二叶式主动脉瓣对主动脉血流动力学影响的数值仿真研究

二叶式主动脉瓣对主动脉血流动力学影响的数值仿真研究

摘要

主动脉二尖瓣（BAV）是一种常见的心血管类先天性疾病，一般伴随着主动脉瓣功能发育不全和主动脉瘤的形成，以及较高几率的心脏功能障碍和较高的死亡率。研究认为，区别于正常主动脉具有三瓣膜的人群，主动脉二尖瓣畸形患者（BAV）主动脉中独特的血流动力学特征是引发上述病症的诱因之一。本研究首先基于在医院采集的BAV患者的主动脉弓和主动脉瓣膜腔核磁共振成像图（等时间间隔采样，25个时相），应用建模软件MIMICS建立合适的主动脉弓和瓣膜开口模型，再对现有瓣膜开口区域进行合理的插值计算和运动模拟以得到任意时相的瓣膜开口区域图像（为了保证分析的完整性，要求在一个心动周期中可建立任意时刻的瓣膜开口模型）。之后本研究将在ANSYS软件中模拟定常流动和生理脉动流条件下，一个心动周期中任意时刻主动脉二瓣畸形患者的主动脉的血流动力学特征，这也是本研究最大的创新点。目前的研究一般仅仅满足于基于PC-MRI的独立流态分析或是基于BAV患者主动脉弓模型的数值模拟分析，最多只是将心动周期内一个或几个时相的主动脉瓣膜开口区域模型和主动脉弓模型结合起来进行数值仿真分析，而没有在这种结合的模型中进行任意时刻主动脉弓内血流动力学的分析，也就无法得到主动脉中血流动力学在不同时刻的详细信息。

关键词：主动脉二尖瓣（BAV），核磁共振成像，血流动力学分析，数值模拟

Abstract

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目录

1.绪论 3

1.1研究背景及目的 3

1.2研究现状分析 4

1.3研究方案 6

1.4研究内容 7

2.研究步骤简述 8

2.1 主动脉弓的几何建模 8

2.1.1建模软件介绍 10

2.1.2 主动脉弓的建模 11

2.2主动脉瓣膜及其入口区域的建模 19

2.2.1 主动脉瓣膜及其入口的图像分割 19

2.2.2 主动脉入口的刚体运动 21

2.3 主动脉瓣膜开口区域的三种插值方法 21

2.3.1 移除主动脉瓣膜开口区域的刚体运动 23

2.3.2 基于SNAKE算法的瓣膜插值处理 24

2.3.3基于平均曲率半径的瓣膜插值处理 26

2.3.4 基于邻近点边界与原点射线交点进行的瓣膜插值 29

2.4基于数值模拟的血流动力学分析 31

2.4.1 计算流体力学软件fluent简介 31

2.4.2 应用ANSYS软件对主动脉弓和瓣膜模型进行血流动力学分析步骤 32

3. 结果与讨论 38

3.1主动脉瓣膜开口区域插值结果比较 38

3.2血流动力学分析结果比较 40

3.3 深入思考的问题 41

3.3.1关于MRI图像质量问题 41

3.3.2 关于图像测量的问题 41

4.致谢 41

5.参考文献 43