摘要
背景: 动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)是严重威胁人类健康的疾病,其发生与吸烟、高脂血症、高血压病等相关,发现并明确这些因素对该疾病的早期诊断和干预有重要作用。动脉粥样硬化的形成是一个复杂的过程,临床资料表明,其好发于血管开口、分叉及弯曲区域,这些部位管腔走形复杂、流体力学参数分布不均匀,提示流体力学在动脉粥样硬化的发生和进展过程中起到重要作用。由于目前尚无直接测量血管壁面压力、壁面剪切力等流体力学参数的有效方法,因此计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)已成为分析血管流体力学各参数的重要手段。该技术已被应用于研究模拟血管的流体力学参数,但以往的模型并未考虑真实血管的形态及生理条件,大多是基于理想模型的体外简化模拟。目前,应用 CFD结合医学影像学资料的方法,可以更为准确的获取在体血管的流体力学参数,有助于更为深入的研究流体力学与动脉粥样硬化形成、斑块进展的关系。 探讨应用计算流体力学结合磁共振血管造影( magnetic resonance angiography,MRA)的方法观察在体颈动脉的流体力学状况,分析流体力学参数的变化在动脉粥样硬化形成及斑块进展中的作用。 目的: 方法: (1)选取指定时间内于我院接受颈动脉核磁检查患者,并根据影像学结果将其分为正常颈动脉组与狭窄颈动脉组,获取DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)格式的颈动脉MRA图像; (2)以上图像导入 MIMICS软件,进行以 MRA图像为基础的局部颈动脉三维重建; (3)应用ANSYS前处理模块ICEM(Integrated Computer Engineering and Manufacturing)对以上三维重建模型进行网格划分、建立有限元模型; (4)应用ANSYS软件的求解器(FLUENT)对以上有限元模型进行血流数值模拟,获取流体力学参数; (5)将以上求解结果导入 ANSYS软件后处理(CFD-POST),得到各流体力学参数可视化图像,并对数值结果进行统计学分析。 结果: (1)血液流线图及速度矢量图:正常的平直血管内血流为层流,而分叉处靠近管壁区域出现流速降低的湍流,但在狭窄处出现速度加快的血流。 (2)血管壁面压力(wall pressure, WP):血管壁面压力的大小总体沿血液流动方向逐渐降低,但在血管分叉区域不均与分布,表现为分叉区域的血管内侧压力增高,分叉区域血管外侧壁压力降低。而在动脉粥样硬化狭窄部位壁面压力降低。 (3)血管壁面剪切力(wall shear stress, WSS):血管壁面剪切力在分叉区域内侧增高,分叉区域的血管外侧壁不规则降低,但在动脉粥样硬化斑块部位增高。 结论: (1)血液流动状态的改变,即湍流的出现为动脉粥样硬化的形成提供了物理学、生物学基础。 (2)降低的血管壁面剪切力与动脉粥样硬化斑块形成有关。 (3)局部加快的血流速度、降低的壁面压力、升高的壁面剪切力与动脉粥样硬化斑块的破裂有关。 (4)计算流体力学技术结合MRA能够提供更为真实的可视化数据,有助于更好的理解和评估局部流体力学状态与动脉粥样硬化发生、斑块进展的关系。
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