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内皮调节对小动脉管腔运动影响的模型分析

力学学报 2017年第1期49卷 182-190页

作者：唐元梁贺缨大连理工大学能源与动力学院大连116024

微循环是血液和组织之间发生物质交换的主要场所,它可以通过改变管径实现对血压、血流量的局部调节.血管内皮层对小动脉运动有重要的调节作用.本文基于连续介质假设,建立了内皮调节过程中主要活性物质在管壁中的扩散-反应动力学模型,并... 详细信息

微循环是血液和组织之间发生物质交换的主要场所,它可以通过改变管径实现对血压、血流量的局部调节.血管内皮层对小动脉运动有重要的调节作用.本文基于连续介质假设,建立了内皮调节过程中主要活性物质在管壁中的扩散-反应动力学模型,并分析了非线性黏弹性血管的径向运动特性.利用该模型首先得到了内皮舒张因子一氧化氮(NO)、平滑肌细胞内钙离子(Ca^(2+))以及磷酸化肌球蛋白(actin-myosin complexes,AMC)在管壁内的的径向浓度分布;为分析内皮调节的动态过程,进一步对小动脉的被动舒张、血流量发生扰动时的管径响应分别进行了模拟.研究结果显示:当没有活性物质参与调节小动脉被动舒张时,管径无振荡发生;当血流量变化引起内皮调节时,内皮舒张因子NO浓度和管径均出现衰减振荡,振荡周期约60 s.分析认为内皮调节对壁面剪切力的反馈控制,可能是NO浓度和管径产生周期性振荡的原因.内皮调节过程呈现的频谱特征可以为血管内皮功能障碍的诊断提供帮助.

关键词：剪切力内皮调节一氧化氮糖尿病微循环

基于大鼠背部视窗显微观测的微血管网的三维重建

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力学学报 2012年第6期44卷 1084-1088页

作者：母立众唐元梁贺缨王进中国科学技术大学合肥230027

微循环是循环系统中最基层的结构和功能单位,它在保持人体正常生理功能中占有突出地位,许多疾病的发生也是从微循环开始.因此,利用脊背视窗技术,并通过体视显微镜观察视窗内的血管结构,进一步对所获血管图像进行一系列图像处理,得到了... 详细信息

微循环是循环系统中最基层的结构和功能单位,它在保持人体正常生理功能中占有突出地位,许多疾病的发生也是从微循环开始.因此,利用脊背视窗技术,并通过体视显微镜观察视窗内的血管结构,进一步对所获血管图像进行一系列图像处理,得到了血管边界和中心线等结构信息.同时,根据血管分叉处相贯线的信息确定分叉血管的连接方式.在网格划分时,采用了改进的超限插值算法,构建了三维血管网的有限元网格模型,实现了对任意分支血管网的三维重建.为微循环的体外实验和数值分析奠定基础.

关键词：微循环背部视窗图像处理超限插值血管重建

加热表面粗糙度对高热流密度沸腾传热影响的多尺度数值模拟

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工程热物理学报 2016年第11期37卷 2397-2408页

作者：潘丰贺缨唐元梁大连理工大学能源与动力学院大连116024

本文以沸腾固气液界面为研究对象,建立了包括孔穴活化、液膜蒸发、气泡生长与脱离、壁面热传导等子过程的耦合模型,以探究固气液界面传热对高热流密度沸腾过程的影响。为了能够分辨微米量级的孔穴,模型中10 mm×10 mm的沸腾表面被划分... 详细信息

本文以沸腾固气液界面为研究对象,建立了包括孔穴活化、液膜蒸发、气泡生长与脱离、壁面热传导等子过程的耦合模型,以探究固气液界面传热对高热流密度沸腾过程的影响。为了能够分辨微米量级的孔穴,模型中10 mm×10 mm的沸腾表面被划分为诸多子区域,每一个子区域中孔穴大小和数量随机分布,当子区域的过热度大于孔穴活化的临界过热度时,一部分孔穴活化生成气泡。进一步结合大液膜蒸发模型获得沸腾传热热流密度,并将其作为边界条件分析加热器热传导特性,从而通过对不同过程的多尺度耦合模拟不同表面粗糙度条件下高热流密度区的核态沸腾曲线,并进一步分析了孔穴数量及分布对加热壁面温度的影响。结果表明:预测所得沸腾曲线与实验结果基本相符,加热表面孔穴数量的增加使沸腾曲线左移,同时,孔穴数目的增多还会使活化点密度对壁面温度波动更为敏感,从而产生交替出现的长短周期。

关键词：核态沸腾加热表面粗糙度汽化核心多尺度模型液膜蒸发

脑动脉Willis环局部低温的体外模型研究

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医用生物力学 2014年第4期29卷 313-319页

作者：陈俊源母立众贺缨唐元梁中国科学技术大学近代力学系合肥230027 大连理工大学能源与动力学院大连116023

目的评价脑动脉低温时Willis环结构对脑组织温度的影响。方法基于患者脑血管CT图像构建脑Willis环体外模型,并通过灌流实验经右侧颈内动脉以30 mL/min的速度注入20℃冷水至中脑动脉,15 min后停止注入,通过27根和1根空间排布的热电偶观... 详细信息

目的评价脑动脉低温时Willis环结构对脑组织温度的影响。方法基于患者脑血管CT图像构建脑Willis环体外模型,并通过灌流实验经右侧颈内动脉以30 mL/min的速度注入20℃冷水至中脑动脉,15 min后停止注入,通过27根和1根空间排布的热电偶观察中脑动脉周围区域以及流体的降温及复温特性,并通过注入染色溶液对冷水影响区域进行可视化。结果由右侧颈内动脉进行低温诱导时,冷水溶液主要影响右侧区域,也有少部分通过前脑交通动脉进入前脑动脉;离冷流体所经过的血管越近的区域在较快获得低温的同时,也会有较快的复温速率;由于受多个分叉血管的影响,垂直于中脑动脉流动方向对称区域的温度分布呈非对称性。结论本文首次运用物理模型对脑动脉低温进行验证,为研究血管结构对脑动脉低温的影响以及设计个性化低温治疗方案提供依据。

关键词：脑动脉低温 Willis环基于影像建模体外模拟温度场

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基于多尺度建模的人体热调节特性计算机模拟

基于多尺度建模的人体热调节特性计算机模拟

作者：唐元梁中国科学技术大学

学位级别：硕士

血流和温度信息是人体健康的重要指标,随着医疗、航空航天等行业的发展,人体基础生理参数的测量、“人-机-环境”三要素下的人体热舒适性已成为重要的研究课题。本文利用有限元方法,考察了指尖皮肤温度波动与微血管运动的相关性。进一... 详细信息

血流和温度信息是人体健康的重要指标,随着医疗、航空航天等行业的发展,人体基础生理参数的测量、“人-机-环境”三要素下的人体热舒适性已成为重要的研究课题。本文利用有限元方法,考察了指尖皮肤温度波动与微血管运动的相关性。进一步在人手模型基础上,建立多节段人体物理模型,耦合一维血流模型、传热模型和热调节模型对人体全身的血流和热调节机制进行了模拟。主要研究内容包括以下两个方面：1.指尖皮肤温度波动与微血管运动相关性的定量评价基于多孔介质有限元模型建立了孔隙度随温度变化的数学关系,分析了冷水刺激对侧手皮肤温度波动与孔隙度变化的关系。结果表明随着组织孔隙度的变化,指尖皮肤温度在冷水刺激时下降,而在冷水刺激结束后逐渐回升。通过小波分析提取内皮调节频段的温度数据,发现温度波动幅值也在冷水刺激时减小,而在冷水刺激后逐步回升,这与实验数据的分析结果是一致的。这有助于利用皮肤温度信息对微血管的运动进行量化,实现对微血管健康的检测。2.多节段人体热特性建模及不同热环境下热调节分析利用椭圆柱构建6节段的三维人体模型,包括头部、躯干与四肢。并根据解剖结构确定不同组织、重要器官的尺寸与位置,从而构建全身六面体有限元网格模型。在耦合全身一维血流动力学模型、改进的生物传热模型基础上,加入了人体热调节的参数模型,该模型可以对皮肤血液灌注、出汗散热和寒颤产热进行量化评价。由此计算了人体在不同环境、不同着装条件下的血流、温度分布和热调节活动变化。研究结果揭示了在不同环境,特别是极端环境条件下人体热调节功能是如何维持核心温度的相对稳定。1℃寒冷环境下,相较于裸体模型,服装热阻为1c1o的着装条件可以使四肢皮肤温度升高约5℃,表明合适的衣着对维持体温,特别是皮肤温度有重要作用。本文提出的耦合模型有助于对血流和体温调节的热调节机理的认识,该模型可以用于对安全驾驶的评估,热病病症的预测等,并能对特殊服饰的设计提供一定的技术支持。

关键词：多尺度人体建模血流动力学有限元分析热调节着装模型小波分析微循环

Finite element analysis of nitric oxide(NO) transport in system of permeable capillary and tissue

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Journal of Hydrodynamics 2018年第4期30卷 722-737页

作者：魏雅洁贺缨唐元梁母立众 School of Energy and Power Engineering Dalian University of Technology

The endothelial dysfunction and the unbalanced secretion of vasoactive substances are the main causes of the macro and micro vascular complications for patients with diabetic mellitus（DM）. This paper investigates the blood flow and the nitric oxide（NO） transport in a permeable capillary by using a finite element method. The computational domain consists of a permeable straight or bifurcated capillary and the surrounding tissue with different endothelial hydraulic permeability. The blood flow in the lumen of a capillary is assumed to be governed by the Stokes equation. The fluid flow in the surrounding tissue is simplified as the Darcy flow. The advection–diffusion reaction equation is employed to investigate the NO distribution in a lumen-tissue model, which is originated from the endothelial cells inside the capillary wall. The characteristic Galerkin method is employed for the discretization of the advection-diffusion reaction equation. The simulated results show that the NO transport is effectively affected by different hydraulic permeabilities due to the changes of the blood velocity. When the hydraulic permeability increases considerably, the NO concentration（[NO]） in the whole domain decreases accordingly. Moreover, the NO concentration increases in the area after the bifurcation of the capillary owing to the convective effect. It is also shown that even if the NO production by the endothelial cells is enhanced, the increase of the convection inside the vessel may reduce the endothelial NO concentration. As a signal transduction molecule, the spatial location with discriminating NO distribution may be useful for determining the position of the microangiopathy in the DM.

关键词： Hydraulic permeability mass transport finite element method wall shear stress Nitric Oxide

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连续血糖监测技术的进展综述

中国医疗设备 2022年第6期37卷 149-152页

作者：唐元梁李桂香谭仲威雷鹏姚立平广东省科学院生物与医学工程研究所医学工程研究室广东广州510000

与传统血糖检测相比,连续血糖监测能够全天候获得人体血糖信息,更加全面了解人体血糖波动情况,从而及时发现隐匿性的高/低血糖症状。本文综述了近年来基于光学与电化学技术原理的连续血糖监测技术的发展情况,分析了连续血糖监测市场主... 详细信息

与传统血糖检测相比,连续血糖监测能够全天候获得人体血糖信息,更加全面了解人体血糖波动情况,从而及时发现隐匿性的高/低血糖症状。本文综述了近年来基于光学与电化学技术原理的连续血糖监测技术的发展情况,分析了连续血糖监测市场主要产品的特点与发展趋势,最后对人工胰腺系统进行了介绍。

关键词：血糖监测人工胰腺连续血糖监测电化学方法

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皮肤微血管调节功能无创检测技术进展

中国医疗设备 2022年第6期37卷 153-157页

作者：唐元梁李桂香姚立平谭仲威雷鹏广东省科学院生物与医学工程研究所医学工程研究室广东广州510000

微血管调节功能障碍常发生于心血管疾病的早期阶段,并且与多种慢性病的发生有密切联系。及时检测微血管调节功能障碍并进行干预和治疗,有助于维护心血管健康、降低多种慢性病的发病率。皮肤是非常适合进行微血管功能检测的器官,目前反... 详细信息

微血管调节功能障碍常发生于心血管疾病的早期阶段,并且与多种慢性病的发生有密切联系。及时检测微血管调节功能障碍并进行干预和治疗,有助于维护心血管健康、降低多种慢性病的发病率。皮肤是非常适合进行微血管功能检测的器官,目前反应性充血测试已在临床得到了广泛的应用。本文综述了常用的反应性充血诱导方式和皮肤血流量监测技术,分析了各反应性测试方案背后的生理机制及皮肤血流量监测技术的特点,对临床专用的几款皮肤微血管功能测试仪器的研发与应用情况进行了介绍,以期通过相关技术进展的梳理,提高相关从业者和普通大众对皮肤微血管功能病变检测的重视程度。

关键词：反应性充血内皮调节皮肤微血管调节功能无创检测

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血管闭合器械研究现状及发展趋势

中国医疗设备 2022年第4期37卷 158-161页

作者：吴飞李桂香陈军黄德群唐元梁顾珩广东省科学院健康医学研究所(国家医疗保健器具工程技术研究中心广东省医用电子仪器及高分子材料制品重点实验室)广东广州510500 广东工业大学机电工程学院广东广州510006

血管闭合一直是制约外科手术发展的瓶颈,市面上的血管闭合器械种类繁杂,各有优势,也各有局限,合理挑选及使用血管闭合器械是外科手术成功的重要因素。本文结合国内外研究进展,根据血管闭合器械的能量方式归纳分类,简要介绍其研究及应用... 详细信息

血管闭合一直是制约外科手术发展的瓶颈,市面上的血管闭合器械种类繁杂,各有优势,也各有局限,合理挑选及使用血管闭合器械是外科手术成功的重要因素。本文结合国内外研究进展,根据血管闭合器械的能量方式归纳分类,简要介绍其研究及应用现状,分析载能类血管闭合器械与非载能类血管闭合器械当前存在的问题及血管闭合器械的未来发展趋势,以期为该类器械的使用和研发提供参考。

关键词：非载能类血管闭合类器械载能类血管闭合类器械多自由度人机工程