下肢动脉狭窄的计算流体力学模拟与分析
目的：近年来，随着我国居民生活水平的提高和饮食结构的变化，下肢动脉硬化闭塞症的发病率呈逐年升高的趋势，并已成为危害人民健康的主要疾病之一。对下肢动脉疾病发病机制的研究由来已久，动脉粥样硬化、血栓形成等是其最主要的致病因素，它们与血管内血液的流动变化有着密切关系。
本研究的主要目的就是对由于下肢动脉粥样斑块引起的血管狭窄进行血液动力学的计算流体力学模拟及分析，构建下肢动脉粥样硬化的血流动力学模型，再利用计算流体力学的方法，来研究动脉内血液流动的问题，并对计算结果进行可视化分析。
材料与方法：选取典型下肢动脉狭窄患者一名，男性，48岁，172cm，71kg。使用GE公司的16排螺旋CT，非离子型造影剂采用加拿大生产的安射力碘佛醇注射液（每100mL含35g碘佛醇），扫描范围自腹主动脉分叉处至踝关节，得到520幅1.25mm层厚的二维CT图像，将CT扫描数据以DICOM格式存入到可读写光盘中。
本实验用到的软件包括MIMICS14.0、Geomagic9.0、ANSYS11.0。
将DICOM文件导入MIMICS14.0软件，对原始图像进行蒙皮、阈值分割、光滑等步骤，生成所需的直血管局部有粥样斑块的三维立体模型，此时生成的立体模型是实心的管道，然后再用一个MIMICS14.0中特有的功能，生成空心的管道。再以点云的形式输入逆向工程软件Geomagic9.0中，进行光滑处理生成实体模型，以IGES格式导入到有限元分析软件ANSYS11.0中去。利用ANSYS11.0中的Workbench得到血管的有限元模型。
利用ANSYS11.0中的icem CFD模块进行立体网格划分，生成下一步流体力学分析模块可以识别的网格数据。最后利用CFX模块进行流体力学的条件加载，假设血管为刚性管道，无形变，血流为匀速定常流，实验流体为血液。入口速度为0.56[m s^-1]，求解得到血管模型的血液流速变化图、压力变化图及血流流线图。
结果：
1．得到了真实的下肢动脉血管的三维有限元分析模型，在此模型上我们可以进行所需的各种流体力学实验，可以反复使用，方便、可靠。
2．得到了血管局部狭窄模型的血液流动变化的可视化图形，便于分析和讨论。
结论：通过计算流体力学模拟我们发现：
1．血液流动在管腔无局部狭窄时表现为层流，各层流间流速不同，近管壁处速度最低，越近管轴，血流速度越快。
2．管腔狭窄处流速增加。狭窄部位之近、远心端分别出现较明显的血流减速区。
下肢动脉狭窄;下肢动脉硬化闭塞症;血液动力学;流体力学模拟;虚拟现实;三维有限元
河北医科大学
硕士
人体解剖与组织胚胎学
任国山
2011
中文
R654.4;R318.01
57
2011-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）