动脉粥样硬化斑块血管的血流动力学模拟及实验研究
发布时间：2021-04-17 15:15
动脉粥样硬化斑块可引起动脉管腔严重狭窄,血液流过大幅收窄的动脉可能会有不同的流量特性,并在斑块表面和动脉壁产生不同的作用力。管腔内的扰流和力场可能会对血管内皮细胞、平滑肌细胞和循环血细胞产生严重影响。同时,由于纤维帽的钙化可能引起应力集中导致破裂。本文主要针对狭窄动脉血流动力学参数和钙化纤维帽力学性能展开研究。通常缺乏实验验证的数值模拟算算往往是没有说服力的,但是该领域既无法实现病变血管的在线测量,同时也缺乏实验研究。因此,本文将利用光纤光栅传感特性来设计实验,通过该实验和数值模拟对本文的算法进行验证,利用经过验证的算法对本文的研究内容展开研究。对于血流动力学参数研究,本文采用一个简化模型模拟一个非牛顿脉动血液流过由动脉粥样硬化引起的、不同狭窄程度的动脉血管。结合目前大量研究都是基于单斑块狭窄动脉研究的现状和大量的伴生斑块病变血管在临床中被发现这个实际情况,本文将系统的研究含有伴生斑块的病变血管。通过改变伴生斑块之间间距、前斑块高度、前斑块空间位置,对后斑块上流体壁面剪切应力和梯度、流体壁面正应力和剪切速率的影响进行研究。由这个理想模型获得的计算结果可以揭示更为复杂的动脉狭窄血流特征,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
斑块的发展过程
d /ds计算，其中 s 是沿血管壁的弧长。耦合分析算不同于固体计算，流体计算有一个特点就是在欧拉节点和计算区域保持相对固定，因此在运用 CFD 计要通过特殊的方法（动网格法）来解决这一问题。 动网格法：对于固体结构而言，在结构计算过程中，之一就是网格节点的位移，可以直接将几何模型边界直接输入。同时因为结构数值模拟是基于拉格朗日坐点都是可以运动的，所以网格节点运动都是正常的。耦合分析中，由于血管壁为自由边界，因此需要考虑 壁 变 形 引 起 的 流 场 变 形 ， 对 于 流 场 部 分Remeshing 的方法对流场网格更新，并且将血液和血为 System Coupling。
Transient Structural 模块，该算法基于分区的耦合算法，即分别对固体和流体进行网格划分，流体网格利用 Fluent 动网格法进行更新，网格场的计算数据通过设置 fluid-solid interface 插值传递所需的数据。数据传递顺序为：首先计算流体，并且将计算结果中的压力传递到血管壁上，之后通过对血管壁计算得到节点位移，将此位移返回给血液，通过动网格法更新流场。2.3 仿真验证本验证是基于 Alireza Gholipour 等人[25]研究中的三层膜结构病变血管模型的数值模拟，本文算法采用 2.2.2 节中给出的双向流固耦合算法，通过仿真结果与文中结果的对比验证来说明本文流固耦合算法的有效性。图 2-2是本文所建立了含斑块的动脉三维模型。图 2-2(c)中模型采用含有一个斑块的三分膜结构，即血管分为内膜、中膜、外膜三层膜；斑块表面被纤维帽覆盖；血管模型总长度为 16mm，斑块高度 1.26mm，斑块肩宽2mm；血管外径为 4.5mm，内膜、中膜、外膜三层膜的厚度分别为 0.23、0.31 和 0.34mm。斑块生长于内膜和中膜之间（如图 2-2(c)所示）。(a)(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]颈动脉血液动力学的数值模拟[J]. 袁玮,陈忠利. 中国组织工程研究. 2014(42)
[2]正常国人升主动脉、腹主动脉、肾动脉血管的松弛函数及力学性质[J]. 孟繁军,权铁刚,马洪顺. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(48)
[3]以CT图像为基础构建人狭窄颈动脉的血流动力学模型[J]. 金龙,Augsburger L,Vargas MI,Rufenacht DA. 中国医学影像技术. 2007(08)
[4]动脉粥样硬化斑块失稳破裂简化模型的高阶动力学研究[J]. 苏海军,张鹏飞,张梅,张运. 中国生物医学工程学报. 2006(03)
本文编号：3143674
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
斑块的发展过程
d /ds计算，其中 s 是沿血管壁的弧长。耦合分析算不同于固体计算，流体计算有一个特点就是在欧拉节点和计算区域保持相对固定，因此在运用 CFD 计要通过特殊的方法（动网格法）来解决这一问题。 动网格法：对于固体结构而言，在结构计算过程中，之一就是网格节点的位移，可以直接将几何模型边界直接输入。同时因为结构数值模拟是基于拉格朗日坐点都是可以运动的，所以网格节点运动都是正常的。耦合分析中，由于血管壁为自由边界，因此需要考虑 壁 变 形 引 起 的 流 场 变 形 ， 对 于 流 场 部 分Remeshing 的方法对流场网格更新，并且将血液和血为 System Coupling。
Transient Structural 模块，该算法基于分区的耦合算法，即分别对固体和流体进行网格划分，流体网格利用 Fluent 动网格法进行更新，网格场的计算数据通过设置 fluid-solid interface 插值传递所需的数据。数据传递顺序为：首先计算流体，并且将计算结果中的压力传递到血管壁上，之后通过对血管壁计算得到节点位移，将此位移返回给血液，通过动网格法更新流场。2.3 仿真验证本验证是基于 Alireza Gholipour 等人[25]研究中的三层膜结构病变血管模型的数值模拟，本文算法采用 2.2.2 节中给出的双向流固耦合算法，通过仿真结果与文中结果的对比验证来说明本文流固耦合算法的有效性。图 2-2是本文所建立了含斑块的动脉三维模型。图 2-2(c)中模型采用含有一个斑块的三分膜结构，即血管分为内膜、中膜、外膜三层膜；斑块表面被纤维帽覆盖；血管模型总长度为 16mm，斑块高度 1.26mm，斑块肩宽2mm；血管外径为 4.5mm，内膜、中膜、外膜三层膜的厚度分别为 0.23、0.31 和 0.34mm。斑块生长于内膜和中膜之间（如图 2-2(c)所示）。(a)(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]颈动脉血液动力学的数值模拟[J]. 袁玮,陈忠利. 中国组织工程研究. 2014(42)
[2]正常国人升主动脉、腹主动脉、肾动脉血管的松弛函数及力学性质[J]. 孟繁军,权铁刚,马洪顺. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(48)
[3]以CT图像为基础构建人狭窄颈动脉的血流动力学模型[J]. 金龙,Augsburger L,Vargas MI,Rufenacht DA. 中国医学影像技术. 2007(08)
[4]动脉粥样硬化斑块失稳破裂简化模型的高阶动力学研究[J]. 苏海军,张鹏飞,张梅,张运. 中国生物医学工程学报. 2006(03)
本文编号：3143674
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