基于血管内超声(IVUS)的人体冠状动脉随心动周期形变的流固耦合数值模拟与分析

人体动脉血管内粥样斑的受损和破裂与血管内的受力等力学情况密切相关.基于各种医学成像数据建立的血管数值模拟模型能很好的考察血管内的受力及血流情况,已成为对血管内粥样斑的受损和破裂作出评估和预测的有力工具.本文利用一位患者的血管内超声(IVUS)图像数据建立了其冠状动脉血管的三维流固耦合数值模拟模型,并根据患者CT造影的动态影像数据模拟了冠状动脉在人体内随心脏搏动而产生的周期性运动过程.模型中冠状动脉血管采用各向异性Mooney-Rivlin材料模型,其材料参数是由冠状动脉血管样本的双轴加载拉伸实验获得的拉伸比率———应力数据拟合得到的,血压数据也采用了患者自身的数据,因而本文建立的数值模型真实模拟了人体内冠状动脉的实际运动情况.本文给出了血管内的应力应变分布、血流速度、血液最大剪切应力等数值模拟结果,并比较了血管的周期弯曲和血压变化的相位差的影响.结果表明:血管内部的脂肪斑对血管的应力应变分布有显著的影响;就该患者个体而言,血管弯曲程度对血管内部的应力应变分布的影响要强于血压的影响.而相比于血管的弯曲程度,血管内的血流速度和流通量受血压的影响较为显著.本文建立的模拟冠状动脉周期运动的数值方法可以进一步地应用于大量冠状动脉粥样硬化患者的病例研究.随着患者数量的积累,通过分析可以更精确地评估和预测粥样斑的受损性和破裂发生可能性.     

复杂形状血管中血液两相流动研究

从液固两相流的角度出发,针对人体心脑动脉血管中典型的血管形状,利用计算流体力学的方法和血流动力学的基本原理,考虑血液两相流动的影响,进行了相关的血流动力学分析,获得了血液两相流动的有关动力学参数,并揭示了考虑两相流动影响造成的血液动力学特性的差异,为进一步研究复杂形状血管中血流动力学提供了理论参考。     

基于CFD的血管病变部位血流流变特性分析

为探究血管病变对血流流动特性的影响，研究了血管结构改变前后血流流动特性的改变.提出了一种对血管病变前后的血流流场进行对比研究分析的方法，利用断层扫描数据建立几何模型，用Geomagic Studio将病变血管复原成为发生病变前的形状，并基于弹性血管中血流脉动的力学特性，使用ANSYS软件对采用牛顿流体力学模型的分叉部位血流流场进行数值模拟.模拟结果显示病变组织部位受到更大的切应力影响，而在病变组织远心端产生了明显的流速低和切应力低的二次流动和更大的血压压差，这些流体特性会对血管进一步病变产生重要影响.     

弯曲动脉血管中血液流动对血栓形成的影响

血栓性疾病大多发生在弯曲和血管分叉的位置附近,其形成机制和原因比较复杂,目前的研究主要集中在临床病例的治疗护理方面.临床观测表明,动脉疾病的发病机制和病变发展与血流动力学特征(如流场分布、壁面剪应力等)密切相关.采用计算流体力学方法,从血流动力学角度研究了弯曲血管中血液流动的改变对血管栓塞形成的影响.主要从血流入口初始速度、弯曲曲率半径、血管管径及血液黏度方面研究血液流动对血栓形成的影响.同时结合相关医学病例.从多学科角度分析并验证医学研究中有关血管弯曲对血栓形成机理的猜测.     

基于脉动流血管应力集中及疲劳的三维有限元研究

针对日益增长的心脑血管粥样硬化疾病,其病因在医学上研究很多,并有多种解释和结论。本文从生物力学的角度,以血管血流动力学的理论来研究,利用计算力学的有限元方法对血液在血管内流动导致血管的应力集中进行了数值分析。通过周期性的荷载条件,揭示血管组织的局部应力集中现象以及可能导致的血管局部病变因素,从生物力学的角度研究分析了血管粥样硬化疾病的病因。对血管组织进行的疲劳模拟,近似得出了血管组织发生疲劳的S-N曲线。     

轴对称有狭窄弹性管流固耦合模型及数值模拟

建立了求解厚壁,有狭窄,大管壁变形的血管及管内血液流动的流固耦合问题的数值计算模型。血管的几何形状、物质特性及模型的有关物理参数由模拟颈动脉血流及血管壁塌陷的实验获得。流体采用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,用广义有限差分方法求解。     

分支结构血管中血液的对流换热分析

用有限元方法数值模拟了血管分支结构内血液流动的三维速度场和温度场,得到了分支血管壁面3个典型径向角度的局部努塞尔数和血管截面平均努塞尔数沿管长的变化曲线.结果表明:分支血管入口处的速度场和温度场分布与单管的分布明显不同;不同径向角度的局部努塞尔数相差很大;分支血管入口处截面平均努塞尔数大于单个直管内截面平均努塞尔数,且出现一个极大值Numax.计算了不同分支角度和分支半径比时的截面平均努塞尔数,结果表明:分支角度和半径比对Numax的大小和位置有一定影响;半径比越小,分支血管内截面平均努塞尔数趋于稳定值的速度越快.     

分岔与畸变血管中血液绕体流动的数值分析

本文采用边界元方法研究了分岔与畸变血管中血液绕物体的流动，给出血流的速度场、压力分布、物面和血管壁的面力，并给出物体阻力系数。讨论了当物体趋近管壁时，面力和阻力系数的变化，数值研究表明，本文方法是有效的，同时，也为生物工程和其他低雷诺数流动数值分析提供了有价值的方法。     

肺癌介入治疗中的药液灌注率

作者通过建立动脉血管几何模型和脉动流模型进行数值模拟，在血管性肺癌介入治疗中，于支气管动脉入口下游胸主动脉内引入盛药导管并注射药液时，对主动脉及分支动脉的血液流动和药液分布，进行了二维非定常数值模拟，获得了进入支动脉内药液质量流率．结果表明，在一个心动周期内的变化情况与实验结果完全一致，为提高临床肺癌介入治疗疗效提供了理论依据．     

FLUENT的浆液远距离输送数值模拟研究

矿井灌浆管路系统是一个相对封闭的空间,浆液在流动过程中对管道的压力分布情况却难以掌握。因此,首先建立了一种浆液管道流动的数值计算模型,对其进行网格划分、边界条件设定和数值模拟计算流程,并对所建立的模型进行数值计算,得到浆液在管道中的变化特性;其次,针对静压灌浆和动压灌浆2种不同的方式对管道造成的影响程度,利用ANSYS FLUENT12.1分别对这2种不同方式时的压力场进行模拟,对比静压与动压灌浆时的管道压力分布特点和分析浆液在管道中流动过程的压力损失等情况,该模型可以较好的预测静压灌浆和动压灌浆时的管路中的压力分布状态,有助于分析管路输送过程中不同管路位置的压力变化及分布规律,模拟结果显示利用动压进行灌浆作业,可以起到显著的增压效果;最后,通过对比数值模拟计算和工业现场试验监测得到的数据,分析得出两者数据基本吻合。对比结果分析表明:该数值模型建立合理,对矿井远距离灌浆工作具有一定的指导价值。     

主从分布式微机流量监控系统的设计

讨论了一种微机流量监控系统硬件和软件的设计方法。该系统采用主从分布式结构，从机独立工作并能对流体密度进行温度、压力补偿，主机集中监控。具有较强的实时处理能力，可广泛应用于实时工业控制领域。该系统已经在数家加油站、化工厂中使用，并取得了较好的效果。     

基于光流场模型的医学图像配准

基于最大化互信息的配准方法因其复杂性高而不能满足临床的实时性要求;基于光流场模型的图像配准方法计算简单快速,但已有的采用光流场进行配准的方法都直接采用原始的Horn模型,该模型简单地采用速度场的模作为光滑性约束,而导致配准过程不能保持图像的不连续性,使得图像严重模糊以致无法应用,该模型还存在不能处理大位移的问题.为了能在配准过程中尽可能地保持图像特征,采用了Lucas等人提出的窗口化光流场模型,通过选用小的窗口减轻对图像造成的模糊;对于大位移问题,可以采用金字塔结构来有效处理.实验结果证明,Lucas光流场模型应用于医学图像配准能够得到较准确的配准结果,具有很高的运行效率.     

非牛顿钻井流体流动计算机智能解析方法

钻井液体在环形钻杆空间中的运动,可归结为幂律流体管内流动和螺旋流动。由于幂律流体的本构方程,在运动方程中产生速度梯度的非线性项,求解过程比较复杂。因此应用计算机符号运算、改进的Kantorovich变分法和幂律流体模型相结合,并采用局部线性化的方法,提出了解决运动方程中出现的非线性问题的方法,即计算智能解析方法应用于非线性问题,研究了幂律流体管内非定常流动,研究方法及其结果可以推广到幂律流体螺旋流动情形。     

基于光流场模型的医学图像配准

基于最大化互信息的配准方法因其复杂性高而不能满足临床的实时性要求；基于光流场模型的图像配准方法计算简单快速，但已有的采用光流场进行配准的方法都直接采用原始的Horn模型，该模型简单地采用速度场的模作为光滑性约束，而导致配准过程不能保持图像的不连续性，使得图像严重模糊以致无法应用，该模型还存在不能处理大位移的问题．为了能在配准过程中尽可能地保持图像特征，采用了Lucas等人提出的窗口化光流场模型，通过选用小的窗口减轻对图像造成的模糊；对于大位移问题，可以采用金字塔结构来有效处理．实验结果证明，Lucas光流场模型应用于医学图像配准能够得到较准确的配准结果，具有很高的运行效率．     

旋流喷嘴射流初始阶段运动规律研究

应用质量守恒定律和动量守恒定律,建立了描述旋流喷嘴射流初始阶段运动规律的非线性常微分方程组,该方程组可以用数值方法方便地求解,理论计算结果与实验拍摄到的射流照片吻合很好,说明空心旋转射流受扰动失稳破碎成液滴管的最基本运动状态,是进一步从理论上研究该射液破碎雾化机理的基础。     

文字迷宫中的媒介真谛——从《理解媒介——论人的延伸》看麦克卢汉的研究方法和写作模式

《理解媒介——论人的延伸》是麦克卢汉的传播学经典著作。本文试图使用文本分析的方法，从讨论麦克卢汉的研究方法和写作模式入手，对此作进行一番剖析，试图帮助读者绕过麦克卢汉设置的文字迷宫，真正理解文字背后蕴涵的重大意义。     

CPPS-85图象信息处理系统及其纺织应用

CPPS-85图象信息处理系统由ALTOS-986微机和IBM PC/XT微机缉成。在ALTOS-986微机上安装ALTOS Work Net,在IBM PC/XT微机上安装PC-Path板及其软件,从而把IBM PC/XT连接到局网上,实现了两机之间的通讯。PC/XT可以作为ALTOS-986微机的模拟终端或图象工作站。该系统的软件采用层次模块结构。它包括图象输入、图象输出、图象处理、图象编辑、图象分析、图形处理以及图象数据库。 CPPS-85图象信息处理系统是一个多任务、多功能、多用户系统。它不仅适用于纺织提花织物生产的花型设计,还可以进行织物组织设计、手套花型设计和棉网质量分析。该系统还具有较先进的图象数据管理系统,能满足纺织工业生产的多种需要,具有实用价值。     

计算机辅助外科手术中被动多眼定位方法

多眼定位方法利用多个摄像机之间，多个目标特征点之间的冗余信息来提高目标的定位精度，利用手术区域的特殊标记作为标准参考点建立世界坐标系，有效地简化了繁锁的摄像机标定过程，仿真和实验结果吻合，实测精度优于1mm，该方法不仅对精确，灵活，可靠地执行计算机辅助医学干预具有重要的作用，而且对放射治疗，工业机器人，虚拟现实技术和导航系统的研究具有重要意义。     

基于VB的非圆齿轮加工刀路轨迹三维仿真

利用VB编程实现对三维软件Solid Edge的二次开发,建立了加工刀具的模型库.根据刀具齿廓上任意点的运动轨迹方程,计算和生成刀具在不同位置时的三维模型,从而实现三维环境下椭圆齿轮加工的运动仿真.本系统可观察到刀具的运动轨迹及齿轮的加工结果,判定设计齿轮的可加工性.系统运行效果良好,为非圆齿轮传动提供了一种数字化设计...     

破开算子法用于二维流场计算的误差分析

对破开算子法应用于二维流场计算时由于将算子分裂和分步计算造成的误差进行了分析研究。首先介绍分步误差概念和推求方法,然后,对流场计算中若干典型的破开格式,在不同算例下,计算出对应的分步误差值,再与数值验证相对照,结果吻合,结论是：在地形变化复杂,流场流态改变剧烈时,要慎用破开算子法,对破开算子法在二维流场计算中的应用和改进有明显的指导意义。