消息与动态(十八)

血液在轴对称狭窄直圆管内的流动在动脉系内,由于血管内皮细胞的异常增生造成动脉狭窄,这是许多研究人员重视的问题。动脉狭窄和血液流动间存在耦合作用,许多学者在进行病理研究同时,对狭窄区血液流场进行理论分析,探索动脉狭窄的血液动力学依据。因问题的复杂性,绝大多数所研究的力学模型是轴对称狭窄直圆柱刚性管内牛顿流体的流动。     

消息与动态

血液在轴对称狭窄直圆管内的流动在动脉系内,由于血管内皮细胞的异常增生造成动脉狭窄,这是许多研究人员重视的问题。动脉狭窄和血液流动间存在耦合作用,许多学者在进行病理研究同时,对狭窄区血液流场进行理论分析,探索动脉狭窄的血液动力学依据。因问题的复杂性,绝大多数所研究的力学模型是轴对称狭窄直圆柱刚性管内牛顿流体的流动。     

分叉血管中动脉狭窄对血液流动的影响

利用血液流动的粘性不可压Navier-Stokes方程，采用有限元方法研究了分叉血管中动脉局部狭窄对血液流动的影响，分别对母血管壁有动脉狭窄病变和无病变时的血液流动进行了数值模拟。针对不同程度的动脉狭窄，得到了当狭窄度S分别为0.05、0.25、0.5时血液流动的流线图和压力图。一方面，从计算的压力图中可以看出当血液流经狭窄区域时，压力会迅速发生变化；另一方面，观察流线图可知，在血液流经狭窄的区域时会出现流动分离现象，产生涡的结构。根据上述结果，可以看出动脉局部狭窄会对血液流动产生很大的影响。动脉粥样硬化等某些血管疾病的发病机制和病变发展与血液流动的力学特征有密切关系。在动脉局部狭窄的初期，动脉狭窄邻近区域的血液几乎光滑地流过狭窄区，流动产生的分离小；随着狭窄区域半径的逐渐增大，血流流动产生比较明显的分离，在分离区内存在层流和回流；而当狭窄区域的半径进一步增大时，血管内血流流动分离区域扩大，而且在分离区内的血液流动会出现局部湍流。这种情况可能会使血液中的血小板、纤维蛋白、脂肪颗粒沉积，最终导致血流不畅或动脉粥样硬化等血管疾病。     

Willis环瞬态血液流体动力特性数值分析

针对左颈内动脉在无狭窄和完全阻塞情况下交通动脉中的血液瞬态流动采用颅内Willis环二维模型进行计算分析.计算得到完整环、交通动脉大脑前动脉缺失情况下各交通动脉血液流量变化趋势.结果表明交通动脉中血液流量变化最大的情况为:右侧大脑前动脉缺失同时左颈内动脉阻塞;在左(右)大脑前动脉近端缺失时前交通动脉中血液流量变化趋势与左(右)大脑前动脉远端相同;左侧后交通动脉在左颈内动脉狭窄比较严重时血液流动方向就会发生改变;在完整环、左颈内动脉阻塞时前交通动脉中的血液流量大于后交通动脉.     

具有缓变狭窄直圆管内的脉动流——早期动脉粥样硬化区的血流动力学机制讨论

六十年代末期以来D.F.Young等人提出了各种数学力学模型对动脉狭窄区血液流动进行理论分析,寻求血流动力学诸因素的定量关系,力图为动脉粥样硬化的发展提供力学上的解释根据。动脉粥样硬化易发区通常在主动脉的较大分枝处及脑动脉和冠状动脉内,血流是脉动的,Reynolds数是O(1)或以上的量级。但D.F.Young等人的研究多数考虑定常流或小Reynolds数的流动,所得结果对动脉粥样硬化狭窄区的血流并不适合。本文考虑Reynolds数为O(1)的量级的冠状动脉狭窄区的脉动流,初步探讨早期动脉粥样硬化狭窄区的血流动力学机制。     

弯曲狭窄管内血液流的分析

与血管狭窄有关的异常血液动力学特征在血管疾病的发生和发展过程中起着重要的作用,由于血管狭窄和弯曲的综合影响,将会出现一系列有趣的流体力学现象,本文研究具有对称狭窄的弯曲小动脉内定常血液流动,在一定的假设条件下,直接从支配血液流动的Navier-Stokes方程求出问题的摄动解,由此求得弯曲狭窄管內血液流动的轴向速度、二次流速度及压力梯度等分析表达式,并进一步求得轴向和周向血管壁切应力。本文的结果是先前有关狭窄直管和弯曲均匀管流动研究的拓广。     

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。     

血液入口段两相流动的层流NS方程数值模拟

本文采用球形刚性颗粒悬浮于牛顿流体的血液模型，基于有相间滑移的两相流动层流Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，采用相间滑移算法（Ｉｎｔｅｒ－ＰｈａｓｅＳｌｉｐＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）对圆管内定常轴对称血液入口两相流动问题进行了计算，获得了与实验结果吻合的计算结果，较好地模拟血液流动中红细胞的径向迁移现象，结果表明，采用二相流动模型研究血液流动是一种有前途的方法。     

动脉中脉动流的准二维分析与数值计算

本文考虑了血液的菲牛顿流动特性,对血液在动脉管系中的脉动流建立了准二维流动模型。利用有限差分方法得到了动脉管系内非牛顿流体的准二维不定常流动的数值解。并以人体五根主要动脉所组成的动脉管系为例,进行了详细的数值计算。计算结果表明,在动脉的某些典型位置上。计算所得的理论波形与实测波形是相似的。     

动脉狭窄内低密度脂蛋白传输的数值研究：LDL的浓度极化现象

用计算机数值模拟的方法 ,对低密度脂蛋白 ( LDL)在动脉狭窄血管段内的质量传输进行了研究。计算结果表明 ,由于血管壁渗流的存在 ,LDL这样的脂质大分子会聚积在血管的内壁表面 ,发生一种工程上称为浓度极化的现象。LDL浓度在动脉狭窄口后的流动分离点出现峰值。该浓度峰值随雷诺数和动脉狭窄度的增加而呈逐渐下降的趋势。作者认为 ,该区域 LDL浓度的局部升高是引发动脉粥样硬化局部性和动脉狭窄产生的一个非常重要的原因。     

动脉狭窄对血液流速的影响

为了定量计算动脉局部狭窄对动脉管中血液流动速度的影响，本文分别对狭窄区域内定常流和非定常流动进行了求解，得出了狭窄区域内定常流和脉动流的速度表达式。本文将均匀段的流速形经Ｆｏｕｒｉｅｒ分解成定常和脉动两部分，然后分别计算出狭窄区域内对应的定常和脉动流速，经Ｆｏｕｒｉｅｒ合成还原成流速时域波形，同时针对各种情况将不同狭窄对不同的流速波形的作了分析比较。     

定常流下动脉狭窄局部流场的有限元分析

本文利用有限元数值模拟对定常流下动脉狭窄的局部流场进行了系统研究。在数值模拟中求解非线性轴对称Navier-Stokes方程,并对不同狭窄率、不同雷诺数、不同狭窄形状下的流场速度分布、压力降分布和壁面剪应力分布进行了全面细致的分析和讨论。     

局部狭窄血管中流动分离和临界雷诺数的判定

采用Karman-Pohlhausen方法,对过去轴对称局部狭窄血管内流动分离的理论计算进行修正,导出了确定流动分离位置轴向坐标的方程。对该方程数值求解的结果表明:(1)随着雷诺数或狭窄度的增加,在狭窄的舒张区(x>0)会出现分离和再附着现象,并且分离和再附着之间的区域会逐渐扩展;(2)分离和再附着点的坐标随雷诺数变化的理论曲线与以前的实验结果基本一致。     

脉动流条件下动脉狭窄血管内脂质浓度极化现象的计算机数值模拟

在脉动流条件下,用计算机数值模拟的方法对低密度脂蛋白(LDL)在动脉狭窄血管段内的质量传输进行了研究。计算结果表明．无论是在定常流还是在脉动流条件下．LDL都将聚积于血管狭窄处峰口附近的流动分离点,LDL壁面浓度在此处最高。在脉动流条件下,LDL在血流受扰动区的聚积高于定常流的值;而且．流动分离点处LDL壁面浓度峰值覆盖的区域也宽于定常流。本文所揭示出的LDL在血管狭窄处的质量传输现象可能在动脉粥样硬化的局部性和动脉狭窄的形成中起着很重要的作用。     

对动脉血液流动线性化问题的讨论

动脉血液流动线性化问题,在血液动力学中无疑是一个重要问题,《关于动脉血流线化理论的基础》一文(以下简称《基础》,此文载于力学学报1978年第3期)对这个问题提出了讨论。 目前,一般文献提出的动脉血液流动的线性化条件(见《基础》一文中参考文献[6]、     

二维轴对称耦合流动问题的解析解及应用

耦合流动问题与矿井开采中许多重要工程问题有密切联系:基于 Biot 三维固结理论导出了平面轴对称耦合流动与非耦合流动的场方程,得到了给定势问题的解析解.对耦合和非耦合两种情况进行了比较,并介绍了其在采矿工程中的应用.     

颅内Willis环二维血液动力学计算分析

采用颅内二维Willis环模型,对血管在不同程度狭窄情况下的血液流动进行稳态计算与分析,计算中采用了进出口处的压力边界条件和无滑移固壁条件.计算得到完整环和交通动脉缺失情况下各进出口血管流量变化曲线.所获结果表明,完整Willis环中,前交通动脉的代偿能力在左颈内动脉狭窄率达到25%以后才能得到比较明显的体现;后交通动脉缺失情况下前交通动脉的代偿能力变弱;Willis环的前部和后部有相对独立性,只有在主要进口动脉严重阻塞的时候,单侧的独立性才丧失.     

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.     

浅谈动脉流体动力学分析

就我们所熟知,绝大部分正常动脉流,其血液的流动特性是属于层流范围,但随着弯曲和分 支部分会产生血液流之二次回流区,进而形成所谓近似非稳态流及紊流. 因此动脉流体的特 性会随动脉外形及条件的改变而改变. 在某些情形下,异常动脉的血液动力特性会造成动脉 的病变. 因此,近年来动脉血液流体的特性的研究,常着重于异常动脉的血液动力特性所形 成剪应力和病变部位动脉粥状硬化关系的探讨. 动脉血液流动经常包含分离流或二次回流运动,而这是流体力学的分析或数值模拟最困难的 部分. 有关分离流或二次回流的研究包括正常血管流和异常血管流,藉由二次回流的模拟与 测量可以观察血管病变的形成与演变,其中最受注目探讨题目是窄化血管如粥状斑块相关的 血液流动分析. 将回顾二维和三维、稳态、非稳态之动脉血流与窄化血管相关的几何外形作模拟研究和 实验. 并提供对血液动力学的研究方向,以作为未来医疗诊断与发展相关器材之参考.     

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。