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对称狭窄情况下的动脉血液流动和大分子传质
本文针对动脉狭窄的情况,采用数值方法求解了定常/脉动流场和低密度脂蛋白(LDL)/血清蛋白(albumin)的浓度分布.主要结果是在壁面剪应力小而变化又剧烈处,LDL/albumin)的壁面浓度高.这说明依赖于流动的大分子聚积对动脉硬化和内膜增生的位置起重要作用.
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基于对比增强流场的2型糖尿病患者颈动脉窦区壁剪应力分布分析
目的 采用对比增强流场(CEFF)技术观察2型糖尿病(T2DM)患者颈动脉窦区壁面剪应力(WSS)的分布规律.方法 选取47例T2DM患者和25名健康志愿者(对照组),并根据颈总动脉内中膜厚度(IMT)将T2DM患者分为IMT正常组(n=21)和IMT增厚组(n=26),采用CEFF分析软件,计算颈动脉窦区WSS,绘制相应WSS空间分布图,记录颈内动脉起始段后壁WSS值并进行统计学分析.结果 3组颈动脉窦区均存在两个低WSS区和一个高WSS区:颈总动脉远端至颈内动脉起始段后壁存在大范围低WSS区,颈总动脉远端前壁存在小范围低WSS区,颈内动脉起始段前壁为高WSS区.IMT正常组[(3.39±0.60)dyne/cm2]和IMT增厚组[(2.58±0.46) dyne/cm2]患者颈内动脉后壁WSS值均较对照组[(3.74±0.53)dyne/cm2]显著减低(P均＜0.05);IMT增厚组较IMT正常组减低(P＜0.05).结论 CEFF图像技术可初步定量检测动脉WSS,有望早期、可视化评估颈动脉硬化.
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利用血流剪应力定量分析软件评价颈动脉粥样硬化
目的 应用血流剪应力定量分析软件,与传统Hagen-Poiseuille公式法进行比较,分析健康颈总动脉与内中膜增厚处颈总动脉壁面剪应力(WSS),探讨血流剪应力定量分析软件评估颈动脉WSS值的价值.方法 运用剪应力定量分析软件分析50名健康体检者(健康组)和50例颈总动脉内中膜增厚(厚度为1.0～1.3 mm)患者(增厚组)颈总动脉多普勒血流图像,以Matlab为软件平台绘制血流剪应力二维空间分布图、三维空间分布图及剪应力融合图像,计算颈总动脉WSS分布均值(WSS值),并与Hagen-Poiseuille公式计算结果进行比较.结果 健康组血流剪应力定量分析软件计算所得颈总动脉WSS值为(6.91±1.20) dyne/cm2,Hagen-Poiseuille公式法结果为(7.13±1.24) dyne/cm2 (P＞0.05);增厚组两种方法计算得出的颈总动脉WSS值分别为(2.87±0.59)dyne/cm2、(3.12±0.65)dyne/cm2,差异无统计学意义(P＞0.05),均显著低于健康组(P＜0.05).结论 利用血流剪应力定量分析软件可以准确、快捷地评估动脉血流WSS.
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颈总动脉内中膜增厚患者低壁面剪应力分布的探讨
目的 采用血流剪应力可视化定量分析软件,分别测定健康人和内中膜增厚患者的颈总动脉壁面剪应力(wall shear stress,WSS),分析WSS的空间分布规律.方法 提取50例健康人(健康组)和50例内中膜增厚患者(增厚组)颈总动脉彩色多普勒血流图像DICOM文件,运用血流剪应力可视化定量分析软件绘制颈总动脉WSS二维空间分布图、三维空间分布图和WSS数据,进行图像和数据分析.结果 健康组WSS的变化范围在4～14 dyn/cm2之间(1 dyn=10 5N),增厚组WSS的变化范围在2～6dyn/cm2之间.增厚组WSS平均值[(2.87±0.59)dyn/cm2]显著低于健康组[(6.91±1.20)dyn/cm2],差异具有统计学意义(t=17.828,P=0.000).结论 内中膜增厚患者颈总动脉局部产生了低WSS区,说明局部血流动力学的改变引起的WSS降低与颈总动脉内中膜增厚有关.
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家兔颈动脉粥样硬化壁面剪应力分布及作用的探讨
目的 探讨家兔颈总动脉粥样硬化(AS)发病过程中动脉血管壁上壁面剪应力(WSS)的分布及其对AS进程的影响.方法 24只新西兰大白兔随机分为对照组(正常饲料喂养,12只)和实验组(采用空气干燥加高脂饮食制造AS模型,12只).空气干燥术后2、4、8、12周采用彩色多普勒超声及血流剪应力定量分析软件测定血流动力学参数,分别于术后第4、8、12周处死实验组兔4只,处死前检测血脂,并做病理切片观察颈动脉病变的形态特征,对照组兔在第4周全部处死,获得相应的数据,进行对照分析.结果 实验组的各项血脂指标呈不同程度的升高,与对照组比较差异具有统计学意义(P＜0.01).实验组从实施手术开始至术后4周,颈总动脉低WSS数目的分布增加,实验组左侧颈总动脉内约45％的WSS集中在0.2～0.4 N/m2,右侧约36％,左侧颈总动脉WSS降低的速度比右侧进展快.至术后8～12周,实验组颈总动脉低WSS分布反而减少,而高WSS血流点数目增加,实施干燥术后12周,实验组颈总动脉管壁逐渐僵硬、增厚,脂质沉积增加,平滑肌移行增殖,胶原增生,弹性降低,实验组左侧颈总动脉AS程度重于右侧.各项实验结果均证实实验组出现较典型的AS改变.结论 随着AS进程的延长,实验兔颈总动脉局部WSS逐步降低,低WSS进一步刺激血管内皮细胞增生,出现颈总动脉内中膜增厚及血管重构,提示颈总动脉WSS减低与动脉AS的形成有关.
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冠状动脉支架在弯曲血管中的血流动力学分析
背景:目前在支架植入的血液动力学仿真中,模拟的血管通常是直的,弯曲血管则没有被考虑.为使仿真结果具有可靠性,仿真的模型应更接近于实际情况.目的:对弯曲血管内支架再狭窄率进行研究,建立更接近人体实际情况的弯曲血管模型,解释临床上弯曲血管内支架再狭窄率相对较高的现象.方法:利用Creo5建模软件建立了冠状动脉支架的三维实体模型.借助于Ansys18.0有限元仿真软件通过布尔运算建立了弯曲冠状动脉(30°,45°,60°)支架的血液流场模型(弯管-支架流场),同时为了便于比较,建立了相同支架下直冠状动脉和支架的血液流场模型(直管-支架流场).通过流体仿真研究,对比相应的低壁面剪应力区WSS,即WSS<0.5 Pa时所占比例大小和流阻大小R.结果与结论:①模型中无支架部位的壁面剪应力基本一致,均在0.5-1.0 Pa,且无论是在直管-支架流场模型还是在弯管-支架流场模型中,低WSS值都分布在支架筋的侧面区域;在弯管中,支架末端多出现了大面积的低WSS区域;②在直管-支架模型中,WSS<0.5 Pa面积占总面积的百分比为16.14%,在30°,45°,60°弯管-支架模型中,WSS<0.5 Pa面积占总面积的百分比依次为25.21%,28.65%,26.63%,均大于直管内支架,即弯曲血管内支架再狭窄率相对较高;③所有弯管-支架模型中WSS的分布基本一致,与曲率无关;④弯管-支架模型(30°,45°,60°)流阻均大于直管-支架模型[1.50,1.82,2.17,1.03 N?s2/(kg?m)];⑤结果表明,弯曲血管内支架再狭窄率相对较高.
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生物可降解血管支架的血流动力学数值模拟
背景:支架的植入不仅会引起血管的适应性改变,而且会造成支架段血管内血流动力学的变化,包括血管壁面剪应力和扰动流的产生等.目的:利用数值模拟的方法对支架段血管的血流动力学进行评估,为支架结构设计的优化提供理论依据.方法:通过三维建模、血管支架耦合、网格划分、设定边界条件等方法实现对支架段血管的血流动力学进行模拟研究,评估并比较6种不同支架模型的壁面剪应力变化趋势.结果与结论:每个点的壁面剪应力随时间变化规律与入口速度的变化规律基本一致,各点的壁面剪应力随着入口速度的增大而增大,当入口速度达到峰值,各点的壁面剪应力也达到或接近峰值;随着入口速度的减小而减小,当入口速度达到谷值时,各点的壁面剪应力也达到或接近谷值,此变化规律不受支架模型结构变化的影响.同一个支架模型中,各点壁面剪应力的小值均小于0.5 Pa,它们在每个心脏周期内低于0.5 Pa的时间长短不等.不同支架模型中,由于支架结构的不同,每个心脏周期内壁面剪应力低于0.5 Pa的点数量不等.结果表明,壁面某个点的血管壁面剪应力与入口速度呈正相关,在一个心动周期某些时刻,支架段内出现壁面剪应力低于0.5 Pa的区域为内膜增生易发区,应尽量减少这种低壁面剪应力的区域.
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预防再狭窄的冠状动脉支架的研究进展
针对冠状动脉支架植入后的再狭窄问题,分析得出血管损伤、血流动力学形态的变化和血管壁面剪应力的下降或振荡而引起的内膜增生和血栓形成是再狭窄的主要成因.文中对显著影响再狭窄的材料的生物相容性、支架表面处理、支架结构设计和血流动力学分析等关键技术进行了综述,重点从体内实验、体外实验和计算流体动力学(CFD)等方面介绍了支架植入后血流动力学情况的研究现状.后描述了作者所在实验室提出的定量研究支架血管耦合系统力学行为的CFD模型和实验方法.
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弯曲血管可渗透边界条件传质计算
本文用数值模拟的方法研究了血管壁为可渗透的情况下弯曲血管的传质问题.在不同的Dean数下,10≤De≤10800,计算了弯曲血管内的二次流函数场、轴向速度场和剪应力沿管壁分布的情况.计算求得了在不同Dean数和Peclet数下,其中10≤De≤2000,1≤Pe≤4,在可渗透边界条件下弯曲血管内的浓度场分布,并分析了诸如壁面剪应力及跨壁流量等参数对浓度分布的影响.
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高血压患者颈总动脉壁面剪应力与颈动脉内-中膜厚度的关系
目的 探讨高血压患者颈总动脉壁面剪应力(WSS)与颈总动脉内中膜厚度(IMT)的关系及其WSS的分布.方法 选取42例健康者(对照组)和83例高血压患者颈动脉的彩色多普勒血流图像,其中高血压患者依颈总动脉IMT分为IMT正常组(33例)和IMT增厚组(50例),采用血流WSS可视化定量分析软件绘制颈总动脉WSS三维空间分布图,分析高血压患者颈总动脉WSS的空间分布特点.结果 高血压组无论IMT是否增厚,其颈总动脉WSS均比对照组低,差异有统计学意义(P＜0.05).IMT增厚组颈总动脉WSS较IMT正常组低[(2.87±0.59) dynes/cm2 vs.(4.26±1.18) dynes/cm2,P ＜0.05].高血压患者IMT增厚组中IMT与WSS呈负相关(r=-0.76).结论 高血压患者在IMT增厚前颈总动脉WSS已开始下降,WSS可成为动脉粥样硬化早期病变的监测指标.
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急性缺血性脑卒中患者颈动脉窦部斑块周围壁面剪应力的空间分布
目的 用三维壁面剪应力(WSS)空间分布图初步观察分析急性缺血性脑卒中(AIS)患者颈动脉窦部斑块周围WSS的空间分布. 方法 选取20例AiS颈动脉窦部单个斑块(斑块所致面积狭窄≤50％)患者.应用PHILIPS公司iU22彩超仪(L9-3线阵探头)行颈动脉窦部超声检查,采集颈动脉窦部斑块周围彩色多普勒血流成像(CDFI)动态图,应用血流剪应力定量分析软件脱机分析斑块周围选定的3个WSS观察区域(顶部和斑块斜坡近心端、斜坡远心端)的WSS分布情况,并进行定量统计分析. 结果 AIS患者颈动脉窦部斑块周围顶部的WSS均值[(5.75+0.15) dyne/cm2]高于斜坡近心端[(3.05±0.19) dyne/cm2]和斜坡远心端[(3.01±0.15) dyne/cm2] (P＜0.05),双侧斜坡间WSS均值无统计学差异(P＞0.05). 结论 三维WSS空间分布图能可视化、准确定量分析AIS患者颈动脉窦部斑块周围区域的WSS.
关键词： 三维壁面剪应力空间分布图 急性缺血性脑卒中 颈动脉窦部 斑块周围 壁面剪应力 -
健康人群颈总动脉壁面剪应力超声定量分析的方法探索
目的：介绍血流剪应力定量分析软件的研制原理及Hagen-Poiseuille公式计算法，探索健康人群颈总动脉壁面剪应力（WSS）超声定量分析方法。方法采集70例健康志愿者颈总动脉的DICOM格式动态彩色多普勒血流成像（CDFI）图，用血流剪应力定量分析软件计算并绘制其颈总动脉的WSS空间分布图，并与Hagen-Poiseuille公式计算结果对比分析。结果血流剪应力定量分析软件“可视化”地分析了70例健康志愿者颈总动脉的WSS空间分布图，可见管壁附近WSS高于管腔中央，每段管壁的WSS并非完全一样，有高低变化。定量分析右侧颈总动脉的WSS均值为（8.27±1.51）dyne/cm2，左侧颈总动脉的WSS均值为（8.12±1.65）dyne/cm2；用Hagen-Poiseuille公式计算右侧颈总动脉的 WSS均值为（8.34±1.95）dyne/cm2，左侧颈总动脉的WSS均值为（8.38±1.37）dyne/cm2。比较两种方法计算结果，差异无统计学意义（P>0.05）。用Bland-Altman分析两种方法测量颈总动脉WSS的一致性，右侧颈总动脉两种方法的偏倚为0.0695001，左侧颈总动脉两种方法的偏倚为0.316000，双侧颈总动脉的偏倚均较小，表明两种方法的一致性好。结论血流剪应力定量分析软件与Hagen-Poiseuille公式一样能准确、快捷地评估颈总动脉的WSS，并将其可视化，准确显示不同空间位置WSS的变化。
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肱动脉剪应力对血管内皮功能及结构的作用
目的 应用超声多普勒探讨在体肱动脉剪应力对肱动脉内皮的功能与血管结构的影响.方法 分别对正常人及糖尿病患者各40例,采用高频超声测算肱动脉大壁面剪应力(τp)及平均壁面剪应力(τm),测量肱动脉内-中膜(IMT),同时测定血管反应性充血扩张度(FMD%),分析τm与IMT、内皮功能受损的相关关系.结果 内皮功能受损、肱动脉IMT增厚的糖尿病组与正常对照组相比,肱动脉τp与及τm均显著减小(P<0.01).τp、τm与IMT呈明显的负相关(r值分别为-0.76与-0.58,P均<0.001),τp、τm与FMD%呈明显正相关(r值分别为0.73与0.64,P值均<0.001).结论 本研究提示了τm减低对于肱动脉血管内皮结构及内皮功能改变的慢性作用.
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颅内动脉瘤形态与血流动力学的关系
目的 探讨颅内动脉瘤形态与血流动力学的关系.方法 采用计算流体力学软件测量22个动脉瘤的壁面剪应力(WSS)、WSS比值、剪应力集中指数(SCI),同时在DSA上测量动脉瘤的二维参数(大瘤颈、小瘤颈、动脉瘤高度、动脉瘤横径、载瘤动脉直径、大瘤颈/载瘤动脉直径、小瘤颈/载瘤动脉直径、动脉瘤角度),比较并分析颅内动脉瘤形态指标与血流动力学指标的关系.结果 大瘤颈/载瘤动脉直径、小瘤颈/载瘤动脉直径与动脉瘤WSS、WSS比值均呈正相关(r动脉瘤WSS=0.565、0.481,rWSS比值=0.461、0.454,均P＜0.05),动脉瘤角度与SCI呈正相关(r=0.452,P＜0.05).血流动力学指标的逐步回归方程如下:动脉瘤WSS=-55.99+88.99 ratio1(P=0.006),WSS比值=0.048+0.264 ratio1(P=0.031),SCl=-0.691+0.097 angle(P=0.035);式中ratio1为大瘤颈/载瘤动脉直径,angle为动脉瘤角度.按大瘤颈/载瘤动脉直径分为＜1组、1～2组、＞2组,3组动脉瘤WSS、WSS比值差异均有统计学意义(均P＜0.05),其中＞2组均明显高于＜1组、1～2组(均P＜0.05);瘤颈/载瘤动脉直径较大的动脉瘤,其WSS较高,反之较低.按载瘤动脉角度分为＜135°组、≥135°组,两组SCI比较差异有统计学意义(P＜0.05).结论 血流动力学是由动脉瘤形态以及其与载瘤动脉的关系所决定,WSS与大瘤颈/载瘤动脉直径有关,SCI与动脉瘤角度有关.
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颈动脉窦部斑块壁面剪应力的定量分析及其影响因素
目的:利用剪应力分布图绘制软件定量分析颈动脉窦部斑块附近壁面剪应力(WSS)的分布情况及其影响因素.方法:选取本院急性缺血性脑卒中(AIS)患者30例为研究对象,AIS患者行颈动脉超声检查,测量并记录斑块凸入管腔厚度.采集颈动脉窦部斑块彩色多普勒血流成像(CDFI)动态图并利用剪应力分布图绘制软件绘制颈动脉窦部斑块附近的二维、三维剪应力空间分布图.比较斑块肩部近心端与肩部远心端WSS的平均值,分析WSS与斑块厚度的相关性,并利用多元线性回归分析影响WSS变化的因素.结果:剪应力二维空间分布图可见斑块肩部近心端颜色明亮,远心端颜色暗淡.三维空间分布图可见斑块肩部近心端代表WSS值的Z轴波幅较远心端明显增高.斑块肩部近心端的舒张末期WSS为(8.15±2.27)dyne/cm2,远心端为(4.82±0.95) dyne/cm2,近心端WSS显著高于远心端,差异有统计学意义(t=7.440,P=0.000).斑块肩部近心端WSS与斑块厚度呈正相关(r=0.496,P=0.005).多元线性回归分析结果显示,斑块厚度是斑块肩部近心端WSS的影响因素,差异有统计学意义(P=0.005);拟合方程为WSS=-1.746+3.574×斑块厚度,拟合优度R2=0.246.结论:剪应力分布图绘制软件的定量分析结果显示斑块肩部近心端WSS高于远心端,斑块厚度是斑块WSS的主要影响因素.
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一种血管内支架的有限元模型及计算流体动力学分析
支架植入所造成的血栓、血管损伤及其对血流动力学的影响是造成支架内再狭窄的主要原因.我们利用有限元模型与计算流体动力学的方法,分析了一种支架在植入过程中与斑块、血管的相互作用及其对血流情况的影响.结果发现:支架植入后端部发生翘起,这容易损伤血管壁;支架植入模型所对应的即刻回缩率明显高于支架自身的回缩率,其结果分别为12.3%、3.1%;支架壁厚与连接筋设计能够引起血管壁面剪应力的明显变化.这对于血管内支架的设计具有一定的指导意义.
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人体上呼吸道压力和剪应力循环变动形式数值仿真研究
研究上呼吸道内压力和剪应力的循环变动形式,深入认识上呼吸道内气流运动特性,为分析气溶胶在人体上呼吸道内的扩散、转捩以及沉积模式提供科学依据.应用大涡模拟的方法,对人体在低强度呼吸条件下上呼吸道内压力和剪应力进行数值仿真研究,讨论人体口喉模型以及气管支气管内压力和剪应力的分布规律.结果表明:上呼吸道模型内压力梯度变化主要集中在会厌下缘至气管处,压力的小值在吸气中间时刻,约为呼气中间时刻的2倍,且均位于声门后壁处,气管及其分岔处压力梯度变化明显；剪应力变化随气流速度的变化而变化,方向随呼吸循环发生周期性改变.
