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三维脑动脉瘤血流动力学的格子Boltzmann模拟与分析

作　者: 赵海龙
导　师: 施保昌
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算数学
关键词: 格子Boltzmann方法三维脑动脉瘤血流动力学支架非牛顿效应
分类号: R739.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

脑动脉瘤是一种广泛存在的脑血管疾病，由于其破裂后具有较高的致死率和致残率，因此具有较高的危险性。目前，支架置入术被视为一种较有前景的脑动脉瘤介入治疗方法。血流动力学机制被普遍认为是影响动脉瘤的发生、生长及破裂的主要因素之一，因此国内外诸多学者通过研究动脉瘤内血流动力学特征来探索动脉瘤的病理机制及治疗机理。另一方面，作为一种新兴的流场模拟方法，格子Boltzmann方法（LBM）具有编程简单、天然并行性、易于处理复杂边界等优点，因而成为模拟复杂流动的有力工具。本文我们利用LBM的天然并行性优势，通过CUDA平台实现三维脑动脉瘤模拟仿真的并行化。本文利用D3Q19模型对三维的直血管和弯曲血管脑动脉瘤的血流动力学进行并行化模拟,探讨非牛顿效应对血流动力学的影响。首先，对比支架置入前后的动脉瘤内的血流变化，观察牛顿模型和非牛顿模型的差异，证实了支架置入后动脉瘤内流动速度明显减弱，涡运动明显被削弱；同时发现了非牛顿效应有削弱瘤内血液流动，减弱运动的作用。其次，讨论了非牛顿效应对速度和壁面切应力的影响，发现了非牛顿效应可以有效地避免高估最大壁面WSS，也可以避免过高的估计支架对动脉瘤的WSS的削弱作用。另外，还探究了几何形状对动脉瘤内血液流动的影响。脑动脉瘤直径和颈口宽度是影响血流动力的学的重要因素。脑动脉瘤直径-颈口长宽比越大，血流对脑动脉瘤壁面的冲击和压力都越小。颈口宽度对壁面的最大WSS影响作用更加明显。本文的数值分析结果可以为脑动脉瘤的临床治疗提供一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
1. 绪论  7-13
  1.1 脑动脉瘤简介  7-8
  1.2 格子 BOLTZMANN 方法介绍  8-10
  1.3 研究现状和意义  10-12
  1.4 文章研究内容  12-13
2. 非牛顿的格子 BOLZMANN 方法  13-22
  2.1 LBGK 模型  14-15
  2.2 血液的非牛顿模型  15-17
  2.3 边界处理  17-20
  2.4 模型验证  20-22
3. 直血管动脉瘤问题研究  22-34
  3.1 非牛顿效应对动脉瘤血流动力学的影响  22-29
  3.2 动脉瘤几何因素对血流动力学的分析  29-34
4. 弯曲血管动脉瘤问题研究  34-45
  4.1 非牛顿效应对弯曲血管动脉瘤血流动力学影响  34-40
  4.2 动脉瘤几何形态对血流动力学的影响  40-45
5. 总结与展望  45-46
致谢  46-47
参考文献  47-50

三维脑动脉瘤血流动力学的格子Boltzmann模拟与分析

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