支架,放还是不放?这是个生物力学问题

血管支架用于扩张血管狭窄病变部位,以达到血流通畅的目的。但什么样的狭窄血管需要放支架?这是个生物力学问题。本文从血管狭窄的功能学评价指标来分析血管狭窄、心肌缺血和支架治疗之间的逻辑关系,用农田灌溉这样形象的比喻来阐明冠脉支架介入术的生物力学机理,启发读者思考临床医学背后的基础工程科学原理。

生物医学工程专业毕业生就业情况的SWOT分析及对策研究

我国生物医学工程(biomedical engineering,BME)专业教育发展迅速,每年均有大量的BME毕业生涌入社会,就业形势不容乐观。本文以北京工业大学BME专业为例,依据该校2019—2023年五届毕业生的就业数据和毕业生访谈调研情况,对该专业毕业生的毕业去向情况进行整理,分析该校BME专业本硕博不同阶段毕业生的就业特点。SWOT分析法可以理性、清晰地分析就业形势,为高校制定就业策略提供有力支撑。本文运用SWOT分析法,剖析该专业毕业生就业过程中的优势(strengths)、劣势(weaknesses)、机会(opportunities)和威胁(threats),并在此基础上提出通过开展学业辅导、就业指导、实践教学改革、访企拓岗、校企联合、建立国际化人才培养模式等策略,为高校提升人才培养质量,提高就业率和就业质量提供新思路。

保留瓣膜两种主动脉根部置换术的生物力学数值模拟

目的阐释运用直筒型人工血管行保留主动脉瓣膜的主动脉根部改良重塑术和佛罗里达袖套术对新生主动脉根部生物力学的影响。方法采用CTA影像重建5例主动脉根部有限元模型,包括2例主动脉根部改良重塑术(A1、A2),2例佛罗里达袖套术(B1、B2)和1例无主动脉根部病变的对照组(C)。通过数值模拟获得血流和压力分布结果,评估主动脉根部的血流动力学差异。结果两种术式的患者和对照组收缩峰值的最大流速之间没有显著差异,但主动脉根部改良重塑术后的流速较为平缓,与对照组模型相近,而其主动脉内平均压力和壁面切应力趋于稳定。佛罗里达袖套术中,存在高速血流冲击血管壁,沿主动脉壁出现不同程度的壁面切应力和压力集中现象。结论保留瓣膜的主动脉根部手术后,新生主动脉根部的血流模式依赖于术后窦部几何形状的变化。观察到两种术式的血流状态均表现良好,但主动脉根部改良重塑术血流模式较佛罗里达袖套术更稳定。

可降解医用Zn-3Al-1Mg合金的体外腐蚀行为和力学性能

采用热挤压方法制备了管状Zn-3Al-1Mg合金,利用扫描电子显微镜(SEM)及拉伸、压缩测试等方法研究了铸态和挤压态管状Zn-3Al-1Mg合金的微观组织与力学性能同时,利用浸泡试验、电化学测试、X射线光电子能谱分析(XPS)研究了挤压态管状Zn-3Al-1Mg合金在模拟体液(SBF)溶液中的腐蚀行为结果表明:铸态及挤压态合金均由η-Zn,α-Al及Mg2Zn11三相组成,挤压态合金的微观组织明显细化,且力学性能明显优于铸态合金的力学性能挤压态合金在模拟体液中的腐蚀速率为015~028 mm/a腐蚀形貌分析结果揭示了不同物相间的微电偶腐蚀机制,腐蚀产物包括Zn/Al/Mg的氧化物、氢氧化物,以及Ca,P和Zn/Al/Mg相结合产生的磷酸盐、碳酸盐结合电化学测试结果,对挤压态合金的腐蚀过程和腐蚀机理进行了分析.

不同应力水平对支架降解影响的有限元分析

目的建立多种腐蚀因素共同作用的支架降解模型,探究不同应力水平对可降解支架的降解行为及服役性能的影响。方法基于连续损伤力学原理,通过在有限元框架下为独立单元设置腐蚀属性和材料属性,对支架降解过程中的力学强度和几何变化进行模拟,由此建立均匀腐蚀、应力腐蚀及点腐蚀多种因素共同作用下的支架动态降解模型。分别将支架扩张至血管直径的1.05、1.1、1.2倍为支架提供不同的应力水平,对三种不同工况的降解过程进行数值模拟,分析降解过程中的支架形态、质量损失率及服役时间等。结果支架植入后的应力水平会对其服役性能产生显著影响。随着扩张比的增加,三种应力水平下支架断裂的时间分数分别为0.95、0.82和0.78,断裂时的质量损失率分别为73%、63%和60%。降解过程中由应力腐蚀主导移除的单元数量分别为112、125和139;应力腐蚀作为主导因素的时间分数分别为0.93、0.82和0.78。血管塌陷的时间分数分别为0.83、0.72和0.68,并且血管塌陷发生在支架失去其几何完整性之前。结论对于可降解支架,选择恰当的扩张比对获得良好的支架治疗效果有重要影响。高扩张比在更好维持管腔通畅性的同时也通过提高花冠处的应力水平使局部应力腐蚀作用增加,从而缩短了支架的服役时间,导致其更容易发生不均匀降解。

多重力学刺激作用下新内膜重塑模型构建和数值模拟研究

目的支架植入造成血管内膜损伤引起新内膜重塑。本文旨在构建支架植入后力学刺激新内膜重塑模型,探讨支架植入后动脉应力和壁面切应力对新内膜重塑的影响及新内膜重塑过程中的血管应力分布。方法建立支架植入模型、支架段血流模型,计算支架植入后血管壁力学刺激;通过促生长因子g描述力学刺激与细胞增殖的关系,并构建细胞增殖迁移模型,模拟细胞聚集形成新内膜过程。模拟动脉应力、壁面切应力单独作用下新内膜重塑,以探讨两种力学刺激作用效果的差异;模拟动脉应力和壁面切应力共同作用下新内膜重塑过程,得到重塑过程血管应力分布的变化。结果在动脉应力作用下,新内膜集中在支架段,对支架段管腔影响更大;在壁面切应力作用下新内膜重塑范围更广,除支架段还包括上、下游。新内膜重塑会使血管壁应力峰值和高应力区域减小,重塑后血管壁应力峰值由0.277 MPa下降至0.098 MPa,高应力区域体积减少了64.6%。结论新内膜重塑模型可得到支架植入后血管形貌和应力的动态变化。不同力学刺激作用下,新内膜位置与重塑速度有显著性差异,具有不同特征。新内膜可对血管壁起到一定程度的支撑作用,使血管壁的高应力区域明显减少。

血管弯曲度评估算法研究进展

血管弯曲度,即血管在空间中的曲折程度,与多种疾病,如阿尔茨海默病、动脉粥样硬化等,有密切关系,是疾病诊断的一项重要指标。因此,准确评估血管弯曲度对于临床诊断、治疗和预后具有重要价值。随着医学影像技术的发展,血管弯曲度评估的研究取得了显著进展。本文综述了血管弯曲度评估的主要方法和技术,并对它们的优缺点进行了比较和评价。文中涉及基于距离、角度、曲率、深度学习等技术的血管弯曲度评估算法。基于距离的血管弯曲度评估算法具有计算简单、直观的特点。基于角度和曲率的血管弯曲度评估算法则通过分析血管中心线上的角度和曲率变化来评估弯曲度,具有局部特征捕捉的优势。此外,近年来深度学习算法应用于血管弯曲度评估中,这种算法具有能够自动学习和识别复杂的血管结构的优点。这些算法可以较为准确、稳定地评估血管弯曲度,为临床实践提供了有效的工具。然而,目前的研究仍然存在一些局限性,如算法的通用性、个体差异、实时性等问题尚待解决。继续研究血管弯曲度评估技术,进一步完善血管弯曲度评估算法,以更好地满足临床需求,改善疾病诊断的精确性和效率,对于推动相关领域的发展具有重要意义。本文旨在为未来的研究提供方向,为血管弯曲度评估研究的进一步发展提供有价值的参考和启示。

血管修剪

就像园林中的树木修剪一样,血管树在成长过程中也有类似“血管修剪”的现象。这一现象背后蕴含着生物力学机理。本文介绍了“血管修剪”现象的含义、生物力学机制及其生理学意义,启发读者思考血管生长中的奇妙现象和科学道理。

基于Morris方法的微波消融肺组织温度场参数敏感度分析

为了获取微波消融肺组织温度场中组织特性敏感度,采用有限元方法建立微波消融肺组织计算模型,进行电磁场-温度场的耦合,基于Morris方法获取组织电导率(σ)、相对介电常数(ε)、导热率(k)、密度(ρ)、比热容(Cp)和血液灌注率(ωb)的敏感度,建立二维有限元模型.肺组织的σ、ε、k、ρ、Cp、ωb六个参数各设置4个水平,分别获取在50 W、300 s时的微波消融肺组织的消融面积和中心温度,并采用Morris方法,分析各参数对消融面积和消融形状的影响程度.结果表明,血液灌注率、相对介电常数、电导率是对微波消融肺组织的消融区域和消融形状影响较大的参数.

弯曲动脉的血流动力学数值分析

利用计算流体力学的理论和方法对弯曲动脉中的血流动力学进行数值分析,是研究心血管疾病流体动力学机理的一种行之有效的方法。本文将升主动脉、主动脉弓和降主动脉联系起来作为弯曲动脉几何模型,给出了血液流动的边界条件以及计算条件。根据生理脉动流条件,对狗的弯曲动脉几何模型内发展中的血液流动进行了有限元数值模拟,并利用可视化方法对血液流动的轴向速度、二次流、壁面切应力等计算结果进行了分析。研究结果表明,在弯管内侧壁处,同时存在主流方向和二次流方向的回流,此处容易形成涡流。弯管内侧壁比外侧壁的壁面切应力具有更强的脉动性。

支架治疗主动脉弓内侧动脉瘤的仿真研究

血管内支架是治疗主动脉弓动脉瘤的一种新技术。目前还没有人对具有局部突起的动脉瘤支架治疗血流动力学进行过研究。基于这样的事实,本仿真研究对主动脉弓内侧动脉瘤的支架治疗进行血流动力学分析。为便于比较,分别建立了有支架和无支架的主动脉弓动脉瘤模型。利用计算流体力学的方法对两个模型中的生理性血液流动进行了仿真。对流动情形、压力和壁面切应力分布进行了比较和分析,以便评价血管内支架对主动脉弓动脉瘤治疗的效果。结果表明,有支架的模型和无支架的模型,在瘤腔内的流动情形具有显著的不同。有支架模型瘤腔内的流动受到明显的抑制,特别是局部突起处的压力和壁面切应力大大地减小了。这些现象使我们有理由推断,血管内支架可以促进瘤腔内血栓的形成,并能减小动脉瘤破裂的危险。

面向医学应用的血流动力学数值模拟(Ⅱ)：前景展望

针对心血管瞬态流固耦合数值模拟、基于个性化血管几何模型三维重建的数值模拟、血流动力学可视化实验平台、协同虚拟现实系统等前沿课题以及力学生物学、多尺度流动等其他问题,提出了深入研究的方向.即充分发挥现代信息技术的优势,形成集成化的、多学科综合交叉的先进研发领域.

主动脉夹层形成、扩展和治疗的力学机理

为了探讨主动脉夹层的力学机理,对主动脉夹层形成、扩展和治疗的力学问题进行了分析和综述.分析了主动脉弓运动导致主动脉夹层的力学机制,提出了应力集中和疲劳损伤对主动脉夹层扩展的促进作用,介绍了采用旁路搭桥转流术治疗DeBakeyⅢ型主动脉夹层的血流动力学仿真.

S形动脉中的血流动力学研究

目的探索动脉直径大小对S形动脉血流动力学的影响。方法利用数值模拟方法,对具有不同直径的大小两种S形动脉模型在相同的边界条件下的血流动力学时空分布进行了分析。结果在大S形动脉中的二次流比小S形动脉中的要复杂;在弯曲动脉的内弯区存在较强的涡流;弯曲动脉中的压力和壁面切应力变化很剧烈,特别是在大模型中。结论S形弯曲动脉中的血流呈现复杂回流、二次流、压力和壁面切应力剧烈变化等特性,这些都可能影响到动脉内皮的功能及内膜增生。在利用人造或自体血管修复旁路狭窄动脉的手术中,应尽量避免采用S形动脉模型。

窦管交界和窦部直径对主动脉瓣关闭功能影响

为了探讨窦管交界和窦部直径对主动脉瓣关闭功能的影响,首先按照Labrosse提供的临床手术指导尺寸,建立基本的主动脉根部几何模型;改变窦管交界直径(分别为基本模型的1.2倍和0.8倍)、窦部直径(分别为基本模型的1.2倍和0.8倍)以及窦管交界直径和窦部直径(均为基本模型的1.2倍),共建立6组几何模型.窦部和瓣叶均施加0~10.665 kPa线性变化的压力负载,用计算机数值模拟的方法定量研究主动脉根部从接近关闭到完全关闭过程中,模型受到的最大应力数值和位置、瓣环直径变化以及对合区域面积比.计算结果表明:6组模型的主动脉根部最大应力值均出现在瓣叶和窦部接合位置,且最大应力值的范围是567~601 kPa,与Marom、Labrosse和Katayama的计算结果接近;窦管交界直径增大为基本模型的1.2倍时,瓣环直径扩大8.3%;6组模型的对合区域面积比计算结果相对变化不超过5%.结果表明:窦管交界变化比窦部直径变化对瓣环直径的影响大,而同样的主动脉根部结构,增大瓣环直径会减少瓣叶的有效对合,从而影响主动脉瓣关闭功能.

主动脉弓内脉动流的有限元分析

将升主动脉和主动脉弓联系起来研究发展中的血液流动问题 ,给出了血液流动的理论模型、边界条件以及计算条件 ;根据生理脉动流条件 ,对狗的升主动脉和主动脉弓内血液流动进行有限元数值模拟 。

新时代背景下先进生物医学材料研究生课程教学质量提升方法探讨

该文旨在探讨新时代“医工交叉”融合背景下,如何通过优化课程内容、创新教学方法、教学模式和引入相关资源,提升先进生物医学材料研究生课程的教学质量。在内容上,针对学生的背景不同,区分基础板块和进阶板块。基础板块围绕生物材料的发展历程、基本特点和分类展开。进阶板块注重材料的先进性问题围绕具有广阔发展前景和应用空间先进生物材料展开。同时,采用多模式、多途径教学,理论联系实际,通过启发思考、方法传授、趣味教学与传统教学和多媒体教学相结合,引入不同的学习资源,提高教学效果。同时,注重思政教育,将思政教育融入教学过程,引导学生思考与民生问题相关的医学与生物材料交叉领域问题。课上、课下与学生互动交流,提高学生的学习效果和兴趣,培养具有创新能力和实践能力的专业人才。

弯曲动脉内脉动流的有限元分析

给出了主动脉弓内的血液流动的理论模型、边界条件；根据生理脉动流条件，对主动脉弓内血液流动进行有限元数值模拟，分析了计算结果及动脉粥样硬化的流体动力学机理．

动脉中的脉搏波理论

介绍研究脉搏波传播的意义 ,回顾了动脉中的脉搏波传播理论的发展过程 ,重点描述了非线性脉搏波理论的主要研究成果 ,并指出脉搏波研究的发展方向。

单路和双路CABG中血流动力学的比较

为了改善冠状动脉搭桥术后的血流动力学,提出了对称双路搭桥的改进措施。利用有限元分析方法,对冠状动脉搭桥术中单路移植管和对称双路移植管内的生理流动进行了数值模拟,并对两种情况下的血流动力学计算结果进行了比较。计算结果分析了缝合区附近的流场、壁面剪应力等血流动力学因素在心动周期内的时空分布情况。研究结果表明,对称双路搭桥比单路搭桥具有更合理的血流动力学,可以避免动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素,从而减少手术再狭窄的发生。