心室卸载对心室内血流与心室壁应力特性影响研究

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1、中文图书分类号：R318密级：公开UDC：620学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：心室卸载对心室内血流与心室壁应力特性影响研究论文作者：谷凯云学科：生物医学工程指导教师：曾毅院士、常宇教授论文提交日期:2017年5月UDC：620学校代码：10005中文图书分类号：R318学号：B201315003密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：心室卸载对心室内血流与心室壁应力特性影响研究英文题目：THEEFFECTOFVENTRICULARUNLOADIN

2、GONLEFTVENTRICULARBLOODFLOWANDVENTRICULARWALLSTRESS论文作者：谷凯云学科专业：生物医学工程研究方向：生物力学与生物电子学申请学位：工学博士指导教师：曾毅院士、常宇教授所在单位：生命科学与生物工程学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学ADissertationSubmittedtotheAcademicCommitteeofBeijingUniversityofTechnologyTheEffectofVentricularUnloadi

3、ngonLeftVentricularBloodFlowandVentricularWallStressInCandidacyofPhilosophyDoctorinBiomedicalEngineeringByKaiyunGuUnderthesupervisionofProfessorYiZengandYuChangCollegeofLifeScienceandBioengineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China.May,2

4、017独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：谷凯云日期：2017年05月26日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可

5、以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：谷凯云日期：2017年05月26日导师签名：曾毅日期：2017年05月26日摘要摘要在心衰治疗中心室辅助已经超过心脏移植的手术量，成为心力衰竭的重要临床治疗手段。临床实践中心室辅助可以促进心脏功能恢复，但这种恢复发生率低、治疗效果不稳定。造成该现象的因素很多，其中心室卸载效果是重要因素，并引起了科学家们的密切关注。为阐明心室卸载治疗效果进而引起心功能恢复的机理，本论文从心室卸载对心室血流动力学

6、和左室壁应力特性改变的规律展开研究，并探索心室卸载与药物共同作用后对血流动力学影响的规律。本论文主要研究内容分为三部分。第一，心室卸载对心室血流动力学影响的集中参数研究。本论文将心肌细胞离子浓度结合集中参数方法运用到心室卸载的研究中，建立心室卸载集中参数模型，进而研究心室卸载水平、辅助相位和卸载模式对心室血流动力学参数的影响规律。心室卸载集中参数模型包含多尺度心血管系统模型和心室辅助泵模型，其中多尺度心血管系统模型是基于心肌细胞内钙离子浓度和横桥动态交联模型计算心肌收缩力从而描述心室腔内压力变化。研究

7、发现心室卸载水平与心肌收缩力、左心室压、左心室容积和左心室做功呈负相关关系，而与右心室负荷呈正相关，这刚好解释临床心室卸载增加右心衰风险的现象。0°相位差（又称同步辅助）时左心室做功最小，实现了最大限度的左心室卸载，且维持动脉压搏动性，此时右心室负荷影响最小。第二，心室内血流与心室壁应力特性流固耦合数值研究。首先，依据患者CT数据建立左心室几何模型。其次，采用线弹性时变杨氏模量来反映心室壁弹性特征，对比心衰、卸载水平（部分辅助与全辅助）和搏动辅助（同步辅助与反搏辅助）后心室血流分布的变化规律。在此基础

8、上，建立左心室超弹性本构与各项异性有限元模型，研究心室卸载心室内血流与心室壁应力特性的规律。研究发现心室卸载后心室内涡的形成时间（心衰vs部分辅助，0.1vs0.25s；心衰vs同步辅助，0.1vs0.348s）增加，高壁面切应力面积和高剪切震荡面积发生改变（心22衰vs恒速vs同步辅助，31.8vs37.3vs22.2cm；9.9vs9.6vs9.2cm），部分辅助与同步辅助对心室内涡与心尖处血液停滞改善效果优于其它。心室卸载后心室壁高应力区缩小，其中