基于低切應(yīng)力學(xué)說的動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展數(shù)值模擬.pdf

1、據(jù)《中國(guó)心血管病防治現(xiàn)狀藍(lán)皮書·2015》報(bào)道，目前我國(guó)約有2.9億心血管病患者且呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)。每一年就有約260萬(wàn)人因心血管疾病而死亡，平均每12秒就有1人被心血管疾病奪去生命，其發(fā)病率和死亡率位居所有疾病的首位。對(duì)人類健康這一公共衛(wèi)生問題構(gòu)成嚴(yán)重威脅，亟待通過多方研究加以解決。
　　動(dòng)脈粥樣硬化（Atherosclerosis, AS）是一種常見的血管疾病，可能會(huì)引起腦卒中、冠心病、心肌梗死等嚴(yán)重并發(fā)癥。對(duì)于60歲以上

2、的老年人，其發(fā)病率高達(dá)79.9％。如果同時(shí)伴有心腦血管疾病，患者5年內(nèi)的生存率只有59%，而對(duì)于“三高癥”患者，其生存率更低。由此可見，AS對(duì)于人類健康具有嚴(yán)重的潛在威脅。但是，AS的致病成因和發(fā)展機(jī)理較為復(fù)雜，尚未被完全認(rèn)知掌握。探索AS的發(fā)病規(guī)律和具體原因，對(duì)于病情控制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及臨床預(yù)后工作都具有十分重要的意義。
　　大量研究表明，動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展受到生物、物理、化學(xué)等多方面刺激的影響。各方學(xué)者也依據(jù)相關(guān)病例及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，

3、提出了各種學(xué)說試圖解釋AS的產(chǎn)生與發(fā)展機(jī)理。但這些學(xué)說均沒有系統(tǒng)的分析AS產(chǎn)生與發(fā)展過程中的力學(xué)機(jī)理。Caro在對(duì)尸體的解剖研究中發(fā)現(xiàn)，AS主要發(fā)生于分岔、狹窄、彎曲等血流動(dòng)力學(xué)易受擾動(dòng)的部位，表現(xiàn)出非常明顯的無(wú)差異局部病灶性特征，從而證明血流動(dòng)力學(xué)環(huán)境的改變對(duì)AS的形成和發(fā)展具有重要影響，但對(duì)于其具體作用方式和影響程度的了解還不深。
　　本文的研究思路是采用逆向工程建模，通過數(shù)值仿真證明血管形貌會(huì)對(duì)管壁受力造成一定影響，導(dǎo)致局部

4、壁面切應(yīng)力較低。隨后再結(jié)合Caro低切應(yīng)力學(xué)說，利用被動(dòng)式動(dòng)網(wǎng)格方法，將壁面切應(yīng)力作為判據(jù)，模擬AS的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程。本文的模擬計(jì)算工作是通過 FLUENT計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件完成的，其操作界面簡(jiǎn)潔美觀，具有豐富的物理模型以及先進(jìn)的數(shù)值算法，還具有配套的前后處理功能。在計(jì)算流體領(lǐng)域認(rèn)可度較高，計(jì)算結(jié)果也較精確可靠。FLUENT還提供了二次開發(fā)的程序接口（UDF），方便用戶實(shí)現(xiàn)更多元化的模型求解功能。
　　本文以血流動(dòng)力學(xué)為切入點(diǎn)，考慮

5、壁面低切應(yīng)力對(duì)斑塊增生的促進(jìn)作用以及流場(chǎng)邊界的變化對(duì)血液流動(dòng)重分布的影響，實(shí)現(xiàn)血管壁邊界變化與血流動(dòng)力學(xué)之間的相互耦合作用，這也正是此方法的技術(shù)難點(diǎn)。本文在考察主動(dòng)式動(dòng)網(wǎng)格和單元填充法后，發(fā)現(xiàn)其模擬效果和計(jì)算效率存在不足。為此，本文創(chuàng)新性的采用了二次開發(fā)的UDF（User Defined Function）動(dòng)網(wǎng)格程序，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算過程中提取血管壁面切應(yīng)力并做出判斷，進(jìn)而調(diào)控動(dòng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，模擬血管斑塊的增生過程。經(jīng)過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與