【摘 要】
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世界卫生组织关于全球前十位死亡原因的统计报告显示,每年死于心脑血管疾病的人数远远大于其它任何死因。研究表明,75%的心脑血管疾病死亡是由血管狭窄病变引起的,而动脉粥样硬化斑块是血管狭窄的主要原因。颈动脉及其分枝是动脉粥样硬化多发位置,由目前已知的斑块形成病理生理学机制可知,过量的低密度脂蛋白（low density lipoprotein,LDL）是斑块形成的主要原因,而高密度脂蛋白（high d
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世界卫生组织关于全球前十位死亡原因的统计报告显示,每年死于心脑血管疾病的人数远远大于其它任何死因。研究表明,75%的心脑血管疾病死亡是由血管狭窄病变引起的,而动脉粥样硬化斑块是血管狭窄的主要原因。颈动脉及其分枝是动脉粥样硬化多发位置,由目前已知的斑块形成病理生理学机制可知,过量的低密度脂蛋白（low density lipoprotein,LDL）是斑块形成的主要原因,而高密度脂蛋白（high density lipoprotein,HDL）则能有效抑制斑块的生长,同时,过高或过低的壁面切应力（wall shear stress,WSS）都会损伤血管内壁表面的内皮细胞,进而使大量高、低密度脂蛋白通过渗透进入血管壁内层,促进斑块的产生和生长。因此,准确获取个体颈动脉内的上述各项参数,对于预防和治疗颈动脉粥样硬化斑块具有重大的意义。本文基于医学图像三维重建技术,结合多组分多相流理论,建立颈动脉的血流动力学模型,实现了对HDL、LDL、红细胞的定量分析,主要研究内容和成果如下:1、对获取的病人颈动脉CTA医学图像数据进行预处理,采用高斯滤波法,得到精确平滑的颈动脉CTA医学图像,采用医学图像三维重建中的面绘制技术,对患者颈动脉CTA图像数据依次进行图像分割、轮廓计算、切片重组,在软件Mimics中实现了患者颈动脉的三维可视化,并得到了真实颈动脉及其分枝的复杂几何模型。2、基于多组分多相流理论,对不同狭窄状态的人体颈动脉的血液流动进行了数值模拟。颈动脉无狭窄时,各分枝起始段出现了少量低流速状况,在与颈总动脉连接的颈内动脉外侧,则出现了一些低速螺旋流动,使得该区域壁面切应力过低,HDL与LDL在此聚集,而红细胞在此处的含量却少于正常值。颈内动脉狭窄时,狭窄的上下游均出现复杂的紊乱流动,更大的狭窄率将减少流入颈内动脉的血液流量从而影响颈内动脉为大脑的供血,还将导致低壁面切应力区域扩大、HDL与LDL组分聚集位置和红细胞不均匀分布区域的后移。颈外动脉狭窄时,颈外动脉狭窄处和甲状腺上动脉上的壁面切应力出现了明显的增大,舌动脉处出现了较大面积的低壁面切应力区域,且这种现象随狭窄率增大而更加明显,而面动脉狭窄则只降低了面动脉上的壁面切应力。同时,颈外动脉狭窄率的增大还促使HDL、LDL聚集区域和红细胞低浓度区域的扩大还迁移,而面动脉狭窄则影响甚微。3、本文进一步模拟了不同生理参数的血液在颈内动脉中度狭窄颈动脉中的流动,分析了不同血液生理参数对颈动脉粥样硬化斑块生长的影响。结果表明,颈总动脉入口血流速度对中度狭窄颈动脉血管中的血液流动影响十分明显,其大小直接关系到血管内整体血液流动的快慢和血管壁上壁面切应力的高低与分布,当入口速度为50cm/s时,颈动脉内的HDL与LDL浓度极化最为明显,而红细胞体积分数降低现象最为显著;初始红细胞比容虽然与最大血流速度、红细胞最低体积分数、HDL最大质量分数、LDL最大质量分数接近完全线性正相关而与最大壁面切应力近似完全负相关,但只有最大壁面切应力随初始红细胞比容的变化而发生较大的变化,其余各参数相对变化较小。
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