人体肺部气道树中的空气流动仿真计算

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1、硕士学位论文ＴＨＥＳ＇ＩＳＦＯＲＭＡＳＴＥＲＳＤＥＧＲＥＥ论文题目人体肺部气道树中的空气流动仿作者张白桦学院中荷生物医学与信４？工程学院专业生物医学工程指导教师齐守良副教授备汴二一二零六年丨分类号密级ＵＤＣ学位论文人体肺部气道树中的空气流动仿真计算作者姓名：张白桦指导教师：齐守良副教授东北大学中荷生物医学与信息工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：生物医学工程１论文提交日期：２０１６年１２月１日论文答辩日期：２０１６年１２月４曰学位授予日期：答辩委员会主席：

2、李宏评阅人：李宏、于兵东北大学２０１６年１２月ＡＴｈｅｓｉｓｉｎＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＡｉｒｆｌｏｗｓｉｎＨｕｍａｎｐｕｌｍｏｎａｒｙａｉｒｗａｙｔｒｅｅＢＺｈａｎＢａｉｈｕａｙｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ．ＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓｓｏｒＱｉＳｈｏｕｌｉａｎｇＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１６独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研宄成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过

3、一的研宄成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢〇？学位论文作者签名．日期：ａ％学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期

4、东北大学硕士学位论文摘要人体肺部气道树中的空气流动仿真计算摘要—随着医学影像技术的发展，利用多排ＣＴ次扫描就可获得高分辨率的薄层图像成，这为利用连续完整的ＣＴ图像进行气道树的三维提取提供了强有力的支持为可能，也使使用计算流体动力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａ丨ｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）对气道进行空气流动的流动特性分析成为可能。目前临床上使用的肺功能检查，虽然可以得到呼吸的部分参数，但是很难获得空气在人体气道树内流动的具体情况。本文使用的计算流体力学可以更好的研究人体气道树内具体的流动细节。在本文的研究中，，将从ＣＴ图像中提取出下呼吸道的主

5、气管和支气管并建立３Ｄ模型，根据潮气量确定入口流速，使用层流模型计算出气管内气体流速、壁面压力、壁面剪切应力、流量分布等参数，同时分析角度，入口流速等参数对气道树内空气流动的影响。真实模型的重建使用的是１ｍｍ断层的ＤＩＣＯＭ格式的ＣＴ断层图像，将图像导入Ｍｉｍｉｃｓ软件分割，之后导入Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件进行格式转化，之后设置网格、出入口等，最后导入ＡＮＳＹＳＦｌｕｅｎｔ。，本文针对三例健康研究对象为了观察肺部疾病对气流的影响、六例气管支气管疾病（ＴｒａｃｈｅａｌＢｒｏｎｃｈｕｓ）患者和五例间质性肺疾病（ＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌＬｕｎｇＤｉｓｅａｓｅ

6、）患者，提，。取模型并计算出模型中的速度和压力的分布，然后同健康研究对象模型进行相比找到健康模型和病患模型之间的差异。判断这些疾病对各项力学参数的影响。同时三个健康研宄对象的气道树模型被用于研究不同颗粒直径的颗粒对沉降的影响，三例模型在稳定入口的情况下注入不同粒径的颗粒并观察之间的异同。结果表明，和截断的模型相比完整模型更稳定更加接近于真实情况，这也说明了在分析中提取更多级气管是必要。同时，证明了使用速度出口模型和入口速度模型在数值相似的情况下所得结果相差不多。在气管性支气管患者的异常支气管处会出现高的气流，而且可能导致左右主支气管截面减小流速。肺间质疾病

7、患者的分析可以知道炎症可能导致图像分割不完整。颗粒沉降分析中发现颗粒直径对颗粒在气道表面的沉降有很大的影响，比较大粒径的颗粒沉降效率比较高。，总体上说总之，计算流体力学分析可以提供更多的定量化空气流动的参数，这些定量化信息可以将人们认识病理情况下通气功能的改变，，同时通过患者的气道树模型和正常人的一气道树模型进行对比，对揭示些疾病的发病机理有很大帮助。关键词：ＣＦＤ：颗粒沉降：人体气道树；间质性肺疾病：气管支