顱頸動(dòng)脈植入支架后的血流動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬與PIV實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文選擇顱部動(dòng)脈支架植入血流動(dòng)力學(xué)這一醫(yī)工交叉研究課題作為主要研究對(duì)象，采用動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科領(lǐng)域中的流體動(dòng)力學(xué)研究方法，如全三維非定常流動(dòng)數(shù)值模擬技術(shù)（兩相流）、激光粒子圖像速度場(chǎng)測(cè)試技術(shù)（Particle Image Velocimetry, PIV）等，對(duì)顱部動(dòng)脈狹窄與顱內(nèi)動(dòng)脈瘤這兩種典型疾病在支架植入后的血流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究分析。針對(duì)血流動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬結(jié)果，采用血流動(dòng)力學(xué)醫(yī)學(xué)指標(biāo)對(duì)支架植入后的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比分析

2、。
　　研究采用基于雙歐拉模型的多相流數(shù)值模擬技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)動(dòng)脈支架植入前后的血流動(dòng)力學(xué)變化進(jìn)行了分析，并完成了流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究?jī)?nèi)容有：
　　1)頸動(dòng)脈狹窄支架植入血流動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬和分析：在頸動(dòng)脈狹窄的支架植入治療研究中，分別對(duì)正常、狹窄80％、支架擴(kuò)張90%與支架擴(kuò)張110%頸動(dòng)脈統(tǒng)計(jì)模型的血流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行全三維建模與數(shù)值模擬，通過局部流速、沖擊力、壁面切應(yīng)力、壁面壓力、粒子滯留時(shí)間與區(qū)域等血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)對(duì)支架擴(kuò)張效

3、果與再狹窄可能性進(jìn)行預(yù)測(cè)，并依據(jù)正常動(dòng)脈的血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)選出最為合適的擴(kuò)張比例；為了研究支架在臨床中的實(shí)際使用效果，特對(duì)一例真實(shí)病例在支架植入擴(kuò)張手術(shù)前后的血流動(dòng)力學(xué)變化進(jìn)行了數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)了該擴(kuò)張比例術(shù)后再狹窄的可能性。
　　2)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤支架植入血流動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬和分析：研究了低孔隙率支架在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤中應(yīng)用的可行性，分別考察了不同孔隙率（80%、70%、60%）與網(wǎng)絲結(jié)構(gòu)（圓形與方形）的支架對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤內(nèi)各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)所

4、產(chǎn)生的影響，結(jié)合臨床經(jīng)驗(yàn)與本文結(jié)果選出效果最好的支架結(jié)構(gòu)；同時(shí)，為了驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)支架在臨床中的實(shí)際效果，特選取一例真實(shí)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤對(duì)支架植入前后的血流動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，以此來預(yù)測(cè)支架在臨床使用中的實(shí)際栓塞效果。
　　3)動(dòng)脈瘤全光學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌鋬?nèi)部流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量：選擇兩類動(dòng)脈瘤模型，即側(cè)壁動(dòng)脈瘤（簡(jiǎn)化模型）和顱內(nèi)動(dòng)脈瘤模型（某真實(shí)病例），采用逆向工程技術(shù)與3D打印快速成型技術(shù)建立了全透明三維流道光學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，結(jié)合折射率補(bǔ)償技術(shù)成功地消除了

5、全三維復(fù)雜流道的光學(xué)畸變；采用激光粒子圖像速度場(chǎng)測(cè)試技術(shù)對(duì)模型內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的正確性。在統(tǒng)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)中還考察了支架對(duì)動(dòng)脈瘤內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響。
　　動(dòng)脈栓塞的形成及介入治療效果與血流動(dòng)力學(xué)是密切相關(guān)的，不正常的血流動(dòng)力學(xué)因素如血流速度、壁面剪切力、壓力分布等因素為血液中顆粒物的沉積提供了環(huán)境條件。由于血流動(dòng)力學(xué)的研究與傳統(tǒng)流體力學(xué)的研究有許多相通之處，因此本論文將動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科