颈总动脉狭窄两相流数值模拟分析

摘要：

目的 探讨颈总动脉位置处不同狭窄程度对颈动脉内血液流速、血管壁面压力、剪切应力的影响,分析颈总动脉位置处狭窄对脑部供血影响的血流动力学方面原因.方法 采用内蒙古民族大学附属医院提供的1例53岁男性健康颈动脉二维CT数据,应用医学建模软件MIMICS20.0将二维CT数据进行三维医学重建,然后利用3-Matic Medical软件,在颈总动脉位置处进行25％、50％、75％狭窄程度的人为干预,得到颈总动脉位置处3种不同程度狭窄的颈动脉模型.在GEOMAGIC中进行模型的光滑处理,经过网格划分及边界条件设置后导入计算流体力学软件FLUENT14.5中,进行液(血浆)—固(红细胞)两相流血流动力学数值模拟.通过观察不同狭窄程度下速度流线图及矢量图(分别截取狭窄处、分叉处上游、分叉处下游及分叉末端处的a、b、c、d4个不同的横断面)中的血液流速及血液的涡旋流动现象、血管壁面压力及剪切应力的数值变化,为颈动脉狭窄疾病提供血流动力学支持.结果 观察速度流线图及速度矢量图可知,从颈动脉入口处流入血液保持狭窄处血管中间流速大、边缘流速小的特点,颈动脉窦处易存在血液的涡旋流动,且随着狭窄程度的增加,涡旋的面积及程度增大.在所取的4个横断面上,随着狭窄程度的增大,涡旋现象持续时间更长.颈总动脉狭窄自25％到50％过程中,血液流速、血管壁面压力及剪切应力扩大至近2倍;当狭窄程度由50％至75％过程中,血液流速扩大至3倍,血管壁面压力扩大至近10倍,剪切应力扩大至近4倍.结论 人为狭窄干预技术可以方便、快捷地获取目标模型,并可以在此基础上任意修改,可以为血流动力学研究及临床诊断提供良好的模型基础.颈总动脉狭窄程度由25％到50％时,血管壁面的力学性质发生一定变化;而从狭窄50％到狭窄75％时,血管壁面的力学性质呈指数形式上升.

关键词：颈总动脉狭窄、医学模型三维重建、人为狭窄干预技术、两相流动、计算流体力学

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分类号：TH16;TV149;TK730

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;新疆维吾尔自治区自然科学基金;新疆维吾尔自治区自然科学基金

在线出版日期：2021-06-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：296-302