CFD模拟静脉血管的血栓生长过程

背景：

在尸检的文献报告中，深静脉血栓(DVT)的发生率为35%-52%[1]；当前关于深静脉血栓达成普遍共识的三大发病原因：血管损伤, 血流变缓，以及血液异常。正常静脉内皮具有抗凝的功能，然而在外部破坏或内部过高的剪切作用下，内皮细胞功能有可能发生紊乱，血小板受到凝血因子的刺激大量活化，活化的血小板在受损部位出现聚集并产生血小板凝块，随后血小板微丝和肌球蛋白的收缩使血凝块固化。

模型：

血栓的形成可以看成一种异常的止血过程，是由活化的血小板过度沉积所导致，其中血液流动特性的改变是影响血栓形成的重要因素。CFD(计算流体力学）可通过离散并求解流动控制方程精确得到血流压力、速度、流量、温度、剪切率等血流动力学特性；并引入化学反应标量输运方程来模化血栓的反应和生长过程。基于开源流体力学软件OpenFOAM开发的血栓模型包含10种化学组分[2,3]，反应路径如图1所示。

图片1.png

图1.血栓化学反应路径示意图

案例分析：

假设直径均为0.6mm的直管和弯管的不同位置内皮功能发生紊乱，导致血栓沉积并逐步向外生长，其中直管（A）内皮功能紊乱发生在轴向3/5的位置，弯管(B)内皮功能紊乱发生在流动分离区,如图2所示。


图片5.png

（A）



图片2.png

(B)

图2. 直管（A），弯管（B）的原始模型

两种血管的入口血流速度均为0.02m/s, 内皮细胞紊乱区域也采用相同的边界条件相同，模拟血栓生长的过程以及对血管内部流场的影响。结果如图3所示，可以看到在相同的计算时间内，直管血栓由于血流的剪切和冲刷作用较强，血栓较为光滑，且血栓的大小低于弯管中的结果；由于血栓的生长侵蚀了血液的流通区域，导致弯管血栓后面出现了明显的再循环区。


图片3.png

（A）

图片4.png

(B)

图3直管(A)，弯管(B)的血栓计算结果

参考文献

1. Lindblad B , Sternby N H, Bergqvist D. Incidence of venous thromboembolism verified by necropsy over 30 years.[J]. Bmj, 1991, 302(6778):709-711.

2. Wu W T, Jamiolkowski M A, Wagner W R, et al. Multi-Constituent Simulation of Thrombus Deposition[J]. Scientific Reports, 2016, 7:42720.

3. Wu W T, Yang F, Wu J, et al. High fidelity computational simulation of thrombus formation in Thoratec HeartMate II continuous flow ventricular assist device[J]. Scientific Reports, 2016, 6:38025.