頸動(dòng)脈斑塊局部流體力學(xué)參數(shù)分析及斑塊預(yù)警研究.pdf

1、背景:
　　動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis, AS)是嚴(yán)重威脅人類健康的疾病,其發(fā)生與吸煙、高脂血癥、高血壓病等相關(guān),發(fā)現(xiàn)并明確這些因素對(duì)該疾病的早期診斷和干預(yù)有重要作用。動(dòng)脈粥樣硬化的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,臨床資料表明,其好發(fā)于血管開(kāi)口、分叉及彎曲區(qū)域,這些部位管腔走形復(fù)雜、流體力學(xué)參數(shù)分布不均勻,提示流體力學(xué)在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程中起到重要作用。由于目前尚無(wú)直接測(cè)量血管壁面壓力、壁面剪切力等流體力學(xué)參數(shù)的

2、有效方法,因此計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics, CFD)已成為分析血管流體力學(xué)各參數(shù)的重要手段。該技術(shù)已被應(yīng)用于研究模擬血管的流體力學(xué)參數(shù),但以往的模型并未考慮真實(shí)血管的形態(tài)及生理?xiàng)l件,大多是基于理想模型的體外簡(jiǎn)化模擬。目前,應(yīng)用 CFD結(jié)合醫(yī)學(xué)影像學(xué)資料的方法,可以更為準(zhǔn)確的獲取在體血管的流體力學(xué)參數(shù),有助于更為深入的研究流體力學(xué)與動(dòng)脈粥樣硬化形成、斑塊進(jìn)展的關(guān)系。
　　探討應(yīng)用計(jì)算流體力

3、學(xué)結(jié)合磁共振血管造影( magnetic resonance angiography,MRA)的方法觀察在體頸動(dòng)脈的流體力學(xué)狀況,分析流體力學(xué)參數(shù)的變化在動(dòng)脈粥樣硬化形成及斑塊進(jìn)展中的作用。
　　目的:
　　方法:
　　(1)選取指定時(shí)間內(nèi)于我院接受頸動(dòng)脈核磁檢查患者,并根據(jù)影像學(xué)結(jié)果將其分為正常頸動(dòng)脈組與狹窄頸動(dòng)脈組,獲取DICOM(Digital Imaging and Communications in Medi

4、cine)格式的頸動(dòng)脈MRA圖像;
　　(2)以上圖像導(dǎo)入 MIMICS軟件,進(jìn)行以 MRA圖像為基礎(chǔ)的局部頸動(dòng)脈三維重建;
　　(3)應(yīng)用ANSYS前處理模塊ICEM(Integrated Computer Engineering and Manufacturing)對(duì)以上三維重建模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、建立有限元模型;
　　(4)應(yīng)用ANSYS軟件的求解器(FLUENT)對(duì)以上有限元模型進(jìn)行血流數(shù)值模擬,獲取流體力學(xué)參數(shù)

5、;
　　(5)將以上求解結(jié)果導(dǎo)入 ANSYS軟件后處理(CFD-POST),得到各流體力學(xué)參數(shù)可視化圖像,并對(duì)數(shù)值結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　結(jié)果:
　　(1)血液流線圖及速度矢量圖:正常的平直血管內(nèi)血流為層流,而分叉處靠近管壁區(qū)域出現(xiàn)流速降低的湍流,但在狹窄處出現(xiàn)速度加快的血流。
　　(2)血管壁面壓力(wall pressure, WP):血管壁面壓力的大小總體沿血液流動(dòng)方向逐漸降低,但在血管分叉區(qū)域不均與分布

6、,表現(xiàn)為分叉區(qū)域的血管內(nèi)側(cè)壓力增高,分叉區(qū)域血管外側(cè)壁壓力降低。而在動(dòng)脈粥樣硬化狹窄部位壁面壓力降低。
　　(3)血管壁面剪切力(wall shear stress, WSS):血管壁面剪切力在分叉區(qū)域內(nèi)側(cè)增高,分叉區(qū)域的血管外側(cè)壁不規(guī)則降低,但在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊部位增高。
　　結(jié)論:
　　(1)血液流動(dòng)狀態(tài)的改變,即湍流的出現(xiàn)為動(dòng)脈粥樣硬化的形成提供了物理學(xué)、生物學(xué)基礎(chǔ)。
　　(2)降低的血管壁面剪切力與動(dòng)脈粥