交互式血管挤压形变仿真方法研究

心血管疾病仿真是虚拟手术系统的重要组成部分,对血管在手术过程中的交互式形变模拟是仿真系统的重点和难点。根据弹性动力学的形变模型和形变力的分布,推导位移场的表达式。借助两种包围盒碰撞算法对血管与血管钳之间的碰撞以及形变过程中自身的碰撞进行检测。仿真结果证明,血管形变的视觉真实感强,符合物理直觉,实时性尚可,证实了该方法的可行性。

关注主动脉血管异常形变,预防腹主动脉瘤的形成

背景临床数据显示,腹主动脉瘤(AAA)的发病率呈逐年上升趋势,AAA的发病原因不但有血管自身生化性质的内因,也有血液血流动力学的外因。从生物力学"应力-生长理论"来看,异常的血流力学环境将会导致血管结构重建,致使血管疾病的产生。目的探究主动脉血管发生异常形变时,其内部血流动力学特性对AAA的产生及发展的影响。方法 2016-06-15至2017-07-31采集内蒙古民族大学附属医院神经内科1例人体健康主动脉血管、2例典型AAA病变主动脉血管的临床CT图像数据。运用医学影像三维重建技术将3例CT图像数据重构出与真实血管一致的三维血管结构模型,并利用计算流体力学软件FLUENT 14.5进行数值模拟。基于相同血流入口速度在不同血管结构模型内血流动力学特性的计算结果,对比不同血管壁面切应力分布及发生AAA后的血管内血液流场及其二次流分布情况,探究血管发生异常弯曲、扭曲等形变后,其内部的血流动力学特性的变化,分析导致AAA产生的血流动力学原因。结果相同入口速度前提下,与健康人体主动脉血管中血流状态相比,血流速度及方向在2例AAA病变模型中主动脉弓弯曲处血液流速降低,在弓部弯曲内侧区域发现明显环流。计算AAA患者动脉血管结构模型截面内血液二次流分布发现,血管主动脉弓处的血流出现涡旋流动,经过主动脉弓段后血流较为正常,且血流速度偏小,流经AAA弯曲处血流速度局部变大。与健康血管模型的切应力分布相比,除血管各出口位置的切应力较大外,人体主动脉弓段的切应力较小,但健康人体血管的壁面切应力稍大,且切应力在血管壁面分布较均匀。结论与健康人体相比,AAA患者血管发生异常弯曲、扭曲等形变的同时伴有二次流的存在,且高速、涡旋的二次流现象会对血管壁造成不可缓解的冲击,从而导致AAA的产生,并使AAA的直径逐渐增大。

低频超声场中微血管内微泡动力学仿真研究

在低频超声激励下,研究超声微泡的非线性声学响应,及其与周围生理环境之间的关系,对微泡定量成像、微血管早期病变检测及微泡靶向治疗等有重要的意义。基于集中参数模型,在COMSOL Multiphysics 4.4中构建激励超声、微泡与血管这三者间的耦合模型并进行仿真计算,结果表明:(1)激励超声声压增大时,微泡振动幅度增加、振动频率减小。(2)血管长度增长时,微泡振幅减小、振频增加;血管内径增大时,微泡振幅增加、振频减小。(3)微泡气体多方指数增加时,血管壁应力、血管形变程度及微泡最大振动速度减小、微泡振动频率增大。(4)血液动力粘度增加时,微泡振动幅度、振动频率、血管壁应力及微泡最大振动速度均减小。