主动脉内经皮左心室辅助泵出口处流场非定常模拟分析及其影响

发布时间：2021-03-01 05:18

　　目的:分析主动脉内经皮左心室辅助泵出口处的径向血流及其对主动脉内皮细胞造成损伤的可能性。方法:运用计算流体力学（CFD）对一款经皮左心室辅助泵在主动脉直径分别为20、30、40 mm 3种情况下进行非定常数值仿真,分析血泵出口处的流场分布。通过研究其速度、压力和剪切应力分布情况来分析血泵径向血流对主动脉血管内皮细胞的影响。结果:数据结果显示,血泵出口处的径向血流对3个模型额外增加的正应力分别为24、17、8 mmHg,近壁面剪切应力大于25 Pa的比例分别为19.3%、13.6%、3.0%。结论:实验表明,经皮左心室辅助泵的植入会增大主动脉压和近壁面剪切应力,而且主动脉直径越小,其效果越明显,因此对于主动脉直径偏小、患有高血压或动脉病变的患者应谨慎使用。 

【文章来源】：中国医学物理学杂志. 2020,37(12)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

主动脉弓

图1 主动脉弓在剪切率高于100/s时，血液流动性表现为牛顿流体特征[11]。故本文中将血液设定为牛顿流体，其黏度为3.5×10-3Pa?s，密度为1.055 g/cm3[12]。据此假设血管为圆形刚性管，忽略环境重力作用，不考虑能量传递。当前描述流体运动的最完整的流体力学基本方程组是描写粘性流动的三维Navier-Stokes方程组，简称N-S方程组，表述血液在主动脉中的N-S方程如下：

使用FLUENT软件对模型进行瞬态分析，首先设置边界条件。主动脉内血流环境随心脏收缩和舒张规律变化，因此将主动脉入口边界条件设置为随时间变化的速度入口（图3），一个心脏周期为0.8 s[13]；血泵入口边界条件设置为3.0 L/min的流量入口。出口边界条件设置为压力出口（8 000 Pa)[14]。叶轮转速为46 000 r/min。控制方程的计算采用有限体积法，湍流模型采用标准k-ε模型，数值求解使用SIMPLE算法。对流项的离散采用二阶迎风格式，耗散项采用中心差分格式，收敛精度为0.001[15]。仿真计算时间为2.4 s(3个心脏周期），时间步长为0.000 5 s，每100个时间步长保存一次数据。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算流体动力学的主动脉内血流仿真[J]. 段晓杰,左瑞雪,汪剑鸣,陈庆良.  计算机仿真. 2019(09)
[2]轴流血泵入口管道流场的数值模拟与实验研究[J]. 柳光茂,周建业,孙寒松,陈海波,张岩,胡盛寿.  北京生物医学工程. 2018(03)
[3]心力衰竭诊治进展[J]. 苗连海,王峰.  现代仪器与医疗. 2018(02)
[4]对2017美国高血压指南与我国高血压防治策略的思考[J]. 李勇.  心脑血管病防治. 2018(01)
[5]基于CFD的液悬浮人工心脏泵叶轮入口优化分析[J]. 李卫东,姚奇,杜建军,周超英,牛彦文.  北京生物医学工程. 2017(01)
[6]剪切力对血管内皮功能影响及机制研究进展[J]. 曹雪飞,董国,杨树森.  中华实用诊断与治疗杂志. 2016(10)
[7]心力衰竭外科治疗现状与进展[J]. 胡盛寿.  中国循环杂志. 2016(03)
[8]基于CFD螺旋离心式血泵与离心式血泵内部流场的数值分析[J]. 韩伟,韩冰雪,王汉义,朱登魁,高瑞,范云照.  兰州理工大学学报. 2014(05)
[9]血管内皮细胞损伤及修复的研究进展[J]. 张建江,易著文.  临床心身疾病杂志. 2007(02)
[10]国人升主动脉及主动脉弓的CT解剖研究[J]. 张敏宏,郭伟,刘小平,尹太,贾鑫,杜昕.  中华普通外科杂志. 2009 (01)



本文编号：3057003