Taylor补丁对新型动脉旁路移植流场影响的数值分析

为了研究Taylor补丁对新型(S型)动脉旁路移植术中吻合口处流场的影响，使用数值方法研 究了采用Taylor补丁和未采用该补丁的两个S型旁路移植模型内流场的血流动力学差异. 对 流速、壁面切应力和切应力梯度等参数进行了比较分析. 结果表明，Taylor补丁对吻合口的 流场有显著影响. 采用Taylor补丁的模型其下游吻合口处的流场分布较未采用补丁的模型更 均匀，二次流平均流速减小约34.48%，壁面切应力梯度减小约52.22%，从壁面切应力 梯度方面分析，这将有助于改善血流动力学分布，抑制动脉粥样硬化. 但从壁面切应力值分 析，其动脉底部的壁面低切应力区明显增大，平均壁面切应力值减小30.33%，这又将促 使动脉粥样硬化. 因此，Taylor补丁是否对S型搭桥术具有治疗优越性，仅从血流动力学分 析尚不能定论，配合数值计算结果进行动物和临床实验研究是十分必要的.     

HEMODYNAMIC CHANGES OF THE LEFT CORONARY ARTERY DURING PERCUTANEOUS CORONARY WEI Chijun*, QIU Yue*, FAN Yubo†, PENG Liqing**, ZHENG Tinghui*,2)*

经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention, PCI)是检查和治疗冠心病的常用手段,冠状动脉支架植入过程中可能引发急性血栓的发生。本文通过血流动力学计算探究PCI支架植入手术过程对急性血栓形成的影响。根据真实的冠状动脉计算机断层扫描影像进行建模,在脉动生理血流条件下模拟该手术过程中导丝介入的5个阶段,获得各项血流动力学参数。计算结果表明,导丝介入过程会导致冠状动脉内各项血流动力学参数发生改变,即冠状动脉内血流出现偏心现象,时均壁面剪切力升高,振荡剪切指数下降,粒子相对停留时间降低,横向壁面剪切应力小幅上升,使得血管的内皮细胞暴露在高壁面剪切力的环境下。虽然较短的相对粒子 停留时间、 较小的振荡剪切指数对急性血栓的形成具有阻碍作用,但高时均壁面剪切力与血流偏心对急性血栓形成的诱导作用可能更加明显。     

经皮支架植入过程对左冠状动脉的血流动力学影响

经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)是检查和治疗冠心病的常用手段,冠状动脉支架植入过程中可能引发急性血栓的发生。本文通过血流动力学计算探究PCI支架植入手术过程对急性血栓形成的影响。根据真实的冠状动脉计算机断层扫描影像进行建模,在脉动生理血流条件下模拟该手术过程中导丝介入的5个阶段,获得各项血流动力学参数。计算结果表明,导丝介入过程会导致冠状动脉内各项血流动力学参数发生改变,即冠状动脉内血流出现偏心现象,时均壁面剪切力升高,振荡剪切指数下降,粒子相对停留时间降低,横向壁面剪切应力小幅上升,使得血管的内皮细胞暴露在高壁面剪切力的环境下。虽然较短的相对粒子停留时间、较小的振荡剪切指数对急性血栓的形成具有阻碍作用,但高时均壁面剪切力与血流偏心对急性血栓形成的诱导作用可能更加明显。     

基于医学影像的血流动力学分析

随着计算机成像技术的发展，计算机断层扫描(CT)和核磁共振(MRI)已经广泛应用于临床，特别是血管类疾病的诊断，比如动脉狭窄、血管瘤、血管畸形等。除了可以提供高分辨率的静态图像，先进的MRI技术还可以通过时间序列直接反映血流动力学的变化。而基于计算机成像和三维重建技术，血流动力学的参数又可以通过计算流体力学的方法进行详细的分析。如何将血流动力学参数和临床诊断相结合是近年来在转化医学领域研究的热点。文中将结合文献调研和作者自己的研究工作对基于医学图像的血流动力学分析进行综述，并探讨未来的研究方向。     

血流动力学数值模拟与动脉粥样硬化研究进展

血流动力学因素被认为与动脉粥样硬化等病理改变密切相关。目前血流动力学数值模拟的对象，主要集中于分支动脉、弯曲动脉以及因血管内膜增生而导致的局部狭窄动脉，这些都是动脉粥样硬化多发的病灶部位。精确的血流动力学数值模拟，必须依赖于解剖精确的血管几何模型和生理真实的血流与管壁有限变形的非线性瞬态流－固耦合。只有在“虚拟血液流动”的基础上，综合考虑血管内的壁面剪应力、粒子滞留时间和氧气的跨血管壁传输等多种因素，血流动力学的数值模拟才能真正有助于人们理解动脉粥样硬化的血流动力学机理，才有可能应用于有关动脉疾病的外科手术规划中。     

脑Willis环的一维血流动力学及氧输运特性的数值研究

Willis环是大脑侧枝循环的重要组成部分, 研究其血流动力学特性以及氧输运规律对脑缺血疾病的认知和预防有着非常重要的作用. 该文旨在利用一维血流动力学模型模拟整个Willis环的流量变化和压力分布, 并建立动脉内氧输运的一维模型以模拟Willis 环内氧分压的变化规律, 为研究脑组织内血液流动和氧输运打下基础. 首先, 基于弹性圆管内的一维非线性流动方程和状态方程建立血流动力学模型, 在一维对流扩散方程的基础上, 考虑由管腔向壁面的扩散和壁面细胞的新陈代谢消耗推导出氧输运特性方程. 通过 Lax-Wendroff两步法对血流动力学方程进行离散, 而在进行对流扩散方程的离散时, 则运用迎风格式. 通过数值计算得到了正常情况下Willis环各个血管任意位置的流量、压力和氧分压的变化曲线, 正常情况下各个位置的氧分压处于稳定的平衡状态. 最后, 还通过此模型进一步模拟了右侧颈内动脉狭窄对各个血管内流动的影响. 当狭窄程度达到80%时, 中脑动脉的流量和压力会明显下降, 造成其供应区域的血流减少. 同时, Willis环右侧血管内的氧分压会大大降低, 而左侧血管的氧分压会出现上升趋势, 但幅度要小于右侧血管降低的幅度.     

血流动力学与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化引发的心血管疾病已成为疾病死亡的主要原因，动脉粥样硬化虽是一多因素疾病，但该疾病的局部性现象却与心血管系统的血流动力学特性有关。目前，人们在这一领域的研究重点主要集中于弄明局部应力，特别是流动剪切应力变化对动脉血管生理和病理的影响，本在综述血流动力学因素对动脉粥样硬化的影响的同时，根据实验研究提出了一些新的见解，认为血管内壁脂质浓度极化也是造成动脉粥样硬化的重要因素。     

二次分叉数值分析方法及在多孔介质热对流上的应用

本文给出了数值计算具有Ｚ２对称性和双参数的非线性动力学方程二次分叉问题的具体方法,并用此方法计算了不同长宽比矩形区域内多孔介质热对流的二次分叉点和相应的流场和温度场分布。     

基于医学影像的血流动力学分析

随着计算机成像技术的发展,计算机断层扫描(CT)和核磁共振(MRI)已经广泛应用于临床,特别是血管类疾病的诊断,比如动脉狭窄、血管瘤、血管畸形等.除了可以提供高分辨率的静态图像,先进的MRI技术还可以通过时间序列直接反映血流动力学的变化.而基于计算机成像和三维重建技术,血流动力学的参数又可以通过计算流体力学的方法进行详细的分析.如何将血流动力学参数和临床诊断相结合是近年来在转化医学领域研究的热点.文中将结合文献调研和作者自己的研究工作对基于医学图像的血流动力学分析进行综述,并探讨未来的研究方向.     

Medical image based hemodynamic analysis

随着计算机成像技术的发展,计算机断层扫描(CT)和核磁共振(MRI)已经广泛应用于临床,特别是血管类疾病的诊断,比如动脉狭窄、血管瘤、血管畸形等.除了可以提供高分辨率的静态图像,先进的MRI技术还可以通过时间序列直接反映血流动力学的变化.而基于计算机成像和三维重建技术,血流动力学的参数又可以通过计算流体力学的方法进行详细的分析.如何将血流动力学参数和临床诊断相结合是近年来在转化医学领域研究的热点.结合文献调研和作者自己的研究工作对基于医学图像的血流动力学分析进行综述,并探讨未来的研究方向.     

Numerical investigation of hemodynamics at an end‐to‐side junction with a laterally diffused bypass graft

Intimal hyperplasia (IH) at arterial bypass graft is a major factor responsible for graft failure. Several techniques are used to explain IH formation at the end‐to‐side anastomosis junction. Abnormal hemodynamics contributing to the development of disease at the junction is the one of most common theories. This study describes a means of modifying the area of bypass graft at the junction part. This procedure, called the laterally diffused bypass graft (LDBG), is able to alter the hemodynamics in the end‐to‐side anastomosis. The LDBG model, due to an expansion of the outer curvature in the graft, reduces the velocity on the artery bed, side and top junction walls. The recirculation with velocity vectors on the host artery is significantly altered near the heel region on the host artery. Wall shear stress is decreased by up to 34% on the floor of artery centerline at the peak systole and by 61.9% on the top junction of artery during the systole deceleration. Corresponding time‐averaged wall shear stresses are found to decrease by 40.5%. Secondary flow is observed to be decreased significantly at the distal junction. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

局部狭窄血管中血液振荡流的速度和切应力

本文建立一种分析局部缓慢狭窄血管中血液振荡流的数学模型，给出了血液的轴向流速，径向流速和切应力的包含压力梯度项的解析表达式，并讨论了血管内由局部狭窄引起的压力梯度沿轴向变化的规律。文章以局部余弦狭窄为例进行数值计算，详细讨论上游均匀管段压力梯度的定常部分和不同次谐波对狭窄管段内流速和切应力的影响。数值结果表明，与均匀管情况相比，在狭窄段内，血液振荡流轴向流速无论平均值还是脉动幅值均明显增大，且径向流速不再为零。但径向流速仍远小于轴向流速。同时，切应力也不再仅由轴向流速梯度提供，径向流速梯度也将产生切应力，但是在计算管壁切向上的切应力时，径向流速梯度的贡献仍相当大。与均匀管管壁切应力沿流运方向保持恒定不同。狭窄管管壁切应力（平均值和脉动值）将随着狭窄高度的增大而增大，在狭窄最大高度处达到最大，因而沿流动方向产生了较大的切应力梯度。     

弯曲动脉的血流动力学数值分析

利用计算流体力学的理论和方法对弯曲动脉中的血流动力学进行数值分析，是研究心血管疾病流体动力学机理的一种行之有效的方法。本文将升主动脉、主动脉弓和降主动脉联系起来作为弯曲动脉几何模型，给出了血液流动的边界条件以及计算条件。根据生理脉动流条件，对狗的弯曲动脉几何模型内发展中的血液流动进行了有限元数值模拟，并利用可视化方法对血液流动的轴向速度、二次流、壁面切应力等计算结果进行了分析。研究结果表明，在弯管内侧壁处，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。弯管内侧壁比外侧壁的壁面切应力具有更强的脉动性。     

颈动脉分支的血流动力学数值模拟

采用有限元法数值模拟颈动脉分支的血流动力学。根据在体测量的实际尺寸来构造颈动脉分支的几何模型，以保持模型的解剖精确度；利用在体测量的颈内动脉和颈外动脉流量波形以及主颈动脉的压力波形来确定数值计算的边界条件，以保持数值计算的生理真实性。关注的重点是颈动脉窦内的局部血流形态、二次流和壁面剪应力。在心脏收缩的减速期和舒张期的某些时刻，颈动脉窦中部外侧壁面附近产生了流动分离，形成了一个低速回流区。该流动分离是瞬态的，导致了壁面剪应力的振荡，其振荡范围在-2～6dyn／cm^2之间。同时，颈动脉窦中部横截面内的二次流存在于整个心动周期，最大的二次流速度为同时刻轴向速度平均值的1／3左右。     

Influence of magnetic field and Hall currents on blood flow through a stenotic artery

A micropolar model for blood simulating magnetohydrodynamic flow through a horizontally nonsymmetric but vertically symmetric artery with a mild stenosis is presented. To estimate the effect of the stenosis shape, a suitable geometry has been considered such that the horizontal shape of the stenosis can easily be changed just by varying a parameter referred to as the shape parameter. Flow parameters, such as velocity, the resistance to flow （the resistance impedance）, the wall shear stress distribution in the stenotic region, and its magnitude at the maximum height of the stenosis （stenosis throat）, have been computed for different shape parameters, the Hartmann number and the Hall parameter. This shows that the resistance to flow decreases with the increasing values of the parameter determining the stenosis shape and the Hail parameter, while it increases with the increasing Hartmann number. The wall shear stress and the shearing stress on the wall at the maximum height of the stenosis possess an inverse characteristic to the resistance to flow with respect to any given value of the Hartmann number and the Hall parameter. Finally, the effect of the Hartmann number and the Hall parameter on the horizontal velocity is examined.     

Study on hemodynamics in patient-specific thoracic aortic aneurysm

The objective of this study is to investigate the hemodynamics in patient-specific thoracic aortic aneurysm and discuss the reason for formation of aortic plaque. A 3-Dimensional pulsatile blood flow in thoracic aorta with a fusiform aneurysm and 3 main branched vessels was studied numerically with the average Reynolds number of 1399 and the Womersley number of 19.2. Based on the clinical 2-Dimensional CT slice data, the patient-specific geometry model was constructed using medical image process software. Unsteady, incompressible, 3-Dimensional Navier-Stokes equations were employed to solve the flow field. The temporal distributions of hemodynamic variables during the cardiac cycle such as streamlines, wall shear stresses in the arteries and aneurysm were analyzed. Growth and rupture mechanisms of thoracic aortic aneurysm in the patient can be analyzed based on patient-specific model and hemodynamics simulation.     

外支架对移植静脉力学特性的影响

自体静脉移植是动脉粥样硬化等血管阻塞疾病的主要治疗手段之一,但移植静脉重建引起的再狭窄严重影响通畅率。研究表明,静脉和动脉之间几何尺寸与力学性质的不同以及力学环境的差异是吻合口再狭窄的主要原因。在动脉环境下,静脉桥路被严重扩张,桥路的内半径要比宿主动脉的大很多,这不仅大大提高了桥路管壁中的应力水平,而且也促使吻合口附近涡流的形成。管壁中增高的周向应力和由于涡流引起的紊乱的切应力是静脉桥路再狭窄的主要原因。为了提高静脉桥路的通畅率,外支架的技术日益引起人们的重视。外支架除了可以加强静脉桥路壁强度,降低管壁中的周向应力外,还可以消除吻合口附近的涡流,从而起到保护作用。本文将综述外支架保护静脉桥路的研究历史以及目前现状。     

局部扩张动脉管血液振荡流的切应力分布

本文求解局部缓慢扩张动脉管中血液振荡流的基本方程，得到血管内血液的流速与压力梯度的关系。通过导出压力梯度沿局部扩张管轴向的变化特性。建立利用扩张段上游血管均匀段中心流速波形确定局部扩张管中血液流的速度和切应力分布的方法，文章以人体颈动脉余弦扩张为例进行分析。详细讨论了局部扩张对血管壁切应力及其梯度分布的影响。数值结果表明，在与刚性均匀管中管壁切应力沿轴向保持不变不同，在局部扩张段，管壁切应力将随着血管半径的增大而减小，因而管壁切应力梯度一般不为零，甚至在某些位置达到相当大的数值。另外，随着血管扩张程度的增加，管壁切应力还将进一步减小，而且管壁切应力梯度也将进一步增大，血管扩张导致管壁切应力的这些变化将直接影响血管壁的结构和功能，使其产生适应性的变化。