糖尿病脉搏信号分析及脉搏波流固耦合数值模拟

作     者：李本森 

作者单位：宁波大学 

学位级别：硕士

导师姓名：缪馥星

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0711[理学-系统科学] 1002[医学-临床医学] 080103[工学-流体力学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 10[医学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：脉搏波 脉搏信号分析 流固耦合 弯曲血管 有限元分析 

摘      要：脉搏波蕴含着丰富的人体生理和病理信息,对脉搏波进行研究,不仅有利于疾病的诊断,还有助于对患者疾病进行治疗。近年来,对脉搏波的研究愈发受到各专业专家学者的重视。本文应用脉象诊测信息采集系统,对健康志愿者以及糖尿病志愿者寸、关、尺三个部位的脉搏信号进行采集。在时域范围内,对比研究了男性糖尿病志愿者与女性糖尿病志愿者等压脉冲传输时间与年龄之间的相关程度。与健康人体对比,发现糖尿病会导致等压脉冲传输时间与年龄相关程度降低。对糖尿病志愿者与健康志愿者进行频域分析,发现糖尿病志愿者与健康人体在功率谱密度的分布范围以及峰值个数具有很大差别。对比研究了糖尿病志愿者与健康人体的高次谐波偏差,可以将高次谐波偏差作为区分糖尿病志愿者与健康志愿者的一个特征参数。血液的材料参数会影响血液中脉搏波的传播,而血液中的参数较为复杂。血液材料参数对于脉搏波传播的影响是需要进一步研究的方向。利用多物理场有限元仿真软件,创建了血液在曲管中传播的流固耦合模型。研究了在曲管模型中,在计及血液可压缩性的情况下,血液粘性对于曲管中脉搏波传播的影响;在计及血液粘性的情况下,血液的可压缩性对于曲管中脉搏波传播的影响。对比发现与血液可压缩性相比,血液粘性对曲管中的脉搏波传播的影响更大。在曲管模型中,血液的粘性系数越大,其压力波峰值衰减越大。在考虑血液可压缩的情况下,不同血液压缩系数的压力波和轴向速度波峰值基本重合。血液的粘性和可压缩性均会让血液在传播中产生更多的能量损耗,使得压力波峰值和轴向速度波峰值产生衰减。血管的弯曲和分叉会影响血液的传播,建立了不同角度的弯曲血管模型,在计及血液可压缩性、血液粘性情况下,对比了不同曲管弯曲角度内脉搏波传播特性。研究发现,曲管弯曲角度越大,其压力波峰值越大。曲管会阻碍血液的流动,曲管弯曲角度越大,压力波的峰值衰减越小。曲管弯曲角度越大,脉搏波波速越大。并建立了对称分叉弯曲模型,探究在分叉与弯曲共同作用下,脉搏波的传播特性。