血管支架血流动力学性能体外测试装置的实验研究

摘要

随着人民生活方式的转变和社会逐步进入老龄化，冠心病已经成为危害人类健康的主要杀手之一。冠心病目前最主要的治疗方式之一是支架植入术，但支架内再狭窄是支架植入术的主要缺陷。血流动力学状况与支架内再狭窄密切相关，因此对植入支架后血管内血流动力学的研究显得尤为重要。为探究再狭窄与血流动力学因素的关系，本文以血管支架耦合系统为研究对象，对脉动流下的速度和壁面剪应力情况进行体外实验研究，取得如下研究成果:
　　(1)提出一套血管支架耦合系统血流动力学体外测试的方法。首先，利用蠕动泵产生的脉动流来模拟人体心脏泵血的血流，通过加压装置来补偿回路中的压力，使模拟血液的流量和压力特性与人体血液高度类似。然后利用高速CCD技术并结合粒子图像测速技术，来测量模拟血管内的速度场分布。
　　(2)搭建了血管支架血流动力学性能的测试装置。以压力变送器、流量传感器、信号变送器、数据采集卡、高速CCD和模拟血管以及其他硬件，完成整个测试装置的硬件设计。以LabVIEW为软件开发平台，利用数据采集卡完成对传感器的信号采集、分析处理与报表生成。
　　(3)基于本套自主设计的装置，对狭窄血管、血管支架耦合系统、正常血管进行测试分析。获得测试结果如下:
　　血管壁凸起会影响血液流线分布，高流速时会在凸起后方形成涡旋。一个周期内壁面处速度变化大，会加剧血液主流中的内摩擦，引起流体微团的前后撞击增加主流中的湍动性。壁面剪应力变化幅度大，会加剧对内皮细胞的剪切作用，增加炎症因子引起血管壁炎症反应，促进粥样硬化进程。
　　支架植入后耦合系统内的血流速度显著低于狭窄血管，实验中没有发现明显的涡旋区存在，说明支架改善了狭窄血管的高流速、高剪切状态。但连接筋和支架杆的引入仍然局部阻碍了血液运动，一个周期中较长时间处于低壁面剪应力状态，有再狭窄风险。
　　正常尺寸冠脉血管内的速度要比狭窄血管小很多，说明相同流速下的小直径血管所受速度变化冲击更为严重。其壁面剪应力变化幅值较小，说明血管内膜所受到轻微的脉动的冲击，具有良好的血流动力学性能。
　　上述实验，不仅验证了自主设计测试装置的可行性和可靠性，还可为后续支架优化提供建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 冠心病及其治疗

1．3 血管支架技术

1．3．1 血管支架发展简介

1．3．2 支架术后再狭窄

1．3．3 预防ISR的血流动力学研究

1．4 血管支架耦合系统血流动力学性能研究现状

1．4．1 数值模拟方法研究进展

1．4．2 临床与动物实验研究进展

1．4．3 体外实验研究进展

1．5 课题立题依据与主要研究内容

1．5．1 课题立题依据

1．5．2 课题的经费来源

1．5．3 论文的主要内容与结构

第二章 血管支架耦合系统血流动力学理论分析

2．1 血流动力学概述

2．2 血管支架耦合系统各部分组成力学性质

2．2．1 血液

2．2．2 血管

2．2．3 支架

2．3 血液流动模型

2．3．1 牛顿流体的Poiseuille流动

2．3．2 Womersley理论

2．4 壁面剪应力

2．5 本章小结

第三章 测试平台总体设计

3．1 功能需求

3．2 总体方案设计

3．2．1 电化学方案

3．2．2 高速CCD方案

3．2．3 两种方案的比较

3．3 关键技术

3．3．2 图像处理技术

3．3．3 虚拟仪器技术

3．4 本章小结

第四章 测试平台硬件与软件设计

4．1 硬件设计

4．1．1 动力发生装置

4．1．2 血管支架耦合系统

4．1．3 CCD观测模块

4．1．4 压力与流量传感器模块

4．1．5 回路模块

4．2 软件设计

4．2．1 软件需求分析

4．2．2 软件详细设计

4．3 软硬件测试与滤波

4．3．1 测试

4．3．2 滤波

4．4 本章小结

第五章 测试平台原型与血流动力学实验

5．1 系统原型与图像处理

5．2 狭窄血管血流动力学实验

5．2．1 拉法尔型狭窄血管实验

5．2．2 交错型狭窄血管实验

5．3 耦合系统血流动力学实验

5．3．1 实验结果

5．3．2 结果讨论

5．4 正常血管血流动力学实验

5．4．1 实验结果

5．4．2 结果讨论

5．5 WSS对比分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

作者简介