目的 研究带有囊形瘤体的颈动脉血管在血液周期性流动过程中的力学特性和瘤体变化,探究囊形瘤体发展的具体机制以及瘤体对血液流动的影响.方法 采用双向流固耦合方法 对颈动脉血管内囊形瘤体和血液之间的相互作用进行有限元数值仿真研究.分析血管的形变、关键区域的血液速度和力学特性以及瘤体对血管的影响过程.结果 在瘤体与血管的交界线上,瘤体呈现较大的形变,瘤体壁面压力低.瘤体对侧血管壁和血管分叉周围的三角区域壁面压力高,易于发生拉伸或破裂.瘤体内部血液速度明显低于正常血管,形成的漩涡使瘤体内部空间未能被充分利用.瘤体在脉动周期内所受的壁面剪切力一直较小,容易导致杂质沉积形成粥样硬化斑块.结论 囊形瘤体会干扰血管内血液正常流动;囊形瘤体会促进镜像瘤体产生.研究结果 为囊形瘤体的治疗和预防提供理论参考.通过了解囊形瘤体的力学特性和对血管的影响,医生可以更好地制定个性化的治疗方案,提高治疗效果.

目的:以三维重建结合计算流体力学的方法探讨原发性三叉神经痛（PTN）患者中是否存在血管神经关系特异性。方法:对2018年1月至2019年12月于郑州大学第二附属医院就诊的20例PTN患者（PTN组）疼痛侧和10例无症状却存在血管接触三叉神经者（对照组）的三叉神经血管接触区域行磁共振数据三维重建，并使用ANSYS 19.2软件对血流、血管壁与神经之间瞬态双向流固耦合模拟，分析比较两组间血管神经接触特点及血管壁对神经压迫情况。结果:PTN组中血管襻曲率［0.21（0.12）mm -1］及血管襻和神经间夹角［69.70（30.67）°］明显大于对照组［分别为0.13（0.07）mm -1， U=34.00， P<0.05；43.40（37.21）°， U=38.00， P<0.05］，且PTN组［（4.23±1.29）mm］较对照组［（5.54±1.85）mm， t=-2.26， P<0.05］血管襻压迫神经部位更接近神经入脑干处。PTN组中血管壁对神经产生的平均剪切应力［15 952.48（5 365.56）Pa］和平均等效应力［24 965.65（7 693.22）Pa］明显高于对照组［分别为12 501.97（6 355.26）Pa， U=53.00， P<0.05；14 992.99（9 824.08）Pa， U=32.00， P<0.05］。血管襻弯曲程度与平均剪切应力（ r=0.931， P<0.05）和等效应力（ r=0.962， P<0.05）呈正相关；受压部位神经形变与平均剪切应力（ r=0.787， P<0.05）和等效应力（ r=0.853， P<0.05）呈正相关。 结论:在PTN患者中存在异常的神经血管冲突，主要表现在血管明显屈曲、血管压迫神经根部以及血管襻平面以更大的夹角压迫神经。而这些结构的异常能导致神经受力异常。

背景:当前心脏瓣膜手术所用的人工瓣膜有生物瓣膜和机械瓣膜,生物瓣膜瓣架的设计与加工决定了生物瓣膜的造型,从而决定了生物瓣膜的使用寿命.目的:根据空间几何方程构建出不同的瓣叶及瓣架模型,通过对比不同瓣叶及瓣架的变形及应力分布情况,获得一种较为合理的瓣架模型,再通过3D打印技术得到实体模型.方法:根据心脏瓣叶和瓣架的几何模型和数学模型绘制出抛物与椭圆2种心脏瓣架模型,用三维建模对心脏瓣膜瓣架建模,通过双向流固耦合分析研究瓣架在血液流场中的受力及变形.选择心脏瓣膜支架的打印方式和合适的打印材料,实现心脏瓣膜瓣架的3D打印成型.结果与结论:抛物瓣架与椭球瓣架的变形、最大主应力和最大剪切应力的分布规律相同,椭球瓣架的变形和所受应力都大于抛物瓣架,最大主应力和最大剪切应力都主要集中在瓣架与瓣叶结合的部分,瓣架的总变形、最大主应力和最大剪切应力都随着瓣架直径的增大而减小.

目的 通过有限元分析方法,探索不同形态的膀胱内前列腺突出(intravesical prostatic protrusion,IPP)对排尿过程的影响.方法 基于1例前列腺中叶和双侧叶突入膀胱的良性前列腺增生患者MRI图像,重建其下尿路有限元模型(模型3).通过图像修改突出部分,构建双侧叶突出模型(模型1)和中叶突出模型(模型2).结合有限元分析软件进行双向流固耦合仿真分析,比较3种模型的前列腺尿道形变和流体动力学参数.结果 排尿过程中,模型3前列腺尿道角减小的程度最大,其次是模型2.模型3中的液体压强损失最严重.在每种膀胱内压下,模型1的流体速度大于其他模型,模型3的最大流率低于其他模型.在相同的膀胱出口截面积,模型3的最大流率低于其他模型,且增加膀胱出口截面积会进一步扩大这一差距.结论 与具有相同IPP长度但只有中叶突出或只有双侧叶突出的患者相比,中叶和双侧叶均突出的患者具有更大的尿道阻力和更小的最大尿流率.评估IPP不仅要测量其长度,还要注意IPP形态.

目的:探讨基于动脉瘤壁与动脉血管壁厚度不一的脑动脉瘤双向流固耦合数值模型的建模方法.方法:用MIMICS16.0软件提取1例患者颅内动脉瘤CT影像DICOM数据,获得动脉瘤体的初步模型.将该模型导入逆向工程软件Geomagic Studio 12,以及UGS NX 8.5进一步处理后,得到厚度不一的脑动脉瘤三维几何模型.运用ANSYS Workbench 15.0软件进行双向流固耦合计算,并分析瘤体内血流特性及动脉瘤壁所受应力应变情况.结果:快速准确地建立了厚度不一的动脉瘤双向流固耦合模型,清晰地模拟出1个心动周期内动脉瘤表面剪切应力、表面变形及速度流线的变化情况.结论:应用上述方法能够快速准确地建立动脉瘤的双向流固耦合模型,且相较于刚性模型和厚度一致的动脉瘤体模型更准确和实用.可以为动脉瘤介入治疗模拟研究提供优良的模型参数.

目的 研究流固耦合作用下室内维医沙疗对人体股动脉血流动力学的影响,探讨维医沙疗对动脉粥样硬化成因的作用机制及对血管破裂的影响.方法 在室内维医沙疗实验中对年轻健康受试者进行维医沙疗研究,对受试者心率、股动脉血流速度峰值及内径作统计学分析;重构人体股动脉三维流固耦合模型,将正弦函数作为初始条件,用Fluent软件分别对沙疗前后血液流动作非定场双向流固耦合模拟,分析维医沙疗对股动脉壁面切应力及yon Mises等效应力的影响.结果 维医沙疗前后受试者心率平均值分别为(76.32±11.40)次/min、(92.69±16.09)次/rain,差异有统计学意义(P＜0.05);沙疗前后股动脉血流雷诺数分别为1855.35、2518.43;沙疗对股动脉壁面切应力及yon Mises等效应力增高的影响较为明显.结论 维医沙疗可增大股动脉血流雷诺数,改善人体股动脉血液流动状态,但沙疗后股动脉血流方式由层流变为紊流,很可能会导致血管瘤,因此对血管内壁较薄弱人群要控制埋沙时间、埋沙厚度及温度.维医沙疗可增高壁面切应力,对预防动脉壁增厚引起的动脉粥样硬化及血栓形成有一定的积极作用.维医沙疗后von Mises等效应力明显增加可加大股动脉在分叉部分破裂可能,沙疗时需谨慎.

研究不同结构形状的血管支架用于治疗颅内动脉瘤后对血流动力学的影响.针对同一个体化颅内动脉瘤模型,设计了三种网丝截面相同、通透率近似相等、结构形状不同的支架.将这三种支架植入颅内动脉瘤模型,进行双向流固耦合数值模拟,分析血流速度、壁面切应力的变化情况.三种支架中,螺旋型支架对动脉瘤瘤腔内的血流旋涡改善效果最佳,对动脉瘤瘤颈和瘤顶部分较高的壁面切应力削弱也最明显;周期型支架的柔顺性优于其余两种类型的支架.螺旋型支架植入颅内动脉瘤的治疗效果最佳,但不适合几何形状复杂的血管,本研究也可为进一步优化支架结构提供依据.

目的 建立基于个体化逆向工程和双向流固耦合模型的B型主动脉夹层数值模拟模型,探讨计算流体力学技术在主动脉夹层重塑研究中的应用价值.方法 获取北京大学人民医院血管外科B型主动脉夹层患者手术前、第一破口封堵后1周、第一破口封堵后6年和远端破口封堵后3个月的4次CT检查资料,使用Mimics逆向工程重建主动脉夹层三维模型,经Geomagic平滑化后运用ANSYS流体力学模块构建基于双向流固耦合模型进行主动脉夹层血流动力学数值模拟.分析血流动力学参数与主动脉夹层重塑之间的关系.结果 成功建立基于个体化逆向工程和双向流固耦合模型的B型主动脉夹层数值模拟模型.主动脉弓远段与胸降主动脉连接处大弯侧存在血流压强峰值区.主动脉夹层假腔的壁应力远高于真腔,壁应力峰值分布在假腔的边缘处及破口附近.成功封堵第一破口后,夹层假腔流线明显减少,剩余腹主动脉下段残余假腔血流自左髂总动脉破口逆行向上灌注,并于假腔顶部形成涡流,有利于夹层血栓化重塑.第二破口位置残留假腔压力持续高于真腔,与动脉瘤形成相关.结论 基于逆向工程个体化设计的双向流固耦合主动脉夹层数值模拟模型能够揭示B型主动脉夹层相对真实的血流动力和管壁应力特征.

动脉瘤日益受到广泛关注,介入术成为动脉瘤的理想化治疗方法,但现实临床实践缺少理论支撑,所以数值模拟成为研究动脉瘤血流动力学参数的关键技术.为了研究动脉瘤的血液动力特性,进而探讨不同参数对动脉瘤的血液动力学特性影响因素,本研究基于1例个体化动脉瘤的影像数据,通过影像提取的方法建立了个体化动脉瘤模型,并根据双向流固耦合的方法进行血流场分析(流线,壁面变形分布,壁面剪切力分布).通过数值分析结果表明,在一个心动周期的不同时刻动脉瘤瘤腔内的涡流强度先增强再减弱并在0.1 s达到最强.动脉瘤壁面的壁面切应力(wall shear stress,wss)的分布也随着时间的变化,同样在0.1 s时刻壁面WSS分布梯度较大,到0.22 s时刻以及后各个时刻达到均匀无梯度分布.而从壁面变形来看,一个心动周期前0.3 s时刻动脉瘤壁的最大变形位置均为瘤顶处并呈现由小到大再到小的变化(0.1 s时刻达到最大变形量),0.3 s时刻的最大变形量位置发生改变,为瘤颈中间部位,但变形量很小为0.01 mm.

背景与目的:目前对主动脉夹层的发病机制及发展规律并未完全明确,但已有大量的研究表明血流动力学因素对主动脉夹层的产生与发展有着重要影响.本研究采用计算流体力学的方法研究无夹层及夹层发展不同时期血流动力学参数的变化规律,旨在从流体动力学的角度探究夹层的产生与发展规律.方法:根据B型主动脉夹层患者的主动脉尺寸数据,通过三维建模软件Pro/E构建出无夹层及夹层发展不同时期的理想化主动脉模型,利用Workbench平台完成双向流固耦合仿真,分析血流速度、压力、血管壁Von Mise应力等血流动力学参数的变化规律.结果:加速射血期内,有夹层存在时,血液的最大流速增加了0.6 m/s左右,同时假腔内的血液流动状态随着夹层的发展更加复杂;最大血液压力增加了0.3～0.6 kPa左右,同时升主动脉入口外侧壁的高血压区域也有所扩大;血管壁的最大Von Mise应力的峰值及波动性随着夹层的发展而增大,并且最大Von Mise应力主要位于夹层撕裂处、假腔侧壁与外壁等部位.结论:有夹层存在时,假腔压迫真腔,导致分支血管血流速度增大、升主动脉血液压力及高血压区域增大;靠近夹层撕裂处的涡流有可能导致血管壁进一步撕裂甚至破裂;血管壁进一步撕裂及破裂的风险随着夹层的发展而增大,并且应当重点预防血管壁在撕裂处、假腔侧壁与外壁等部位破裂.