發(fā)布時(shí)間：2021-01-13 09:37

　　本文以細(xì)胞膜的應(yīng)力狀態(tài)為切入點(diǎn),針對(duì)流動(dòng)所引發(fā)的紅細(xì)胞機(jī)械損傷開(kāi)展了相關(guān)研究。首先對(duì)紅細(xì)胞進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,采用有限元法對(duì)紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,驗(yàn)證了紅細(xì)胞模型,并確定了細(xì)胞膜參考狀態(tài)等參數(shù);采用浸沒(méi)邊界法實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞膜與流體之間相互作用的耦合,并提出了一種保證細(xì)胞體積守恒的顯式算法。其次,采用上述紅細(xì)胞模型和數(shù)值方法,研究了純剪切流和平面拉伸流中的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及細(xì)胞膜應(yīng)力狀態(tài),揭示了流體正應(yīng)力和切應(yīng)力對(duì)紅細(xì)胞損傷的影響,并指出了現(xiàn)有文獻(xiàn)中標(biāo)量剪切應(yīng)力的局限性。針對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)中的紅細(xì)胞損傷,建立了紅細(xì)胞體外剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),定性研究了流體正應(yīng)力和切應(yīng)力共同作用時(shí)的紅細(xì)胞形狀及損傷情況。最后,建立了包含細(xì)胞膜拉應(yīng)力微分方程、血紅蛋白流失微分方程、以及宏觀血流動(dòng)力學(xué)方程的多尺度模型,采用湍動(dòng)能耗散率描述湍流對(duì)紅細(xì)胞的影響,并通過(guò)數(shù)值模擬比較了多尺度模型和指數(shù)模型對(duì)紅細(xì)胞損傷的評(píng)價(jià)結(jié)果,驗(yàn)證了模型的有效性。論文的主要研究工作如下:（1）紅細(xì)胞建模及細(xì)胞膜參考形狀研究采用連續(xù)介質(zhì)模型建立了紅細(xì)胞的數(shù)學(xué)模型,給出了細(xì)胞膜參考狀態(tài)的參數(shù)化表達(dá)。采用有限元法實(shí)現(xiàn)了紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬,包括膜單元... 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：140 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

泵內(nèi)血栓

??彈性網(wǎng)絡(luò)模型將細(xì)胞膜離散為一系列質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)之間采用彈簧結(jié)構(gòu)連接，形成二維的??三角形網(wǎng)格１５８？］，如圖１－４所示。為了模擬細(xì)胞膜的粘彈性，可以將質(zhì)點(diǎn)之間的彈簧結(jié)構(gòu)??替換為彈簧阻尼結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜的抗彎特性體現(xiàn)為彈簧網(wǎng)絡(luò)之間的夾角變化。此外，有的彈??性網(wǎng)絡(luò)模型還包含了紅細(xì)胞表面積和體積守恒約束，反映了細(xì)胞膜磷脂雙分子層的近似不??可壓縮性和細(xì)胞質(zhì)的不可壓縮流體特性。彈性網(wǎng)絡(luò)模型可以認(rèn)為是細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)的粗化，??細(xì)胞膜的彈性由彈簧的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系決定，在實(shí)際應(yīng)用中可以采用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的紅細(xì)胞宏觀??特性來(lái)確定彈性網(wǎng)絡(luò)的模型參數(shù)ＭＩ。??（ａ）三角形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?（ｂ）彈簧網(wǎng)絡(luò)示意圖??圖１－４紅細(xì)胞彈性網(wǎng)絡(luò)模型示意圖【６Ｇ】??除了上述紅細(xì)胞模型之外，也有研究人員提出了簡(jiǎn)化的紅細(xì)胞模型，保留了紅細(xì)胞的??某些特性的同時(shí)提高了計(jì)算效率。Ｐａｎ等１６４】采用１０個(gè)相連的膠體粒子組成了紅細(xì)胞的簡(jiǎn)??８??

首先將正二十面體的頂點(diǎn)投影到與紅細(xì)胞表面積相等的球面上。在毎一條邊的中??點(diǎn)生成一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，將每一個(gè)面劃分為４個(gè)三角形。再將新生成的節(jié)點(diǎn)投影到同樣的球??面上，并循環(huán)重復(fù)這一過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次細(xì)分，可以得到球面的網(wǎng)格劃分（如圖２－丨所示），??對(duì)應(yīng)于１＾／匕＝１和匕／匕＝１時(shí)的參考狀態(tài)。??圖２－１網(wǎng)格劃分示意圖??對(duì)于非球形的參考狀態(tài)，首先可以計(jì)算出該參考狀態(tài)的半長(zhǎng)軸《。然后將上述的球面??網(wǎng)格整體縮放到半徑為＾的球面上。保持所有網(wǎng)格點(diǎn)的ｘ、?ｚ坐標(biāo)不變，將ｙ坐標(biāo)垂直投??影到參考狀態(tài)對(duì)應(yīng)的曲面上，即可得到該參考狀態(tài)的網(wǎng)格劃分。完成網(wǎng)格劃分之后，可以??求解得到每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的曲率，作為ＲＳＬ的自發(fā)曲率ｃ。。離散曲面的曲率求解方法可參考??１６??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]左心室輔助血泵及其臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 張巖,孫寒松,胡盛壽.  中國(guó)胸心血管外科臨床雜志. 2017(02)
[2]血液機(jī)械損傷體外模擬剪切裝置研究進(jìn)展[J]. 陳汐,尹成科,吳鵬,徐博翎.  中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2016(03)

博士論文
[1]浸入邊界法及其在細(xì)胞力學(xué)中的應(yīng)用[D]. 宮兆新.上海交通大學(xué) 2010



本文編號(hào)：2974653