血液动力学数值模拟

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血液动力学是生物力学的一个分支,其主要任务是应用流体力学的理论和方法研究血液沿血管循环流动的原因、条件、状态以及各种影响因素,以阐明血液流动的规律、生理意义及与疾病的关系。

血液动力学就是研究表征人体血液循环系统的流动参数(血流量、流速、压力、流态、粘度、外周阻力等)在生理病理条件下的变化。血管分叉和血液脉动使血管壁面剪切力呈周期和非均匀变化。正常动脉血流为层流,在弯曲和分叉处会伴随二次流动,速度抛物线的偏移会产生低壁面剪切力小区域。动脉血管会根据血液动力学条件进行自适应调整和改变,而非常规血液动力学条件也会使血管产生生物学反应。

血液动力学研究方法

由于心血管系统结构的三维和多尺度特性,心血管系统所产生的力学现象非常复杂,仅仅依靠以往的计算力学和计算流体力学(CFD)方法远远不够,因此,基于图像的三维建模,流体-固体-生理现象耦合解析技术等是分析心血管复杂系统不可或缺的。耦合分析不只是狭义的流固耦合,而是应用计算力学手段探究构成人体系统的广泛的物理化学现象,最终形成生物医学技术的创新应用。

近年,计算机断层扫描技术(CT),核磁共振技术(MRI),超声(US)和数字减影图像(DSA)等医学影像技术(DSA)为建立基于精确解剖结构的个性化三维模型提供了可靠的数据基础。计算流体力学,有限元分析,流固耦合技术以及高性能计算机硬件的发展为血液动力学特性分析提供了有力的理论基础。

通过逆向工程技术,采用透明硅橡胶可以制作出真实结构的各种正常和病变血管模型,利用PIV(ParticleImagingVelocimetry)可视化技术体外观测血液流动特性,一方面可以验证数值模拟的有效性,另一方面为手术设计,药物研发和临床训练的血管内操作提供非常有用的工具。

1动脉系统血液动力学

劲动脉分叉,腹主动脉,左冠状动脉,心脏及近端主动脉是较易产生病变的部位,因此,这些部位的正常及病理状态下的血液动力学特性就成为


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