在狭窄冠状动脉中单相血流:基于临床模型的实验和数值研究

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 流体动力学 流体动力学
• 心血管研究研究心血管研究

背景情况:

• 了解心血管血液动力学对于诊断和治疗血管疾病至关重要.
• 动脉狭窄会显著改变血液流动模式,并可能导致不良心血管事件.
• 精确模拟血流需要考虑非牛顿流体特性和不同的生理条件.

研究的目的:

• 开发一个模拟人类心血管系统的实验平台.
• 为了研究脉冲率和流体特性对血液动力学参数的影响.
• 用计算流体动力学 (CFD) 来分析健康和狭窄的动脉模型中的血流动力学.

主要方法:

• 构建了一个模仿心血管脉动流动的实验平台.
• 使用ANSYS Fluent进行计算流体动力学 (CFD) 模拟.
• 采用非牛顿血模仿液体 (XSCN) 和蒸水作为牛顿液体.
• 在健康的 (0%狭窄) 和患病的 (65%狭窄) 动脉模型上测试了六种不同的脉率 (72-156bpm).

主要成果:

• 增加的脉冲率增加了压力下降 (ΔP),输出压力和两种模型的功耗.
• 65%狭窄的动脉由于流量收缩和更高的压力下降而表现出更明显的影响.
• 在较高的脉冲率和狭窄模型中观察到较高的动强度和扰乱的流动模式.
• 分量流量储备 (FFR) 分析表明,血液动力学风险显著,缩率为65%.
• 壁切应力 (WSS) 在狭窄区域是最高的,非牛顿流体模型对流量变化的敏感性更大.

结论:

• 血液动力学参数,如脉冲率,粘度和动脉几何学,极大地影响心血管性能.
• 动脉狭窄会对血液流动行为产生不利影响,增加能量消耗和血液动力学风险.
• 这些发现对临床诊断,治疗计划和理解心血管疾病进展有影响.