精彩毕业答辩设计实例补丁技术对S型旁路移植术影响的血流动力学数值研究

1、补丁技术对s型旁路移植术影响的血流动力学数值研究 答辩人： 冯文韬 指导教师：蒋文涛 李晋川 四川大学 建筑与环境学院 生物力学实验室临床背景n动脉粥样硬化是一种高发的动脉病变n主要病变后果 动脉增厚 硬化 血管内管腔有效面积减小 血液循环发生障碍n最终导致组织器官缺血或坏死 治疗手段n治疗下肢血管闭塞性疾病的基本手术方法 股动脉旁路移植n手术后期失败的主要原因 手术后血管内膜增生内膜增生引起再狭窄n中等血管术后5年因再狭窄而导致手术失败率可达70%-85%内膜增生位置n缝合线处：由于机械损伤后血管自愈和顺应性失谐造成n沿吻合口相对的宿主动脉底部：产生原因尚不完全明确，一个普遍的观点认为末端吻

2、合口附近不均匀的血流动力学分布起重要作用n主要发生在末端吻合口处的2个位置吻合口几何形状的改良：静脉补片ntaylor 补丁nmiller 袖口手术改进方法：s型搭桥n螺旋流动是正常血管中的一种普遍生理现象n有助于血液养分向器官内灌注n可能对内皮细胞损伤的自我修复有积极作用ns型搭桥方式产生螺旋流动n动物实验和数值研究发现，在吻合口产生了显著的螺旋流动，相对于传统吻合方式，吻合口处的内膜增生显著减少本文研究工作taylor补丁miller 袖口s型搭桥方式对比研究其末端吻合口血流动力学特性数值模拟方法为何采用数值模拟方法n模型试验的局限性n数值模拟的优势耗时；昂贵不容易获取相同力学参数的材料难

3、以得到复杂的流动参数可建立真实的力学模型建模周期短，成本低结果直观，全面，方便获得各种力学参数基本假设及简化n血管壁为刚性壁n血液为各向同性、不可压缩、具有恒定密度和粘度的牛顿流体 数值模型传统吻合口（原始模型）taylor模型miller模型整体模型吻合口局部整体网格与截面网格两种模拟方法n定常流情况n可定性反映出流动的平均效应 n一定程度上也更容易反映出研究问题的本质 n脉动流情况n更精确于正常的生理情况 n可以得到基于时间的各项血流动力学参数 边界条件n定常流n入口流量5ml/sn脉动流n入口按人体股动脉测量的流量给定 n壁面无滑移n出口处为零压力边界条件t1t2t3t4力学特性与内膜增

4、生n紊乱的流动 n低壁面切应力值n高壁面切应力梯度 n高osi值内膜增生n高螺旋度 抑制内膜增生定常流结果分析n末端吻合口处的流动是分析的重点n速度场n二次流n螺旋度n壁面切应力plane dplane aplane bplane c45outer lineinner linebuttom line速度场原始模型taylor模型miller模型停滞点plane d二次流和螺旋度n螺旋度(helicity)：()kh vvv n标准化：, -11.vv n标准化的螺旋度表征了速度矢量和涡矢量之间的夹角大小。正负分别表征了流体按顺时针或逆时针流动的螺旋方向。n取模之后，表示流体螺旋流动的程度 ab

5、 cplane aplane bplane c原始模型miller模型taylor模型high helicitymiddle helicitylow helicity宿主动脉内高螺旋度面积分布比例 壁面切应力wss(pa)原始模型taylor模型miller模型动脉底部三条直线上切应力分布prime modelmiller modeltaylor modelheelprime toemiller toetaylor toe定常流分析小结n原始模型 紊乱的流场，急剧变化的壁面切应力，足尖、吻合口相对的宿主动脉底部壁面的血流动力学特性容易引发内膜增生nmiller模型 壁面切应力变化稳定，但足尖处

6、的血流动力学较差ntaylor模型 流场最为均匀，壁面切应力变化平缓，吻合口内的高螺旋度面积比例最高，螺旋特性规则血流动力学因素与内膜增生脉动流分析结果分析n流场n二次流&螺旋度n切应力波动系数n壁面切应力plane bplane ainner sideouter sideoutter line 45abplane aplane b流场原始模型miller 模型taylor 模型二次流&螺旋度primemillertaylortime: 0.06primemillertaylortime: 0.12primemillertaylortime: 0.18primemillerta

7、ylortime: 0.44high helicitymiddle helicitylow helicityt3t1t4t2高螺旋度区域面积比plane aplane b壁面切应力为何选取外侧45 外侧45直线壁面切应力时均分布 miller toeheeltaylor toeprime toeprime modelmiller modeltaylor modela，b两点的壁面切应力时间分布a点（宿主动脉外侧底部45直线与吻合口中心平面交点）b点（宿主动脉外侧底部45直线与足尖平面交点）壁面切应力波动系数壁面切应力波动系数osi000.5 1twtwdtosidtnosi取值范围为0到0.5

8、 n越大的osi表示周期内壁面切应力方向上的振荡越剧烈 n振荡的切应力有促使动脉粥样硬化的作用 外侧底部45直线吻合口附近osi 脉动流分析小结n原始模型 末端吻合口处流场紊乱，螺旋流动特征不如其他两个模型的明显。壁面切应力值较大，变化剧烈，表现出较大的壁面切应力梯度。 nmiller模型 流场较为稳定，吻合口处的螺旋流动比原始模型略为明显。壁面切应力幅值比原始模型小，变化也较为平缓，壁面切应力梯度也比原始模型小。 ntaylor模型 最规则的流场，吻合口处的螺旋流动明显优于原始模型和miller模型，壁面切应力变化最为平缓，壁面切应力梯度最小。n taylor模型和miller模型的切应力波动系数osi比原始模型较大。血流动力学因素与内膜增生全文总结ntaylor模型和miller模型对吻合口处的血流动力学特性有改善作用nmiller袖口和taylor补丁扩展了吻合口的开口，提供了更大的空间来容纳内膜增生n用静脉片代替人工移植管，可增加血