一、左心室与血管耦合的动力学模型(论文文献综述)
杨师齐[1](2021)在《基于集总参数模型的泵—心脏系统及主动脉夹层血液动力学分析》文中进行了进一步梳理心血管系统是医工交叉学科的重点研究方向。在心血管系统模拟仿真领域,集总参数模型法得到了广泛应用,其优势在于能够定量地描述心血管系统的血液动力学参数变化,并可快速地对系统中的单一参数进行敏感性分析,最大限度地减少对复杂物理模型或体外实验的需求,为临床研究提供参考。在本研究中,基于流体管路与电气网络之间的类比关系,建立了泵-心血管系统以及B型主动脉夹层的集总参数模型,探究了左心室血泵转速变化对心脏输出波形的影响,基于影像数据分析了不同撕裂口特征下B型主动脉夹层的血液动力学性质。本文的主要研究内容如下:通过左心室容积的时变特性建立五阶心血管系统集总参数模型,模型通过Matlab搭建,输出符合人体生理范围值的血压及血流波形。通过改变心脏前、后负荷参数范围,验证模型能够正确反映心动周期内左心室的压力-容积变化关系。通过调节左心室容积参数模拟心衰状态下的人体生理参数变化。基于压差-流量关系在心血管系统中耦合左心室血泵,通过耦合模型分析定转速运行下血泵对心衰状态的补偿作用。通过开环控制策略线性增加血泵转速,分析当人体血液外周阻力变化时发生抽吸工况的转速临界点,为血泵的控制策略提供理论依据和安全阈值。在B型主动脉夹层的研究方面,基于实际病例的CT层扫影像数据,应用Simpleware建立7例保留夹层特征的个性化B型主动脉夹层模型。通过提取模型中心线测量主动脉各区域血管长度、壁厚及横截面积等物理参数。按病例统计分析主动脉夹层真假腔间的撕裂特征,获得破口大小数据以及破口在降主动脉上分布的相对位置规律。统计结果显示:对于B型主动脉夹层,其撕裂口大小范围为4~12 mm,原发破口和远端破口间的平均长度为206 mm,57%的病例拥有单一撕裂入口和出口。基于B型主动脉夹层的实测病例数据,通过Simulink搭建具有双破口的B型主动脉夹层集总参数模型。设计多种模拟工况,对真腔与假腔中血液动力学参数,撕裂口尺寸影响以及血管壁的生物力学特征进行讨论。改变升主动脉段的形态学参数发现,血管增宽会导致比加长更明显的主动脉内压变化。设置多种撕裂口大小组合,模拟发现撕裂口较小时真假腔之间存在较大压力梯度,而压力梯度是撕裂口扩张的重要诱因。通过对假腔顺应性大小的调整,得到假腔内流量、压力变化曲线,间接反映血管壁生物力学特性与夹层慢性扩张的关系。模拟存在多个撕裂破口情况时主动脉各区域的血液动力学参数变化,进一步归纳主动脉形态学上的风险指标,为临床患者的分级治疗策略提供参考。
常钰佳[2](2021)在《人体心脏基于流固耦合的力学分析》文中进行了进一步梳理心脏是人体最重要的核心器官,为机体内的血液循环和维持正常生命活动提供主要动力,其生物力学参数是心脏功能性评估及心脏类疾病的病理研究、预测和诊断的重要指标。近些年来,心脏类的疾病逐年高发,给人体健康带来了严重的威胁。临床上虽然已经有许多可以用来获得人体心脏生物力学参数的血流动力学检测方法,但是这些传统的检测方法仍存在着一些局限,为了在不损害人体健康的前提下更加全面准确地获得人体心脏的血流动力学指标,数值模拟成为了一项有效且可行的方法。本文利用自主研发的一套并行算法针对人体心脏左心室内的血流动力学进行了基于流固耦合的数值模拟和力学分析。该方法首先基于人体心脏的CT医学影像数据重构获得左心室的三维几何结构并建立描述心肌和血液的流固耦合数学模型,然后对该三维结构生成非结构的四面体网格并对相应的数学模型进行离散求解,最后对仿真实验结果进行了分析和验证。在数学模型上,本文采用三维非稳态不可压缩Navier-Stokes方程来描述血液的流动,线弹性方程刻画固体的形变,然后通过速度和应力界面条件来传递血流和心肌的相互作用。在求解算法上,本文采用一阶的有限元方法和全隐的向后欧拉差分格式分别在空间和时间方向对数学模型进行离散,然后利用并行Newton-Krylov-Schwarz算法求解每个时间步中的非线性方程组获得相应的力学参数。本文通过上述方法为实现人体心脏基于流固耦合的数值仿真提供了一套完整可行的技术方案。数值实验显示,通过与临床影像数据的对比,数值仿真结果可以准确刻画左心室心肌组织和其内含血液的动态力学细节特征。此外,该算法对本文所研究的流固耦合问题具有很好的稳定性和鲁棒性,且该算法扩展到2300个计算核心时仍然有40%的并行效率,这表明该算法具有使用大型超级计算机对人体心脏血流动力学进行精细快速模拟分析的能力。
邴方博[3](2021)在《吸入超细锌颗粒对HFpEF大鼠心血管影响的生物力学分析》文中指出近些年来,空气质量恶化已成为全球问题。许多研究表明小粒径污染颗粒由于其有机化学物质含量高和氧化能力强的性质,对心血管的危害更大。因此雾霾中的超细颗粒是需要关注的重要成分之一。射血分数保留型心力衰竭(Heart failure with preserved ejection fraction,HFp EF)的发病率和死亡率正在上升。受污染空气中存在的超细颗粒更容易从人们的呼吸道直接进入血液,对血管内皮造成累积性伤害,发生血管狭窄、其内膜增厚和动脉粥样硬化等疾病。然而,目前针对超细颗粒吸入对HFp EF患者影响的研究还较为缺乏。盐敏感大鼠(Dahl salt sensitive,DSS)是研究高血压诱导HFp EF的良好实验模型。本课题以高盐喂养的DSS大鼠吸入超细锌颗粒作为逻辑起点,结合生物流体力学计算,探寻大气污染导致HFp EF恶化的血流动力学机制。本文(1)实验部分,以7周龄的盐敏感大鼠为研究对象,分为低盐组、高盐组和高盐吸霾组,在相同环境中饲养7周,其中高盐吸霾组在最后4周进行定时定量的超细锌颗粒吸入。体外实验中,通过多普勒超声设备测量左心室、腹主动脉、颈动脉的形态及血流速度,在Vevo LAB软件中计算左心室的应变、应变率及位移变化;体内实验中,利用血流及压力传感器测量动脉血流、血压及左心室室内压;在组织学层面,通过共聚焦显微镜观察血管壁细胞数量及形态的变化。基于Windkessel模型,计算各组大鼠颈动脉、腹主动脉的血管顺应性、外周阻抗和脉搏波脉冲速度;通过Womersley公式,再现颈动脉和腹主动脉内的血流速度剖面图,并计算相关的血流动力学参数。通过对超声图像的计算分析,可以得到高盐组和高盐吸霾组大鼠的心内膜及心外膜的应变、应变率相对于低盐组大鼠的变化;基于体内血流量、血压的测量,通过统计分析可以得到心输出量、心室压力、收缩末期和舒张末期血压的变化等。通过编程计算,可以得到超细锌颗粒的吸入对HFp EF大鼠外周血管阻抗、血管顺应性、脉搏波脉冲速度的影响,揭示其增加血管硬度的内在机制。最终验证本研究的猜想,即吸入超细锌颗粒会进一步恶化HFp EF大鼠左心室局部心肌功能障碍和外周动脉血流动力学环境。本研究将对揭示空气污染引起心血管损伤的机制具有重要意义。
黄海[4](2021)在《主动脉瓣膜的数学模型与数值方法》文中研究指明主动脉瓣控制着全身和心脏的供血,在人体血液循环系统中起着非常重要的作用。在人的一生,主动脉瓣大约会不停歇地开闭30亿次,并且每次含氧血液通过主动脉瓣时,主动脉瓣都会受到来自左心室的巨大压力,因此主动脉瓣很容易出现功能障碍,并且会进一步诱发心血管系统疾病。目前,治疗严重主动脉瓣膜疾病的主要策略之一是主动脉瓣膜置换手术。因此,对于主动脉瓣膜的几何形态、力学属性以及其对下游血管血流动力学影响的研究具有十分重要的医学价值。本文分别从固体力学和流体力学角度对主动脉瓣膜进行了研究,建立了主动脉的几何模型,构造了数值算法,并进行了数值计算和数值分析。主要研究内容包含以下三个部分:(1)建立主动脉瓣膜的几何模型,并利用弹性薄壳模型描述主动脉瓣膜的材料属性和力学属性,最终用协调有限元方法对所建模型进行数值计算和数值分析。首先,利用文献中的主动脉瓣膜尺寸数据,结合主动脉瓣膜的几何形态,计算得到主动脉瓣膜三个瓣叶的参数方程,并建立主动脉瓣膜的三维几何模型。接着,利用Koiter壳体模型来表征主动脉瓣膜的力学属性,通过协调有限元方法对模型进行离散,并证明了离散问题解的存在性、唯一性和收敛性;最后对主动脉瓣膜进行了数值实验。(2)研究了三种无支架生物主动脉瓣膜植入后对主动脉内血流动力学特性的影响。首先利用医学影像资料重建患者特异性的主动脉模型,并利用计算流体力学方法对模型进行计算,然后比较了植入不同瓣膜的主动脉模型内的流线、螺旋流动和壁面剪切应力、二次流动等血流动力学参数,最终阐明不同瓣膜设计对主动脉内血流动力学特性的影响。(3)研究了三种无支架生物主动脉瓣膜植入后对冠状动脉内血流动力学特性的影响。对于冠状动脉的研究,我们采用与主动脉研究类似的研究方法,比较了三种主动脉瓣膜植入后冠状动脉内的几个重要的血流动力学参数,以此来说明不同瓣膜设计对冠状动脉内的血流动力学特性的影响。
王一鸣[5](2021)在《基于多物理场的人工心脏泵控制与发热研究》文中提出心室辅助装置为心衰患者的心肌功能恢复及心脏移植的过渡提供了有效的治疗方法。本文选取阜外医院自主研发的FW-3血泵为研究对象,建立心血管系统与血泵耦合参数模型,研究血泵的发热情况以及在不同控制模式下的血液动力学、流动分布和剪切力分布情况。具体内容如下:本文建立的心血管系统与血泵耦合参数模型,可以得到正常情况下心脏、不同程度心衰下以及血泵辅助下的血流动力学。结果表明,与正常情况下心脏相比,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级心衰条件下的血液流量以及主动脉压力均有所下降,低于正常人体范围。而在血泵辅助下,主动脉流量以及主动脉压力均恢复到正常人体范围内。基于耦合参数模型,本文将血泵辅助下的流量以及主动脉压力作为边界条件,进行多物理场仿真。电机电磁场分析了血泵驱动电机的铜耗与铁耗,并作为温度场分析的热源应用。血液流场分析则为温度场分析提供了血泵流量、主动脉压力等相应的边界条件。最终的温度场情况表明血泵的热量主要来自铜耗。与定子外壳接触的人体组织温度最高,最高温度分别达到了为38.57℃、40.56℃、41.58℃。近管壁一侧的血液受热源影响明显,最高温度分别为38.22℃、39.18℃、39.57℃。基于耦合参数模型,本文得到了血泵在正脉冲、反脉冲以及恒定转速控制模式下的血液流量以及主动脉压力,并作为边界条件对血泵的流场情况进行仿真模拟。根据结果可知,恒定转速模式下的血液流量搏动性最弱,正脉冲模式下的血液流量与正常心脏相近,反脉冲模式则在舒张期提供了较高的血液灌注。从流场分布来说正脉冲在收缩期内流线分布密集,流动情况稳定;反脉冲模式因为保持了较长时间的高流量,流线分布更为稳定;恒定转速模式的流场与正脉冲相似,但流线分布的稀疏程度相较于同期的正脉冲模式下有所降低。从剪切力方面来说流道内的有超过98%的血液处在一个安全的剪切力范围内。正脉冲在剪切力水平最高;反脉冲在舒张期保持一段高水平剪切力;恒定转速模式剪切力水平最低。在溶血方面,血泵的高溶血多集中在转子叶轮和尾导前段区域。在一个心动周期内,三种模式的溶血指数是可以接受的,这其中正脉冲最高,恒定转速模式最低。
王若辰[6](2021)在《心室辅助装置用体外模拟循环系统建立及实验研究》文中研究指明植入心室辅助装置是代替心脏移植、挽救心衰患者生命的有效医疗手段之一。心室辅助装置在研发完成后,需要对其性能进行评估测试从而达到优化改进的目的。体外模拟循环系统是一种模拟人体血流动力学状态的实验平台,可应用于心室辅助装置植入前的体外性能评估。因此,本文对体外循环系统进行建模仿真、结构设计与系统搭建以及工作性能验证展开研究。具体研究内容如下:首先,对心血管系统的血液循环机制、心脏房室的构造、生理功能以及泵血机制进行分析,对心血管系统的各重要组成部分进行模型建立,包括心室时变弹性模型、瓣膜二极管模型以及主动脉弹性腔等模型,为建立心血管系统集总参数模型奠定基础。其次,根据血流动力学参数与电网络参数之间的等效关系,建立心血管系统集总参数模型,并利用心室辅助装置和旋转泵在水力特性上的相似性,建立心室辅助装置数学模型。利用Kirchhoff定律描述并建立心血管系统与心室辅助装置的耦合模型,模拟出健康状态、心衰状态以及心室辅助装置辅助时心血管系统的血流动力学参数,验证模型准确性,为实验平台设计提供理论基础。再次,根据心血管系统的生理特征及体外循环系统的数值模拟结果,对模拟循环系统的心室模拟装置、动脉顺应性室、体静脉腔等各主要物理元件进行设计与选型,利用Labview编制数据采集与控制界面,对体外循环系统驱动控制部分进行设计,完成体外模拟循环系统的整体搭建。最后,针对心室辅助装置对血液循环动力学的影响展开实验研究,模拟健康状态、心衰状态以及在心衰状态下植入心室辅助装置后的血流动力学特性。实验结果表明,本文建立的体外模拟循环系统可以满足不同生理状态下心血管系统血流动力学特性的模拟,实现对心室辅助装置辅助效果及性能的评估。
周昊[7](2021)在《左心室辅助装置抽吸检测及抑制方法研究》文中研究表明左心室辅助装置(LVAD)能够代替或辅助衰竭心脏工作,是维持心衰病人正常生理灌注的机械装置之一。目前处于临床试验阶段的LVAD控制方法通常采用恒速控制策略,不能提供脉动流生理灌注,且在极端生理条件变化时容易引起抽吸现象,严重危害心衰病人的生命健康。本文从仿真与实验两方面对左心室抽吸检测与抑制方法进行研究,具体研究内容如下:首先,研究LVAD结构以及工作原理;分析人体心血管系统的循环机制,并对LVAD辅助条件下左心室抽吸现象发生的机理进行研究;建立LVAD集总参数模型,通过实验方法确定模型参数。其次,建立体循环系统集总参数模型,仿真分析正常生理状况下血流动力学特性,并验证模型准确性;建立LVAD-心血管系统耦合模型,在泵转速线性增加条件下研究抽吸现象;根据抽吸现象的血流特性,研究基于输出流量信号的抽吸特征提取方法,并选取较有代表性的特征提取方法,设计抽吸检测方法。再次,对无传感抽吸检测及抑制系统进行总体方案设计,设计条件评估器;在LVAD-体循环耦合系统数值模拟的基础上,确定LVAD参考工作点及正常工作范围;建立左心室辅助装置输出流量的拟合模型,并通过实验检验拟合精度;在保证生理灌注充足的前提下,建立抽吸抑制生理控制器,通过调节转速抑制抽吸现象的发生,并通过仿真检验抑制效果。最后,搭建体外循环模拟实验台,设计抽吸检测及抑制系统软件;通过实验模拟抽吸现象并验证本文设计的抽吸检测方法准确性及抑制方法有效性。实验结果表明本文设计的抽吸检测及抑制方法能够较为准确的提取到抽吸现象发生的特征指标,并能够在满足生理灌注的基础上,抑制抽吸现象的发生。
程显声[8](2020)在《心室相互依赖与右心心肌力学功能模式》文中提出随着影像学和外科技术的进步以及肺动脉高压防治研究的进展,医学界已把右心-肺循环-左心视为一体,并越来越多地关注到左-右心及其相互作用, 并形成右心体系概念。该概念不仅加深了对整体心血管系统病理生理学的理解,还为一系列左、右心疾病的防治策略提供了依据,特别是业已证实右心功能对左心疾病、肺动脉高压及心脏移植等患者的预后具有独立的预测价值。右心结构与功能的研究日趋深入,右心是一奇特的半自主器官,与左心共同完成复杂的整体循环功能。该文重点讨论了心室相互依赖及右心心肌力学功能模式的变化。
鲁森[9](2020)在《动脉粥样硬化的血流动力学机理研究与脂质传输特性分析》文中指出动脉粥样硬化是一种常见的血管性疾病,是诱发冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因。在动脉粥样硬化病变中,血流动力学因素,如血管壁切应力、血流压力、涡流等,具有重要的影响。利用血流动力学知识研究动脉粥样硬化病变机理对心血管病的预防、诊断和治疗具有重要意义。本文采用患者数据分析和数值模拟相结合的方法,对动脉粥样硬化的生成和发展机理以及病变对血液流动的影响进行了研究。在文中,通过对人体多处易发生动脉粥样硬化的血管进行医学影像三维重构和还原,获取真实的血管模型;而后利用双向流固耦合技术,采用真实脉动血流作为边界条件,研究动脉血管中的血液流动特性以及血液中脂质的传输特点,为疾病的预防和治疗提供参考。本文的主要研究内容和结论如下:(1)采用心阻抗法对动脉粥样硬化患者和健康者的心脏血流动力参数进行采集和分析,研究血流生理参数变化在动脉粥样硬化中的影响。结果显示,在心脏泵功能方面,病变组的血压普遍偏高,心脏输出量偏少;在系统负荷方面,病变组的血管顺应性偏低,总外周阻力明显偏大;病变组与健康组的差异还会随着年龄的增长而增大,不同性别之间亦存在一定的差异。高血压、低心输出量、高外周阻力是促进动脉粥样硬化生成的重要影响因素。(2)建立多组仿真模型,通过对比分析血管壁弹性和血液非牛顿流体特性在血液流动中的作用和对仿真计算结果的影响。结果显示,弹性血管壁可以在心脏收缩期通过扩张存储血液,从而降低血流阻力和壁面切应力;血液的非牛顿流体特性则可以减弱因血流脉动对血管壁应力所造成的影响,使系统切应力的分布更加均匀、平稳。两者在血流动力学研究中皆不可忽略。在所有的简化模型中,刚性壁模型的误差最大,可靠性最差。(3)依据患者血流生理参数特点以及现有动脉粥样硬化生成理论,利用血流动力学分析生理参数变化对动脉粥样硬化影响的作用机理。结果显示,在正常生理数值范围内,血流量对血管壁切应力的影响最大,而血压的影响最小;在体内,各生理参数之间相互影响、相互作用,各参数变化最终对血流量的影响结果与医学上动脉粥样硬化的发生率变化相一致,表明血流量是影响动脉粥样硬化发生率的主导生理因素。(4)研究弯曲和分叉血管中脂质浓度的分布规律,分析其在动脉粥样硬化生成中的影响。结果显示,由于壁面的渗透作用,血管壁附近的脂质浓度要明显高于主流区中的平均浓度并且分布具有一定的规律性:高浓度往往分布在具有低壁面切应力的区域,但低壁面切应力区域并不总具有高脂质浓度;在主流区中,流场对脂质浓度的分布具有重要的影响,在血管弯曲和分叉部位壁面附近易形成高浓度的环形区域,有利于脂质在壁面处的聚集。(5)构建多组仿真模型,研究血管弯曲变形对动脉粥样硬化的影响。结果显示,随着血管弯曲度的增大,弯曲部位内表面的切应力明显降低、二次流的强度明显增强、脂质浓度明显升高,表明血管弯曲变形会提高动脉粥样硬化的发生率;血管弯曲度增大时,弯曲部位二次流的增强是导致内表面脂质浓度升高的主要原因;当血管弯曲度较小时,流量增加会导致壁面脂质浓度增加,而当血管弯曲度较大时,流量增加会导致壁面脂质浓度降低。(6)研究动脉粥样硬化狭窄对血液流场和脂质浓度分布的影响,探索斑块能够持续发展的机理。结果显示,随着斑块的增长,狭窄处的流速增大,壁面切应力急剧增加,极易造成内皮细胞的损伤;在病变早期,脂质浓度的提升是造成斑块发展的主要原因,后期内皮细胞的损伤会进一步促进斑块的发展;斑块的增长会导致狭窄下游区的切应力降低,脂质浓度升高,易造成病灶区的扩展;血管壁弹性的降低会增强斑块对流场的影响,加剧动脉粥样硬化的发展。
郑童[10](2020)在《0-1D血流循环模型在肝脏血供研究中的应用》文中研究说明肝脏手术中,需要密切关注患者体内的血流血压状态,只有当血流血压的数值达到合理范时围,才能保证手术的顺利进行。目前,临床手术中通常使用医疗设备对患者体内的状态数据进行实时监控。近年来,随着理论储备的增加及计算水平的提高,利用计算手段模拟人体血液循环系统运作成为可能。本研究旨在建立一个以1维血管模型为重要连接工具,模拟血流在心脏和肝脏之间的循环状态的系统模型,并希望利用容易测得的血流血压等实验数据来估算各系统组织的模型参数,从而更好地模拟观测人体内的血流、血压分布等特性。本文的主要研究工作及结果总结如下:1、介绍由质量守恒方程和动量方程组成的1维血流动力学方程组,推导方程的有限元表达形式,并证明所用有限元解法的解存在的条件。2、建立单段血管模型和血管分叉模型等血管分支网络基础,着重讨论了当血管末端耦合不同边界条件模型时的血管方程解法,引入算例对几种不同边界条件下的血液传播进行数值模拟,并得到了较好的模拟结果。3、根据血流动力学方程组并对其适当变形,推导血管特性参数的估算方法,引用算例验证参数估计方法的合理性,取得了较好的估算结果。4、介绍由一个由肝动脉树、门静脉树和肝静脉树电路模型构成的肝脏模型,并对模型方程进行变式,推导肝脏相关参数的估算方法,引入算例估算肝脏相关参数,取得较好的估算结果。5、介绍由心室弹性腔模型以及心脏瓣膜模型组成的心脏模型,并根据其模型方程推导心脏相关参数估计方法,引入算例估计心脏的相关参数,取得较好的估算结果。本文建立了以1维血管模型为重要连接工具,模拟血流在心脏和肝脏之间的循环状态的系统模型,模拟结果与实际比较符合;本文还推导出各子模型的参数估计方法,并引入算例对参数估计方法的合理性进行验证,也取得了较好的估算效果,进一步研究本课题将能为今后临床手术提供更强大的数据支撑和有效决策依据。
二、左心室与血管耦合的动力学模型(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、左心室与血管耦合的动力学模型(论文提纲范文)
(1)基于集总参数模型的泵—心脏系统及主动脉夹层血液动力学分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状综述 |
1.2.1 心血管仿真模型的研究现状 |
1.2.2 主动脉夹层的研究现状 |
1.3 论文研究内容安排 |
2 基本理论及研究方法 |
2.1 心血管系统的生理知识 |
2.1.1 心脏生理结构 |
2.1.2 心动周期描述 |
2.2 心血管系统的性能参数 |
2.3 电网络建模方法 |
2.3.1 运动方程推导 |
2.3.2 血液动力学参数与电气参数关系推导 |
2.4 双弹性腔模型 |
2.4.1 双弹性腔模型基本原理 |
2.4.2 建模仿真软件简介 |
2.4.3 双弹性腔模型的仿真结果 |
2.5 本章小结 |
3 心血管系统-LVAD耦合参数模型研究 |
3.1 心血管系统集总参数模型建立 |
3.1.1 模型结构与控制方程 |
3.1.2 正常人体血液动力学仿真 |
3.2 不同类型心力衰竭的模拟 |
3.2.1 收缩性心力衰竭模拟 |
3.2.2 舒张性心力衰竭模拟 |
3.3 心血管系统-LVAD耦合参数模型 |
3.3.1 耦合模型结构 |
3.3.2 定转速工况下模拟效果 |
3.3.3 抽吸工况下的LVAD转速分析 |
3.4 本章小结 |
4 B型主动脉夹层参数模型研究 |
4.1 基于Simpleware的 B型 AD个性化模型重建 |
4.2 撕裂特征的影像学分析 |
4.2.1 撕裂口的位置与大小确认 |
4.2.2 统计结果分析 |
4.3 B型主动脉夹层参数模型 |
4.3.1 双破口参数模型结构 |
4.3.2 流动方程推导 |
4.3.3 模型参数与模型搭建 |
4.3.4 对升主动脉段的加长与增宽模拟 |
4.3.5 撕裂口大小对血液参数的影响 |
4.3.6 假腔顺应性对假腔内流量的影响 |
4.3.7 破口增加对血液动力学参数的影响 |
4.4 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 本文研究工作总结 |
5.2 后续工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(2)人体心脏基于流固耦合的力学分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.4 本文章节结构 |
第2章 人体心脏的血流动力学 |
2.1 心脏的生理结构 |
2.2 心脏的工作原理 |
2.3 血流动力学指标 |
第3章 模型与方法 |
3.1 实验环境 |
3.2 几何重构 |
3.3 网格生成 |
3.4 控制方程 |
3.5 弱形式 |
3.6 数值算法 |
3.7 材料参数及边界条件设置 |
第4章 算法性能测试 |
4.1 网格收敛性 |
4.2 时间步长收敛性 |
4.3 算法并性可扩展性 |
第5章 实验结果分析 |
5.1 左心室内涡流的形成与分布 |
5.2 左心室内速度场分布 |
5.3 左心室形变过程 |
5.4 心肌所受应力分布 |
5.5 实验结果的验证与分析 |
第6章 总结与展望 |
6.1 工作内容总结 |
6.2 未来研究方向展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(3)吸入超细锌颗粒对HFpEF大鼠心血管影响的生物力学分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 空气质量对健康的影响 |
1.1.2 射血分数保留型心衰的概述 |
1.1.3 超细颗粒影响心力衰竭的机制 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 临床及实验研究 |
1.2.2 Windkessel弹性腔理论模型 |
1.2.3 Womersley分析方法 |
1.3 本文主要工作 |
第二章 实验测量及分析 |
2.1 引言 |
2.2 实验流程 |
2.2.1 动物模型的建立 |
2.2.2 体外超声测量 |
2.2.3 血流及血压波的测量 |
2.2.4 组织学实验 |
2.3 实验数据分析方法 |
2.3.1 基于超声图像的后处理及计算方法 |
2.3.2 基于血流和血压波的后处理及计算方法 |
2.3.3 基于共聚焦显微图像的后处理及计算方法 |
2.4 本章小结 |
第三章 心血管血流动力学参数的数值计算方法 |
3.1 引言 |
3.2 弹性腔模型分析方法 |
3.2.1 Windkessel模型简介 |
3.2.2 Windkessel模型的计算方法 |
3.3 Womersley理论分析方法 |
3.3.1 Womersley理论简介 |
3.3.2 Womersley理论的计算方法 |
3.4 本章小结 |
第四章 结果与讨论 |
4.1 引言 |
4.2 吸入超细锌颗粒对HFpEF大鼠心脏的影响 |
4.2.1 基于超声图像的心脏形态学指标对比 |
4.2.2 基于超声图像的心肌力学分析对比 |
4.3 吸入超细锌颗粒对HFpEF大鼠血管的影响 |
4.3.1 动脉血管壁面切应力的对比 |
4.3.2 动脉血流速度剖面图的对比 |
4.3.3 其他血流动力学参数的对比 |
4.4 吸入超细锌颗粒对HFpEF大鼠动脉平滑肌细胞的影响 |
4.4.1 细胞形态及密度的对比 |
4.4.2 血管中膜胶原纤维含量的对比 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 全文总结及结论 |
5.2 局限性及研究展望 |
参考文献 |
硕士期间发表和完成的论文 |
致谢 |
(4)主动脉瓣膜的数学模型与数值方法(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号说明 |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文的主要工作 |
2 主动脉瓣膜的力学模型与数值模拟 |
2.1 主动脉瓣膜的几何模型 |
2.2 主动脉瓣膜的力学模型和数值方法 |
2.2.1 力学模型 |
2.2.2 数值方法 |
2.3 数值实验 |
2.4 本章小结 |
3 主动脉瓣膜设计对主动脉血流动力学特性的影响 |
3.1 几何模型 |
3.1.1 患者特异性主动脉模型 |
3.1.2 瓣膜几何模型 |
3.2 数值方法 |
3.3 血流动力学参数 |
3.4 数值实验 |
3.4.1 模型简化 |
3.4.2 瓣膜设计对出口流量的影响 |
3.4.3 瓣膜设计对流动模式的影响 |
3.4.4 瓣膜设计对血流动力学特性的影响 |
3.5 本章小结 |
4 主动脉瓣膜设计对冠状动脉血流动力学特性的影响 |
4.1 几何模型 |
4.1.1 患者特异性冠状动脉模型 |
4.1.2 瓣膜几何模型 |
4.2 数值方法 |
4.3 血流动力学参数 |
4.4 数值实验 |
4.4.1 模型简化 |
4.4.2 瓣膜设计对出口流量的影响 |
4.4.3 瓣膜设计对流动模式的影响 |
4.4.4 瓣膜设计对血流动力学特性的影响 |
4.5 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 本文总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间主要研究成果 |
(5)基于多物理场的人工心脏泵控制与发热研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景以及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 参数模型的应用 |
1.4 多物理场耦合 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 心血管系统与人工心脏血泵耦合模型 |
2.1 心血管系统模型 |
2.1.1 心血管系统模型的建立 |
2.1.2 正常与不同程度心衰下的仿真结果比较 |
2.2 心血管系统与轴流式血泵耦合模型 |
2.2.1 轴流式血泵装置模型 |
2.2.2 心血管系统与FW-3血泵耦合模型 |
2.3 本章小结 |
第3章 基于多物理场耦合的血泵发热分析 |
3.1 血泵中的多物理场耦合 |
3.1.1 电机电磁场 |
3.1.2 血液流场 |
3.1.3 温度场 |
3.1.4 多物理场耦合分析 |
3.2 血泵中的发热仿真与分析 |
3.2.1 3D几何模型建立 |
3.2.2 网格划分 |
3.2.3 材料属性和边界条件设置 |
3.2.4 结果与分析 |
3.3 本章小结 |
第4章 不同控制方式下血泵流场分析 |
4.1 血泵的控制方式 |
4.2 溶血基本理论 |
4.3 血泵的流场分析 |
4.3.1 CFD技术 |
4.3.2 几何模型 |
4.3.3 边界条件设置 |
4.3.4 结果与分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表学术论文和参加科研情况 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(6)心室辅助装置用体外模拟循环系统建立及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及目的意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 研究背景及目的意义 |
1.2 心室辅助装置的国内外研究现状 |
1.2.1 心室辅助装置的国外研究现状 |
1.2.2 心室辅助装置的国内研究现状 |
1.3 心血管系统建模的国内外研究现状 |
1.3.1 心血管系统建模的国外研究现状 |
1.3.2 心血管系统建模的国内研究现状 |
1.4 体外模拟循环测试系统的国内外研究现状 |
1.4.1 体外模拟循环测试系统的国外研究现状 |
1.4.2 体外模拟循环测试系统的国内研究现状 |
1.5 主要研究内容 |
第2章 心血管系统血液循环机制及模型建立 |
2.1 血液循环系统研究 |
2.1.1 血液循环系统循环机制 |
2.1.2 血流动力学 |
2.1.3 血管网络及顺应性 |
2.2 血管网络模型的建立 |
2.2.1 主动脉模型 |
2.2.2 血管阻力模型 |
2.2.3 血管顺应性模型 |
2.2.4 血液惯性模型 |
2.3 心脏的房室构造及泵血机制 |
2.3.1 心脏的基本构造 |
2.3.2 心脏的泵血功能与过程 |
2.3.3 心脏心力衰竭 |
2.3.4 心脏的Frank-Starling机制 |
2.4 心脏模型的建立 |
2.4.1 左心室模型 |
2.4.2 心脏瓣膜模型 |
2.5 本章小结 |
第3章 耦合心室辅助装置的心血管系统模型建立及仿真研究 |
3.1 心血管系统集总参数模型 |
3.2 心室辅助装置模型建立 |
3.3 心血管系统与心室辅助装置模型耦合 |
3.4 耦合模型的状态方程 |
3.4.1 心血管系统模型状态方程 |
3.4.2 心室辅助装置-心血管系统耦合模型状态方程 |
3.5 耦合系统的仿真研究 |
3.5.1 健康和心衰生理状态的仿真与分析 |
3.5.2 VAD辅助时心血管系统血流动力学仿真与分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 心室辅助装置用体外模拟循环系统设计 |
4.1 体外模拟循环系统总体方案设计 |
4.2 体外模拟循环系统关键部件设计 |
4.2.1 心室模拟装置 |
4.2.2 动脉顺应性室 |
4.2.3 体静脉腔和心房腔 |
4.2.4 模拟血管外周阻力 |
4.2.5 模拟二尖瓣和主动脉瓣 |
4.2.6 工作流体 |
4.3 体外模拟循环数采系统设计 |
4.3.1 体外模拟循环系统数据采集处理 |
4.3.2 传感器选型 |
4.4 体外模拟循环控制系统设计 |
4.4.1 心室辅助装置控制系统设计 |
4.4.2 心室模拟装置驱动方式研究 |
4.5 本章小结 |
第5章 心室辅助装置用体外模拟循环系统实验研究 |
5.1 体外模拟循环系统实验方法 |
5.1.1 实验方案 |
5.1.2 实验操作流程 |
5.2 不同生理状态的血流动力学结果与分析 |
5.2.1 健康生理状态 |
5.2.2 心衰生理状态 |
5.3 VAD辅助时的血流动力学结果与分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间的研究成果 |
致谢 |
(7)左心室辅助装置抽吸检测及抑制方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及目的意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 研究背景及目的意义 |
1.2 心室辅助装置的国内外研究现状 |
1.3 左心室辅助装置的抽吸检测与抑制研究现状 |
1.3.1 左心室辅助装置抽吸检测与抑制方法国外研究现状 |
1.3.2 左心室辅助装置抽吸检测与抑制方法国内研究现状 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 左心室辅助装置抽吸机理研究及模型建立 |
2.1 左心室辅助装置结构及工作原理 |
2.1.1 左心室辅助装置结构 |
2.1.2 左心室辅助装置工作原理 |
2.2 左心室抽吸现象机理研究 |
2.2.1 血液循环及心动周期 |
2.2.2 心力衰竭的血液循环特征分析 |
2.2.3 抽吸现象发生机理研究 |
2.3 左心室辅助装置集总参数模型建立 |
2.3.1 左心室辅助装置集总参数模型 |
2.3.2 模型参数确定 |
2.4 本章小结 |
第3章 左心室辅助装置抽吸检测方法研究 |
3.1 心血管系统等效电路模型 |
3.1.1 心血管系统等效电路模型建立 |
3.1.2 心血管系统等效电路模型验证 |
3.2 左心室辅助装置-体循环耦合系统模型 |
3.2.1 左心室辅助装置-体循环耦合系统模型建立 |
3.2.2 左心室辅助装置抽吸现象数值模拟 |
3.3 左心室辅助装置无传感器抽吸检测方法研究 |
3.3.1 用于特征提取的时间窗选取 |
3.3.2 基于时域信号的血泵流量信号特征提取 |
3.3.3 特征提取结果及分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 左心室辅助装置抽吸抑制方法研究 |
4.1 左心室辅助装置抽吸抑制方案设计 |
4.1.1 左心室辅助装置控制系统总体方案设计 |
4.1.2 条件评估器设计 |
4.2 左心室辅助装置正常辅助工作范围 |
4.3 左心室辅助装置抽吸抑制方法研究 |
4.3.1 左心室辅助装置变转速抽吸抑制方法设计 |
4.3.2 无传感器变转速抽吸抑制方法可行性仿真分析 |
4.4 左心室辅助装置输出流量估计模型的建立 |
4.4.1 血泵电机参数拟合实验平台搭建及实验方法设计 |
4.4.2 血泵输出流量拟合模型建立 |
4.4.3 流量估计模型准确性检验 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于体外循环实验平台的抽吸检测及变转速抑制可行性研究 |
5.1 搭建体外循环实验平台 |
5.2 左心室辅助装置控制系统 |
5.2.1 控制系统硬件搭建 |
5.2.2 控制系统软件设计 |
5.3 体外循环模拟实验研究 |
5.3.1 抽吸模拟及检测实验研究 |
5.3.2 抽吸抑制实验 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间的研究成果 |
致谢 |
(9)动脉粥样硬化的血流动力学机理研究与脂质传输特性分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 血流动力学影响研究 |
1.2.2 血流动力学数值模拟与仿真研究 |
1.2.3 血液中脂质传输特性研究 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第二章 血流动力学的理论基础 |
2.1 血液的非牛顿流体特性 |
2.1.1 血液的组成 |
2.1.2 管径对血液粘度的影响 |
2.1.3 切应变率对血液粘度的影响 |
2.1.4 血液的非牛顿流体模型 |
2.2 血管壁的弹性特性 |
2.2.1 血管的构成 |
2.2.2 血管的弹性性能 |
2.2.3 血管壁的残余应力 |
2.3 血管内血流动力学分析 |
2.3.1 直型血管内血流动力学分析 |
2.3.2 分叉型血管内血流动力学分析 |
2.4 流固耦合控制方程 |
2.4.1 流体域方程 |
2.4.2 固体域方程 |
2.4.3 流固耦合计算方法 |
2.5 血流动力学模型 |
2.5.1 阻力模型 |
2.5.2 弹性腔模型 |
2.5.3 Womersley模型 |
2.6 本章小结 |
第三章 血流生理参数变化对动脉粥硬化影响研究 |
3.1 血流动力参数与心阻抗法 |
3.2 患者数据采集与分析 |
3.2.1 血液中脂质含量对比 |
3.2.2 心脏血流动力参数 |
3.2.3 不同年龄段参数对比 |
3.2.4 不同性别参数对比 |
3.3 年龄对血压、心输出量、总外周阻力的影响 |
3.3.1 年龄对血压的影响 |
3.3.2 年龄对心输出量的影响 |
3.3.3 年龄对总外周阻力的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 血流动力学因素对动脉粥硬化影响研究 |
4.1 医学影像三维重构 |
4.2 血液非牛顿流体特性与血管壁弹性的影响 |
4.2.1 颈动脉的重构 |
4.2.2 边界条件设置 |
4.2.3 计算模型的选取 |
4.2.4 入口流量与流场分布对比 |
4.2.5 出口压力与血压分布对比 |
4.2.6 WSS分布与对比 |
4.3 生理参数变化对血管壁应力的影响 |
4.3.1 右冠状动脉的建立 |
4.3.2 边界条件与生理参数 |
4.3.3 血压对血管壁应力的影响 |
4.3.4 血流量对血管壁应力的影响 |
4.3.5 血管壁弹性对血管壁应力的影响 |
4.3.6 血液粘度对血管壁应力的影响 |
4.3.7 正常生理条件下的综合影响 |
4.4 小章总结 |
第五章 脂质浓度分布对动脉粥样硬化影响研究 |
5.1 脂质浓度极化现象 |
5.2 壁面处脂质浓度分布 |
5.2.1 扩散方程与边界条件 |
5.2.2 用户自定义边界条件 |
5.2.3 WSS与LDL浓度分布对比 |
5.2.4 流场分布与浓度分布变化 |
5.3 主流区中脂质浓度分布 |
5.3.1 计算模型与边界条件 |
5.3.2 入口处颗粒体积分数 |
5.3.3 流场内颗粒分布 |
5.4 血管弯曲变形的影响 |
5.4.1 几何模型与边界条件 |
5.4.2 WSS和LDL分布 |
5.4.3 流场的分布 |
5.4.4 流速的影响 |
5.4.5 渗透流速与血液非牛顿流体特性的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 动脉粥样硬化发展机理研究 |
6.1 左冠状动脉与边界条件 |
6.2 正常血管内的血液流场 |
6.2.1 WSS分布 |
6.2.2 压力和流场分布 |
6.2.3 LDL浓度分布 |
6.3 斑块对血液流场的影响 |
6.3.1 WSS与LDL浓度分布 |
6.3.2 压力与流场分布 |
6.3.3 血管弹性的影响 |
6.4 支架对血液流场的影响 |
6.4.1 过度扩张对WSS的影响 |
6.4.2 过度扩张对LDL浓度的影响 |
6.5 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 主要创新点 |
7.3 未来展望 |
附录1 脂质浓度边界自定义 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(10)0-1D血流循环模型在肝脏血供研究中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 血流动力学模型相关理论 |
1.2.2 心脏模型相关理论 |
1.2.3 肝脏模型相关理论 |
1.2.4 计算流体力学相关理论 |
1.3 本文研究内容和结构 |
2 血管模型及血管网络搭建 |
2.1 变量及参数介绍 |
2.2 1D血管方程 |
2.3 1D血管方程组的有限元解法推导及其稳定性分析 |
2.4 血管分叉处模型及边界条件处理 |
2.4.1 血管动力学方程组的标准化与特征变量 |
2.4.2 血管分叉处的模型 |
2.4.3 血管边界条件的求解 |
2.5 血管模型的数值模拟结果 |
2.5.1 单脉冲管内传播数值模拟 |
2.5.2 单段静脉血管 |
2.5.3 带有分叉的血管 |
2.6 血管模型的参数估计方法 |
2.6.1 血管特性参数估计: 方法1 |
2.6.2 血管特性参数估计: 方法2 |
3 心脏模型 |
3.1 心脏瓣膜模型 |
3.1.1 心脏瓣膜模型的参数估计方法 |
3.2 心腔模型 |
3.2.1 心腔模型的参数估计方法 |
4 肝脏模型 |
4.1 肝脏模型及其参数估计方法 |
4.1.1 肝脏模型参数估算结果 |
5 总结与展望 |
5.1 0-1D血流循环模型的连接 |
5.1.1 血管间的连接 |
5.1.2 血管与肝脏的连接 |
5.1.3 血管与心脏的连接 |
5.2 模型优缺点分析 |
5.3 未来研究方向 |
5.4 附录: 0-1D血流循环模型数据需求 |
References |
6 致谢 |
四、左心室与血管耦合的动力学模型(论文参考文献)
- [1]基于集总参数模型的泵—心脏系统及主动脉夹层血液动力学分析[D]. 杨师齐. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]人体心脏基于流固耦合的力学分析[D]. 常钰佳. 中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院), 2021(08)
- [3]吸入超细锌颗粒对HFpEF大鼠心血管影响的生物力学分析[D]. 邴方博. 北京大学, 2021
- [4]主动脉瓣膜的数学模型与数值方法[D]. 黄海. 西安理工大学, 2021(01)
- [5]基于多物理场的人工心脏泵控制与发热研究[D]. 王一鸣. 山东大学, 2021(12)
- [6]心室辅助装置用体外模拟循环系统建立及实验研究[D]. 王若辰. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
- [7]左心室辅助装置抽吸检测及抑制方法研究[D]. 周昊. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
- [8]心室相互依赖与右心心肌力学功能模式[J]. 程显声. 中华心血管病杂志, 2020(10)
- [9]动脉粥样硬化的血流动力学机理研究与脂质传输特性分析[D]. 鲁森. 山东大学, 2020(01)
- [10]0-1D血流循环模型在肝脏血供研究中的应用[D]. 郑童. 南京大学, 2020(12)