血管内狭窄与动脉瘤并发模型的血流动力学仿真

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血管狭窄和动脉瘤都是临床的常见病症,可引起出血性和缺血性血管病变以及动脉粥样硬化等心脑血管疾病,病症严重且没有及时得到治疗的患者,发病时通常导致脑卒中,甚至死亡。目前,除临床医生之外,很多学者从血流动力学角度研究血管狭窄和动脉瘤的患者的生理病理信息,并取得了重大的成果。然而针对狭窄与动脉瘤并发患者的研究相对甚少,还不能为心脑血管疾病的临床研究提供足够的有效依据。也有不少研究和病理报告中显示,同时伴有血管狭窄和动脉瘤的患者在临床上表现为更为严重的发病率和致死率。本课题以动脉狭窄和动脉瘤并发的血管模型为研究对象,针对动脉狭窄的不同程度、动脉狭窄与动脉瘤的不同间距和动脉的不同弯曲程度三个因素展开研究。从血流动力学角度,结合脑血管疾病的背景知识和诸多研究成果,本研究试图得到关于血管狭窄和动脉瘤并发的病变情况的更为准确和丰富的血流动力学信息,提出有效数据供临床参考,从而更有效的预防和治疗此类疾病。  本研究分别建立了伴有狭窄和动脉瘤并发的直管和弯管理想化模型,通过改变狭窄程度、狭窄与动脉瘤间距和载瘤动脉的曲率,探讨血管内病变部位随着血管结构变化发生的血流动力学特性的改变。利用计算流体力学方法和有限元方法,对模型进行血流动力学数值模拟,分析了血管及其病变部位的流动方式、压力和壁面切应力变化趋势。  结果显示,直管模型中,随着狭窄程度的上升,流动再附着点向下游移动。在重度狭窄70%且狭窄与动脉瘤间距为1 mm时,瘤内的流动方式受到回流的显著影响。在弯管曲率为0.08 mm-1,载瘤动脉内的流动方式受惯性力的驱动,瘤内流动方式异常。当上游伴有较高狭窄时,狭窄的存在削弱了载瘤动脉内的惯性力,进而使瘤内流动情况较为稳定。受动脉瘤上游狭窄影响,瘤内压降随着狭窄程度的变大而变大,动脉瘤处于相对较低的压力环境中。  综上所述,直管模型中,随着狭窄程度的变大,流体经过狭窄后形成的回流区域变大,进而在瘤内形成不稳定的多涡流血流方式。高曲率载瘤血管内血流受惯性力支配作用明显,导致瘤内的血流方式处于不稳定的流动方式,而当瘤上游存在较高程度的狭窄时,血管内的惯性力受到削弱,使血流不受惯性力支配,从而保持瘤内血流方式稳定。在所有狭窄与动脉瘤并发的模型中,相较无狭窄或低狭窄率的模型,上游伴有重度狭窄的模型其瘤内压力明显处于较低水平。
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