细动脉结构树模型的构建及其在高血压和法洛四联症血流动力学方面的应用研究
发布时间：2022-10-06 17:38
一维（1D）血流动力学模型被广泛地用于研究动脉系统内的脉搏波传导与反射现象。Windkessel（WK）模型是表征动脉末梢血管网的生物力学属性的经典方法,具有参数设定简单、计算负荷低等优点,常用于为1D动脉树模型提供末梢边界条件,但其在描述脉搏波传导、反射现象方面存在先天不足。该缺陷可进一步延伸至更复杂的血流模拟问题。例如,在有关高血压的研究中,末梢血管的形态学和力学特性对动脉血压具有显著的影响,简化的WK模型无法准确表征这种现象。另外,肺动脉内的血流特征是小儿先天性心脏病研究重点关注的对象,肺循环的特殊解剖学结构决定了对肺末梢动脉的建模需要具有合理描述脉搏波传导、反射现象的能力。在此背景下,有学者提出了针对末梢血管的Structured-tree（ST,结构树）建模方法,并理论上证明了其优势。然而,在系统血流条件下对WK和ST模型的定量比较尚未见报道。因此,本研究的主要目的是首先考察将WK和ST模型分别应用于1D动脉树模型的末梢边界建模时所产生的模拟结果差异,并在此基础上构建高血压和法洛四联症条件下的循环系统模型,定量研究主要血流参数与心血管特性间的关系,从而为这些疾病的临床治疗提供...
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 研究简介
第二章 结构树模型理论与数值算法
2.1 引言
2.2 结构树模型
2.2.1 模型构建
2.2.2 血液动力学分析
2.2.3 匹配条件
2.2.4 参数设定
2.3 本章小结
第三章 结构树模型与WINDKESSEL模型的量化对比
3.1 引言
3.2 数值模型
3.2.1 一维模型控制方程
3.2.2 左心脏模型
3.2.3 出口边界模型-Windkessel(WK)模型
3.2.4 数值计算
3.3 参数设置
3.3.1 一维模型的几何和力学参数
3.3.2 WK模型和结构树模型的参数匹配
3.3.3 老龄化参数调整
3.4 计算条件
3.5 数据分析
3.5.1 波形分解
3.5.2 波强分析
3.5.3 第一和第二波形峰值的定量关系
3.5.4 归一化误差均方根
3.6 计算结果
3.6.1 单独对比WK模型和结构树模型的输入阻抗
3.6.2 整体对比模拟大动脉处输入阻抗
3.6.3 对比两种组合模型模拟的血压和血流波形
3.6.4 对比两种组合模型不同年龄层的模拟结果
3.7 分析讨论
3.8 本章小结
第四章 高血压模型
4.1 引言
4.2 数值模型
4.2.1 一维动脉树模型
4.2.2 末梢动脉和细动脉
4.2.3 心脏和剩余血管的模拟
4.3 模型耦合和数值算法
4.4 参数设置
4.4.1 模型参数的基准
4.4.2 基于特定人群实测数据的参数调整
4.5 参数的敏感度分析
4.6 数据分析
4.7 计算结果
4.7.1 心脏功能的血液动力学影响
4.7.2 大血管性能的血液动力学影响
4.7.3 微血管性能的血液动力学影响
4.7.4 不同参数敏感度的定量对比
4.7.5 中心动脉僵硬度和末梢细动脉管径同时变化的血液动力学影响
4.8 分析讨论
4.9 本章小结
第五章 法洛四联症肺循环模型
5.1 引言
5.2 数值模型
5.2.1 零维集中参数模型
5.2.2 一维肺动脉模型和零维模型
5.2.3 一维肺动脉模型,结构树模型和零维模型
5.2.4 一维肺动脉模型的构建
5.3 计算方法
5.4 参数设置
5.4.1 一维肺动脉模型几何参数
5.4.2 零维集中参数模型的生理参数
5.4.3 个体化参数调节
5.4.4 肺动脉狭窄反流参数
5.5 计算结果
5.5.1 肺循环模型
5.5.2 肺动脉狭窄和反流
5.6 分析讨论
5.7 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3687090
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
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摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 研究简介
第二章 结构树模型理论与数值算法
2.1 引言
2.2 结构树模型
2.2.1 模型构建
2.2.2 血液动力学分析
2.2.3 匹配条件
2.2.4 参数设定
2.3 本章小结
第三章 结构树模型与WINDKESSEL模型的量化对比
3.1 引言
3.2 数值模型
3.2.1 一维模型控制方程
3.2.2 左心脏模型
3.2.3 出口边界模型-Windkessel(WK)模型
3.2.4 数值计算
3.3 参数设置
3.3.1 一维模型的几何和力学参数
3.3.2 WK模型和结构树模型的参数匹配
3.3.3 老龄化参数调整
3.4 计算条件
3.5 数据分析
3.5.1 波形分解
3.5.2 波强分析
3.5.3 第一和第二波形峰值的定量关系
3.5.4 归一化误差均方根
3.6 计算结果
3.6.1 单独对比WK模型和结构树模型的输入阻抗
3.6.2 整体对比模拟大动脉处输入阻抗
3.6.3 对比两种组合模型模拟的血压和血流波形
3.6.4 对比两种组合模型不同年龄层的模拟结果
3.7 分析讨论
3.8 本章小结
第四章 高血压模型
4.1 引言
4.2 数值模型
4.2.1 一维动脉树模型
4.2.2 末梢动脉和细动脉
4.2.3 心脏和剩余血管的模拟
4.3 模型耦合和数值算法
4.4 参数设置
4.4.1 模型参数的基准
4.4.2 基于特定人群实测数据的参数调整
4.5 参数的敏感度分析
4.6 数据分析
4.7 计算结果
4.7.1 心脏功能的血液动力学影响
4.7.2 大血管性能的血液动力学影响
4.7.3 微血管性能的血液动力学影响
4.7.4 不同参数敏感度的定量对比
4.7.5 中心动脉僵硬度和末梢细动脉管径同时变化的血液动力学影响
4.8 分析讨论
4.9 本章小结
第五章 法洛四联症肺循环模型
5.1 引言
5.2 数值模型
5.2.1 零维集中参数模型
5.2.2 一维肺动脉模型和零维模型
5.2.3 一维肺动脉模型,结构树模型和零维模型
5.2.4 一维肺动脉模型的构建
5.3 计算方法
5.4 参数设置
5.4.1 一维肺动脉模型几何参数
5.4.2 零维集中参数模型的生理参数
5.4.3 个体化参数调节
5.4.4 肺动脉狭窄反流参数
5.5 计算结果
5.5.1 肺循环模型
5.5.2 肺动脉狭窄和反流
5.6 分析讨论
5.7 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要工作总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
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本文编号：3687090
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