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顶端动脉瘤的血流动力学数值模拟压力分析
目的探讨顶端动脉瘤的血流动力学特点,分析动脉瘤的生长、破裂的可能机制.方法采用计算瘤体力学(CFD)软件结合顶端动脉瘤的医学影像,对动脉瘤内血液流动行数值模拟.结果流场压力呈周期性变化,压力剧烈变化的时间窗为0～0.62T(T为周期),与速度剧烈变化时间窗一致;动脉瘤内各处压力周期变化与流场的周期变化一致;每一个具体的时刻,流场压力分布不均衡.结论压力是动脉瘤破裂的危险因子之一,压力急剧变化的时间窗是0～0.62T,与流场速度急剧变化窗一致,是动脉瘤破裂的的危险窗.每一个时刻动脉瘤流场内压力分布不均衡.CFD数值模拟是一种反映动脉瘤血流动力学较好的方法,能为动脉瘤的病理生理机制和临床治疗提供较好的帮助.
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全髋关节置换术生物力学有限元分析的研究进展
有限元法(finite element method,FEM)是在工程科学技术领域广泛应用的解析方法,是解决复杂工程学问题的必备工具之一.对人体力学行为进行自限元数值模拟已成为深化对人体认识的一种有效手段,通过对实验条件的控制,更准确地模拟体内的力学情况,已显示出极大的优越性.
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兔腹主动脉狭窄血流动力学模型参数
目的：研究两种动脉狭窄模型下血管血流动力学参数，为临床评估动脉狭窄恶化程度提供参考。方法：根据动脉狭窄影像学的特点用计算机辅助设计技术（CAD）建立两种不同狭窄模型，采用计算流体力学（CFD）方法，在周期性脉动速度入流，刚性壁面及血液为牛顿流体的条件下，对一个心动周期内狭窄部位的流场进行数值模拟分析研究。结果和结论：动脉狭窄处近心端血流速度变大，剪切力变大，容易使狭窄处出现血栓，远心端血流速度降低，剪切力降低更容易加速狭窄的发展。
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人颈动脉分叉模型流场分布的数值模拟
目的 实现不同流速下人颈动脉分叉模型中流场分布的数值模拟.方法 依据实验应用的人颈动脉分叉模型,采用Gambit软件建立了数值模拟应用的颈动脉分叉几何模型.应用FLUENT 6.0软件分别计算不同流速下颈动脉分叉模型内血管壁面切应力分布.结果 在人颈动脉分叉模型内的颈总动脉区域,无论流速如何改变,其切应力分布大致均匀.颈内动脉窦(internal carotid artery sinus,ICAS)的外侧壁存在明显的低切应力区域,并且随着流速的增加,低切应力区域的范围明显减小.结论 低血管壁面剪切应力是动脉粥样硬化发生的危险性血流动力学因素.
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基于格子玻尔兹曼方法的冠状动脉血流储备分数无创计算研究
为探讨格子玻尔兹曼方法(LBM)在基于电子计算机断层扫描(CT)的冠状动脉血流储备分数(FFRCT)无创计算中的应用,以一个局部狭窄圆管模型和两个冠状动脉分支模型为研究对象.基于开源代码库(Palabos),在集成开发环境(Codeblocks)中改进相应算法程序.基于LBM对以上模型的FFRCT进行数值模拟,并将数值模拟的结果与有限元分析软件ANSYS数值模拟的结果进行对比分析,以验证LBM数值模拟冠状动脉FFRCT的可行性.结果表明,LBM数值模拟冠状动脉FFRCT与有限元分析软件ANSYS模拟的结果相对误差在1％左右,验证了LBM数值模拟冠状动脉FFRCT可行性.本研究的模拟计算为后续开发冠状动脉FFRCT应用软件提供了技术支持,为临床冠状动脉FFRCT的计算奠定了基础.
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位姿对支架虚拟释放结果影响的数值模拟研究
目前关于血管支架扩张的有限元分析并未将支架释放位姿这一因素对扩张结果的影响考虑在内.本研究利用Pro/E软件建立了支架和血管模型,通过ABAQUS软件构建了5种有限元装配模型,分别为0度无偏心模型、3度无偏心模型、5度无偏心模型、0度轴向偏心模型和0度径向偏心模型,分为角度和偏心两组实验进行扩张模拟.计算了各模型的轴向缩短率、径向回弹率、狗骨头率等力学参数,通过比较分析,得出支架虚拟释放时的角度、偏心对数值模拟的影响.计算得到5种模型支架扩张后的残余狭窄率分别为38.3％、38.4％、38.4％、35.7％、38.2％.研究表明位姿对数值模拟结果的影响较小,在对结果精度要求不高的情况下可以忽略这种影响,采用0角度无偏心的基本模型进行扩张模拟.
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不同弹性模量人工软骨对缺损软骨修复区细胞力学环境影响的研究
应用有限元软件COMSOL建立关节软骨固液双相模型和细胞微观模型,跨尺度研究在生理载荷作用下不同弹性模量的人工软骨修复缺损时,宿主软骨各层细胞的力学环境和液相流场.模拟结果表明,均一弹性模量的人工软骨对不同层区细胞微环境的影响规律不同.随着人工软骨弹性模量增大,浅表层、中间层细胞应力增大,深层细胞应力减小.人工软骨植入改变了中间层、底层软骨的流场方向和营养供给方式,可能会造成软骨细胞营养供应障碍.上述影响可造成修复结果不确定.通过对跨尺度软骨细胞有限元模型进行仿真分析,可定量地评价宿主软骨各层细胞的力学环境,有助于更准确地评估软骨缺损修复的临床效果.
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两级轴流血泵基于血液损伤的数值分析
植入式微型轴流血泵工作时的高叶轮转速会增加血液损伤的风险.本文试图通过将轴流血泵设计成两级的方式来减小发生溶血和血栓的风险.本文对两级及单级轴流血泵在进口流量5L/min、出口压力100 mm Hg的工况下进行数值模拟,并对比了溶血程度及血小板活化程度.研究结果显示,两级轴流血泵溶血程度优于单级设计,而血小板活化程度差于单级设计.在溶血程度和血小板活化程度的指标上,两级低-高扬程叶轮组合血泵设计优于两级等扬程和两级高低扬程叶轮组合血泵设计.在降低植入式微型轴流血泵的血液损伤风险方面,本文的研究结果可为其提供一定的理论基础和新的设计思路.
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肝右静脉与下腔静脉的夹角变化对下腔静脉隔膜发生的影响
本文利用计算流体力学方法来探讨肝右静脉与下腔静脉之间夹角的变化对布-加综合征下腔静脉隔膜发生机制的影响.运用Mimics软件对临床磁共振成像(MRI)血管造影下腔静脉、肝右静脉、肝中静脉、肝左静脉断层图像进行三维数字化重建,将重建模型导人3DMAX软件分别构建肝右静脉与下腔静脉之间夹角为30°、60°、90°和120°的模型.结合相关临床参数计算得到模型壁面剪切应力场、壁面压强场、速度场等分布特征.应用SPSS统计学软件分析,结果表明下腔静脉与肝右静脉的夹角不同,对应的壁面压强及壁面剪切应力存在显著差异且具有统计学意义(P＜0.05),下腔静脉隔膜阻塞的形成与夹角的变化有一定的相关性.
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不同角膜温度下人眼前房热传递的数值模拟
重建人眼前房三维模型,探究不同角膜温度对前房热传递过程的影响.基于正常志愿者的光学相干断层扫描影像,采用UG参数化造型的方法对人眼前房进行三维建模,并用有限体积分析方法对不同角膜温度下整个前节的热传递和房水流动过程进行数值模拟.结果显示角膜温度对前房热传递和房水流动有显著影响:前房温度呈线性分布,沿瞳孔轴对称,温差越大则对称性越差;房水在低温侧上浮,在高温侧下沉,呈涡流样流动,温差越大则流速越快;角膜、晶体和虹膜的热通量主要受房水流速影响,流速越快则上述壁面热通量绝对值越大.基于光学相干断层扫描影像的人眼前房数值模拟切实可行,研究结果有助于深入认识角膜温度差异在前房热传递和房水动力学中的重要作用.
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持续正压呼吸机压力发生器内部流场的数值模拟
呼吸机的噪声问题一直是呼吸机发展至今重点研究的课题.众多资料表明,在呼吸机的噪声控制上,国内与国外先进水平相比仍有较大差距.本文与上海医疗设备股份有限公司合作,应用专业的计算流体动力学(CFD)软件FLUENT,选取标准k-ε湍流方程模型和SIMPLE算法,对家用持续气道正压(CPAP)呼吸机的压力发生器内部流场进行数值模拟,并对模拟结果进行分析讨论.结果表明,该CPAP呼吸机压力发生器蜗壳部分有局部回流现象,叶轮部分流场速度出现局部不均匀,叶轮进口处存在局部负压,易导致噪声产生,影响整机性能,因此其设计有待改进.
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数值模拟鼻甲的切除对鼻腔内气体流场的影响
量化研究鼻腔结构的变化对鼻腔内气体流场分布的影响.通过CT图像对鼻腔结构进行三维重建并用有限元方法对气体流场进行数值分析.对重建的鼻腔模型的一侧,分别去掉部分中鼻甲和部分下鼻甲并用有限元方法再次进行数值分析,将得到的结果与原始模型进行比较.观察气体流场分布的变化,在两侧鼻腔的流量分布均有变化,在去掉部分鼻甲的一侧流场和气压的分布也有所改变.通过数值模拟,我们量化的显示了鼻腔结构的变化对鼻腔内气体流场分布的影响.
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形状记忆合金心血管支架自扩张过程的数值模拟与支架的"优化网格"
血管内支架作为治疗心血管疾病临床应用中重要的医疗器械,其主要变形过程是支架在血管中的膨胀过程.这个重要的变形特征对应并影响着支架不同的两个力学技术指标:变形与应力.所以本研究的主要目的就是研制和开发具有自主知识产权的血管内支架产品,并利用有限元技术对NiTi自扩张血管内支架的结构进行优化设计.利用有限元分析软件ANSYS建立了以NiTi形状记忆合金为材料模型的血管支架的三维有限元仿真模型.结合支架外形尺度、网格形状等其它影响因素,对支架在血管中的自膨胀过程进行了数值模拟分析.通过对比两种具有类似网格结构支架的性能,提出血管支架"优化网格"的概念.
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人体呼吸道的二级及三级支气管内吸气流动的数值研究
呼吸系统的主要生理机能是在大气和血液之间交换氧气和二氧化碳,其生理过程与呼吸道内的气体流动和输送有密切关系.本文利用数值模拟方法对呼吸道内二级及三级支气管模型内的吸气过程进行数值研究,研究表明:二级支气管的计算结果与现有的实验值吻合很好;在三级支气管内,当人体处于正常吸气流量下,支气管内未发生任何分离现象,但流道几何形状的弯曲和分岔使支气管内出现强烈的二次流现象,主流速度出现倾斜分布及m-型分布特征,从而加大了分岔管内侧壁面及前后侧壁面上的切应力;在三级支气管的末级管内,流量分流不均匀,在计算条件下,中部支气管内的流量与侧部支气管内的流量之比为1.2.
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血管狭窄下游流场边壁压力分布的模型实验和数值模拟
针对低切应力不能完全解释狭窄下游流场内病变和病变严重程度分布的规律,本研究在已经建立的狭窄体外流体力学特性实验研究模型上,对流体力学的另一重要因素--压力进行检测,结合数值模拟的方法对其分布及分布变化规律进行深入研究.结果显示:模型实验检测和数值模拟计算结果一致性良好;狭窄下游流场出现显著的压力下降,低压力的分布区域与心血管狭窄病变的分布区域及其严重程度之间有高度的相似.研究提示:数值模拟计算可应用于微观流场的流体力学特性研究;狭窄下游流场低压力的分布和变化可能是低切应力之外导致局部血管边壁损伤的又一重要流体力学因素.
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主动脉弓内脉动流的有限元分析
将升主动脉和主动脉弓联系起来研究发展中的血液流动问题,给出了血液流动的理论模型、边界条件以及计算条件;根据生理脉动流条件,对狗的升主动脉和主动脉弓内血液流动进行有限元数值模拟,并对计算结果进行了可视化分析.
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颅脑撞击伤时脑组织内动态应力场的数值模拟
探索颅脑撞击伤的力学机理，采用数 值模拟的方法对撞击过程中颅脑内应力场的形成和发展进行了数值模拟。 撞击载荷垂直撞 击头颅的过程可以描述为一个平面二维问题，通过二维有限差分法(FDM)进行数值模拟和分 析。该结果可为研究颅脑撞击伤的致伤机理及其救治和防护提供重要的理论依据。
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可吸入颗粒物在人体呼吸系统沉积的数值模拟与实验研究进展
可吸入颗粒物在人体呼吸系统沉积是很多呼吸系统和心血管疾病的主要诱因.通过建立计算机或体外实体模型研究颗粒物在呼吸系统内的沉积规律,对相关的疾病预防与治疗有着重要意义.本文将目前学者们对各种模型的上呼吸道及肺腺泡区的可吸入颗粒物沉积研究结果进行了总结分析,阐述了这些研究结果在疾病成因分析、吸入给药治疗等方面的应用.在此基础上,本文提出了现有研究存在的问题及应用局限性,并指出了未来重点研究方向,对于指导可吸入颗粒物沉积模拟、实验和应用方面进一步系统和深入的研究具有较大的参考价值.
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左心辅助装置流入管道不同头部结构的数值模拟
头部结构是决定左心辅助装置(LVAD)流入管道优劣的关键结构,流入管道头部结构对心室及管道内的血液相容性和流入管道插入心尖后的流入口吸壁堵塞影响很大.本文设计了四种不同头部结构的流入管道,建立了这四种临床上使用较多的流入管道插入心尖的数值模型,用流体力学软件Fluent计算流入管道的血流动力学特性,并对四种管道的回流、涡流等流动情况和压力分布情况进行了研究.结果表明喇叭口状流入管道的流速分布均匀,无回流和低速流动区,血液相容性好,喇叭口状结构还可防止吸壁堵塞的发生；笼状结构的流入管道涡流较严重,容易产生血栓,且心室壁处的低压极易引起心室塌陷.喇叭口状流入管道的血液相容性好且不易发生吸壁,适用于长期使用的LVAD.
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分岔动脉血管内灌注药液时的药物浓度分布
建立了分岔动脉血管二维几何模型和动脉血流平均流速脉动流模型.对分岔动脉血管脉动血流的动力学状况和匀速进行药液注射进行了数值模拟,获得用导管注射药液时的血液流场的变化情况和药液在血液流场内的周期分布.计算结果表明,所建立的几何模型和血液平均流速脉动流模型可以较好地分析解释了临床上所观察到的血流动力学现象和药液传输现象,能够反映出分岔动脉血管脉动流的传质特点.这不但为实施进一步数值模拟提供了可靠的前提,而且本文的计算结果对优化血管性介入治疗等也提供了血流动力学依据.
