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  • 不可逆电穿孔治疗恶性肿瘤的数值模拟

    作者:陈雪;吕毅;任冯刚;吴荣谦

    对细胞施加满足一定参数的外加脉冲电场会使细胞膜发生不可逆穿孔从而使细胞死亡.这一技术,通常被称为不可逆电穿孔,已成为恶性肿瘤非热消融治疗的有力工具.确定外加脉冲电场的各项参数,以达到杀死全部肿瘤细胞并大限度减少对健康组织伤害的目的,是不可逆电穿孔治疗恶性肿瘤成功的关键.本文根据近年来不可逆电穿孔治疗肿瘤的相关研究,总结了不可逆电穿孔致细胞死亡的机理和不可逆电穿孔治疗恶性肿瘤治疗方案的设计思路,并通仿真模拟实例概括了利用有限元分析软件Comsol Multiphysics确定不可逆电穿孔治疗肿瘤治疗方案的方法,为应用不可逆电穿孔进行肿瘤消融治疗的治疗方案提供了方法学的依据.

  • Ⅰ级洁净手术室设计送风速度优化选择

    作者:潘峰;宋传学

    本文通过将数值模拟结果与实测数值比较,验证了可以用数值模拟手段预测Ⅰ级洁净手术室工作区流场分布,并通过数值模拟方法确定了可供不同宽度手术室设计选用的送风气流速度.

  • 地震环境下单多层建筑人员疏散问题的研究

    作者:王刚

    本文从单多层建筑的结构特点出发,研究人员安全疏散的标准和疏散的空间过程,建立单多层建筑的简化模型,运用软件仿真模拟人员紧急疏散,得到时间与人员行为数据,并对地震环境下单多层建筑人员的疏散进行分析与优化.

  • 球囊扩张式支架扩张过程的数值模拟

    作者:石更强;潘肖林;李元;吴山山

    目的 求解支架扩张过程中的应力、形变分布云图,以及压强-直径变化曲线,获取球囊扩张式支架整体性能数据.方法 使用"体积控制"球囊-支架模型,运用有限元分析软件ANYSY进行数值模拟,并与实验数据进行比较.结果 支架-球囊模型可以很好地模拟支架扩张全过程;当球囊膨胀至大直径,支架模型的主体结构与加强筋连接位置会发生塑性形变,而大应力也分布在连接位置.结论 通过有限元分析可以对支架性能进行优化.

  • 人工轴流心脏泵叶片数目的选择

    作者:王鹰鹏;宋新伟;应纯同

    在人工轴流心脏泵的设计过程中,叶片数目的选取对泵的工作条件的影响很大.为了获得轴流心脏泵模型的合理叶片数目,本文采用了六面体结构网格和非结构四面体网格相结合的方法,对整个流体区域进行了网格划分.通过全流道的计算机数值模拟结果,并结合血液泵传输过程中的要求进行分析,终得到了合适的轴流血液泵叶片数目.计算结果表明,四叶片的转子是目前采用的泵型中效率、受力、流体等各方面的因素综合考察好的.

  • 端对端缝合股动脉搭桥术的流动分析

    作者:乔爱科;刘有军;张松

    在一般"端对侧"股动脉搭桥术中,由于缝合区几何结构的突变必然导致流场的不均匀.移植管中血流会对缝合区底面产生很大冲击,并影响手术效果.为改善此种现象,作者提出了"端对端"连接方式,并对"端对侧"和"端对端"两种连接模型中的血液流动进行了数值模拟.为便于比较,两种模型利用相同的几何参数进行建模,采用相同的边界条件,数值模拟利用计算流体动力学中的有限单元法进行计算.结果展示了流场、壁面剪切应力及其梯度等血流动力学的时空分布情况.经比较表明,"端对端"模型比"端对侧"模型具有较大的纵向速度、较小的二次流、较均匀的壁面剪切应力等.因此,"端对端"模型具有更好的血流动力学,可以改善搭桥效果.

  • 微型轴流血泵溶血的数值模拟

    作者:陈建中;张锡文;赵春章;白净

    基于N-S方程和标准K-ε湍流模型,采用非结构网格技术,对微型轴流血泵内部三维流场进行了数值模拟,得到了速度场、压力场等流场细节;同时采用Lagrange粒子追踪法获得了沿不同流线的剪应力以及红细胞暴露接触时间的分布,并引入溶血计算的经验公式,计算对比了不同转速条件下血泵的溶血指标,重点分析了血泵在5L/min、8000r/min工况下的溶血性能,对于血泵溶血的估算,本方法是可行的.

  • 种植义齿相对高度对塞牙影响的有限元分析

    作者:张站柱;杨德圣;乔爱科

    目的 探讨种植义齿的相对高度位置对塞牙的影响,以期为临床口腔医生提供有益的参考.方法 设计自然牙和义齿相对不同高度的4组实验,简化牙体组织进行建模和网格划分,并模拟牙齿咀嚼时的状态施加合理的边界条件和加载条件,利用有限元方法分析牙齿和嵌塞物的形变.结果 嵌塞物受力在0 ~5.5N范围之内时,种植义齿后的牙间缝隙小于自然牙状态时的牙间缝隙,义齿低于自然牙是产生牙间缝隙小的情况.结论 嵌塞物受力在0~5.5N范围之内时,种植义齿后更易发生塞牙.义齿低于自然牙可更好地防止塞牙.

  • 基于CFD的液悬浮人工心脏泵叶轮入口优化分析

    作者:李卫东;姚奇;杜建军;周超英;牛彦文

    目的 应用计算流体动力学方法(computational fluid dynamics,CFD)对离心式双向液力悬浮人工心脏血泵流场进行仿真分析,通过改进叶轮入口结构来改善血液在血泵的流动状态,从而提升其抗溶血性能.方法 从影响血泵溶血性能的角度考虑,基于N-S方程和k-ε标准双方程湍流模型,应用软件FLUENT6.3对离心式人工心脏血泵流场进行数值模拟,分析在设计工况下,叶轮入口处的结构变化对泵内流场的影响,以及流场中大速度与溶血水平之间的关系,并根据流场分析结果对血泵叶轮入口进行优化.结果 经过优化,血泵内流场紊乱现象得到改善,影响溶血值的切应力和曝光时间均有所降低,溶血性能得到改善.同时,对于离心式双向液力悬浮血泵,在设计工况下,其流场中大速度有作为流场优化过程中的直观指标参数的潜力.结论 该研究的仿真分析可为离心式双向液力悬浮人工心脏的设计积累一定经验.

  • 肿瘤热疗温度场的数值模拟与预测研究现状

    作者:赵磊;吴水才;艾海明

    对治疗过程中组织温度分布进行监控是肿瘤热疗的关键问题,而利用计算机对温度场进行数值模拟已成为预测温度分布的一种重要手段.本文对肿瘤热疗温度场的数值模拟方法进行了归纳总结,主要介绍了有限单元与有限差分等模拟方法以及相关的模拟参数,并对其研究现状和存在问题予以分析.

  • 弹簧圈栓塞治疗脑动脉瘤的血流动力学数值模拟研究现状

    作者:李蝶;程云章;王盛强

    弹簧圈栓塞术是目前普遍应用的脑动脉瘤治疗手段,近年来关于脑动脉瘤血流动力学数值模拟研究逐渐深入.基于医学图像的数值模拟在脑动脉瘤的诊断、治疗方面具有很大的潜力.文章首先介绍了影响脑动脉瘤栓塞术的血流动力学参数、计算流体力学方法,然后对比分析了多种弹簧圈栓塞脑动脉瘤的数值模拟方法.多数研究者采用了简化的方法,如采用牛顿血液模型、刚性或非刚性血管壁、定常流环境及弹簧圈的等效模拟等方法,这些方法得出的结果与采用流固耦合方法、脉动流、非牛顿血流模型及真实弹簧圈模型得出的结果存在差异.后对弹簧圈栓塞治疗脑动脉瘤血流动力学研究进行了总结和展望.

  • 血流导向装置与弹簧圈联合治疗巨型颅内动脉瘤的数值模拟研究现状

    作者:高卉;程云章

    血管内弹簧圈(coil)栓塞治疗因创伤小、恢复快等优点成为目前普遍应用的颅内动脉瘤治疗手段.近年来血流导向装置(flow diverter,FD)作为颅内动脉瘤血管内治疗技术的重大突破,主要体现为从动脉瘤囊内填塞到载瘤动脉重塑治疗理念的转变,为巨型颅内动脉瘤的治疗带来了全新的方法.文章首先介绍了FD与弹簧圈的数值模拟方法,然后列出常见的影响动脉瘤治疗效果的形态学与血流动力学参数,详细说明了FD孔率、弹簧圈填塞率与壁面切应力对改善瘤囊内血流动力学的重要作用,后结合FD与弹簧圈治疗颅内动脉瘤的特征,通过数值模拟的方法对比了二者的治疗效果.结果显示使用FD治疗巨型颅内动脉瘤具有一定的优越性,但更多的研究表明FD联合疏松弹簧圈栓塞治疗时,动脉瘤的延迟破裂率与复发率更低.结论进一步说明了FD与弹簧圈栓塞巨型颅内动脉瘤的发展方向.

  • CFD在人工器官设计中的应用

    作者:王芳群;钱坤喜

    计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)是一种基于计算机并行技术的数值模拟工具,它能预测人工器官内部的流体流动和传质现象,并能提供可视化结果,近来常用于辅助人工器官的设计和性能优化.本文从Navier-Stokes方程组出发,阐述了CFD的原理、方法和特点,分析了它在人工器官设计中的应用现状和重要作用.

  • 无心跳供体肺支气管内气体三维流动的数值模拟研究

    作者:刘晶;胥义;刘道平;赵晓刚

    无心跳供体肺(NHBD)有望解决临床供肺严重不足的问题,肺内低温通气被公认为是NHBD肺在体低温保护的有效方法之一,可提高供肺的利用率.通过建立三维非对称四级支气管模型,运用计算流体动力学(CFD)方法对支气管内的气流流动特性进行数值模拟,并通过试验对数值模拟的边界条件进行验证.研究结果表明:在被动呼吸的吸气和呼气时,支气管截面上的无量纲速度分布不同,左肺支气管和右肺支气管截面上的速度分布也存在较大差异,其中左肺下叶支气管内中心线上的无量纲速度峰值大,达到1.7,而右肺上叶支气管内中心线上的无量纲速度峰值小,仅为0.8;由于分叉角度和管径不同,导致吸气过程中流入左主支气管内和右主支气管内的流量分别占55%和45%,而左肺下叶支气管内的流量比率在各肺叶支气管内的流量比率高,约为35%;通过分析支气管内的流动压力损失,得出支气管的平均压降系数与Re的关系为-Cp∝Re-0.6.可见,由于支气管的非对称结构以及分叉处空间旋转角度的存在,使得支气管内的气体流动结构比较复杂,这对于无心跳供体肺原位通低温保存的临床实验研究有一定的参考价值.

  • 缝合式和机械吻合式搭桥模型的血流动力学数值模拟

    作者:高进涛;王国栋;肖聚亮

    为了说明机械吻合器的引入对冠状动脉搭桥术近端吻合区血流动力学因素的影响,运用Solidworks软件构造了缝合式和机械吻合式两种搭桥模型.运用有限单元数值模拟的方法和Fluent6.3软件,对两种模型移植血管中脉动流进行数值化模拟和可视化分析.获得了吻合区在一个心动周期内不同时刻的速度场、二次流、压力及壁面切应力的分布情况.结果表明,机械吻合器的引入在增大移植血管中血流速度(大于缝合模型约0.2 m/s)的同时使得低速区范围增大,吻合区壁面切应力变化范围为0 ~50 Pa,应力集中现象明显,壁面切应力变化剧烈,易引起血小板活化和内膜增生.为了提高冠状动脉搭桥术的通畅率,对机械吻合器进行优化设计很有必要.

  • 磁刺激八字线圈变形对空间磁场与感应电场分布的影响

    作者:魏孔炳;逯迈;董绪伟;陈小强;潘强强

    在经颅磁刺激中,尽管传统八字线圈的聚焦性要优于圆形线圈的聚焦性,但是八字线圈的两侧边缘产生的磁场与感应电场的峰值仍然较高.设计一种基于折叠变形的八字线圈,通过数值计算分析变形八字线圈空间磁场与感应电场的分布,并与传统八字线圈进行对比.结果表明,当变形八字线圈的折叠角度在45° ~60°范围内时,其中心位置产生的空间磁场和感应电场占传统八字线圈在中心位置的90%左右,而变形线圈两侧产生的空间磁场与感应电场占传统八字线圈两侧的30%左右.因此,在空间磁场和感应电场的聚焦度方面,折叠变形八字线圈均优于传统八字线圈.所提出的折叠变形八字线圈为设计新型经颅磁刺激线圈提供了新的思路.

  • 楔形平板流动腔测量细胞硬度的数值模拟研究

    作者:朱单;张玉萍;肖忠党

    细胞硬度或形变能力的测量对深入研究细胞的生物学功能及甄别细胞产生病变有着重要意义.以楔形平板流动腔作为细胞形变的加载装置,通过分析细胞在楔形平板流动腔中的运动情况,建立数学模型,通过数值模拟方法研究细胞形变系数与细胞在楔形平板流动腔内移动速度的关系,并以此测量细胞硬度或形变能力.结果表明,细胞在楔形平板流动腔内不同观测点的细胞移动速度可以作为细胞形变能力的测量依据.

  • 运用三维数值模拟对人工心脏轴流血泵的设计和改进

    作者:张岩;薛嵩;桂幸民;胡盛寿;孙寒松;朱晓东

    目的 设计、开发在性能上能满足左心室辅助要求的轴流式心脏辅助泵.方法 使用Numeca软件和运用现代叶轮机设计技术对人工心脏轴流血泵的内部流场情况进行数值模拟,对局部的回流、倒流和涡流现象进行改进,根据终的数值模拟结果对流道和叶型进行设计.然后,对外轴承方案也进行数值模拟.结果 通过Numeca软件的数值模拟后改进,大大抑制了轴流泵内部的混乱流动,改善了流动状况,提高了轴流泵的血液相容性.对外轴承方案进行初步的数值模拟结果表明,随着机匣扩展角的增加,倒流现象逐渐得到抑制,流动情况得到改善.结论 本研究应用Numeca软件和现代叶轮机设计技术开发设计的轴流泵,在流体力学性能和血液相容性能上达到了左心室心脏泵的辅助要求.具有创新性的外轴承方案值得进一步探索.

  • 医用针状电极电流场边界元计算方法及纯水实验研究

    作者:王安玲;王安轩;刘福平;刘冬梅;张跃飞;张广秋

    根据医用针状电极系上的电势,利用边界元积分方程建立以针状电极单位长度流入导电介质中的电流为未知量的离散方程,通过求解线性方程组计算针状电极上电流密度的不均匀分布.再由针状电极上的电流密度计算了导电介质中任意一点的场,实现针状电极电流场分布的数值计算.为检验方法的可靠性和准确度,通过实验测量纯水中两针状电极的电势分布,测量值与计算结果相吻合,表明边界元积分方程法能够较好地模拟针状电极的电流场,该方法可用于针状电极电流场分布的数值计算.

  • 股动脉双路搭桥的血流动力学仿真

    作者:乔爱科;刘有军

    在传统股动脉搭桥术中,由于下游缝合区采用"端对侧"的"单路搭桥"缝合方式,移植管中血流会对缝合区底面产生很大冲击,引起局部血流动力学急剧变化,并可能因此而导致血管再狭窄和手术失败.由于缝合区几何结构的不对称必然导致流场的不均匀,本研究提出了"对称双路搭桥"的构想以图改善血流动力学.本研究对"单路"和"对称双路"两种连接模型中的血液流动进行了数值模拟.两种模型利用相同的几何参数进行建模,并采用了相同的边界条件.数值模拟结果包括流场、壁面切应力及其梯度等血流动力学参数.研究表明,"对称双路"模型比"单路"模型具有较大的纵向速度、较小的二次流、较均匀的壁面切应力等.因此,"对称双路"搭桥模型具有更好的血流动力学,可以减少股动脉搭桥术后内膜增生和再狭窄的可能性.

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