动脉粥样硬化性疾病是严重危害人类健康的常见病、多发病,在发达国家被称为“头号杀手”,在我国发病率也呈逐年上升趋势,其发生发展的机理一直是生物医学工程领域研究的热点之一,但时至今日尚未得到透彻解析。经过多年的研究,目前普遍认为,除了个体遗传因素及不健康的饮食习惯因素外,动脉的局部血流动力学因素也在粥样硬化斑块的发生发展过程中起着重要的作用。动脉粥样硬化斑块的部位发生在动脉分叉外侧壁及弯曲动脉的凸面内侧壁,直通的血管很少病变。临床研究也表明,动脉粥样硬化易发于人体动脉系统的某些局部部位,在这些部位的血流易受到极大的干扰而产生流动分离及旋涡区,学术界称此现象为动脉粥样硬化的局部性。　　人体颈动脉分叉是动脉粥样硬化的多发部位,是脑缺血及中风的主要病源。颈总动脉从主动脉弓开始上行,然后分支成颈内动脉和颈外动脉,它们分别向脑部和脸部供血。如果颈动脉血管发生粥样硬化等病变,血管因狭窄而影响供血功能,可能引起脑缺血甚至中风、死亡。因此,获得颈动脉的血流动力学特性,如速度、压强、血管壁面剪切应力等,对研究颈动脉粥样硬化的生理和病理机制具有重要意义。　　格子Boltzmann方法(LBM)[1]是从流体的分子运动论出发,采用统计平均的方法来研究流体的宏观运动和性质的一种新的计算流体数值模拟方法。血液系统作为有代表性的边界特别复杂的生物系统,LBM方法被认为是用来处理血液流动最有前途的数值计算方法,国内外都已经有许多单位进行了这方面的尝试性研究。本文利用格子Boltzmann方法,通过对比颈动脉血管发生局部狭窄时,修复前后的速度、压强、壁面切应力分布情况,对动脉粥样硬化的发病机理进行生理和病理研究。　　本文研究重点是借助于临床颈动脉分叉血管造影图像,利用图像处理方法辨别出血管边界,采用格子Boltzmann方法进行模拟,分别研究修复前后的定常流以及一个心动周期里的脉动流在颈动脉分叉血管中的流动,从而得到血液的速度、压强、壁面切应力分布图,其中对脉动流的研究使得模拟结果更加接近真实情况。　　本课题组一直致力于格子Boltzmann方法在血液流中的应用的开创性研究,在此基础上论文的主要内容包括以下几个方面:　　(一)用格子Boltzmann方法的D2Q9模型,建立了颈动脉分叉血管内牛顿流体的编程模型,以及从理论上对连续BGK方程到LBGK方程和LBGK方程到Navior-Stokes方程进行详细的公式推导,证明了利用LBM模拟血液流的理论可行性。　　(二)将LBM方法应用到颈动脉分叉血管模型,研究比较将血液视为定常流体时血管在修复前、后流场的速度、压强和壁面切应力分布情况,给出了不同雷诺数时,动脉狭窄部位血液流的流场分布以及流体分离区可能出现的部位,并指出了动脉粥样硬化可能发生的位置。　　(三)将LBM方法推广到研究脉动流下颈动脉分叉血管的粥样硬化,研究比较将血液视为脉动流时血管在修复前、后流场的速度、压强和壁面切应力分布情况,给出了脉动流影响下流体分离区可能出现的位置,尤其是壁面切应力在修复前后的变化,从而为血管壁病变和动脉硬化形成机制提供有用信息。　　以上工作验证了运用格子Boltzmann方法研究血液动力学方面的可行性以及优势,并且证明了动脉粥样硬化的局部性特征,为更进一步研究动脉粥样硬化的血流动力学因素与致病关系提供了基础,也为更好地理解动脉的病理变化和斑块沉积的发生位置提供了参考。同时,本课题组在国内开创了用格子Boltzmann方法专门研究动脉粥样硬化病理机制的先例。