎动脉颅内段狭窄的临床病例支架植入前后椎基底动脉的血流动力学特性。方法:应用医学建模软件对二维CT数据进行三维重建,得到支架植入前后的椎基底动脉血管模型,采用流固耦合方法对支架植入前后的椎基底动脉血流特性进行数值模拟,分析椎基底动脉的血流动力学特性。结果:支架植入前后椎基底动脉的血液流场、血液压力、血管壁面切应力以及管壁形变量有显著的变化。在支架植入后,基底动脉中间部位两侧受力变得均匀,椎基底动脉内血流速度明显增大,支架植入处压力增大,支架上游压力和支架处切应力减小。结论:在介入治疗后,椎基底动脉内的血流环境及受力情况得到明显改善,当椎动脉发生狭窄后应及时干预治疗,避免累及基底动脉和后循环系统。     

基于ABAQUS的升主动脉置换术术后血流数值模拟

目的:为研究人工升主动脉置换术治疗Stanford A型主动脉夹层后的血流动力学规律,采集临床CT图像,构建术后个性化主动脉流场几何模型。基于计算流体动力学对其进行数值模拟,得到术后流域壁面压力分布和流速分布两个力学指标,从而分析术后流域规律。方法:采集术后CT图像DICOM文件并应用影像后处理软件MIMICS进行三维重构及优化获得几何模型,再将该流域模型导入网格划分软件进行CFD网格划分,最后将网格文件导入ABAQUS/CFD模块进行多周期瞬态模拟。结果:通过模拟计算,得到术后主动脉在心动周期不同时刻的血流动力学参数。结论:血流动力学参数与边界条件密切相关。主动脉内复杂流场环境与心血管疾病存在一定联系。数值模拟可为人工血管置换术后病情发展提供参考。     

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。     

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。     

二维弹性动脉瘤模型的血液动力学数值模拟与分析

本研究的目的在于探讨血液动力学参数对于动脉瘤形成、生长以及破裂的影响。从医学影像学图像出发,进行二维弹性动脉瘤模型的血液动力学数值模拟。将其结果与刚性动脉瘤结果在速度矢量场和切应力分布上进行对比,发现两者存在较大差异。主要表现在几个截面的速度分布有较大差异,其中一个出口的速度分布明显偏心,这将影响壁面的应力分布以及管壁物质交换。弹性和刚性模拟沿瘤壁的壁面切应力分布曲线走势基本相似,所不同的是两者的切应力数值特别是在瘤颈附近存在较大差异。通过分析阐明弹性壁模型更加符合临床与病理生理实际。研究结果对于分析动脉瘤形成、生长破裂以及预后有重要的临床应用价值。