微血管中超声微泡动力学建模仿真

发布时间：2017-07-27 00:14

  本文关键词：微血管中超声微泡动力学建模仿真

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【摘要】：超声造影剂微泡在疾病诊断、治疗与血流动力学监测等方面具有独特优势。在特定超声激励下,研究微泡与周围复杂生理学环境之间的关系,以及微泡的非线性声学响应特性,可为微泡定量成像、微血管早期病变检测及超声微泡靶向治疗等提供重要依据。集中参数模型作为本文的理论基础,它包括模型假设、血流、微泡动力学、血管形变和边界条件等。利用该模型,建立超声激励下微血管中微泡的多域耦合模型,研究超声激励下微血管中微泡动力学行为,探索微血管、血液、微泡三者之间的关系,利用COMSOL Multiphysics进行仿真实验,以揭示微泡振动与微血管尺寸、管壁弹性之间的定性和定量关系。实验结果表明:(1)激励频率增加,微泡的振动幅度减弱,其振动频率增加,而微血管的扩张与收缩幅度减弱,且其能更快地趋于稳定。激励声压变化对微泡与微血管的影响,与激励频率相反;(2)血管的尺寸(长度、内径和壁厚)越小,对微泡振动频率和幅值的限制越强烈,微泡振动频率与振幅均增加,反之亦然;(3)管壁杨氏模量和泊松比增加,微泡的振动幅度降低,但振动频率增加;(4)微泡半径的增加,血管的收缩、扩张幅度和频率均增加。此外,研究首次发现,血管壁弹性与微泡振动幅度呈近似线性正相关。本研究可为确定微血管中微泡的最佳超声激励条件、测定微血管弹性、评估微泡在体内的安全性、引导并实施超声靶向治疗等提供理论依据与技术支持。
【关键词】：微血管 超声微泡 非线性声学响应 血管弹性 气泡动力学
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R454.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景和意义10-14
• 1.1.1 超声微泡10-11
• 1.1.2 超声微泡的应用11-13
• 1.1.3 血管弹性测量方法13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 理论模型的发展15
• 1.2.2 微血管中超声微泡动力学行为的主要研究方向15-16
• 1.3 本文主要工作和内容16-17
• 1.4 本文结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 微血管中超声微泡声学特性研究19-23
• 2.1 微血管对微泡动力学行为的限制19-20
• 2.2 微泡声学响应的影响20-21
• 2.3 微泡壁属性的影响21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 微血管中微泡动力学模型23-34
• 3.1 有限元分析23
• 3.2 RP气泡动力学方程23-24
• 3.3 集中参数模型24-26
• 3.3.1 血流24-25
• 3.3.2 微泡动力学25
• 3.3.3 血管形变25-26
• 3.3.4 边界条件26
• 3.3.5 入射超声波26
• 3.4 非轴对称模型26-27
• 3.5 血细胞多域耦合模型27-30
• 3.6 三维模型30-31
• 3.7 本章小结31-34
• 第四章 超声微泡动力学建模与仿真34-50
• 4.1 超声微泡流体域模型35-36
• 4.2 微血管中超声微泡流固耦合模型36-37
• 4.2.1 超声激励的影响37
• 4.2.2 血管属性的影响37
• 4.2.3 微泡属性的影响37
• 4.3 建模与仿真37-49
• 4.3.1 几何模型绘制38-39
• 4.3.2 参数设置39-41
• 4.3.3 物理场选择41-42
• 4.3.4 求解域与边界设置42-43
• 4.3.5 网格划分43-45
• 4.3.6 求解器求解45-46
• 4.3.7 后处理46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 实验结果与分析50-66
• 5.1 微泡动力学特性50-54
• 5.1.1 验证RP方程51-52
• 5.1.2 超声激励的影响52-53
• 5.1.3 血液域尺寸的影响53-54
• 5.2 微泡与管壁的声学响应54-64
• 5.2.1 超声激励的影响55-58
• 5.2.2 血管属性的影响58-63
• 5.2.3 微泡属性的影响63-64
• 5.3 本章小结64-66
• 第六章 总结与展望66-69
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-75
• 致谢75-76
• 答辩委员会对论文的评定意见76

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本文编号：579008