【摘 要】
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血管置换术是动脉瘤、动脉损伤等疾病的常用治疗方法。目前大口径人工血管（＞6mm）已成功应用于临床,而小口径人工血管（≤6mm）移植后易发生血栓、内膜增生（Intimal Hyperplasia,IH）,存在血管再狭窄和远期通畅率低等问题仍未得到很好的解决。对IH而言,其形成的主要生物力学因素来源于人工血管与宿主血管顺应性不匹配所导致的血流动力学异常。目前对人工血管与宿主血管顺应性不匹配问题的研究仍
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血管置换术是动脉瘤、动脉损伤等疾病的常用治疗方法。目前大口径人工血管（＞6mm）已成功应用于临床,而小口径人工血管（≤6mm）移植后易发生血栓、内膜增生（Intimal Hyperplasia,IH）,存在血管再狭窄和远期通畅率低等问题仍未得到很好的解决。对IH而言,其形成的主要生物力学因素来源于人工血管与宿主血管顺应性不匹配所导致的血流动力学异常。目前对人工血管与宿主血管顺应性不匹配问题的研究仍然十分有限,尤其是顺应性不匹配程度对血流动力学的具体影响方面。鉴于此,本文构建了三种顺应性不匹配程度（人工血管顺应性低于、近似于、高于宿主血管顺应性）的端-端吻合血管模型,通过有限元法对血流和血管的相互作用进行了数值模拟,研究了人工血管与宿主血管顺应性不匹配程度对血管径向扩张位移、血流流态、壁面剪切应力（Wall Shear Stress,WSS）、振荡剪切指数（Oscillatory Shear Index,OSI）等的影响,并探究了螺旋型人工血管在降低顺应性不匹配所带来的不利影响方面的有益作用。主要内容包括以下几个方面。（1）数值模拟方法的有效性验证。通过浸涂法制备了一种PLCL人工血管,并自主设计、搭建了一套人工血管顺应性测试系统,通过该系统测试了两个人工血管样品的顺应性值。根据人工血管样品的几何及材料参数,在不同网格划分方案下对脉动流体在人工血管内的流动进行了数值模拟,并基于数值模拟结果计算了人工血管的顺应性值。顺应性值的测试结果与模拟结果的对比表明,当有限元网格数量为673928个单元时,网格数量的增加对模拟结果的影响变得有限,此时两个人工血管顺应性模拟值与测试值的误差分别为4.772%、4.546%。（2）构建了平直型人工血管与宿主血管三种顺应性不匹配程度的端-端吻合血管模型,采用两步模拟法模拟了流体与血管的流-固耦合作用。即首先进行流-固单向耦合模拟,研究在流体作用下固体血管的径向扩张变形,然后再对变形血管进行几何形状重构,模拟流体在变形后血管中的流动,研究血管径向扩张变形对流体流动的影响。研究结果表明,当人工血管顺应性低于宿主血管时,人工血管的径向位移小于宿主血管,二者相差0.281mm,且在远端吻合口宿主一侧出现了涡流及较低的TAWSS（9.261e-5Pa）和较高的OSI（0.497）,这些都有利于促进IH形成;当人工血管顺应性近似于宿主血管（仍然低于宿主血管）时,其径向扩张位移差异也较小,差值为0.183mm,在远端吻合口未出现涡流等异常紊乱情况,TAWSS提高到0.024Pa。当人工血管顺应性大于宿主血管时,人工血管的径向位移大于宿主血管,二者相差0.485mm,此时远端吻合口未出现流动紊乱,但在近端吻合口人工血管一侧形成了涡流,也造成了低TAWSS（6.007e-4Pa）和高OSI（0.480）。（3）受人体内旋动流的启发,构建了螺旋型小口径人工血管与宿主血管的端-端吻合血管模型,同样采用两步模拟法进行了数值模拟,并与平直型血管模型的模拟结果进行了对比。在平直型血管模型中,远端吻合口处形成低速回流区,导致该区域出现较低的壁面剪切应力（最小值为2.1e-4Pa,平均值为0.017Pa）及较高的OSI（最大值为0.496,平均值0.286）;而螺旋型人工血管诱导入口处的层流形成了旋动流,受其影响,螺旋型血管模型远端吻合口处没有形成漩涡等流体紊乱情况,TAWSS的最小值与平均值均比平直型血管模型有了明显的提高,分别为0.01Pa、0.215Pa;而OSI值比平直型血管模型有了明显的降低（最大值为0.250,平均值0.081）,这对抑制IH的形成是有利的。研究阐明了人工血管与宿主血管顺应性不匹配程度对血流动力学的不同影响,有利于人工血管设计者了解和把握顺应性值的设计目标,综合考虑材料、结构、制备方法等多方面因素进行人工血管的设计与制备,具有较强的理论意义和参考价值。同时,螺旋型人工血管的探究结果为小口径人工血管的设计与制备提供了新的思路。
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