颈动脉溃疡斑块破裂的血流动力学机理的数值模拟研究

发布时间：2017-04-14 01:05

  本文关键词：颈动脉溃疡斑块破裂的血流动力学机理的数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：颈动脉斑块局部的血流动力学状况及斑块的形态、成分和生物学活性均与颈动脉斑块的破裂风险密切相关。溃疡斑块被认为是发生斑块破裂进展的预兆和栓子的来源。溃疡斑块破裂后,其中的内容物进入血液中,就可能引发体循环内的动脉栓塞,危及人的生命。导致溃疡斑块进一步破裂的机理仍不清楚,破裂后血栓形成的区域也是无法被定位。血流动力学在颈动脉易损斑块的破裂中有着重要的影响,但是从血流动力学的角度研究易损斑块特别是溃疡斑块的研究却很少。为了帮助外科医生更好地进行手术规划,研究和了解溃疡斑块的破裂机制和斑块进一步破裂形成血栓的区域就显得尤为重要。本课题以前期实验研究为基础,拟应用在体无创性测量的真实解剖结构、血流数据以及血管造影CT图像,首先对获取的带有溃疡斑块的颈动脉CT图像进行三维重建,经过图像分割、平滑处理等步骤重建出来了8个(6个单一溃疡,2个连续溃疡)三维个性化颈动脉模型;接着对每个模型进行四面体网格划分,并设定边界层;最后给出入口的速度波形和出口为0压力的边界条件后(在流固耦合数值模拟中还分别设定了血流和血管壁的材料属性),进行血流动力学的数值模拟。血流动力学数值模拟的结果显示,在溃疡周围的血流十分复杂,在单一溃疡情况下,溃疡上游和下游的壁面切应力高于溃疡处,并且下游处的壁面切应力(11.90Pa-41.85Pa)高于上游的壁面切应力(3.29-35.41Pa);在两个连续溃疡的情况下,两个连续溃疡之间的区域壁面切应力最高(18.60-30.60Pa)。溃疡周围的壁面切应力梯度的数值也达到了比较高的水平,并且在单一溃疡的情况下,同样是溃疡上游和下游的壁面切应力梯度大于溃疡处,在两个连续溃疡的情况下,两个连续溃疡之间区域的壁面切应力梯度最高。本论文的研究结果获得如下结论:1.溃疡周围血流的异常可能导致斑块破裂的进一步发展,血栓形成后由于血流的作用会在狭窄下游形成栓塞进而引发中风。2.单一溃疡中溃疡下游、两个连续溃疡中的两个溃疡之间的位置的高壁面切应力容易使溃疡斑块进一步发生严重的破裂。此外由于溃疡上游和下游受到同向不同大小的壁面切应力,溃疡处可能会因此产生的拉扯而发生严重破裂。3.溃疡斑块在不断变化的壁面切应力作用下,会产生疲劳,其结果是将导致溃疡斑块进一步破裂。对带有溃疡斑块的颈动脉进行数值模拟,并进行血流动力学分析,可以较为直观的了解颈动脉上溃疡斑块附近的流场细节和应力变化情况,为临床医生制定个体化的最佳治疗方案,及时干预颈动脉溃疡斑块,进而预防缺血性脑中风提供可靠的理论依据。
【关键词】：血流动力学 血管狭窄 有限元 颈动脉 溃疡斑块
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R743.3;R318.01
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 1.3.1 课题研究内容14-15
• 1.3.2 研究目标15
• 1.4 本文结构15-18
• 第2章个性化颈动脉模型的三维重建18-26
• 2.1 病例选择18
• 2.1.1 医学影像获取18
• 2.2 三维重建18-22
• 2.2.1 CT图像预处理19-20
• 2.2.2 图像分割20-21
• 2.2.3 三维重建21-22
• 2.2.4 表面平滑及简化22
• 2.3 血管壁和斑块模型的重建22-23
• 2.4 本章小结23-26
• 第3章数值模拟计算26-36
• 3.1 计算流体力学26-29
• 3.2 有限元法29-30
• 3.3 纯流体和流固耦合数值模拟30-31
• 3.4 数值模拟计算31-35
• 3.4.1 有限元网格化分31-33
• 3.4.2 材料属性设置33-34
• 3.4.3 数值模拟边界条件34-35
• 3.4.4 计算求解设置35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章结果分析36-48
• 4.1 纯流体数值模拟36-44
• 4.1.1 血流变化37-38
• 4.1.2 壁面切应力38-42
• 4.1.3 壁面切应力梯度42-44
• 4.2 流固耦合数值模拟44-46
• 4.3 本章小结46-48
• 第5章结论与展望48-50
• 5.1 结论48
• 5.2 展望48-50
• 参考文献50-56
• 攻读硕士学位期间所取得的科研成果56-58
• 致谢58

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王晓曦;刘宏斌;胡小忠;张晓霞;;冠状动脉局部血流动力学参数分析及斑块预警研究[J];解放军医学院学报;2013年06期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 付文宇;基于逆向工程的动脉瘤及支架的数值模拟研究[D];北京工业大学;2010年

2 王舒;舒张压与冠脉CTO病变侧枝循环形成相关性研究[D];中国人民解放军医学院;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 赵一博;弹性动脉局部狭窄血管内血流的ALE有限元分析[D];南华大学;2011年

2 马瑞芳;剪切力与动脉粥样硬化及心血管综合危险的相关性[D];广州中医药大学;2009年

3 陈丽君;颈内动脉虹吸部影像解剖及血流动力学模拟[D];福建医科大学;2012年

4 王晓曦;冠状动脉局部血流动力学分析及对斑块影响的可行性研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2013年

5 刘桂英;右冠状动脉的血流动力学数值模拟[D];南方医科大学;2014年

6 陶钧;颈动脉狭窄行支架置入术前术后血流动力学数值模拟[D];大连医科大学;2014年

7 曹长永;弹性锥形血管的有限元分析及数值模拟[D];南华大学;2014年

8 贾倩;颈动脉斑块局部流体力学参数分析及斑块预警研究[D];中国人民解放军医学院;2014年

  本文关键词：颈动脉溃疡斑块破裂的血流动力学机理的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：304849