内皮调节对小动脉管腔运动影响的模型分析1）

微循环是血液和组织之间发生物质交换的主要场所,它可以通过改变管径实现对血压、血流量的局部调节.血管内皮层对小动脉运动有重要的调节作用.本文基于连续介质假设,建立了内皮调节过程中主要活性物质在管壁中的扩散--反应动力学模型,并分析了非线性黏弹性血管的径向运动特性.利用该模型首先得到了内皮舒张因子一氧化氮（NO）、平滑肌细胞内钙离子（Ca²⁺）以及磷酸化肌球蛋白（actin-myosin complexes,AMC）在管壁内的的径向浓度分布;为分析内皮调节的动态过程,进一步对小动脉的被动舒张、血流量发生扰动时的管径响应分别进行了模拟.研究结果显示：当没有活性物质参与调节小动脉被动舒张时,管径无振荡发生;当血流量变化引起内皮调节时,内皮舒张因子NO浓度和管径均出现衰减振荡,振荡周期约60 s.分析认为内皮调节对壁面剪切力的反馈控制,可能是NO浓度和管径产生周期性振荡的原因.内皮调节过程呈现的频谱特征可以为血管内皮功能障碍的诊断提供帮助.     

NONLINEAR MOTION MECHANICS MODEL OF CURVED BLOOD VESSEL

A geometric model of curved blood vessels is established based on some reason-able hypotheses;the nonlinear motion mechanics model of the curved blood vessel is establishedaccording to basic mechanics laws.This model includes much more physiological factors.It cou-ples the interaction of blood flow with mechanical factors such as the displacement,deformation,strain and stress etc.of the curved blood vessel.It is of great importance for investigating thecirculation rules of the cardiovascular system and the nonlinear pulse wave propagation in curvedblood vessels.     

血管位移波的力学模型

本文在临床观察和模型实验的基础上提出了血管位移波的力学模型,并归结出了位移波的控制方程。应用摄动理论和数值方法,求得了位移波的波形和位移波产生的判别准则。从中我们发现,位移波仅和血流的脉动速度及血管壁力学特性有关,而和压力波无直接关系。最后本文还给出了一个适用于临床的位移波发生判别准则,实验发现它和临床观察是相符合的。     

窦在双叶人工机械瓣启闭过程中所起的作用

本文采用任意拉格朗日－－欧拉（ＡＬＥ）有限单无法，将血液视为不可压缩粘性流体，同时将人工机械瓣瓣叶简化为定轴转动刚体。建立了双叶人工机械瓣－－血液耦合运动的二维计算模型。在此基础上，对比研究了Ｓｔ．Ｊｕｄｅ瓣（ＳＪＭ）、有窦顺向人工机械瓣（ＤＤＭ）及无窦ＤＤＭ瓣的启闭过程，以提示窦的作用，本文研究表明：在有窦及无窦的情况下，瓣叶开启规律基本一致。窦对跨瓣压差及剪应力幅值影响也不大，但对瓣叶的关闭却     

动脉粥样硬化晚期斑块局部应力的流固耦合分析及体外反搏作用干预机制的研究

生物机械力被普遍认为在动脉粥样硬化晚期斑块进程及最终破裂中起着重要的作用. 本文的目的是研究血流灌注、动脉内压、斑块组织和材料特性等因素对斑块局部流动切应力 及斑块结构应力 水平的影响,同时评价临床中的非介入辅助循环疗法 —— 体外反搏 对斑块局部应力水平的干预作用. 采用结合猪动物模型在体测量及三维流固耦合数值仿真的研究方法. 结果显示,当斑块狭窄率一定时 (50%),斑块的流动切应力水平主要由血流灌注决定;而斑块结构应力主要取决于动脉内压及纤维帽 厚度. 只有在纤维帽足够薄的情况下,斑块的材料特性才对斑块结构应力有显著影响;当纤维帽最薄同时脂质池材料最软时,临界斑块壁面应力 因子达到极值的 257.72 kPa (正常生理状态) 及 300.20 kPa (体外反博状态). 由于最大壁面应力、临界斑块壁面应力 及全局最大斑块壁面应力 三个应力因子中,只有临界斑块壁面应力 明显受纤维帽厚度和脂质池材料特性的影响,因此 其可能与斑块进程的关联最为紧密. 此外,体外反博作用明显提高了晚期斑块的应力水平,这是否会给斑块进程及重构带来慢性的影响,需要作更深入的研究.      

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。     

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.     

颅内压与脑循环动力学参数模型研究

在对颅内血管床整体分析的基础上，应用血液动力学理论建立了一个描述颅内血液与脑脊液血液动力学特性的集中参数模型．在此模型的基础上得到了状态方程并给出了求解方法．通过对方程解的进一步分析得到颅内压与颈动脉血流量的关系，为临床无创检测颅内压提供了一个辅助手段．理论计算结果与实验数据比较发现，颅内压与颈动脉流量脉动间的关系与实验是相吻合的．     

基于微流体装置的微血管网内红细胞流动和分布特性的研究简

实体肿瘤血管具有扩张、扭曲、不规则分支以及分支间连接絮乱等特征. 为了考察这些特征对血液流动的影响,将肿瘤血管简化为垂直相互贯通的微血管网,借助微流体实验装置,以一定浓度的红细胞悬液作为流动介质,研究红细胞在微血管网中的流动和分布特性. 具体实验方案如下：首先,采用软刻蚀技术,在聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）上加工出微血管网;然后,采用微注射泵控制微血管网入口处的红细胞悬液流量,使用倒置显微镜和高速摄影系统观察并记录实验过程;最后,通过Matlab 软件包Piv-lab 及高速摄影配套软件对获得的视频图像进行处理,提取红细胞在微血管网中的流动和分布数据. 数据处理结果显示,红细胞在微血管网中的流动和分布特性受悬液内的红细胞压积（hematocit, Hct）的影响. 红细胞随悬液Hct 的不同呈现2 种运动轨迹：一种为仅沿着轴向微管道流动;另一种是从轴向微管道流入并穿过径向微管道,再进入另一侧的轴向微管道. 另外,入口流量相同时,红细胞在微血管网中的流动速度随Hct 变化呈现不同,Hct 为3% 和5% 的红细胞速度要明显高于Hct 为1% 的红细胞速度.     

基于微流体装置的微血管网内红细胞流动和分布特性的研究

实体肿瘤血管具有扩张、扭曲、不规则分支以及分支间连接絮乱等特征. 为了考察这些特征对血液流动的影响,将肿瘤血管简化为垂直相互贯通的微血管网,借助微流体实验装置,以一定浓度的红细胞悬液作为流动介质,研究红细胞在微血管网中的流动和分布特性. 具体实验方案如下:首先,采用软刻蚀技术,在聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）上加工出微血管网;然后,采用微注射泵控制微血管网入口处的红细胞悬液流量,使用倒置显微镜和高速摄影系统观察并记录实验过程;最后,通过Matlab 软件包Piv-lab 及高速摄影配套软件对获得的视频图像进行处理,提取红细胞在微血管网中的流动和分布数据. 数据处理结果显示,红细胞在微血管网中的流动和分布特性受悬液内的红细胞压积（hematocit, Hct）的影响. 红细胞随悬液Hct 的不同呈现2 种运动轨迹:一种为仅沿着轴向微管道流动;另一种是从轴向微管道流入并穿过径向微管道,再进入另一侧的轴向微管道. 另外,入口流量相同时,红细胞在微血管网中的流动速度随Hct 变化呈现不同,Hct 为3% 和5% 的红细胞速度要明显高于Hct 为1% 的红细胞速度.      

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.     

动脉粥样硬化成因和大分子跨血管的传质

动脉硬化形成机理是当前心血管系统中主要关心的问题。30多年来对这个问题的研究已取得了很大进展。本文介绍了当前最重要的两个课题,即动脉壁细胞对血液流动的反应和大分子跨血管壁传质的研究成果。指出一些现已认为不对的旧认识和目前关于动脉硬化的新观点,以及当前的热门课题。      

大动脉中血液流动的中性扰动

本文在长波假定下用流体力学线性稳定性理论对大动脉中血液流动求出了一种中性扰动。结果表明，心室或瓣引起的扰动在一定条件下有可能量一种中性扰动，它可以沿着动脉管无变形地传播到动脉远端。这说明也许有可能提供一种通过在远离心脏的某些浅表动脉部位检测这种中性成动以了解心脏的某些功能的新方法。     

狭窄流道中Fahraeus效应研究进展

本文详细论述了毛细管和二维狭缝中流过血液时的Fahraeus效应研究历史及现状,给出了迄今为止得到的全部结论,并报道了笔者对狭缝缝隙中Fahraeus效应研究的最新进展。本文所涉及的内容对于微循环的理论与应用以至有关流变学仪器的设计优化都有重要意义。     

弯曲动脉壁非线性弹性力学性质的理论分析

血管壁非线性力学特性是探索心血管中的血液流动规律及脉搏波传播现象的一个重要前提．在血管力学研究中,直管动脉壁的本构方程已有相当深人的研究,唯独象主动脉弓那样的弯管动脉壁本构方程;至今还没有建立一个理论模型．文中在已有的直管动脉壁本构方程研究基础上,提出一个理论方法来分析弯曲动脉壁的非线性弹性力学性质,在弯曲动脉壁被模拟为均质、正交各向异性、不可压缩材料的前提下,作者从理论上建立了一个表达弯管动脉壁非线性弹性性质的三维ｅ指数型本构方程文中还探讨了弯曲动脉壁内的残余应变分析．     

大脑血液动力学现象中的能量编码

神经信息的编码与解码是神经科学中的核心研究内容,同时又极具挑战性.传统的编码理论都具有各自的局限性,很难从脑的全局运行方式上给出有效的理论.而由于能量是一个标量具有可叠加性,因此能量编码理论可以从神经元活动的能量特征出发来研究脑功能的全局神经编码问题,取得了一系列的研究成果.本研究以王-张神经元能量计算模型为基础,构建了一个多层次结构的神经网络,通过计算机数值模拟得到了神经网络的能量消耗和血液中葡萄糖供能的变化情况.计算结果显示,和网络的神经活动达到峰值的时间相比,血液中葡萄糖的供能达到峰值的时间延迟了约5.6s.从定量的角度再现了功能性核磁共振(fMRI)中的血液动力学现象:大脑某个脑区的神经元集群被激活以后经过5~7 s的延迟,脑血流的变化才会大幅增加.模拟结果表明先前发表的由王-张神经元模型所揭示的负能量机制在控制大脑的血液动力学现象中起着核心的作用,预测了刺激条件下大脑的能量代谢与血流之间变化的本质是由神经元在发放动作电位过程中正、负能量之间的非平衡、不匹配性质所决定的.本文的研究结果为今后进一步探究血液动力学现象的生理学机制提供了新的研究方向,在神经网络的建模与计算方面给出了一个新的视角和研究方法.      

THE METHOD OF CONTINUOUS DISTRIBUTION OF SINGULARITIES TO TREAT THE STOKES FLOW OF THE ARBITRARY OBLATE AXISYMWETRICAL BODY

This paper deals with the Stokes flow of the arbitrary oblate axisymmetrical body by means of constant density and quadratic distribution function approximation for the method of continuous distribution of singularities. The Sampson spherical infinite series arc chosen as fundamental singularities. The convergence, accuracy and range of application of both two approximations are examined by the unbounded Stokes flow past the oblate spheroid. It is demonstrated that the drag factor and pressure distribution both conform with the exact solution very well. Besides, the properties, accuracy and the range of application are getting belter with the improving of the approximation of the distribution function. As an example of the arbitrary oblate axisymmetrical bodies, the Stokes flow of the oblate Cassini oval are calculated by these two methods and the results are convergent and consistent. Finally, with the quadratic distribution approximation the red blood cell, which has physiologic meaning, is considered and for the first time the (orresponding drag factor and pressure distribution on the surface of the cell are obtained.     

生物力学的两个核心问题

生物力学应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究。本文把“本构关系”和“应力-生长关系”总结为生物力学的两个核心问题。通过“血浓于水”、“动脉硬化”、“骨头受力”这3个例子说明本构关系的含义;通过“骨生长”、“硬气功”、“高血压与心血管病”这3个例子说明应力-生长关系的含义。本文内容可以启发读者从身边的事物中体会生物力学的科学道理。     

导管对动脉中脉动流生理参数的影响

导管在循环生理学和临床医学中已得到广泛的应用。血管中介入导管后必然会影响测量的准确性和受检者的正常生理状态。许多学者讨论过导管的介入对压力测量结果的影响,但还未见有讨论导管介入对正常生理状态影响的文章报导。本文基于动脉中血液流的刚性管分析模型,从理论上讨论了血流量和纵向阻抗等生理状态参数在导管介入前后的变化情况,为进一步全面分析导管介入对动脉中血液脉动流的影响提供了理论基础。     

肺微循环内血液流动的连续介质整体模型

本文提出一种一维连续介质整体模型和相应的方程组,将之应用于肺循环內的血液流动问题,得到了封闭形式的分析解。分析表明,本文所得的结果与冯元桢采用片流理论所得的结果完全一致。