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脉动流模拟系统血压波形相似度算法研究
目的 研究表征血压波形间相似程度的量化指标,并应用到脉动流模拟系统中血压波形的分析.方法 在对已有相似度算法进行研究的基础上,结合血压波形自身的特点,提出加权平均算法.该算法将相关系数法和特征参数法相结合,分别从整体和局部特征对波形进行相似性度量,兼具全局匹配和局部比较的优点.结果 与夹角余弦法、平均绝对差法和数值型相似系数法相比,加权平均算法更适用于血压波形相似度的分析.结论 加权平均算法可以表征不同血压波形之间的差异,比较不同脉动流装置之间的模拟性能,进一步完善后还可以用于其他生理波形的分析.
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人体主动脉弓内三维血流动力学数值分析
目的 阐明基丁二核磁共振数据进行数值建模的关键技术,利用计算流体动力学方法对人体主动脉弓内的血液流场进行了三维数值模拟.方法 通过对临床核磁共振成像进行图像处理完成主动脉弓及分支血管的三维数字化重构,结合相关脉动血流量,模拟主动脉弓在心动周期不同时刻的血液流动细节.结果 计算得到了人体主动脉弓内的血液流动在心动周期不同时刻的速度场、压力、壁面剪切应力的分布特征.结论 基于核磁共振数据进行数值建模的关键技术有利于生物流体力学研究的深入开展,对主动脉弓进行血液流场的数值模拟有利于临床动脉粥样硬化、主动脉夹层的诊断和治疗.
关键词： 主动脉弓 磁共振成像(MRI) 脉动流 计算流体动力学(CFD) -
维医沙疗下股动脉双向流固耦合脉动血流动力学研究
目的 研究流固耦合作用下室内维医沙疗对人体股动脉血流动力学的影响,探讨维医沙疗对动脉粥样硬化成因的作用机制及对血管破裂的影响.方法 在室内维医沙疗实验中对年轻健康受试者进行维医沙疗研究,对受试者心率、股动脉血流速度峰值及内径作统计学分析;重构人体股动脉三维流固耦合模型,将正弦函数作为初始条件,用Fluent软件分别对沙疗前后血液流动作非定场双向流固耦合模拟,分析维医沙疗对股动脉壁面切应力及yon Mises等效应力的影响.结果 维医沙疗前后受试者心率平均值分别为(76.32±11.40)次/min、(92.69±16.09)次/rain,差异有统计学意义(P＜0.05);沙疗前后股动脉血流雷诺数分别为1855.35、2518.43;沙疗对股动脉壁面切应力及yon Mises等效应力增高的影响较为明显.结论 维医沙疗可增大股动脉血流雷诺数,改善人体股动脉血液流动状态,但沙疗后股动脉血流方式由层流变为紊流,很可能会导致血管瘤,因此对血管内壁较薄弱人群要控制埋沙时间、埋沙厚度及温度.维医沙疗可增高壁面切应力,对预防动脉壁增厚引起的动脉粥样硬化及血栓形成有一定的积极作用.维医沙疗后von Mises等效应力明显增加可加大股动脉在分叉部分破裂可能,沙疗时需谨慎.
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三维人胸主动脉中血流动力学的数值研究
目的 分离与重建人体胸主动脉弓的三维仿真模型,对人体胸主动脉中的脉冲血流进行三维数值模拟和研究.方法 运用计算流体力学的基本原理和血流动力学的相关知识,依据临床上采集到的人胸CT扫描数据,运用图像处理软件Mimics分离并重建人体胸主动脉弓的三维仿真模型.结果 计算出当以抛物型脉冲血流作为初始速度时,正常人的胸主动脉内血液流动在心动周期内不同时刻的血液流场,壁面压力、速度分布.主动脉弓与分支血管交界面远心端的血流速度明显高于近心端的血流速度,主动脉弓段内外壁血流存在明显的压力差,血流速度和压力变化剧烈区域,特别是左锁骨下动脉分出点以下约2～3 cm处的局部区域,与临床主动脉夹层易发区域相吻合.这说明血流压力和速度对胸主动脉夹层的发生有很大的影响.结论 基于CT扫描数据进行数值模拟与仿真建模有利于深入开展生物流体力学研究,而主动脉弓血液流场的数值模拟对临床主动脉夹层的诊断和治疗提供了很大的帮助.
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脉动压力对大鼠颈总动脉血管紧张素Ⅱ分泌的影响
目的:研究脉动压力改变对动脉血管紧张素Ⅱ分泌的影响.方法:以脉动的高压力(160 mmHg,1 mmHg=0.133 kPa)和正常压力(80 mmHg)在体灌流大鼠颈总动脉,用放射免疫法测定灌流0.5、1、3、6 h后大鼠颈总动脉灌流液中血管紧张素Ⅱ的含量.结果:大鼠颈总动脉灌流液中血紧张素Ⅱ含量随脉动压力作用时间的延长而增加.高压力组增幅大于正常压力组(P<0.05或P<0.01),各时相点均显著大于正常组.结论:脉动压力作用下大鼠颈总动脉血管紧张素Ⅱ的分泌增加,且与压力的大小和作用时间有关.提示压力诱导的血管紧张素Ⅱ分泌可在机械应力介导的动脉重建中起重要作用.
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大鼠心脏体外灌流过程舒缩功能与流量变化
目的观察大鼠体外心脏灌流150 min过程心率、舒缩能力、冠脉流量的变化.方法 Langendorff法灌流大鼠体外心脏,张力、记滴换能器分别采集心脏舒缩力、冠脉流量液滴信号,生物机能实验系统检测心率、心肌收缩幅度与大收缩速度(dp/dtmax)、心肌舒张力、大舒张速度(-dp/dtmax)、冠脉流出液的滴数.结果大鼠体外心脏灌流150 min过程心肌张力呈下降性变化,心率、收缩幅度、大收缩速度、大舒张速度、冠脉流量稳定120 min,之后呈下降性变化.结论大鼠心脏体外灌流时舒缩功能、冠脉流量可稳定2 h.
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脉动流下超声血流彩色声像与声谱图的模拟研究
我们以颈动脉分支为例,采用血流动力学计算机模拟方法,根据可信的血管轮廓、血流脉动数据及体内情况,仿真出血流彩色声像图和某处脉冲多普勒声谱图.模拟结果对流场的各参数和分布描述更加准确,对仪器测量是有效的验证和有益补充.本研究的方法可用以血管血流异常的计算机辅助诊断,也为相关仪器开发提供了详细、接近真实的数据源.
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分岔动脉血管脉动血流的动力学分析
通过分析血管性肺癌介入治疗的特性,建立了分岔动脉血管二维几何模型和动脉血流平均流速脉动流模型.基于SIMPLE算法对分岔动脉血管脉动血流的动力学进行了数值模拟,获得用导管注射药液时血液流场的变化情况.结果表明,建立的典型几何模型和血液平均流速脉动流模型可较好地分析临床上观察到的血流动力学现象,能反映分岔动脉血管脉动流的特点.为实施进一步数值模拟提供了可靠的前提,此项研究的计算结果也为优化血管性介入治疗等提供了血流动力学依据.
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血管中的弹性波与脉搏波弹性腔模型
通过对动脉中弹性波以及脉搏波弹性腔模型的讨论,给脉象的分析增加了客观化的指标.中医的脉象与心血管系统血液的脉动流和脉搏波的传播规律密切相关,研究脉搏波在动脉中的传播规律,尤其是研究桡动脉处脉搏波的相关生理信息和参数,对中医四诊中脉诊的研究有重要的意义.
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狭窄动脉血管中管壁切应力的数值研究
对血液脉动流动时血管狭窄部位的管壁切应力分布进行研究.文中利用不可压缩的N-S方程作为计算的理论基础,采用有限差分方案作为计算手段以得到在此流动过程中的数值解.
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弱脉动血管内速度和温度分布特征的研究
运用Boussinesq近似,以直圆管作为血管模型,导出了在弱脉动条件下轴向速度和温度的径向分布.结果表明,温度波动的幅值与脉动频率成反比;当脉动频率增加时,速度和温度剧烈变化的部分将局限在接近管壁的薄层中.
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超微孔膨体聚四氟乙烯人工二尖瓣体外脉动流性能研究
目的 对自行研制的25#和27#四瓣叶、无支架、带腱索人工二尖瓣-超微孔膨体聚四氟乙烯人工心脏瓣膜(UPMV)进行体外脉动流检测,了解其体外脉动流力学特征.方法 连续制作的25#UPMV和27#UPMV各6例使用TH-1200型人工心脏瓣膜体外脉动流试验台检测,循环率为70 cycle/min.结果 在流量为2、3、4、5、6 L/min时,25#UPMV在体外脉动流下的平均跨瓣压差分别为(2.488±0.378)、(4.427±0.240)、(5.460±0.449)、(6.776±0.391)、(8.327±0.490)mmHg;有效瓣口面积分别为(1.430±0.333)、(1.993±0.208)、(2.260±0.477)、(3.204±0.174)、(3.652±0.158)cm2;返流百分比分别为(5.731±0.643)、(5.431±0.312)、(5.059±0.708)、(3.545±0.097)、(2.615±0.125)%.27#UPMV在体外脉动流下的平均跨瓣压差分别为(1.618±0.497)、(3.448±0.440)、(4.825±0.434)、(5.494±0.446)、(7.482±0.455)mmHg;有效瓣口面积分别为(1.773±0.364)、(2.113±0.305)、(2.409±0.295)、(3.326±0.417)、(4.522±0.445)cm2;返流百分比分别为(5.357±0.509)、(5.407±0.110)、(4.999±0.182)、(4.010±0.254)、(2.584±0.114)%.结论 25#和27#UPMV在体外脉动流下的平均跨瓣压差、有效开口面积和返流百分比均符合国家标准.
关键词： 人工心脏瓣膜 二尖瓣 超微孔膨体聚四氟乙烯人工二尖瓣 脉动流 -
温度变化感应法测定液体流动速度实验研究
目的:研究温度变化感应法测定液体流动速度的有效性,为其运用于在体血液流速的测定提供方法学基础.方法:建立体外管道系统液体的定常流和脉动流模型,改变体流动速度探查导丝上两热电偶探头间距及管道内液体流动速度,用温度变化感应法测定并计算液体流动速度,所得数据与电磁流量计测得的平均速度进行相关性比较.结果:定常流时,热电偶探头间距在0.5cm和1.0cm时,所测速度吻合性好(P>0.05);脉动流时,热电偶探头间距在0.5cm时,所测速度吻合性好(P>0.05).结论:热电偶探头间距0.5cm时,用温度变化感应法测定液体流动速度为准确.
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窦管交界锥度对生物瓣影响的脉动流实验研究
为了探究窦管交界直径呈现不同锥度角对于人工生物瓣膜性能的影响,对窦管交界不同锥度角的主动脉根部模型进行脉动流实验研究.通过三维打印方法制作窦管交界锥度角分别为0度、1度、3度和5度的4组主动脉根部模型.将人工生物瓣膜装配在主动脉根部模型上,在脉动循环模拟系统中进行不同心搏出量条件下的脉动流实验测试.心率设定为70次/分,脉动流流动速率分别为2～7 L/min.在每个脉动流流动速率条件下测试10个心动周期并将结果取平均值.实验结果显示,主动脉根部窦管交界不同锥度的模型,跨瓣压差符合国内标准,均在10 mm Hg之内;窦管交界锥度对于返流百分比存在影响,较小的窦管交界锥度有利于降低返流百分比;在心搏出量较小的情况下,较小的窦管交界锥度有利于增大有效开口面积,而在心搏出量较大的情况下,较大的窦管交界锥度有利于增大有效开口面积.实验结果表明,在临床手术过程中,对于心搏出量较低的情况,建议多考虑较小的窦管交界锥度;而对于心搏出量较高的情况,建议多考虑较大的窦管交界锥度.
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平行平板流动腔中Casson流体脉动流的摄动解
高度远小于横向和纵向几何尺寸的矩形平行平板流动腔是人们用以体外研究细胞在切应力作用下力学行为的主要工具之一.考虑到通常采用的矩形平行平板流动腔内的流动属于小雷诺数流动,本文用雷诺数作为摄动参数求出了矩形平行平板流动腔内Casson流体脉动流的摄动解,给出了腔内切应力随压力梯度和流量的变化规律.数值结果表明,相同压力梯度下Casson流体和牛顿流体对应的腔内切应力分布无明显不同;而在相同流量条件下,Casson流体和牛顿流体对应的腔内切应力分布有明显差异.本文为Casson流体脉动流条件下平行平板流动腔切应力的确定方法提供了理论依据.
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主动脉弓内脉动流的有限元分析
将升主动脉和主动脉弓联系起来研究发展中的血液流动问题,给出了血液流动的理论模型、边界条件以及计算条件;根据生理脉动流条件,对狗的升主动脉和主动脉弓内血液流动进行有限元数值模拟,并对计算结果进行了可视化分析.
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血管生物反应器中的血流动力学及其应用
血管生物反应器是血管组织体外培养过程中血管重建的关键设备,为血管组织的体外培养提供稳定的、与生物体内相似的体外环境.目前许多血管生物反应器在组织工程血管重建中得到广泛应用.血流动力学是新近引入血管生物反应器的重要研究理论.分析血流动力学在血管重建中的作用,探讨血管生物反应器中力学环境的相关问题及其在不同血管重建中的具体应用.
