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《面向医学应用的血流动力学数值模拟_动脉中的血流》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第卷第期北京工业大学学报年月面向医学应用的血流动力学数值模拟动脉中的血流乔爱科,刘有军(北京工业大学生命科学与生物工程学院,北京102002):、、、摘要针对主动脉弓S形弯曲动脉颈动脉腹主动脉等几种典型动脉的血流动力学数值模拟结果进行了分,、、析和探讨对动脉狭窄及其旁路移植管搭桥术动脉瘤及其血管内支架治疗主动脉夹层及其旁路搭桥术等血流动力学进行了讨论.研究结果表明,血流动力学不仅在动脉病变的发生和发展过程中起着决定性的作用,而且是外科医生在心血管疾病的手术和介入治疗等过程中必须充分考虑的因素.:;;;关锐词心血管系统心血管手术血流动力学计算流体力
2、学::A:0254一0037(2005)02一0189一08中圈分类号Q66文献标识码文章编号、、,血液循环过程包括血液流动血细胞和血管的变形血液和血管的相互作用等其中均蕴藏着丰富的力学规律.血流动力学因素在动脉疾病形成、发展和治疗中起着重要作用.动脉中的血流动力学研究一直是生物力学和生物医学工程研究的热点.研究表明,血流动力学因素,如壁面切应力(WS)、壁面切应、、,、、力梯度(WSG)流动分离二次流等对动脉血管内皮细胞损伤动脉内膜加厚内膜平滑肌细胞增生和、一.〔`3]内膜结缔组织接合以及聚集单核血细胞血小板和巨噬细胞等都有重要影响利用计算流体
3、力学(CFD)的数值模拟方法研究心血管系统的血流动力学机理已经越来越受到人们的重视.其原因是,无论是动物实验还是人体实验,都存在许多困难和风险,成本和花费也很高.实验中所,、,,、、能得到的流动参数是极其常规和有限的如仅限于速度压力等更为复杂的流动参数如速度矢量流线壁面切应力等就得不到了〔4].随着高性能电子计算机硬件以及软件的研发,利用数值模拟方法可以较为方便地、有针对性地研究某些特定几何和力学因素对血流动力学的影响.血流动力学数值模拟主要目的是揭示动脉血流动力学因素与动脉粥样硬化、动脉瘤等动脉疾病之间的关系.特别是当在体或离体实验研究不可行时
4、,数值模拟就成为唯一的可行手段.虽然仅仅依靠血流动力学的数值模拟结果,还不能完全,解释有关动脉疾病但这些数值模拟结果的确有助于人们更好地理解动脉疾病发生和发展的生理和病理基础5[一6].1典型动脉的血流动力学数值模拟动脉粥样硬化总是呈现高度的病灶性而无明显的个体差异,即动脉粥样硬化早期的斑状沉积大都会发生于冠状动脉、颈动脉、腹主动脉、股动脉等复杂流动区域,而其他动脉中则不发生或基本不发生这样的病变.动脉瘤常常发生在腹主动脉或为大脑供血的小动脉中,在肢体动脉中从不发生这样的病变.这些、、,病变部位的血液流动常常伴随着流动分离回流二次流等复杂流动现象
5、而这些复杂流动全部是由动脉的分岔、弯曲等引起的4[].因此,这些病灶部位的局部血流动力学因素在动脉病变的发生和发展过程中起着决定性的作用.一.:11一06收稿日期2006.:;10772010,基金项目北京市自然科学基金资助项目(3062003)国家自然科学基金资助项目(30470450).:19一,,,作者简介乔爱科(67)男山西平定人副教授北京工业大学学报年主动脉弓内的血流,,一些研究人员在研究主动脉弓内血液流动间题时都将主动脉弓简化为环向弯曲l80’的圆管而没一.,、有考虑升主动脉和降主动脉对主动脉弓内血液流动的影响[,8]事实上将升主动脉
6、主动脉弓和降主动脉联系起来研究血液流动,能更客观地反映血液在弯曲动脉中的实际流动情况.文献【9]将三者联系起来,对发展中的生理性血液脉动流进行了研究.研究结果表明,在主动脉弓内侧壁处同时存在主流方向和二次流方向的回流,此处容易形成涡流,引起供氧不足而使内皮细胞受损.主动脉弓内侧壁比外侧壁的壁面切应力具有更强的脉动性.在强烈的交变应力作用下,内皮细胞极易产生疲劳损伤.此结果对研究其,他弯曲血管(如冠状动脉等)血液流动问题有借鉴的意义并有助于更好地研究弯曲动脉中血液流动现象与动脉粥样硬化之间的关系.1.25形育曲动脉内的血流,,对弯曲动脉内的血流动力
7、学问题已经有大量深入的研究比如chang和Tarben对弯曲动脉中充分发展的正弦型和脉动型血流进行了研究[`”],然而对s形弯曲动脉中的流动问题还没有很好地研究.一些小动脉(如冠状动脉和颈动脉)的几何形状在局部也有近似S形弯曲.文献【11]考虑了具有不同直径的、,,ee大小2种S形弯曲动脉模型对其中的血液流动进行了数值模拟目的是对lBakmor手术和主动脉弓及其他动脉的外科修复手术进行血流动力学分析.通过对流场的比较分析发现,S形弯曲动脉中的血液流动呈现复杂的回流和二次流、压力和壁面切应力变化剧烈等特点.5形弯曲动脉中的这些血流动力学特征都会影响
8、到动脉内皮的功能、内皮与底层结缔组织的连接以及内膜增生等.因此可以认为,在利用人造或自体血管修复和旁路狭窄动脉的手术中应避免形成S形弯曲
