右冠状动脉的血流动力学数值模拟

发布时间：2016-11-30 21:10

  本文关键词：右冠状动脉的血流动力学数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

《南方医科大学》 2014年

右冠状动脉的血流动力学数值模拟

刘桂英  

【摘要】：研究背景 冠状动脉粥样硬化性疾病(Coronary Atherosclerotic Disease, CAD),指冠状动脉粥样硬化使血管腔狭窄或阻塞,和(或)因冠状动脉功能性改变(痉挛)导致心肌缺血缺氧或坏死而引起的心脏病,统称冠状动脉性心脏病,简称冠心病。CAD病理基础是冠状动脉粥样硬化,临床的冠脉事件90%由冠状动脉粥样硬化引起。目前公认的危险因素包括高血压、高血脂、高胆固醇、高胱氨酸血症、高血糖、吸烟、超重、肥胖,遗传因素以及微量元素的摄入不足等。冠心病的病理基础是冠状动脉粥样硬化的长期慢性的复杂过程,业已证实,CAD是一种多因性疾病,涉及到基因、代谢、环境等多种因素的相互作用,其中炎症介质、动脉血流变化、脂质沉积等因素的影响在在斑块的发生、变化、破裂过程起重要作用。目前有多种发病学说在试着解释粥样硬化的病理机制,如脂质浸润学说,单克隆学说、切应力学说、损伤反应学说、同型半胱氨酸学说、内皮功能紊乱学说、精氨酸学说、氧化应激、内皮祖细胞功能失常学说等,但仍然未完全阐明粥样硬化发生、发展的机制及其影响因素。冠心病的患病率与病死率均高,而且高危人群的基数庞大,防治冠心病的负担沉重,除了冠心病的一级预防即不良生活方式干预及危险因素干预措施外,在易患人群中对冠心病的大量筛查也是防治冠心病的重要措施。冠脉血流变化可导致血液中脂质,白细胞、血小板等有形成分的不均匀性分布,在局部血流动力学变化较大的区域,常常出现血液的缓流、滞留,可致血液中的有形成分的沉积,逐渐形成粥样斑块,粥样斑块的继续发生、发展,常可导致血管腔的狭窄和血管支配的相应供血区缺血,最终患者表现出明显的临床症状。 然而,由于技术难度大,在体或者离体实验研究血流动力学不可行。近年来血流动力学数值模拟发现,粥样硬化好发于脑动脉、颈动脉以及冠状动脉等具有血管分叉或明显弯曲处等血流变化明显的部位,而上述危险因素均不能完全解释动脉粥样硬化发生的局部性。因此可以推测,这种斑块形成在解剖学上的明显倾向,是与某种有选择定位作用的致病因素联系在一起,因此,本实验通过比较解剖结构复杂程度不同的正常右冠状动脉与不同狭窄程度偏心性右冠状动脉的血流动力学差异,探索粥样斑块的易发部位及斑块的发生发展与解剖结构的关系。 第一章正常右冠状动脉的血流动力学数值模拟 [目的] 本实验利用数值模拟技术建立带有侧分支的理想右冠状动脉和个体右冠状动脉有限元模型,探索解剖因素对血流动力学参数血管壁面剪切应力(Wall Shear Stress, WSS)和血管壁面压力(Wall Pressure Gradient, WPG)的具体影响,比较扭曲右冠状动脉与非扭曲右冠状动脉的血流动力学差异,为临床评估患者发生粥样斑块的倾向性提供依据。 [方法] 1、基于个体右冠状动脉(Right Coronary Arteries,RC As)的解剖特点,用Proe5建立125例带有侧分支的理想右冠状动脉模型及一例侧分枝成60度的直管作为参照模型,模型差异表现在主干弯曲程度、侧分支的弯曲程度及侧分支与主干血流方向的成角角度三个方面； 2、用MIMICS10.01把疑似冠心病患者的胸部CT血管造影(CTA.CTAngiography)的二维图像重建成三维模型后,挑选三例解剖结构差异较大的冠脉A、B和C,其主干全程未见狭窄,A是典型的非扭曲型右冠状动脉,C是典型的扭曲型右冠状动脉,B的解剖结构复杂程度介于A和C之间；然后采用Geomagic Studio2012进行光顺、裁剪等处理,建立个体右冠状动脉的三维数字化模型； 3、采用CFX软件对建好的三维模型进行网格划分,赋予相同的生理边界条件、求解控制条件,并均求解成功,统一在收缩期速度峰值时刻采集各个冠脉模型的WSS分布云图,WPG分布云图,平均壁面剪切应力(average Wall Shear Stress, WSS)及冠脉出入口两端之间的压降(Pressure Drop, AP),并进行参数化分析。 [结果] 1、理想右冠状动脉中,局部低WSS和低WPG区域位于粥样斑块的易发部位,即弯曲的屈侧和分叉的对侧。平均壁面切应力值和冠脉出入口两端之间的压降与冠脉主干弯曲程度、侧分支与主干血流方向成角角度以及侧分支弯曲程度成正相关,其中,冠脉主干弯曲程度的影响最大； 2、个体右冠状动脉中,解剖结构不同,WSS和WPG分布不同；在弯曲的屈侧和分叉对侧总是出现局部的低WSS和WPG区域；局部高WSS区域总是位于分叉处；同时冠脉近端分叉处的局部高WSS值大于冠脉远端分叉处；右冠状动脉C的wss值和冠脉出入口两端之间的压降AP均大于右冠状动脉A和B； 3、个体右冠状动脉的局部低WSS和WPG区域出现的位置与理想右冠状动脉的一致,但分布云图较理想右冠状动脉复杂,压降AP值也是理想右冠状动脉的2-3倍。 [结论] 本实验通过建立理想冠脉模型,利用数值模拟方法,参数化分析了右冠状动脉主干弯曲程度、侧分支与主干血流方向成角角度对右冠状动脉的血流动力学影响,结果表明：局部低WSS和WPG位于粥样斑块易发部位,与文献报道一致。扭曲型右冠状动脉因受WSS和WPG的空间分布和幅度的更显著影响,加速了粥样斑块的发展,可应用于临床评估冠脉严重扭曲患者发生粥样斑块的倾向性；由于侧分支与主干血流方向成角角度的大小,影响到冠脉的血流动力学,也参与扭曲右冠状动脉更易于发生心肌缺血和粥样斑块,所以,针对右冠状动脉严重病变并无法进行支架植入术,必须施行冠状动脉移植术的患者,移植血管与闭塞冠脉下段的成角角度有待优化,因此,本研究可为冠状动脉旁路移植术的基础手术设计和施行提供理论依据。 第二章高度弯曲的进展性狭窄冠脉的流固耦合分析 [目的] 利用计算流体力学技术建立不同狭窄程度的偏心性高度弯曲右冠状动脉三维数字模型,采用双向流固耦合分析(two-way Fluid-structure Interaction Analysis,FSI)方法分析弯曲右冠状动脉出现狭窄后的血流动力学变化情况。 [方法] 1、用Proe5建立一支正常高度弯曲右冠状动脉及9支带有粥样斑块的不同狭窄程度的偏心性高度弯曲右冠状动脉的三维数字化模型,10支冠脉的不同之处为弯曲屈侧出现的偏心性粥样斑块的高度和长度逐渐增加,即冠脉腔的狭窄程度逐渐增加。 2、采用ANSYS Transient Structure模块和CFX软件对建好的三维模型进行网格划分,结合应用ANSYS Transient Structure模块和CFX模块对赋予了相同的生理边界条件、求解控制条件的有限元模型进行流固耦合分析,求解成功后统一在速度峰值时刻采集各个冠脉模型的WSS分布云图、WPG分布云图、粥样斑块最狭窄平面上的von Mises应力分布云图、wss、冠脉出入口两端之间的压降AP及最狭窄平面上的von Mises应力的最大值和最小值,并进行参数化分析。 [结果] 冠脉自发生粥样斑块至明显狭窄的过程中,局部低WSS区域向冠脉屈侧下游移动,局部低压力区域由冠脉远段移动到冠脉屈侧下游,von Mises应力在粥样斑块最狭窄平面上呈不均匀性分布。并且,冠脉的平均壁面切应力值和冠脉出入口两端之间的压降及粥样斑块最狭窄平面上von Mises应力最大值和最小值与狭窄程度成正相关。 [结论] 高度弯曲的进展性狭窄冠脉的流固耦合分析成功展示了冠脉从无病变到出现轻微狭窄致发展到重度狭窄过程中的动态血流动力学变化。局部低WSS和低WPG区域的动态变化,与文献报道一致,可应用于揭示粥样斑块发生发展的形态学变化趋势；冠脉自发生粥样斑块至明显狭窄的过程中,随着狭窄程度的增加,冠脉的平均壁面切应力值和冠脉出入口两端之间的压降增加,可加速粥样斑块的发展,同时,压降AP的增加,与血流阻力的增加密切相关,对压降的测量,可应用于评估冠脉的狭窄严重程度；粥样斑块最狭窄平面上von Mises应力最大值和最小值与狭窄程度成正相关,可能与易损斑块的破裂相关。

【关键词】：
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R541.4
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 杨希立,陈军,周颖玲,黄文晖,罗建方,李光;高血压对冠状动脉形态的影响(附203例报告)[J];第一军医大学学报;2004年02期

2 刘晓慈;流体力学Navier－Stokes方程的矩阵变换[J];海南大学学报(自然科学版);1995年02期

3 袁斌;罗伟;黄有胜;刘俊伟;谢毅;罗昉莹;;冠状动脉迂曲无狭窄的胸痛病人的临床分析[J];岭南心血管病杂志;2007年02期

4 姜盛强;庄明华;;动脉粥样硬化血流动力学的研究进展[J];中国现代医生;2010年36期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李洋;沈成兴;刘乃丰;;冠状动脉扭曲的研究现状[J];国际心血管病杂志;2011年01期

2 张文华,夏稻子,张宇虹,林萍,高林,礼广森,由悦,武俊;原发性高血压左室构型变化与冠心病的关系[J];中国临床医学影像杂志;2005年09期

3 李庆啸;李彩英;李敬民;于晨;柳青;宋鹏;;256层螺旋CTA对冠状动脉迂曲与冠心病相关性定量分析[J];临床放射学杂志;2012年10期

4 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

5 陈艳芳;迟红卫;张玉环;门明;王淑萍;;冠状动脉迂曲患者临床特点分析[J];医药论坛杂志;2013年11期

6 张凤华;楚溪;张俊芳;郭秋红;张晓静;张建平;;调脂通脉汤对动脉粥样硬化大鼠血流动力学的影响[J];时珍国医国药;2012年02期

7 王晓曦;刘宏斌;胡小忠;栾韶亮;张兴博;;以CT图像为基础的冠状动脉狭窄处血流动力学研究[J];现代生物医学进展;2013年09期

8 林鑫;豆中强;陈永光;;Navier-Stokes方程的球坐标列矢量变换[J];江汉大学学报(自然科学版);2006年03期

9 刘超;陈明;;冠状动脉的生物力学特性及其对介入治疗的优化作用[J];中国医学影像学杂志;2013年11期

10 刘广忠;李悦;李为民;;冠状动脉多支血管病变血运重建功能性评价的新进展[J];中国介入心脏病学杂志;2013年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 成晓江;血管内支架成形术治疗颅外颈动脉狭窄的临床研究[D];新疆医科大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 王林;RTM工艺渗透率的研究[D];武汉理工大学;2010年

2 杜雪子;锥形波纹小口径人造血管的制备与性能研究[D];东华大学;2012年

3 豆中强;动脉血管中脉动血流的数值模拟[D];重庆大学;2006年

4 李庆啸;256层螺旋CT冠脉成像对冠脉迂曲定量研究[D];河北医科大学;2012年

5 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

6 任向杰;256iCT对左冠状动脉分支夹角和冠脉径线的定量研究[D];河北医科大学;2014年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 邱明,李公信,刘映峰;优势型冠状动脉闭塞致其他部位心肌梗死[J];第一军医大学学报;2002年08期

2 欧阳伟,何国荣,刘金华;冠状动脉疾病危险因素与~(201)TI心肌灌注显像的相关性研究[J];第一军医大学学报;2002年12期

3 涂晓文,刘映峰,李志樑,吴宏超,陆青,唐朝枢;尾加压素Ⅱ在冠状动脉中的表达与冠状动脉粥样硬化[J];第一军医大学学报;2003年06期

4 迟东升,刘伊丽,王鹏,陈小林,刘俭,谢志斌,李琦,区文超,修建成,查道刚,吴平生,许顶立;超声心动图观察左室肥厚对评价高血压心肌微血管病变的价值[J];第一军医大学学报;2003年07期

5 凌琼;屠伟峰;;血液动力学因素对动脉粥样硬化形成的影响[J];广东医学;2008年09期

6 庄明华,白晔,黄集前,张尔强,常立功,姜树学,杨国瑞,宋今丹,李吉;大脑皮层微血管内皮细胞可能是脑内血液缘流保护性屏障[J];中国动脉硬化杂志;2004年06期

7 张科林,张清,李妍;冠状动脉造影血管无狭窄造影剂充盈排空缓慢的临床价值探讨[J];陕西医学杂志;2000年03期

8 符凌;常小荣;岳增辉;;动脉粥样硬化兔造模的常用方法简介[J];中西医结合心脑血管病杂志;2009年10期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李巅远;阜外心血管病医院成功救治1例巨大右冠状动脉起始部瘤患者[J];中华医学信息导报;2000年07期

2 郑建强;右冠状动脉窦破入右室1例误诊[J];中国全科医学;2001年05期

3 林恩平,陈德伟;彩色多普勒超声心动图诊断右冠状动脉右房瘘1例[J];中国超声诊断杂志;2003年07期

4 崔然,张明,关汝明,高阳;右冠状动脉-左心室瘘1例[J];岭南心血管病杂志;2005年02期

5 刘倚河,刘舜辉,廖瑞真;先天性右冠状动脉右室瘘1例[J];中国医学影像技术;2005年07期

6 黄河;龙云;曾建平;黄浩波;;冠状动脉介入治疗致右冠状动脉开口夹层及右冠状动脉窦撕裂一例[J];中国介入心脏病学杂志;2009年02期

7 李湘云;;彩色多普勒超声心动图诊断右冠状动脉右室瘘的价值[J];医学信息;2009年06期

8 罗国华;闫军;刘迎龙;胡盛寿;;右冠状动脉起源于肺动脉的诊断和外科治疗[J];中国循环杂志;2009年02期

9 杨呈伟;李炯佾;陆敏;宋会军;徐仲英;;右冠状动脉-右室瘘一例[J];放射学实践;2012年12期

10 叶鹿鸣,陈以慈,洪纪勳;冠状动脉的解剖学观察 四、右冠状动脉的终支和室支[J];广东解剖通报;1980年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 徐通达;;三次造影、三次“策略”最终置入一枚支架治疗右冠状动脉严重病变一例[A];中华医学会心血管病学分会第十次全国心血管病学术会议汇编[C];2008年

2 马延峰;郭治彬;赵勇;刘睦胜;;扩张右冠状动脉室间隔瘘形成巨大囊腔后破入右室一例[A];中华医学会第11次心血管病学术会议论文摘要集[C];2009年

3 黄兆铨;胡敏勇;;双支右冠状动脉并右房瘘一例[A];2006年浙江省心血管病学学术年会论文汇编[C];2006年

4 杨娅;谢谨捷;;右冠状动脉起源于肺动脉的超声诊断1例[A];第十届全国超声心动图学术会议论文[C];2010年

5 刘春艳;;右冠状动脉右房瘘1例[A];第九次全国中西医结合影像学术交流大会全国中西医结合影像学诊断与研究学习班论文集[C];2007年

6 夏勇;;三次造影、三次“策略”最终置入一枚支架治疗右冠状动脉严重病变一例[A];中华医学会心血管病学分会第十次全国心血管病学术会议汇编[C];2008年

7 谢安;臧益民;朱妙章;;右冠状动脉梗塞对左心室收缩功能的影响[A];第四届全国心功能学术研讨会论文摘要集[C];1994年

8 李文华;;应用OTW球囊辅助成功开通右冠状动脉完全闭塞病变一例[A];中华医学会心血管病学分会第十次全国心血管病学术会议汇编[C];2008年

9 刘加立;;右冠状动脉极度扭曲自发夹层闭塞病变介入治疗一例[A];中华医学会心血管病学分会第十次全国心血管病学术会议汇编[C];2008年

10 夏勇;;右冠状动脉极度扭曲自发夹层闭塞病变介入治疗一例[A];中华医学会心血管病学分会第十次全国心血管病学术会议汇编[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 刘宇;[N];黑龙江经济报;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 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

2 林莉;右冠状动脉病变患者在不同病变部位和狭窄程度的临床特点[D];中国医科大学;2005年

  本文关键词：右冠状动脉的血流动力学数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：200069