基于CFD的颈动脉粥样硬化血流动力学研究及影响因素分析

发布时间：2017-10-25 21:14

  本文关键词：基于CFD的颈动脉粥样硬化血流动力学研究及影响因素分析

  更多相关文章： 颈动脉 动脉粥样硬化 时间平均壁面切应力(TAWSS) 剪切振荡因子(OSI) 流动分离

【摘要】：心血管疾病是威胁人类健康与生命的头号杀手,而动脉粥样硬化是诸多心血管疾病的重要共同病因之一。颈动脉分叉是人体中动脉粥样硬化的易发部位,旦发生病变,轻则导致脑缺血而出现各种神经系统受损的症状,重则导致中风甚至脑梗死。相关研究已经证实,低壁面切应力、振荡的壁面切应力、长粒子滞留时间等血流动力学因素,与动脉粥样硬化的发生密切相关。因此,准确获取个体颈动脉的上述血流动力学参数,对于颈动脉粥样硬化损伤的预测具有重要意义。本文运用医学影像三维重建技术构建了解剖上真实和精确的人体正常颈动脉分叉三维实体几何模型,基于流体力学相关理论,采用CFD软件对颈动脉分叉血管中的生理真实脉动血流进行了瞬态数值模拟,结合动脉粥样硬化力学生物学发病机制的相关理论具体分析发现：颈动脉窦起始段外侧壁和颈外动脉起始段外侧壁各有一块较大的区域在整个脉动周期的时间平均壁面切应力很低,TAWSS值在0.4Pa以下,且切应力在脉动周期内振荡剧烈,OSI最大值达0.458,另外,这两处在心缩期下降阶段和心舒期因产生流动分离而形成了较大范围的低速流动区,同时还伴随着二次流,血细胞、血小板以及脂质颗粒等物质容易在这两处长时间滞留甚至附壁沉积,形成粥样硬化斑块的可能性较大。模拟了不同粘度的血液在颈动脉分叉血管中的生理脉动流,分析研究了血液粘度改变对颈动脉粥样硬化斑块形成的影响,研究发现：在正常生理指标范围内,随着血液粘度的增大,整个颈动脉分叉血管壁面所受切应力水平有一定程度的升高,局部所受的剪切力振荡更加剧烈且作用部位更加集中,流场中的二次流有一定程度的减弱,而分离区范围大小几乎不受影响,综合考虑认为血液粘度的增大会在一定程度上提高颈动脉形成粥样斑块的风险。模拟了不同流量情况下颈动脉分叉血管中的生理脉动血流,分析研究了血流量改变对颈动脉粥样硬化斑块形成的影响,研究发现：随着血流量的增大,颈动脉分叉血管的低壁面切应力区域的范围大幅减小,最低切应力的值明显提高；受振荡的壁面切应力作用的区域范围逐渐减小,且颈动脉窦起始段外侧壁和颈外动脉起始段外侧壁的局部高OSI值区振荡程度减弱、作用部位分散；流场中流动分离区范围和二次流的强度有一定程度的增大,综合考虑认为血流量增大会降低颈动脉形成粥样斑块的风险。
【关键词】：颈动脉 动脉粥样硬化 时间平均壁面切应力(TAWSS) 剪切振荡因子(OSI) 流动分离
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R543.4
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及研究意义12-13
• 1.2 国内外相关研究进展13-19
• 1.2.1 血流动力学国内外研究现状13-18
• 1.2.2 动脉粥样硬化研究现状18-19
• 1.3 主要研究内容19-22
• 第二章 基本理论及建模方法22-32
• 2.1 颈动脉分叉几何模型22-27
• 2.1.1 颈动脉分叉简化模型22-23
• 2.1.2 颈动脉分叉实体模型23-27
• 2.2 颈动脉血流动力学特点27-30
• 2.2.1 血液的组成及其流变特性27-28
• 2.2.2 血管壁结构及其力学性质28-29
• 2.2.3 流的脉动性29-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第三章 颈动脉分叉脉动流的数值模拟与参数分析32-46
• 3.1 几何模型与网格划分32-33
• 3.2 控制方程及模型选择33-34
• 3.3 边界条件及求解设置34-37
• 3.4 计算结果分析37-44
• 3.4.1 时间平均壁面切应力37-39
• 3.4.2 剪切振荡因子39-40
• 3.4.3 流动分离及二次流40-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 血液粘度改变对粥样斑块形成的影响分析46-56
• 4.1 数值计算46-47
• 4.2 血液粘度改变对壁面切应力的影响47-49
• 4.3 血液粘度改变对剪切振荡因子的影响49-51
• 4.4 血液粘度改变对分离区及二次流的影响51-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 血流量改变对粥样斑块形成的影响分析56-66
• 5.1 数值计算56
• 5.2 血流量改变对壁面切应力的影响56-59
• 5.3 血流量改变对剪切振荡因子的影响59-60
• 5.4 血流量改变对分离区及二次流的影响60-63
• 5.5 本章小结63-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士学位期间所获成果74-76
• 致谢76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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本文编号：1095528