用p-V指数关系确定血管壁的周向应力

通过检测，得到在体轴向伸长比条件下血管段的压力－容积（p-V)数据，利用指数函数关系，求得在一定内压作用下血管壁周向应力沿壁厚的分布。并以正常大鼠腹主动脉为例进行计算，结果表明，在生理压力作用下，残余应力对血管壁周向应力的分布有很大影响，不考虑残余应力将使血管内壁处出现明显的周向应力集中，当考虑存在于血管壁内的残余应力后，周向应力沿壁厚的分布将变得较均匀，例如当内压p=10kPa时，血管内、外壁周向应力值之比，对前者将达10以上，而对后者差不多只有2左右。所得结果与用Fung提出的应变能密度函数的计算结果作比较，发现二者符合得相当好。     

在体轴向伸长比条件下血管壁的周向应力分布

本文通过检测在体轴向伸长比条件下血管段的压力－容积数据,利用应变能密度函数,求得血管壁周向应力沿壁厚的分布。文章的正常大鼠腹主动脉为例进行计算,结果发现,在生理压力作用下（例如ｐ＝１３．３ｋＰａ）,不考虑残余应力确实出现在血管内壁处的周向应力集中,血管内、外壁处的应力值之比可达１５左右,而存在于实际动脉管中的残余应力会使血管壁中的周向应力沿壁厚的分布明显趋于均匀,血管处的周向应力之比差不多只有２左     

血管残余应力的一种确定方法

动脉无载荷状态下存在残余应力,分析血管壁在载荷状态下的应力分布必须计及血管壁的残余应力。本文通过检测动脉不同轴向伸长比条件下的压力—容积(p—V)数据,根据其p—V实验曲线的“S”型特征,提出了一种用反正切函数关系对试验数据点进行拟合,进而导得动脉管壁周向残余应力沿壁厚分布的方法。文章对10只正常大鼠颈动脉的分析结果表明,大鼠颈动脉周向残余应力沿血管壁厚呈单调上升趋势。残余应力在内壁处为负呈压缩状态,在外壁处为正呈拉伸状态,并且内外壁处应力绝对值大小基本相等,大约在2．5kPa左右。文章结果对进一步分析动脉管壁在载荷作用下的应力分布提供必要的信息。     

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。     

脉动流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K*的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

脉劝流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K～＊的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

脉动血压对在体轴向极限强约束血管壁应力分布的影响

本文详细分析正弦脉动压力载荷对动脉管壁应力分布的影响。结果表明,对某确定时刻,包含在运动方程中的惯性项对血管壁应力的影响很小,可忽略不计;在体轴向极限强约束下,血管壁周向应力随时间的变化曲线与压力曲线同相位和同周期,而且振幅不随频率的快慢而改变。一个心动周期内,血管内、外壁处周向应力随时间变化的平均值只与脉动压力载荷的平均值有关,而振幅主要与脉压有关,在内壁处随平均压的改变有一定变化,但在外壁处受平均压的影响很小。     

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。     

正常及病态下静脉壁的力学特性分析

本文应用多束纤维加强超弹性复合材料应变能函数及厚壁圆筒模型,通过有限变形弹性理论研究了正常及病态下静脉壁在静脉压及轴向预拉伸作用下的变形和应力分布等力学特性,着重分析了静脉移植后自适应变化静脉壁在动脉压下的力学特性.首先利用超弹性材料厚壁圆筒模型得到了静脉壁在静脉压下的变形方程,给出了静脉压下静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了静脉壁的力学特性.给出了静脉移植后,正常和自适应变化静脉壁在动脉压下的变形和应力分布曲线,讨论了静脉移植后静脉壁的力学特性及其自适应性变化.然后给出了各种病态静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了材料参数的变化对静脉壁力学特性的影响规律.     

刚性圆管中血液周期振荡流的切应力分布

本文通过求解圆管内血液振荡流的基本方程，求得圆管内血液流的压力梯度与切应力之间的关系式。在此基础上，详细讲座了圆管中轴向流速和切变率谐波的变化规律，指出流速谐波和切变率谐波的幅值都将随着谐波次数的增大而逐渐减小。为了使所得结果便于应用。文章通过管轴向中心线流速与压力梯度之间的关系式，进一步给出一种利用管轴向中心线流速计算管内切应力分布的简便方法。该方法用于检测活体血管内血液振荡流的切应力分布，具有操作简单，精度较高的优点。最后，以人体颈动脉为例，讨论血液周期振荡流的切应力的分布特性。发现在任意时刻，除了邻近管壁处切应力急剧增大到一定数值之外，沿管截面切应力分布相当均匀且接近于零，呈现出与定常流不同的切应力分布特征。     

Constitutive function,residual stress,and state of uniform stress in arteries

Fung (1983) has conjectured that the residual stress in an artery distributes itself in such a way to assure that the circumferential stress is uniform across the artery wall under physiological conditions. In this work, we identify the entire class of constitutive functions for which the circumferential stress is uniform across the artery wall when it is subjected to an internal pressure. It is found that these constitutive functions do not necessarily endow residual stresses. Furthermore, a subset of the class of the constitutive functions is identified for which the circumferential stresses are uniform for the entire range of internal pressures. The constitutive functions in this sub-class are found to have zero residual stress. It is the inhomogeneity, rather than residual stress, that assures uniform circumferential stresses. We also examine the possibility of utilizing these constitutive functions in the design and fabrication of an engineered blood vessel with optimal mechanical properties.     

An analysis model of pulsatile blood flow in arteries

IntroductionTheperiodicallypulsatilebloodflowinthearterycausesthecircumferentialandaxialmotionoftheelasticbloodvesselandinturntheoscillationofthevesselaffectsthatofthebloodflow .Womersley[1]resolvedsuccessfullythisfluid_solidcouplingproblembysolvingbothlinearNavier_Stokesequationsandthemotionequationsofthethin_walledelastictubeandgainedtheexpressionsofthebloodflowvelocitiesandthevasculardisplacements.Histheoryhasbeenthebasisforthequantitativeanalysisoftherelationshipofthearterialstructureandi…     

Non-Linear Dynamic Response of a Single Wall Carbon Nanotube Subjected to Radial Impulse

This paper investigates non-linear dynamic response of a single wall carbon nanotube (CNT) based on a thin-walled shell mode. Following the subsequent motion of a single wall (CNT) under radial impulsive pressure, a nonlinear dynamic response may occur through interaction of circumferential membrane force with flexural curvature. The results carried out show that the initial deformation energy in the single wall CNT will be transferred, over a number of cycles, from the breathing mode to one or two high flexural modes, so that the nonlinear flexural stress of the single wall CNT is significantly higher than that given by linear theory. The principal point of interest are the conditions for significant interaction to occur and the increased flexural stress associated with the altered radial motion of a single wall CNT. An erratum to this article can be found at     

A Model of Arterial Adaptation to Alterations in Blood Flow

Mechanisms of arterial adaptation to changes in blood flow rates were tested by comparing the predictions of a proposed theoretical model with available experimental data. The artery was modeled as an elastic membrane made of a nonlinear, incompressible, elastic material. Stimulation of the vascular smooth muscle was modeled through the generation of an active component of circumferential stress. The muscular tone was modulated by flow-induced shear stress sensed by the arterial endothelium, and is responsible for the vasomotor adjustment of the deformed arterial diameter in response to changes in blood flow. This study addresses the hypothesis that the synthetic and proliferative activity of smooth muscle cells, leading to a change in arterial dimensions, is shear stress dependent and is associated with changes in the contractile state of the smooth muscle cells and changes in the circumferential wall stress. Remodeling to a step change in flow was formulated as an initial-value problem for a system of first order autonomous differential equations for the evolution of muscular tone and evolution of arterial geometry. The governing equations were solved numerically for model parameters identified from experimental data available in the literature. The model predictions for the time variation of the geometrical dimensions and their asymptotic values were found to be in qualitative agreement with available experimental data. Experiments for validating the introduced hypotheses and further generalizations of the model were discussed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

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。