紅細胞在毛細血管中的流動形態(tài)分析與仿真.pdf

1、研究紅細胞在微循環(huán)中的運動具有十分重要的意義，一方面循環(huán)系統(tǒng)擔負著人體中物質(zhì)與能量的運輸，是維持生命活動的基礎(chǔ)，而微循環(huán)系統(tǒng)作為與各組織直接接觸的系統(tǒng)，更是與相關(guān)組織器官的正常功能息息相關(guān)。另一方面很多疾病都會對微循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這些疾病或是由于微循環(huán)障礙引起，或是其它病變引起，所以微循環(huán)檢測可以作為疾病診斷的重要依據(jù)。因此，分析毛細血管中紅細胞的運動特征及其變形機理可以為揭示相關(guān)的生理反應(yīng)提供有價值的信息。
　　微循環(huán)研究通常

2、采用的研究方法有三種，分別是理論模型法、觀察實驗法和數(shù)值分析法。早期流體領(lǐng)域的研究主要采用理論模型法，隨著實驗手段的進步，實驗觀察法大大擴展了人們對流體現(xiàn)象的認知，但是流體現(xiàn)象是復(fù)雜多變的，研究方法亟需改進，計算流體力學(xué)的進步使研究者對真實流體現(xiàn)象的數(shù)值模擬不斷實現(xiàn)，成為現(xiàn)在的主流研究方法，亦是本文采用的方法。數(shù)字仿真能夠很好的模擬各種現(xiàn)實問題，但是不同的算法對不同的問題的效果不同，本文針對微循環(huán)流體力學(xué)的特性采用了ALE方法和Leve

3、l Set方法。紅細胞在通過細小的毛細血管時往往會發(fā)生較大的形變，在數(shù)值仿真中這一點非常重要，直接影響仿真結(jié)果的精確性，ALE方法在處理這類網(wǎng)格變形過程問題中有明顯的優(yōu)勢，并在其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Level Set方法的引入是為了處理運動邊界的移動問題，為了更好的追蹤運動界面，具有強大的拓撲描述力，而且容易實現(xiàn)。
　　數(shù)字仿真方法需要建立研究對象的模型，對本研究而言，即血管模型，描述血管的尺寸與形狀;流場模型，描述血管內(nèi)流場的狀

4、態(tài);紅細胞模型，紅細胞的形狀與膜的特性。然后劃分計算網(wǎng)格，設(shè)置相應(yīng)的屬性和條件，最后進行計算求解。微循環(huán)流體力學(xué)環(huán)境復(fù)雜，影響因素眾多，本研究主要分析了不同毛細數(shù)Ca下紅細胞的形變，以及毛細數(shù)Ca與粘度比λ對紅細胞徑向遷移的影響。結(jié)果表明，當毛細數(shù)增加時，細胞的形變越來越趨向于X軸對齊。細胞的遷移運動隨著細胞向?qū)Ч苤行木€的接近而減小，當毛細數(shù)較大時細胞呈現(xiàn)非對稱的形狀，細胞的變態(tài)改變只在最初的瞬變期間有較大變化，隨后進入一個準穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，