背景:主动脉夹层是一种高危的心血管疾病,其病理特征表现为主动脉壁内膜局部撕裂,血液由撕裂口灌注入中层,形成真、假两个管腔。由内膜和中膜残余部分组成的管壁组织被称为内膜片。力学因素是引起夹层发生和发展的关键因素,对主动脉夹层的生物力学研究对于探讨发病机理、预测病情发展具有重要意义。本文从血流力学和内膜片组织力学两方面对主动脉夹层进行分析。在血流力学方面,通过对比计算流体力学和医学测速,确定不同速度边界条件对血流仿真分析的影响;在组织力学方面,通过单轴拉伸试验配合病理染色分析,确定夹层膜片组织力学性质和本构方程的基本参数。两方面的力学研究与夹层疾病的形态学改变、支架植入的安全性等密切相关,为临床病情研究、手术规划设计等提供理论依据。方法:在血流力学方面,本文基于B型主动脉夹层病人的计算机断层扫描血管造影(CTA)图像,通过图像分割和三维重建,构建病人个体化模型;借助四维相位对比磁共振成像(4D PC-MRI)和多普勒超声(Doppler ultrasound)测速,分别获得主动脉内的三维血流速度分布和各关键解剖位置流速;结合计算流体力学(CFD)仿真方法,以病人个体化模型为基本模型,以医学测速为边界条件,对比不同边界条件对血流仿真的影响,确定计算准确度,从而有效探讨主动脉夹层血流运动特征。在组织力学方面,本文对取自44例接受开放性手术治疗的主动脉夹层患者和7例接受主动脉瓣置换的正常主动脉案例的夹层膜片样品进行了单轴拉伸试验(夹层:329个组织样条,正常:9个组织样条),建立延展率与柯西应力的数据关系,并通过应变能平均计算代表性数据点,对比夹层组织与正常组织的力学性质区别;配合HE染色和EVG染色显示血管组织弹性纤维构成,评价夹层疾病血管结构性重塑状态,探讨夹层膜片组织的力学性质、本构方程。结果:在血流仿真方面,从血流分布的定性角度,基于医学测速边界条件和基于统计平均模型边界条件的结果具有一致性。但从血流速度的定量角度,血流仿真结果会高于测量数据,血流量差异在25.22%以内。横向对比各种速度边界条件,入口采用4D PC-MRI的病人个体化血流速度剖面或者采用统计平均模型边界条件,所获得的血流计算结果与实测流速有着更好的一致性。在组织力学方面,本研究结果表明夹层膜片组织在纵向和圆周方向上的力学特性具有相似性,各向异性不明显;夹层合并高血压和心脑血管疾病的夹层膜片组织比夹层单纯合并高血压组的刚性更大,且弹性纤维含量也更高,提示了对于夹层合并其他血管疾病的患者血压有效控制的重要性;提出基于Mooney-Rivlin本构方程的夹层膜片组织基本参数。结论:B型主动脉夹层的发生、发展和支架介入治疗均与其生物力学性质密切相关。计算流体力学是目前探讨临床问题和提供治疗方案指导的主要手段,但其计算结果受边界条件影响;另一方面,目前,尚缺乏对于夹层膜片组织力学性质的详细报道。为此,本研究确定了血流仿真对血流分布情况分析的可行性和与临床测定的数值差异,并提出了较准确的、结合医学测速的边界条件设置方法;确定了夹层膜片组织的力学性质,不同并发症的力学特征,并提出基于Mooney–Rivlin应变能密度函数的夹层膜片组织的本构方程参数。此研究可为针对主动脉夹层疾病和支架介入治疗提供有效的血液动力学仿真流程和材料组织参数,为后续流固耦合分析提供必要参数,为基于计算力学的临床治疗规划研发提供理论基础。