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人体主动脉弓内非牛顿血液流动数值模拟分析杨金有;徐跃平;俞航;刘静;单晶心;郭金明;洪洋【期刊名称】《中国医学物理学杂志》【年(卷),期】2011(028)001【摘要】目的:通过基于三维重构技术对正常人体主动脉弓内的血流进行非牛顿血液模型数值模拟,分析血流动力学参数与血管疾病的关系,并与牛顿血液模型获得的壁面切应力(WSS)参数进行比较.方法:对临床获得的CT医学图像据进行处理重构,并转化为可用于模拟计算的三维模型.应用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟计算.结果:获得了正常人体主动脉弓内血流在心动周期内不同时刻的血流动力学参数.结论:主动脉弓内复杂的血流情况与血管疾病的产生与发展存在一定联系,并且非牛顿血液模型更为适合进行深入细致的主动脉弓内血液低速区域的瞬态模拟分析.【总页数】5页(P2422-2425,2429)【作者】杨金有;徐跃平;俞航;刘静;单晶心;郭金明;洪洋【作者单位】中国医科大学,基础医学院,生物物理学教研室,辽宁,沈阳,110001;中国医科大学,基础医学院,生物物理学教研室,辽宁,沈阳,110001;中国医科大学,基础医学院,生物物理学教研室,辽宁,沈阳,110001;中国医科大学,附属第一医院,放射线科,辽宁,沈阳,110001;中国医科大学,基础医学院,生物物理学教研室,辽宁,沈阳,110001;中国医科大学,附属盛京医院,骨科,辽宁,沈阳,110004;中国医科大学,基础医学院,生物物理学教研室,辽宁,沈阳,110001【正文语种】中文【中图分类】Q66【相关文献】1.人体真实形状手指内的血液流动和温度分布的有限元分析 [J], 贺缨;姬野龙太郎;刘浩;横田秀夫;孙智刚2.正常体位下人体椎动脉内血流动力学数值模拟分析 [J], 刘静;杨金有;洪洋3.应用计算流体力学方法分析人体腹主动脉分叉内血液流动 [J], 徐跃平;杨金有;俞航;刘静;洪洋4.三维复杂血管内非牛顿血液流动数值模拟 [J], 熊丽丽;马怀安5.非稀疏液滴群内单液滴的多段自着火现象数值模拟分析 [J], 周恒毅;刘有晟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
附件一：BioZ提供的主要参数及临床意义（一）主要参数1、心率（HR）HeartRate2、平均动脉压（MAP）MeanArterialPressure3、心输出量/心脏指数（CO/CI）CardiacOutput/Index4、每搏输出量/每搏指数（SV/SI）StrokeVolume/Index5、外周血管阻力/阻力指数（SVR/SVRI）SystemicVascularResistance/Index6、心肌收缩指数速度指数（VI）VelocityIndex加速指数（ACI）AccelerationIndex7、胸腔液体量（TFC）ThoracicFluidContent8、左室射血时间（LVET）LeftVentricularEjectionTime9、预射血期（PEP）Pre-ejectionPeriod10、收缩时间比率（STR）SystolicTimeRatio11、左室做功/做功指数（LCW/LCWI）LeftCardiacWork/Index12、每搏变异率（SVV）StrokeVolumeVariation（二）临床意义1、心率2、血压1）概念：血液对血管壁的侧压力收缩压：血液由左室到主动脉最高时的压力100-140mmHg舒张压：血液由主动脉到外周血管时的最低压力70-90mmHg 2）临床意义影响因素：A、左室射血量以左室舒张末期容积衡量（LVEDV）―-前负荷B、左室射血时间HR、前负荷C、主动脉顺应性血液在主动脉内流动，进入一主动脉扩张，流出一主动脉回缩Windkessel效应（年龄，疾病影响）D、SVR主动脉顺应性+SVR二后负荷3、心输出量/心脏指数1）概念：CO每分钟心脏泵血量4-8L/minCI按体表面积计算的心输出量2.5-4.2L/min/m22）影响因素：基础代谢率（年龄，姿势，运动，体质，体温，性别，环境温度、湿度，危重病人、术后病人，疾病，心理）3）临床意义：A、同血压相比，心输出量的变化能够提供机体功能或基础代谢率需求发生重大变化时的最早期报警。
主动脉弓狭窄超声诊断标准
一、主动脉内径
在超声诊断主动脉弓狭窄时，首先需要测量主动脉的内径。
通常，正常的主动脉内径在2.0-3.5cm之间。
如果主动脉内径小于2.0cm，则可能存在狭窄。
二、血流速度
血流速度是判断主动脉弓狭窄的重要指标。
在正常情况下，主动脉内的血流速度应该在0.5-1.0m/s之间。
如果血流速度明显加快，大于
1.0m/s，特别是在收缩期，则可能提示存在主动脉弓狭窄。
三、频谱多普勒
频谱多普勒可以提供关于血流动力学的详细信息。
在主动脉弓狭窄的情况下，频谱多普勒会显示出高速的血流信号，这通常与湍流有关。
这种湍流的出现可以帮助医生诊断主动脉弓狭窄。
四、彩色多普勒
彩色多普勒可以提供直观的血流信息。
在主动脉弓狭窄的情况下，彩色多普勒可以显示出狭窄部位的血流加速和颜色混杂的信号。
这种信号可以帮助医生判断是否存在主动脉弓狭窄。
综合以上四个方面的信息，超声诊断主动脉弓狭窄的标准主要包括：主动脉内径小于 2.0cm，血流速度加快（特别是收缩期），频谱多普勒显示湍流，以及彩色多普勒显示狭窄部位的血流加速和颜色混杂的信号。
如果这些标准中的一项或多项被满足，则可以诊断为主动脉弓狭窄。
人胸主动脉血液流动的三维数值分析向亚菲;李功文;汤敬东;殷俊锋【期刊名称】《同济大学学报（医学版）》【年(卷),期】2010(031)004【摘要】目的结合计算流体力学的基本原理和血流动力学的相关知识,对人胸主动脉血管内的血液流场进行三维有限元数值模拟和研究.方法计算出在抛物型初速度下,正常人的胸主动脉内血液流动在心动周期内不同时刻的壁面压力、速度和速度矢量分布.结果血流速度受到胸主动脉血管锥度角、弓状弯曲及分支血管的分流的影响而发生明显的差异,主动脉弓与分支血管交界面远心端的血流速度明显高于近心端的血流速度.主动脉弓段内外壁血流压力差异明显.结论血流速度和压力变化剧烈区域与临床主动脉夹层易发区域相吻合,血流速度和压力对该疾病的发生有一定影响.【总页数】5页(P19-23)【作者】向亚菲;李功文;汤敬东;殷俊锋【作者单位】同济大学数学系,上海,200092;同济大学土木工程学院,上海,200092;同济大学附属同济医院普外科,上海,200065;同济大学数学系,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】Q66【相关文献】1.针刺左侧足三里对健康青年人大脑后动脉血液流动力学影响的研究 [J], 程为平;赵健;牛茜茜2.术中应用温热液体对人工关节置换术患者血液流动学和术后低体温的影响 [J], 钱浓浓;成丽明3.微型人造血管壁面特征对血液流动的影响 [J], 王桂莲; 孙云娜; 姚锦元; 王艳; 丁桂甫; 章巧琪4.人胸主动脉血液脉动流的三维数值分析 [J], 林亚华;景在平;赵志清;梅志军;冯翔;冯睿;陆清声5.妇科千金胶囊联合补血益母丸对产后、人流药流术后恢复及盆腔血液流动学的影响 [J], 徐敏娟;刘福兰;郭定玲;杨晓冬;刘莉;李园园因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
主动脉弓三维重建及血液流场数值模拟宋雨杰;彭红梅;张东威;赵洪森;王慧宇【摘要】主动脉弓是承载血液输送的主要干道,也是极易发生血管疾病的部位,本文采用医学建模软件MIMICS对内蒙古民族大学附属医院神经内科一名患者的胸主动脉临床CT数据进行了血管重建,所建模型显示该患者患有主动脉夹层血管瘤疾病.另外对血管进行了几何建模,并利用计算流体力学软件FLU-ENT14.5计算了一个心动周期6个不同时刻主动脉弓内的血流速度分布情况.计算结果显示,随着血液入口速度的不同,血液的流动状况有不同的分布,当血液流速增大时,在主动脉弓处将会出现血液的涡旋流动.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(032)004【总页数】4页(P298-301)【关键词】主动脉弓;MIMICS软件;血管重建;入口速度;计算流体力学【作者】宋雨杰;彭红梅;张东威;赵洪森;王慧宇【作者单位】内蒙古民族大学物理与电子信息学院,内蒙古通辽028043;内蒙古民族大学物理与电子信息学院,内蒙古通辽028043;内蒙古民族大学附属医院神经内科,内蒙古通辽028000;内蒙古民族大学附属医院影像中心,内蒙古通辽028000;内蒙古民族大学附属医院影像中心,内蒙古通辽028000【正文语种】中文【中图分类】O357;O241主动脉是体循环的重要干道，分为三部分：升主动脉、主动脉弓和降主动脉〔1〕.主动脉弓是人体内主要的弯曲动脉，具有相当复杂的脉动和弯曲.关于主动脉的疾病种类很多，例如主动脉夹层、壁间血肿、动脉粥样硬化、动脉瘤等〔1〕.目前，CT扫描技术广泛应用于临床诊断和治疗，但二维断层图像只能表达某一截面的解剖信息，对临床的诊治有一定困难，因此，为更好的分析和验证主动脉中血液流动的现象，利用MIMICS医学建模软件将患者的CT二维影像数据进行三维血管重建，重建后的三维模型可以动态旋转观察，任意切割显示内部解剖结构，也可对其进行编辑、修改〔2-3〕，使临床医生对患者病情有更深入细致的了解，其结果可对临床诊疗提供帮助.本文以内蒙古民族大学附属医院1例主动脉夹层血管瘤患者为例，利用MIMICS对CT数据进行血管三维重建，再利用计算流体力学方法，对主动脉弓内血液流场进行数值模拟，并分析研究在不同入口速度情况下，主动脉弓处血液流动的状况.1.1 临床材料该患者为53岁男性，入内蒙古民族大学附属医院神经内科治疗，利用CT扫描仪并调节其像素大小为0.646484mm，以0.45mm为切片增量，切片厚度为0.9mm，共1339张切片.可以从CT图中看到该患者主动脉处出现夹层，被诊断为主动脉夹层血管瘤疾病.其中图1a是该患者的CT剖面图，图1b为正面图，图1c为侧面图，已用箭头标出主动脉位置.1.2 血管重建医学图像三维重建是指利用科学计算可视化技术，将从医学影像设备获得的二维图像转换成三维数据，从而展示人体组织器官的三维形态并进行定性、定量分析的技术〔4-5〕.本研究利用MIMICS医学建模软件对二维CT图像进行三维血管重建.1.2.1 模型预处理将图1显示的CT断层图像导入MIMICS医学建模软件中，阈值提取轮廓，通过看图观察，并将轮廓的清晰度调节到合适的位置，阈值范围为226-2874，形成蒙面后进行3D计算得到如图2a所示的骨骼血管结构模型.利用区域增长工具对血管阈值进一步处理，3D计算后得到如图2b所示的血管结构模型.对图像进行边缘分割、分离、去除冗余数据得到如图2c所示的人胸主动脉的三维血管模型，包括升主动脉、主动脉弓和降主动脉.从所建血管模型明显看出该患者主动脉弓处有夹层和动脉瘤疾患.1.2.2 几何模型建立将以上获得的主动脉模型图2c进行分割，目的是提取图像中要研究的主动脉弓〔6〕，对主动脉弓进行光滑处理如图3a所示，从而增强模型边缘连续性，提高计算精度及准确性.另外，对血管进行网格划分，如图3b所示，节点数为111198，单元数970230.2.1 控制方程与边界条件将主动脉中的血液假设为不可压缩的牛顿黏性流体，血液的雷诺数Re=1400，根据雷诺数判断血液流动为层流〔7-8〕.设血管壁刚性无滑移，壁面处血流速度为0，各出口定义为自由边界条件，血流在一个心动周期内的入口速度曲线如图4所示.血液流动满足Navier-Stokes方程〔9-11〕：其中，血液密度，血液黏性系数μ=0.0035kg/mk,P为压力，计算迭代次数为200.2.2 数值模拟利用计算流体力学软件FLUENT14.5数值计算一个心动周期内6个不同时刻的血流速度变化.图5a、5b、5c为心脏收缩期内三个不同时刻血流速度分布图，t1=0.02s，v1=0.2m/s；t2=0.04s，v2=0.5m/s；t3=0.12s，v3=1.0m/s.图5d、5e、5f为心脏舒张期时三个不同时刻血流速度分布图，t4=0.14s，v4=0.8m/s；t5=0.16s，v5=0.7m/s；t6=0.35s，v6=-0.2m/s.结果显示，当血液入口速度小时，流场内血液流动基本属于正常流动，没有涡流现象.图5c、5d、5e所示，随着血流入口速度的增大，主动脉弓中的血液流动出现了涡流，当血液流动速度达到峰值时，主动脉弓处血液流动出现明显紊流现象.利用MIMICS医学影像处理软件，将二维CT断层图像进行三维血管重建，医学图像的三维血管重建包括对图像的预处理、组织器官的切割分离、模型构建、三维处理等主要研究内容.由于主动脉弓分型与分区形态复杂，使分割技术操作变得困难，但是MIMICS医学建模软件有自动建模功能，对原始图像进行预处理时无需任何形式的图像转换，减少了人为处理所造成的各种误差，避免了数据信息的丢失.在几何模型的基础上，运用计算流体力学软件FLUENT14.5建立三维血管的血流动力学物理模型，考虑到主动脉弓段血管内部的血流是周期性的流动，且靠近壁面处存在边界层流动，为了更准确地求解整个主动脉弓的流速分布，本研究对主动脉弓段血管进行网格加密，从而提高了计算精度.如图5中计算出了一个心动周期内6个不同时刻血流速度的流线图.根据计算结果显示，在血流入口速度不同的前提下，人胸主动脉的血流分布状况明显不同.在一个心动周期内，随着血流入口速度的增大，在主动脉弓处将会出现血液的涡流现象，这一现象也说明了主动脉弓处易发生血管疾病的血流动力学原因.【相关文献】〔1〕Joon Bum Kim，Matthew Spotnitz，Mark E Lindsay.Risk of Aortic Dissection in the Moderately Dilated Ascending Aorta〔J〕.Thomas E MacGillivray，2016，68（11）：1209-1219.〔2〕李超，谢坤武.软件需求分析方法研究进展〔J〕.湖北民族学院学报（自然科学版），2013，31（2）：204-211.〔3〕沈傲东.医学影像三维重建方法研究〔D〕.西安：西安电子科技大学，2003.〔4〕A.Manmadhachary，Y.Ravi Kumar，L.Krishnanand.Effect of CT acquisition parameters of spiral CT on image quality and radiation dose〔J〕.Measurement，2017，103：18-26.〔5〕彭红梅，张东威，李敏.椎动脉狭窄及介入治疗的血流动力学分析〔J〕.生物医学工程与临床，2015，19（4）：345-349.〔6〕Benoît ing mathematical morphology for the anatomical labeling of vertebrae from 3D CT-scan images〔J〕.Computerized Medical Imaging and Graphics，2017，31（3）：141-156.〔7〕罗东礼.医学图像三维重建中目标分割算法研究〔D〕.长沙：中南大学，2006.〔8〕门怀宇.医学图像三维重建技术的研究与应用〔D〕.成都：电子科技大学，2008.〔9〕Piotr Reorowicz，Damian Obidowski，Przemyslaw Klosinski.Numerical simulations of the bl-ood flow in the patient-specific arterial cerebral circle region〔J〕.Journal of Biomechanics，2014，47（7）：1642-1651.〔10〕Gerhard Sommer，Selda Sherifova，Peter J Oberwalder，et al.Mechanical strength of aneurysmatic and dissected human thoracic aortas at different shear loading modes 〔J〕.Journal of Biomechanics，2016，49（12）：2374-2382.〔11〕Huanying Xu，Xiaoyun Jiang，BoYu.Numeric alanalysis of the space fractional Navier-Stokes equati-ons〔J〕.Applied Mathematics Letters，2017，69：94-100.。
血流动力学监测参数PAdP：肺动脉舒张压*CVP与BP、血容量关系：1、CVP低，BP低，表示血容量严重不足，需大量补液。
2、CVP低，BP正常，表示血容量不足，需适当补液。
3、CVP正常，BP低，表示血容量不足或心功能不全，可进行补液试验：5～10分钟内静脉滴入等渗盐水250ml→①中心静脉压不变，血压升高，提示血容量不足，根据情况适当补液；②中心静脉压升高3～5mmHg，血压不变，提示心功能不全，根据情况给予强心药物治疗。
4、CVP高，血压低，表示心功能不全或血容量相对过多，需给予强心药物，纠正酸中毒，舒张血管治疗。
5、CVP高，血压正常，表示容量血管过度收缩，需舒张血管治疗。
CVP指导扩容的“5－2法则”：低血容量病人应连续监测CVP，当CVP<8cmH2O，10分钟内输液200ml；CVP为8～13cmH2O 时输液100ml；CVP>14cmH2O时输液50ml。
输液期间观察CVP的变化：若CVP升高5 cmH2O，应停止输液；当CVP升高2～5 cmH2O 时，可暂停输液10分钟，再观察CVP变化，这时CVP仍升高2 cmH2O以上则应停止输液；若CVP升高不超过2cmH2O，按上述标准输液，直到CVP升高超过5 cmH2O，或暂停10分钟后仍升高2 cmH2O以上为止。
@PCWP指导输液的“7－3”法则：危重病人或合并心脏病者应监测PCWP。
当PCWP<10mmHg，10分钟内输液200ml；PCWP 为11～18 mmHg时输液100ml；PCWP>18mmHg时输液50ml。
输液期间观察PCWP的变化：若PCWP升高7mmHg，应停止输液；当PCWP升高3～7mmHg 时，可暂停输液10分钟，再观察PCWP变化，这时PCWP仍升高3mmHg以上则应停止输液；若PCWP升高不超过3mmHg，按上述标准输液，直到PCWP升高超过7mmHg，或暂停10分钟后仍升高3mmHg以上为止。
