基于CT影像的颈动脉分叉血流动力学特性分析

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2014.03.012

东北大学学报:自然科学版 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (3): 356-360.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2014.03.012

基于CT影像的颈动脉分叉血流动力学特性分析

张耀楠^1,2，李艳^1,2，康雁^1,2

(1.东北大学中荷生物医学与信息工程学院，辽宁沈阳110819； 2.东北大学教育部医学影像计算重点实验室，辽宁沈阳110819)

收稿日期:2013-05-03 修回日期:2013-05-03 出版日期:2014-03-15 发布日期:2013-11-22
通讯作者: 张耀楠
作者简介:张耀楠(1962-)，男，江苏如皋人，东北大学教授;康雁(1964-)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61372014)；辽宁省自然科学基金资助项目(201202071).

Hemodynamic Characteristics Analysis of Carotid Artery Bifurcation Based on CT Images

ZHANG Yaonan^1,2， LI Yan^1,2， KANG Yan^1,2

1. School of SinoDutch Biomedical and Information Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China; 2. Key Laboratory

Received:2013-05-03 Revised:2013-05-03 Online:2014-03-15 Published:2013-11-22
Contact: ZHANG Yaonan
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摘要/Abstract

摘要： 利用实际病人的CT影像数据构建颈动脉分叉血管几何模型，利用ANSYS有限元软件计算血流速度和压力分布，对颈动脉血流动力学的特征进行分析，如颈动脉剪切应力在一个心动周期里不同时刻的变化情况，颈动脉窦部的血流速度场随时间变化情况，涡流形成的特点；然后分析颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉的血流阻力变化情况.数值仿真结果表明，在心动周期的不同时刻，颈动脉窦部的剪切力几乎是最小的.在颈动脉窦部下方附近，涡流易于形成.在收缩期的开始阶段，动脉阻力有一个很大的高峰.这些特点会对研究颈动脉血管疾病有一定的启发.

关键词: 颈动脉, 计算流体力学, 血流阻力, CT影像, 有限元法

Abstract: The geometric model of a carotid artery bifurcation was constructed from the CT images of a real patient. Using this model， the velocity and pressure distribution of the carotid arteries were simulated by a finite element software ANSYS. Further analysis was done on the hemodynamic characteristics of the carotid artery bifurcation， such as the wall shear stress distribution at different time points， the blood velocity field at different time points， and the characteristics of turbulence. Finally the blood resistance of carotid arteries was analyzed. The results turned out that the wall shear stress is almost the lowest at the sinus， the turbulence occurs nearby the sinus. There is a high pulse for blood resistance at the beginning of systole period. These findings could be useful for relevant research of cardiovascular diseases.

Key words: carotid artery, computational fluid dynamics, blood resistance, CT image, finite element method

中图分类号:

张耀楠，李艳，康雁. 基于CT影像的颈动脉分叉血流动力学特性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(3): 356-360.

ZHANG Yaonan， LI Yan， KANG Yan. Hemodynamic Characteristics Analysis of Carotid Artery Bifurcation Based on CT Images[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2014, 35(3): 356-360.

参考文献

[1] Kojima M，Tercero C，Ikeda S，et al.Numerical simulation for blood flow in internal carotid artery for integration with photoelastic stress analysis［C］//IEEE Engineering in Medicine and Biology Society.Buenos Aires，2010:384/389.
[2] Nguyena K T，Clarka C D，Chancellora T J，et al.Carotid geometry effects on blood flow and on risk for vascular disease［J］.Journal of Biomechanics，2008，41(1):11/19.
[3] Stroud J S，Berger S A，Saloner D.Influence of stenosis morphology on flow through severely stenotic vessels:implications for plaque rupture［J］.Journal of Biomechanical Engineering，2000，33(4):443/455.
[4] Tang D，Yang C，Kobayashi S，et al.Effect of a lipid pool on stress/strain distributions in stenotic arteries:3D fluidstructure interactions (FSI) models［J］.Journal of Biomechanical Engineering，2004，126(3):363/370.
[5] Sun Z，Mwipatayi B，Chaichana T，et al.Hemodynamic effect of calcifed plaque on blood flow in carotid artery disease:a preliminary study［C］// The 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering.Beijing，2009:1/4.
[6] Stouffer G A.Cardiovascular hemodynamics for the clinician［M］.Massachusetts:Blackwell Publishing，2008.
[7] 刘有军，乔爱科，主海文，等.颈动脉分支的血流动力学模拟［J］.计算力学学报，2004，21(4):476/479.(Liu Youjun，Qiao Aike，Zhu Haiwen，et al.Hemodynamics simulation of carotid artery bifurcation［J］.Chinese Journal of Computational Mechanics，2004，21(4):476/479.)
[8] Arts T，Delhaas T，Bovendeerd P，et al.The CircAdapt model adaptation to mechanical load determines shape and properties of heart and circulation:the CircAdapt model［J］.American Journal of PhysiologyHeart and Circulatory Physiology，2005，88:H1943–H1954.
[9] Ku D N，Giddens D P，Zarins C K，et al.Pulsatile flow and altherosclerosis in the human carotid bifurcation［J］.Arteriosclerosis，1985，5(3):293/302.
[10] 张铭，曾智.剪切应力与动脉粥样硬化［J］.心脏杂志，2003，15(1):78/80.(Zhang Ming，Zeng Zhi.Shear stress and atherosclerosis［J］.Chinese Heart Journal，2003，15(1):78/80.)

[1]	崔宝玉，马聪玉，沈岩柏，宋振国. 基于稳定流场的水力旋流器入料口直径设计[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(7): 1005-1011.
[2]	李明，刘铭瑞，周立明. 力电湿多物理场耦合Cell-Based光滑有限元法研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(9): 1363-1368.
[3]	方淑君，王涛，聂念从，张凌瑞. 基于ABAQUS标准扩展有限元法的不良裂缝构型影响分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(11): 1646-1653.
[4]	鹿晔，张树生. 基于CFD的血管病变部位血流流变特性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(1): 148-152.
[5]	高峰，孙伟，高俊男. 基于有限元法的硬涂层-整体叶盘振动特性[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(5): 688-693.
[6]	胡晟，吕江涛，司光远. 基于改进型泊松-玻尔兹曼方程的电渗流建模与分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(3): 447-451.
[7]	王述红，何坚，杨天娇. 考虑降雨入渗的边坡稳定性数值分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(8): 1196-1200.
[8]	李健，高微，张亚双，刘欲诺. 颗粒振动及耗能特性研究的弹塑性接触建模方法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(8): 1211-1216.
[9]	文哲男，张英莉，巴德纯，岳向吉. 低比转速混流式水轮机转轮上冠型线的优化方法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(6): 839-843.
[10]	郭旭桓，张子木，赵秋月，张廷安. 自搅拌反应器内液相流动的数值模拟[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(3): 357-362.
[11]	周立明，任书慧，孟广伟，李荣佳. 含裂纹功能梯度板能量释放率的ABAQUS用户子程序开发[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2017, 38(9): 1309-1314.
[12]	王安国，姜周华，唐骥，董艳伍. 空心环形件电渣熔铸内结晶器铜板变形有限元瞬态分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(9): 1332-1337.
[13]	周立明，孟广伟，李锋，郭桂凯. 含裂纹复合材料的Cell-based光滑扩展有限元法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(8): 1127-1132.
[14]	闫放，许开立，姚锡文，张秀敏. 生物质气化套管采暖热环境数值模拟[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(6): 886-890.
[15]	王旭，王静文，王柯元. 阈值Landweber在MIT图像重建中的应用[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(4): 477-480.

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Hemodynamic Characteristics Analysis of Carotid Artery Bifurcation Based on CT Images

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