血管性介入治疗最佳推注时相的数值模拟.pdfVIP

血管性介入治疗最佳推注时相的数值模拟∗ 1 1 1 2 1 邱 霖 ，董兵超 ，周旭欣 ，岑人经 ，袁支润 1 四川大学生物力学研究所（610041） 2华南理工大学生物力学研究所（510640） email:qiulin1031@163.com 摘 要：建立分岔动脉血管几何模型和脉动流边界条件。对血管性介入治疗中，在主动脉分 叉支动脉入口附近引入导管注射药液时，主动脉及分支动脉的血液流动和药液物分布进行了 二维非定常数值模拟。获得了在不同时相进行间歇脉动推注时，进入支动脉内的药液质量流 率在一个心动周期内的变化情况和药液灌注率曲线，得出了最佳注射时相为心缩期末期和心 舒期前期的结论，为优化临床血管性介入治疗提供了理论依据。 关键词：血管性介入治疗，二维，数值模拟，非定常传质，药液灌注率 1. 引言 血管性介入治疗过程中，如何使药液最大限度地注射到靶动脉中去是医生和病员共同关 心的问题，它关系到治疗的效果和安全性。注射导管一般是沿主动脉或较大的动脉分支引导 到病变部位的血供动脉开口处，在造影仪器的导引下导管可以直接插入到靶动脉入口进行药 液灌注，但这并不总是可行的。有时是因为支动脉入口过于狭窄，导管定位插入困难；也有 时是因为支动脉的解剖变异 （例如靶动脉与其它血管动脉异常共干等）使得直接插入操作会 引发严重后遗症，这时往往只能在靶动脉开口附近进行药液灌注。以往，多数临床医生在靶 动脉入口附近匀速推入药液，药物必然随大动脉血流而无序扩散，仅很小的一部分进入靶动 [1,2,3] 脉，使治疗效果差 。 本文采用数值模拟的方法，研究了在心动周期不同时相进行间歇注射时的灌注效果，给 出了在整个心动周期内的药液灌注率曲线，预测了最佳推注时相。 2. 计算模型与方法 人体动脉血管的几何形状非常 复杂，不但存在着分叉、弯曲，而 且其内壁的几何形状也极不规则， 若根据人体的生理解剖结构来构造 血管的几何形状是非常困难的。因 此，本文对人体血管的几何形状进 图 1 几何模型示意图 行合理的简化[4]，使其能进行数值计 Fig 1 Diagram of the geometric model 算。考虑到计算的可行性，选择二 ∗本课题得到高等学校博士学科点专项基金资助（项目编号：20010610028）资助 - 1 - 维数值计算的几何模型如图 1 所示[5 ] 。图中，主动脉血管内径φ 25 mm ，计算长度 1 L 200 mm ；支气管动脉内径φ 2.5m ，计算长度L 80 mm ；导管外径φ 1.2 mm ， 1 2 2 3 计算长度L3 120mm ；主动脉轴线与分支动脉轴线间的夹角取α 74°。图 1 左上角附图 是药液喷口放大图，药液射流与血流前进方向相反，药液射流出口位于导管顶端，取药液喷 口的直径φ 0.6 mm 。坐标原点取自主动脉血管计算入口处的截面中心处，X轴沿主动脉 4 血管的轴向方向。 考虑血液的流速比较低，属低雷诺数（Re ）的层流；血液为均匀不可压缩牛顿粘性流 体并忽略体积力，血液流动控制方程采用直角坐标系的二维非定常连续性方程和 Navier － Stokes 方程为：