超声场中振荡微泡对血管壁的生物力学效应

血管内受束微泡振荡所产生的生物力学效应在靶向药物传递、开放血脑屏障等具有重要的医学应用。本文从生物力学角度,创建了一个气泡-流体-固体耦合动力学模型,利用有限元法,研究超声场中振荡微泡与血管壁的相互作用,得到不同超声频率、血管尺度及不同初始半径微泡对血管壁的应力及应变分布。结果表明:频率1.0~1.5MHz时,血管壁应力随频率增大而降低;1.5~2.0MHz时,应力随频率经历半个正弦波形的变化,2.0 MHz之后不同初始半径微泡对血管壁的应力趋向一个相等的稳定值;当频率和初始微泡确定时,血管壁应力随血管半径先增大后变小,血管越厚,其应力和振动幅值都相应变小。三种不同初始半径微泡在不同血管半径中能产生有相应的应力极大值,其中较小初始半径微泡应力最大。本模型可用于计算不同声参数、血管尺度及不同初始微泡半径时的生物力学效应,为血管损伤评估提供参考。

不同形状壁面下微泡动力学行为的有限元分析

为研究刚性平面、凸面和凹面附近的微泡动力学行为的差异,建立超声激励下3种刚性壁面附近微泡的有限元模型.结果显示,刚性凹面附近的微泡形变较明显,易产生瞬态空化导致破裂.同时,微泡具有偏离初始位置向壁面振荡靠近的动力学行为.在声学参数以及距离壁面底部距离相等的情况下,近刚性凹面下的微泡重心振荡更剧烈,偏离初始位置距离最大,且凹面受到的压力较大,凸面受到的压力相对较小,壁面受到的压力与入射声压呈正相关,平面所受压力和附近微泡重心偏离程度介于凸面和凹面之间.本模型可为靶向药物治疗等研究提供理论参考.

动脉粥样硬化斑块在血管内不同位置的应力分析

动脉粥样硬化斑块的破裂是冠心病、脑梗死的主要原因。研究不同形状动脉不同位置斑块的应力情况,对于评估心血管疾病风险起着重要的作用。从生物力学角度,建立一个流体-固体耦合2D模型,利用有限元法计算了弯曲、分叉血管不同位置的血栓受到血液的应力情况。结果显示:弯曲动脉上游和下游处斑块受到的应力相对较大且剪切力相对较小,容易继续生长甚至破裂,中游处斑块相对稳定;分叉动脉中游处斑块受到的应力最大,具有破裂的风险,下游处斑块相对稳定,但是对于组织供血构成较大障碍。