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分叉管脉动流的数值模拟与实验研究

刘金龙  
【摘要】: 本论文采用医工结合的研究方法,将动力机械中研究分析非定常流、流-固耦合等问题的研究方法,应用于具有类似流动特征的人体血液流动特性分析中。通过数值模拟和实验研究,将动力机械气动力学的相关技术,如:非定常流计算机模拟、激光流场测试技术PIV和荧光诱导技术等应用到动脉分叉管内脉动血流的研究中,分析颈动脉分叉脉动流的局部流动特性,寻找揭示此处产生动脉粥样硬化的血液动力学因素及其相互之间的关系。 论文首先以颈动脉分叉解剖的平均统计数据为基础,利用计算流体动力学(CFD)的方法对在生理脉动的条件下,正常颈动脉、20%狭窄和40%狭窄时的简化模型进行全三维建模和数值模拟,并以正常颈动脉简化模型为例,分析比较以往研究中不同流体性质(牛顿流体和非牛顿流体),不同狭窄程度,以及壁面弹性对颈动脉分叉局部流场、粒子停留分布情况、壁面切应力(WSS)等特性的影响;然后,本论文还通过PIV实验和激光诱导荧光实验的方法,对正常颈动脉弹性和非弹性物理模型在脉动条件下的流场进行了实验研究;最后,通过临床患者病理数据,利用MRI医学影像进行三维颈动脉分叉实体重构,并结合数值模拟的研究方法,对患者颈动脉分叉进行个体化分析研究,揭示颈动脉分叉局部流场动力学因素的改变与动脉粥样硬化的产生、发展和恶化之间的密切关系,为今后应用此方法作为临床诊治进行探索性研究。 本论文将工学理论知识、技术和方法,以医工结合的研究方式,应用于颈动脉分叉局部血流的分析中,该方法对今后相关临床医学问题的研究,必将起到积极的作用。


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