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颈动脉生物力学参数高分辨率超声实验研究

王琦文  
【摘要】:心血管疾病已成为危害人类健康的"头号杀手",亟需开发新型早期诊断方法。在致残或致死的心血管疾病中,超过75%为动脉粥样硬化性疾病。该疾病具有很高的病灶选择性,即易发于血流和生物力学环境复杂的血管弯曲和分叉处。研究表明,血管内皮细胞所处的生物力学环境对血管重塑以及动脉粥样硬化疾病的产生起到重要作用。鉴于目前针对动脉粥样硬化早期诊断的方法均基于血管结构和功能的变化,本文提出一种非侵入、高分辨率超声成像方法并从生物力学的角度对位于体表易于超声成像的颈动脉不同位置处生物力学参数(血管壁周向应变、血流流场速度和应力相位角等)的变化规律进行研究。本论文从体外仿体实验和活体动物实验两方面对颈动脉不同位置处的生物力学参数进行研究,为动脉粥样硬化的早期诊断提供了新的手段。本论文的理论和实验研究结果和创新性工作主要包括以下几个方面:1)利用实验的方法研究颈动脉不同位置处血管壁周向应变、血流流场分布、血流剪切应力和应力相位角等生物力学参数的变化规律。2)提出一种可以同时计算出血管壁周向应变和血流剪切应力的高分辨率超声成像方法,并基于传统的模板匹配算法提出了能够提高复杂流场血流速度分布计算精度的优化算法。3)模仿人体动脉血液循环系统搭建了体外流体实验系统并根据人体颈动脉分叉血管的结构特性,设计并制作了颈动脉分叉血管仿体模具,并选用聚乙烯醇水凝胶作为仿体材料制作血管仿体。4)分析颈总、颈外和颈内位置处生物力学参数的变化规律建立与动脉粥样硬化等相关心血管疾病的联系。本论文的实验结果表明,在颈动脉的不同位置处,颈内动脉应力相位角负值最大,剪切应力最小,该处的生物力学环境易导致动脉粥样硬化的发生,明确了应力相位角等生物力参数在血管病变检测和定位中的作用。


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