-JAN21th
充血条件下狭窄对左
冠状动脉血流动力学
参数的影响
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1.背景介绍
冠状动脉疾病是最常见的心脏病类型,已导致全球数百万人死亡。冠心病是由于冠状动脉粥样硬化斑块的发展,导致动脉管腔狭窄,限制了心肌的血液供给。冠状动脉的血流和几何形状对狭窄的进展起着至关重要的作用。本文基于患者CT扫描的具体数据,研究了狭窄对血流动力学参数如速度、压力、壁面切应力的影响。
2.方法
获取疑似冠状动脉疾病患者的多层螺旋CT扫描数据样本,生成三维冠状动脉模型。将左冠状动脉的三维表面模型导入网格划分软件3-matic中,进一步进行平滑处理,创建一个精细的四面体网格,网格大小约为50-70万个元素。血流模型采用非牛顿流体的Bird-Carreau模型,开展瞬态CFD数值计算。
图1冠脉模型和网格划分[1]
3.结果
结果表明,狭窄对左冠状动脉血流动力学参数有显著影响。图2~4分别描述了在1.2、1.51s的时间步长下,左冠状动脉无狭窄和有狭窄时的压力、速度和壁切应力的变化。
图2显示了正常与狭窄动脉段的压力云图。正常冠状动脉的压力分布范围为~Pa(时间1.2s)。与之相比,狭窄区在1.2s的时间步长后,立即观察到压力下降,从到Pa。同样,在心脏周期的时间步长1.51s内,发现血压从降至pa。
图3所示为正常和狭窄冠状动脉在心动周期时间1.2s和1.51s时的血流模式。可以清楚地注意到,与正常左冠状动脉相比,在狭窄区域的血流速度增加。计算结果表明,冠脉狭窄时,冠脉流速增加到0.m/s至0.4m/s,而正常冠脉流速为0.m/s至0.m/s。同样地,狭窄动脉与正常冠状动脉相比,在1.51s时中穿过斑块区域的血流模式也有所增加。在狭窄区域之后还观察到一个再循环区,这导致了斑块的进一步发展。而在正常冠状动脉中则为平滑的流速剖面。
评价左冠状动脉狭窄对壁切应力的影响,并与正常冠状动脉模型进行比较,如图4所示。结果表明,在1.2s时,与正常左冠状动脉相比,狭窄处壁面切应力增大。正常冠脉模型的壁切应力范围为0~3.5Pa,狭窄冠脉模型的壁切应力范围为10.17~15.25Pa。
图2压力云图分布(ac:1.2s,bd:1.51s)[1]
图3速度云图分布(ac:1.2s,bd:1.51s)[1]
图4壁面切应力分布(ac:1.2s,bd:1.51s)[1]
参考文献
[1]KamangarSarfaraz,BadruddinIrfanAnjum,BadarudinA,Nik-GhazaliN,GovindarajuKalimuthu,SalmanAhmedNJ,YunusKhanTM.Influenceofstenosisonhemodynamicparametersintherealisticleftcoronaryarteryunderhyperemicconditions.[J].Computermethodsinbiomechanicsandbiomedicalengineering,,20(4):
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