基于凸入型内壁模型的血管支架流固耦合系统的血流动力学研究

发布时间：2017-12-05 15:11

  本文关键词：基于凸入型内壁模型的血管支架流固耦合系统的血流动力学研究

  更多相关文章： 冠脉支架 模型重构 凸入型内壁模型 流固耦合 血流动力学

【摘要】：随着人民生活质量的提高和生活方式的变化等,心血管疾病日益成为危害人类身体健康的常见病症之一,其中又以冠心病危害最甚。支架植入术以其创口微小、效果显著等优势成为冠心病的重要治疗手段。但是支架内再狭窄是支架植入术不可忽视的潜在威胁之一,而血流动力学状况与支架内再狭窄密切相关,因此对植入支架后血管内血流动力学的研究显得尤为重要。由于血管形状引起的曲率效应和冠脉支架存在而导致的衍射现象及阴影区域,使得很难进行体外实验研究,因此数值仿真技术在研究血流动力学方面发挥了至关重要的作用。目前大多数仿真研究是将支架处血管横截面简化为圆面的模型(称之为圆柱型内壁模型)来进行的,且多为假定血管壁是刚性壁的纯流体分析。而实际上,根据动物实验和血管造影研究发现,支架扩张会改变血管横截面形状,形成非圆截面：同时血管壁和血流之间存在相互作用。因此,本文以建立扩张后变形支架血管耦合模型(称之为凸入型内壁模型)为切入点,进行流固耦合分析,以研究冠脉内血流动力学情况对支架内再狭窄的影响,并对支架结构优化提出建议。本文的主要研究成果如下：(1)研究了支架血管共同扩张数值模拟的基础理论和实施方法。通过几何非线性、材料非线性和边界条件非线性三个方面阐述了高度结构非线性问题,并推导了大变形基本理论。进行了针对支架血管共同扩张的数值模拟,得到了扩张后血管、支架的变形结果,分析了支架的扩张率和缩短率,以及模型各个部件的应力应变等模拟数据。结果表明,支架扩张后内应力在材料的屈服强度和抗拉强度之间,说明支架扩张完成后已经产生塑性变形,但是并没有出现超过抗拉强度的应力而导致的支架断裂现象。研究还发现,在支架网孔内,血管壁出现内凸现象,这一现象是构建更为准确的血管支架流固耦合模型的基础。(2)研究了构建变形后耦合模型的方法。本文中变形模型的重建主要依靠成果(1)中共同扩张模拟后得到的变形的有限元模型。在后处理软件中测量得到若干变形后有限元模型关键节点信息,利用得到的节点位置信息,在三维建模软件中重建了变形后的支架、血管耦合实体模型。该模型能够准确地反映出支架扩张后血管内壁真实的变形情况。该模型将被应用到后续的流固耦合分析当中。(3)研究了血管一支架流固耦合模型血流动力学数值模拟的关键技术,深入全面地研究了支架植入病变部位后血流、血管相互作用机理,以及支架内再狭窄成因。首先对凸入型内壁模型进行血流动力学分析,发现低壁面剪应力主要存在于支架杆和支架连接筋附近,脉动流对血管壁冲击作用明显。其次对圆柱型内壁模型和凸入型内壁模型的模拟结果进行对比。对比发现,圆柱型内壁模型弱化了低壁面剪应力区域,凸入型内壁模型在支架区域受脉动流冲击导致的变形更为显著。相比于圆柱型内壁模型,凸入型内壁模型更能真实地反映出支架内再狭窄发生的情况,有利于后续的支架结构的优化。最后对三种不同支架厚度的模型进行了流固耦合分析,对比发现,虽然支架厚度对冠脉内壁面剪应力的整体分布影响不大,但是对低壁面剪应力区域的分布影响较大。数值模拟结果表明,支架植入必然会导致近壁面血流发生扰动,凸入的血管壁发生周期性应力和位移,从而增大内膜增生的可能性；在保证支架强度的同时,应尽可能的减小支架厚度,从而降低支架内再狭窄发生几率。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;R54

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 顾兴中;程洁;李俐军;倪中华;;血管支架耦合系统血流动力学数值模拟与实验研究[J];东南大学学报(自然科学版);2012年06期

2 曾X;乔爱科;;三种截面支架对动脉瘤血流动力学影响的比较研究[J];医用生物力学;2012年02期

3 李宁;张洪武;;冠脉支架纵向柔顺性数值模拟[J];计算力学学报;2011年03期

4 王伟强;王丽;杨大智;齐民;;血管支架有限元优化设计[J];生物医学工程学杂志;2008年02期

5 梁栋科;杨大智;齐民;;一种血管内支架的有限元模型及计算流体动力学分析[J];生物医学工程学杂志;2007年03期

，

本文编号：1255239