精彩毕业答辩设计实例——补丁技术对S型旁路移植术影响的血流动力学数值研究.ppt

补丁技术对S型旁路移植术影响的血流动力学数值研究 答辩人： 冯文韬 指导教师：蒋文涛 李晋川 四川大学 建筑与环境学院 生物力学实验室 临床背景 动脉粥样硬化是一种高发的动脉病变 治疗手段 治疗下肢血管闭塞性疾病的基本手术方法 —— 股动脉旁路移植 内膜增生位置 缝合线处：由于机械损伤后血管自愈和顺应性失谐造成 沿吻合口相对的宿主动脉底部：产生原因尚不完全明确，一个普遍的观点认为末端吻合口附近不均匀的血流动力学分布起重要作用 吻合口几何形状的改良：静脉补片 Taylor 补丁 手术改进方法：S型搭桥 螺旋流动是正常血管中的一种普遍生理现象 有助于血液养分向器官内灌注 可能对内皮细胞损伤的自我修复有积极作用 本文研究工作 为何采用数值模拟方法 模型试验的局限性 基本假设及简化 血管壁为刚性壁 血液为各向同性、不可压缩、具有恒定密度和粘度的牛顿流体 数值模型 整体网格与截面网格 两种模拟方法 定常流情况 可定性反映出流动的平均效应 一定程度上也更容易反映出研究问题的本质 脉动流情况 更精确于正常的生理情况 可以得到基于时间的各项血流动力学参数 边界条件 定常流 入口流量5ml/s 脉动流 入口按人体股动脉测量的流量给定 力学特性与内膜增生 紊乱的流动 低壁面切应力值 高壁面切应力梯度 高OSI值 定常流结果分析 末端吻合口处的流动是分析的重点 速度场 二次流和螺旋度 螺旋度(Helicity)： 宿主动脉内高螺旋度面积分布比例 壁面切应力 动脉底部三条直线上切应力分布 定常流分析小结 原始模型 —— 紊乱的流场，急剧变化的壁面切应力，足尖、吻合口相对的宿主动脉底部壁面的血流动力学特性容易引发内膜增生 Miller模型 —— 壁面切应力变化稳定，但足尖处的血流动力学较差 Taylor模型 ——流场最为均匀，壁面切应力变化平缓，吻合口内的高螺旋度面积比例最高，螺旋特性规则 脉动流分析结果分析 流场 二次流螺旋度 高螺旋度区域面积比 壁面切应力——为何选取外侧45° 外侧45°直线壁面切应力时均分布 A，B两点的壁面切应力时间分布 壁面切应力波动系数OSI OSI取值范围为0到0.5 越大的OSI表示周期内壁面切应力方向上的振荡越剧烈 振荡的切应力有促使动脉粥样硬化的作用 外侧底部45°直线吻合口附近OSI 脉动流分析小结 原始模型 ——末端吻合口处流场紊乱，螺旋流动特征不如其他两个模型的明显。壁面切应力值较大，变化剧烈，表现出较大的壁面切应力梯度。 Miller模型 ——流场较为稳定，吻合口处的螺旋流动比原始模型略为明显。壁面切应力幅值比原始模型小，变化也较为平缓，壁面切应力梯度也比原始模型小。 Taylor模型 ——最规则的流场，吻合口处的螺旋流动明显优于原始模型和Miller模型，壁面切应力变化最为平缓，壁面切应力梯度最小。 Taylor模型和Miller模型的切应力波动系数OSI比原始模型较大。 全文总结 Taylor模型和Miller模型对吻合口处的血流动力学特性有改善作用 Miller袖口和Taylor补丁扩展了吻合口的开口，提供了更大的空间来容纳内膜增生 用静脉片代替人工移植管，可增加血管顺应性，减少动脉内膜增生 展望 配合数值计算结果进行动物和临床实验 弹性血管壁和脉动流的耦合计算 S型搭桥术中，缝合角度以及移植管-宿主动脉直径比 其他治疗方式 谢谢！ 血流动力学因素与内膜增生 采用Taylor补丁和Miller袖口技术可改善手术治疗效果，并推荐使用Taylor补丁 * * 主要病变后果 动脉增厚 硬化 血管内管腔有效面积减小 血液循环发生障碍 最终导致组织器官缺血或坏死 手术后期失败的主要原因 手术后血管内膜增生引起再狭窄 中等血管术后5年因再狭窄而导致手术失败率可达70%-85% 主要发生在末端吻合口处的2个位置 Miller 袖口 S型搭桥方式产生螺旋流动 动物实验和数值研究发现，在吻合口产生了显著的螺旋流动，相对于传统吻合方式，吻合口处的内膜增生显著减少 Taylor补丁 Miller 袖口 S型搭桥方式 对比研究其末端吻合口血流动力学特性 数值模拟方法 数值模拟的优势 耗时；昂贵 不容易获取相同力学参数的材料 难以得到复杂的流动参数 可建立真实的力学模型 建模周期短，成本低 结果直观，全面，方便获得各种力学参数 传统吻合口（原始模型） Taylor模型 Miller模型