摘要
随着特高压交流输电线路的发展以及磁悬浮列车、家用电器、理疗设备的使用，人们开始关注由此产生的电磁场对于人体健康是否有影响。由于需求的发展，高压输电线路、核磁共振设备、电磁冶金设备等人造电磁场环境产生的电磁场强度呈增高趋势。近年来，研究者开始关注人造电磁场环境对人体具体组织、细胞甚至分子结构的影响，而人造电磁场对人体血液动力学的影响机制还有待进一步明确。由于血液等组织液中含有丰富的带电离子，长时间处于电磁环境中会受到电磁力的作用，对血液的流场、压力场以及切应力分布产生影响，从而影响血液的输运平衡，进而影响人体局部或系统性功能。 当前，国内外主要采用理想的规则血管开展电磁场下的血液流动行为研究，很少采用真实血管。为明确磁场对人体血液流动特性的影响机理，本文借助中山大学附属第八医院扫描的医学影像，对颈动脉和冠状动脉强化CT影像进行三维血管重构，采用计算流体力学理论和磁流体力学方法，建立体外均匀磁场对血液流动影响的数学模型。利用数值模拟软件COMSOLMultiphysics分别对稳态血液流动过程和心脏搏动周期内瞬态血液流动过程进行仿真，通过研究不同磁场强度对血液流动速度、压力和切应力的影响，探讨磁场对血液动力学行为的影响规律。本文的研究结果如下： 研究结果表明，血液表现为一种导电磁流体特性，一定强度的磁场对动脉血液动力学具有明显影响，血液的流动、壁面压力和壁面切应力对外部一定强度的磁场具有响应。磁场通过洛伦兹力对血液流动产生阻碍作用，使得血管中心处的血液速度出现更为显著的下降，且随着磁场强度的增加，阻碍作用增强。在血管壁面上，壁面切应力随磁场强度的增加而减小。磁场对壁面切应力的影响在分叉血管出口处尤为明显，同时由于分叉处内侧的切应力明显高于外侧的切应力，所以磁场对分叉处内侧切应力的影响程度也明显高于外部。外部磁场对血管壁面处的血液压力也产生明显的影响。随着磁场强度的增加，壁面处压力下降。磁场在血流分叉之前对壁面处压力的影响明显，且对血管分叉处内侧壁面压力的影响更为显著。心脏搏动周期中压差最大时，磁场对血液流动的影响程度最大。由于血管分叉处速度变化最为剧烈，磁场对血管分叉处壁面切应力的影响最为显著，并在血管分叉处形成壁面切应力的显著波峰。 本文基于流体力学和磁流体力学理论对人体动脉血液动力学开展了基础理论研究，研究结果对设计人造强磁场设备、诊断及治疗相关病症提供了有效参考。
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