紅細(xì)胞在毛細(xì)血管中的流動(dòng)形態(tài)分析與仿真.pdf

1、研究紅細(xì)胞在微循環(huán)中的運(yùn)動(dòng)具有十分重要的意義，一方面循環(huán)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著人體中物質(zhì)與能量的運(yùn)輸，是維持生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，而微循環(huán)系統(tǒng)作為與各組織直接接觸的系統(tǒng)，更是與相關(guān)組織器官的正常功能息息相關(guān)。另一方面很多疾病都會(huì)對(duì)微循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這些疾病或是由于微循環(huán)障礙引起，或是其它病變引起，所以微循環(huán)檢測(cè)可以作為疾病診斷的重要依據(jù)。因此，分析毛細(xì)血管中紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)特征及其變形機(jī)理可以為揭示相關(guān)的生理反應(yīng)提供有價(jià)值的信息。
　　微循環(huán)研究通常

2、采用的研究方法有三種，分別是理論模型法、觀察實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值分析法。早期流體領(lǐng)域的研究主要采用理論模型法，隨著實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)觀察法大大擴(kuò)展了人們對(duì)流體現(xiàn)象的認(rèn)知，但是流體現(xiàn)象是復(fù)雜多變的，研究方法亟需改進(jìn)，計(jì)算流體力學(xué)的進(jìn)步使研究者對(duì)真實(shí)流體現(xiàn)象的數(shù)值模擬不斷實(shí)現(xiàn)，成為現(xiàn)在的主流研究方法，亦是本文采用的方法。數(shù)字仿真能夠很好的模擬各種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，但是不同的算法對(duì)不同的問(wèn)題的效果不同，本文針對(duì)微循環(huán)流體力學(xué)的特性采用了ALE方法和Leve

3、l Set方法。紅細(xì)胞在通過(guò)細(xì)小的毛細(xì)血管時(shí)往往會(huì)發(fā)生較大的形變，在數(shù)值仿真中這一點(diǎn)非常重要，直接影響仿真結(jié)果的精確性，ALE方法在處理這類網(wǎng)格變形過(guò)程問(wèn)題中有明顯的優(yōu)勢(shì)，并在其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Level Set方法的引入是為了處理運(yùn)動(dòng)邊界的移動(dòng)問(wèn)題，為了更好的追蹤運(yùn)動(dòng)界面，具有強(qiáng)大的拓?fù)涿枋隽Γ胰菀讓?shí)現(xiàn)。
　　數(shù)字仿真方法需要建立研究對(duì)象的模型，對(duì)本研究而言，即血管模型，描述血管的尺寸與形狀;流場(chǎng)模型，描述血管內(nèi)流場(chǎng)的狀

4、態(tài);紅細(xì)胞模型，紅細(xì)胞的形狀與膜的特性。然后劃分計(jì)算網(wǎng)格，設(shè)置相應(yīng)的屬性和條件，最后進(jìn)行計(jì)算求解。微循環(huán)流體力學(xué)環(huán)境復(fù)雜，影響因素眾多，本研究主要分析了不同毛細(xì)數(shù)Ca下紅細(xì)胞的形變，以及毛細(xì)數(shù)Ca與粘度比λ對(duì)紅細(xì)胞徑向遷移的影響。結(jié)果表明，當(dāng)毛細(xì)數(shù)增加時(shí)，細(xì)胞的形變?cè)絹?lái)越趨向于X軸對(duì)齊。細(xì)胞的遷移運(yùn)動(dòng)隨著細(xì)胞向?qū)Ч苤行木€的接近而減小，當(dāng)毛細(xì)數(shù)較大時(shí)細(xì)胞呈現(xiàn)非對(duì)稱的形狀，細(xì)胞的變態(tài)改變只在最初的瞬變期間有較大變化，隨后進(jìn)入一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，