血管及其支架内两相血流动力学研究

摘要

据统计，目前全国心血管病患者有2.9亿人，全国平均每5个成人中有1人患心血管病，且患病率处于持续上升的趋势。在心血管疾病致残致死的病例中，75％以上是由动脉粥样斑块造成血管狭窄病变引起的，动脉中狭窄处粥样斑块对动脉中血液流动具有一定的阻碍作用，随着狭窄程度的加大，最终造成血管堵塞并诱发心血管疾病。目前，血管支架植入术是治疗血管狭窄病变的主要手段之一，但支架植入后，支架内再狭窄问题普遍存在。而血流动力学特性参数分布与血管及其支架内动脉粥样斑块和血栓的形成具有密切的关系，对血管及其支架内的血流动力学研究有利于探明粥样斑块形成、发展和支架内再狭窄机制，为心血管疾病的诊断、治疗和血管支架的设计提供理论依据。
　　本文针对粥样斑块引起的血管狭窄和支架内再狭窄的问题，以人体左冠状动脉为研究对象，建立了不同狭窄率的左冠状动脉几何模型和不同结构的血管支架模型，在血液与血管壁、粥样斑块和血管支架之间的流固耦合作用下，考虑血液组分的影响，将血液视为两相流体，采用计算流体力学方法对左冠状动脉和血管支架内两相血流动力学进行数值模拟，分析了狭窄率和支架结构对动脉中两相血流动力学的影响。此外，通过体外血流动力学实验对本文中数值计算方法的正确性进行了验证。
　　本文主要研究工作和成果如下：
　　1、运用Pro/E建立了左冠状动脉几何模型，分析了左冠状动脉内牛顿血液模型和两相血液模型的血流动力学特性参数的分布情况，获得了两相血液中红细胞的流动特性对动脉内血流动力学特性的影响，为动脉内血流动力学的研究提供了研究方法和技术条件。
　　2、建立了不同狭窄率的左冠状动脉模型，分析了狭窄率对左冠状动脉内两相血流动力学的影响，从血流动力学角度探明了血管狭窄病变的发展过程，揭示了动脉内动脉粥样斑块形成与发展机制，对了解血管狭窄的发病机制及临床诊断与治疗均具有重要意义。
　　3、建立了支架植入后的左冠状动脉模型和不同结构的血管支架模型，分析了支架植入对狭窄血管内血流动力学特性的影响，研究了支架结构对支架内两相血流动力学特性参数的影响，探明了支架内再狭窄机制，为血管支架的结构设计和心血管疾病的支架植入治疗提供一定的理论指导。
　　4、对左冠状动脉模型进行体外血流动力学实验，将实验结果与数值模拟结果进行对比分析，结果表明，在动脉分叉处外侧出现一定程度的血流停滞区，血流速度较低，血流中粒子形成沉积，与数值模拟的血流动力学特性一致，验证了文中数值计算方法的正确性。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 血流动力学的研究现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 血流动力学基础理论及计算方法

2.1 血流动力学基础理论

2.2 流固耦合方法

2.3 有限元方法

2.4 本章小结

第3章 左冠状动脉两相血流动力学特性分析

3.1 血液模型对血管内血流动力学特性的影响

3.2 狭窄率对血管内血流动力学特性的影响

3.3 血流动力学特性与粥样斑块的形成和发展机制的关系

3.4 本章小结

第4章 支架内血流动力学特性及再狭窄机制

4.1 植入支架对狭窄血管内血流动力学特性的影响

4.2 血管支架结构对支架内血流动力学特性的影响

4.3 血流动力学特性与支架内再狭窄机制的关系

4.4 本章小结

第5章 左冠状动脉体外血流动力学实验

5.1 体外血流动力学特性测试装置

5.2 体外血流动力学实验

5.3 实验结果与数值模拟结果对比分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果