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分岔动脉血管介入治疗的数值模拟和实验研究

邱霖  
【摘要】:本文针对当前分岔动脉血管性介入治疗临床中存在的问题,综合考虑介入治疗生理状态和解剖参数,以肺癌支气管动脉介入治疗为原型,首次尝试用计算流体力学数值模拟和流体力学实验模拟的手段,从系统分析的角度出发,通过研究脉动血流速度、药液浓度分布以及总的有效灌注率来揭示分岔动脉血管性介入治疗中,动脉血流和注射药液传输的基本规律,揭示分岔脉动血液和药液传输所呈现的独特的局部血流动力学现象和介入治疗的血流动力学机理。 论文主要工作: 阐明了本论文研究的生物医学背景,研究对象和目的、意义,分析了国内外相关研究的发展现状。 在模型建立方面。以肺癌支气管动脉灌注化疗(Bronchia Artery Infusion,BAI)的生理解剖参数和注射药液方式为原型,建立了三维分岔动脉血管血流动力学物理模型、数学模型;按正常生理脉动血流参数,建立了生理脉动流平均速度函数,作为主动脉计算入口速度边界条件。 在数值模拟方面。论述了流场求解方法;介绍了计算流体力学软件包—Fluent和Gambit的特点;概述了几何建模、网格剖分、边界条件处理和数值模拟后处理的具体方法。 根据不同的药液灌注方式,首先在无导管介入时,对动脉分岔部位的局部流动进行了数值模拟,然后对有导管介入时,完成了不同的注射药液方式下,66个算例的数值模拟。重点研究了影响药液灌注率的主要因素:导管喷口相对位置、药液射流角度、连续注射和间断注射等。 数值模拟结果表明:导管的介入对正常血液流场的影响不大;导管喷口位 四川大学博士论文 鱼旦口旦旦旦旦旦旦旦旦旦旦旦旦旦 置和药液射流角度对药液在血液流场中的分布影响很大,进而影响药液灌注 率;导管喷口位置不同,最佳注射角度也随之改变。 根据数值模拟结果获得介入治疗中血液流动和药液传输的基本规律:间断 注射的时相,对药液浓度分布和灌注率有很大的影响;不同注射位置和角度存 在最佳灌注时相;在下游近支动脉开口区域,药液灌注率对药液射流角度不敏 感,但在上游段则相反。 为验证数值模拟结果的可用性,针对同一原型建立的实验台,用弹性透明 硅胶制作模拟心室、心房、动脉血管和分岔血管,支动脉与主动脉夹角可调, 测量在不同位置、不同注射角、不同时相,间断注射时的药液灌注率。对比分 析数值模拟与实验模拟的结果,吻合较好,表明本文数值模拟结果具有可用性。 最后,对全文的研究工作进行了总结,得到了一些具有理论意义和实用价 值的新结果,为如何提高分岔动脉血管性介入治疗的疗效和安全性,提供了基 础理论依据,并对提高药液灌注率的措施和下一步的研究方向提出了建议。 关键词:分岔动脉血管性介入治疗,药液传输,数值模拟,血流动力学, 流体力学实验


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