發(fā)布時(shí)間：2018-03-17 01:04

  本文選題：血流動(dòng)力學(xué)模型　切入點(diǎn)：傳輸性負(fù)載　出處：《北京工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來(lái),隨著人民對(duì)心血管疾病關(guān)注度的提高,血流動(dòng)力學(xué)逐漸發(fā)展為生物力學(xué)學(xué)科中一個(gè)熱門(mén)的研究方向。對(duì)于動(dòng)脈瘤等疾病,以CT和MRI為基礎(chǔ)的個(gè)性化血流動(dòng)力學(xué)研究為病理分析和臨床診治提供了重要的判斷依據(jù)。為了給這些血流動(dòng)力學(xué)研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù),并為分析心血管疾病的復(fù)雜成因提供數(shù)值模擬的平臺(tái),并必須構(gòu)建一個(gè)更加完備的血流動(dòng)力學(xué)模型。從人體結(jié)構(gòu)出發(fā),心臟是動(dòng)力源,各級(jí)血管是輸運(yùn)管道,而毛細(xì)血管是系統(tǒng)的負(fù)載。血管內(nèi)流動(dòng)中存在強(qiáng)烈的流固耦合效應(yīng),并且不同生理結(jié)構(gòu)之間也存在相互影響。為了構(gòu)建一個(gè)能夠完整展現(xiàn)人體血管內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象的力學(xué)模型,需要對(duì)這些因素的性質(zhì)及其之間的耦合效應(yīng)進(jìn)行深入研究,并將其有機(jī)的結(jié)合在一起。因此,本文著眼于動(dòng)脈血管內(nèi)流動(dòng)的力學(xué)描述方法,基于流體力學(xué)的基本理論,通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法,對(duì)生理參數(shù)條件下有負(fù)載流固耦合管道的基本性質(zhì)進(jìn)行了深入研究。通過(guò)這些研究,提出了一套人體動(dòng)脈血管血流動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建方法,并構(gòu)建了一個(gè)人體循環(huán)系統(tǒng)模型。最后通過(guò)這個(gè)模型,對(duì)胸主動(dòng)脈瘤和腹主動(dòng)脈瘤進(jìn)行了研究,定性的分析了其產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理。本文的主要研究?jī)?nèi)容及其創(chuàng)新性如下:(1)研究采用ALE方法和Darcy滲流模型構(gòu)建了一個(gè)流體-固體-傳輸性負(fù)載三因素耦合的模型。通過(guò)大量數(shù)值模擬研究,證明了流體-固體-傳輸性負(fù)載之間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系。(2)針對(duì)不同的管壁彈性模量,對(duì)彈性的管道壁影響流場(chǎng)的基本形式進(jìn)行了深入研究。驗(yàn)證了在生理參數(shù)條件下,血管內(nèi)壓力的振幅受到壓力波波速的影響。而壓力波的傳播決定了流場(chǎng)內(nèi)壓力的時(shí)空分布。并對(duì)壓力波和反射波傳播和疊加的基本形式進(jìn)行了研究,解釋了壓力-時(shí)間分布形式的內(nèi)在機(jī)理。(3)對(duì)傳輸性負(fù)載影響流場(chǎng)的基本形式進(jìn)行了討論和研究。通過(guò)數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)存在一個(gè)臨界負(fù)載狀態(tài)。通過(guò)進(jìn)一步的研究,說(shuō)明這個(gè)臨界阻尼會(huì)隨著管壁彈性模量和流場(chǎng)的周期發(fā)生變化。這說(shuō)明管道的能量輸運(yùn)特性影響了流場(chǎng)流動(dòng)。(4)基于壓力波的傳播性質(zhì),提出了基于時(shí)間分布形式的流場(chǎng)相似參數(shù)Pf和基于空間幾何變形的相似參數(shù)Psc,并通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)這兩個(gè)相似參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證和討論。基于對(duì)傳輸性負(fù)載的研究,從能量的角度分析了流場(chǎng)內(nèi)各結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存、釋放、消耗入口輸入的能量的過(guò)程。并通過(guò)能量守恒的思想,建立了一套確定流場(chǎng)負(fù)載參數(shù)的反推方法,并通過(guò)數(shù)值模擬算例對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。最后在這兩部分基本理論的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一個(gè)考慮各級(jí)人體血管相互影響和微循環(huán)負(fù)載效應(yīng)的血流動(dòng)力學(xué)模型,及復(fù)雜血管系統(tǒng)的等效簡(jiǎn)化方法。并通過(guò)該方法構(gòu)建了人體循環(huán)系統(tǒng)模型,通過(guò)數(shù)值模擬的方法,驗(yàn)證了模型的合理性和可靠性。(5)以人體循環(huán)循環(huán)模型為基礎(chǔ),對(duì)動(dòng)脈瘤的形成機(jī)理進(jìn)行了研究。在對(duì)胸主動(dòng)脈瘤的研究中,發(fā)現(xiàn)降主動(dòng)脈血管壁軟化會(huì)降低此處的血壓和Von.Mises應(yīng)力,但是也會(huì)降低壁面剪切應(yīng)力,從而增加動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)腹主動(dòng)脈瘤的研究中,發(fā)現(xiàn)了當(dāng)股動(dòng)脈等下游分支動(dòng)脈出現(xiàn)硬化時(shí),會(huì)降低腹主動(dòng)脈附近的壁面剪切力,提高血壓和管壁的Von.Mises應(yīng)力,從而提高動(dòng)脈粥樣硬化和腹主動(dòng)脈瘤的風(fēng)險(xiǎn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R54;O35

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王輝昊;陳博;詹紅生;李玲慧;杜國(guó)慶;石印玉;;流固耦合分析頸椎生理活動(dòng)對(duì)椎動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)的影響[J];醫(yī)用生物力學(xué);2014年06期

2 喬愛(ài)科;劉有軍;張松;;S形動(dòng)脈中的血流動(dòng)力學(xué)研究[J];醫(yī)用生物力學(xué);2006年01期

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本文編號(hào)：1622451