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目的:探讨颈动脉血管几何结构参数和血流动力学参数随着颈动脉狭窄病变的变化规律。分析对比纯流体模型(Fluid-onlymodel:FM)和流固耦合模型(FSI)的血流动力学参数(血流状态、血压分布以及血管壁剪切力(Wallshearstress:WSS))的异同。分析个体化病人的WSS分布规律。讨论病人血压最大值、WSS和颈动脉血管几何结构参数之间的相关性。 方法:通过长期跟踪观察同一个病人,病例数据来源于剑桥大学的合作研究实验室(AddenbrookesHospital)。扫描时间从2006年6月1日到2008年9月8日。用Simpleware建立个体化病人3D颈动脉狭窄模型,在Fluent6.3中分析不同观测时间点在稳流和脉动流条件下的血流动力学参数的变化。用GeomagicStudio10.0完成流固耦合模型建立,ANSYS+CFX中基于任意拉格朗日-欧拉算法(ALE)计算流固耦合的血流动力学参数。使用软件包VMTK完成所有颈动脉血管的几何参数分析,包括颈动脉分叉角、颈内动脉角、颈内动脉平面角、径向弯曲度、狭窄度、颈内动脉中心线曲率、挠度、弯曲度、最大狭窄长度等。SPSS13.0完成个体化病人血流动力学参数和几何参数之间相关性的分析。 结果:颈动脉狭窄起始于分叉点(参照点),并不断往下游生长,径向向内生长;颈动脉血管几何参数结果:颈动脉分叉角(48.08°±6.13°),颈内动脉角(22.79°±10.69°),颈内动脉平面角(3.22°±2.33°),径向弯曲度(1.07±0.11),狭窄度(35.60%±6.07%),中心线曲率(0.07±0.038),挠度(-0.03±0.16),弯曲度(0.05±3.22),狭窄长度(9.72mm±1.79mm);颈动脉分叉角、径向弯曲度、狭窄度、中心线弯曲度、狭窄长度等血管几何参数随狭窄的增长而变大,分叉角由45.29°增到56.75°,径向弯曲度从0.97增大到1.13,狭窄度从36.6%增大到46%,中心线弯曲度大小由0.07增大到0.12,狭窄长度从7.82mm增大到13.09mm;通过FM和FSI分析发现,随着颈动脉狭窄的增大,WSS、血压、壁变形量、VonMisesstress在颈动脉分杈处出现最大值,WSS和VonMisesstress在狭窄末端出现低值;流线在狭窄区域有缠绕,紊流明显。对比八个观测点的分杈剖面的流速变化发现,颈外动脉有两到三层同心的椭圆区域流速较大,颈内动脉流速较大的区域大部分都是一层的椭圆;WSS和血压分别都与颈内动脉角、颈内动脉平面角、径向弯曲度、狭窄度、颈内动脉中心线曲率、挠度、弯曲度等呈正相关的关系(R=0.349,0.217,0.359,0.333,0.346,0.168,0.381;0.313,0.313,0.515,0.286,0.161,0.228,0.342);颈动脉分叉角和最大狭窄长度分别都与血管壁最大剪切力和血管内最大血压都呈显著性正相关(P=0.002,0.008;0.010,0.006)。随着分叉角和最大狭窄长度的变大,相应的血流参数(最大壁剪切力和最大血压)也随之不断增大。 结论:颈动脉分叉角、颈内动脉角、颈内动脉平面角、径向弯曲度、狭窄度、颈内动脉中心线曲率、挠度、弯曲度、最大狭窄长度等是颈动脉血管重要的几何参数,能够精确的、全面的、可重复性的描述颈动脉血管的几何结构特征;颈动脉中心线狭窄度和分叉角与血管壁的最大剪切力和血压都有显著性相关性,随着颈动脉狭窄的增长,血管的几何特征发生明显的变化,中心线狭窄度和分叉角的变化显著地影响着血管壁的最大剪切力和血压的变化;通过长期跟踪调查病人分析WSS、血压、壁变形量、VonMisesstress认为颈动脉分叉处以及狭窄起始位置是比较危险的区域,容易造成狭窄。FM和FSI在低WSS出现位置稍有不同,FM仅出现在狭窄末端,而FSI出现在狭窄末端和狭窄背风处。血管几何特征可以用来快速预测血流动力学参数分布,从而可以为临床应用提供断颈动脉狭窄疾病的快速诊断。