考虑顺应性及上下游影响的人造血管血流动力学研究

在血管移植术中，血液血流动力学分析已经成为设计中不可忽视的重要因素。已有的小口径人造血管血流动力学分析指出螺旋型移植管可能提高小口径人造血管的通畅率，但是螺旋移植管潜在的负面影响问题尚缺乏研究，而其构造的复杂性也是其临床应用需要解决的另一个问题。现有小口径螺旋型人造血管的血流动力学研究存在两点问题：1）已有研究均假定血管为刚性壁面，未考虑到血管的顺应性；2）已有研究忽略了上下游宿主动脉和移植血管流场的相互作用，仅关注移植管流场本身，从而不能真实完整反映螺旋移植管搭桥模型的血流动力学环境。本项目的目的在于对小口径螺旋人造血管移植进行血流动力学分析时考虑血管壁顺应性，分析完整的小口径螺旋管搭桥模型，从而使其血流动力学分析更完整并更接近生理实际并对其潜在的负面影响进行研究，对其构型优化的理论基础进行探索。本课题的研究结果对小口径螺旋人造血管的临床应用提供重要依据和理论基础。

1).本项目组完成了1）生理脉动流下螺旋移植管的血流动力学研究。研究发现移植管的螺旋构型增大了壁面剪切力（WSS）和近壁面流速，而OSI值小到不足以引起生理学意义。螺旋度分析指出在螺旋型移植管中大部分流体颗粒在整个心动周期逆时针旋转，从而减少了横向作用力对移植管壁面的损害并保证了血液流动的稳定性，进一步，螺旋型搭桥方式可以有效改善远端吻合口和宿主动脉堵塞段的血液流动特性，包括提高壁面剪切力，减少流动分离和回流现象等。但是螺旋型构型移植管也导致了血液压降增大，及血液阻力增大，可能导致下游血液供血量不足。2）螺旋搭桥和传统搭桥在氧气传输上的对照分析。结果表明尽管整体上螺旋搭桥改善了在传统搭桥中出现的缺氧现象。但是由于螺旋管本身的螺旋结构导致在远端吻合口的足趾（toe）除出现了低剪切力和低氧浓度的双底区域，增大了该处发生IH的可能性。此外，该项研究还证明尽管低剪切力区总是伴随着低氧，但是氧气传输总是滞后于流动变化。一个剪切力优化的搭桥不一定能保证氧气传输优化。3)多相非牛顿，单相非牛顿的计算模型来研究两种不同的模拟方式对于血液动力学因子的影响。血液由红细胞和血浆组成。此研究表明1）单相流计算可以合理地得到血管搭桥模型中的血流动力学参数，但是由于血液中红细胞的作用，其壁面处的剪切力有所减弱，同时血管内部血液的速度分布更为均匀，压降相对于单相假设也较为平缓。2）红细胞在足跟附近及单侧壁面处存在较明显的聚集，但是二次流的方向是影响红细胞聚集的决定性因素。螺旋搭桥的几何构型保证了二次流的单向循环，从而抑制了红细胞在壁面的聚集。3）重力方向是影响红细胞运动一个非常重要的因素，这也说明为什么锻炼有助于人体健康，减少血栓现象。4)在考虑血液和血管壁相互作用下，螺旋搭桥和传统搭桥血流动力学的对照分析。结果表明1）血管壁能够通过扩大其血管直径和降低吻合角度来实现对血液的缓冲，从而有助于减少内皮细胞损伤。2）最大的血管变形发生远端吻合口附近的血管压力最大时刻，心舒期的血管变形可以忽略不计。是否考虑血管变形不改变血管内血流环境的性质。3）总的来说，相比于传统搭桥方式，螺旋搭桥改善了血液血流动力学环境。4)考虑血管变形揭示了当把血管固壁化隐藏的一个事实，螺旋搭桥方式的结构和流动不对称性增加了吻合口足尖处的危险。