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固体力学学报 2011年第2期32卷 119-132页

作者：阎军邓佳东程耿东大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室大连116024

论文采用拓扑优化技术针对由具有均一微结构的多孔陶瓷材料构成的结构,从结构和材料两个方面进行优化设计,在轻量化的同时使得结构具有较高的刚度和特定区域较小的热变形.以机械载荷下的结构柔顺性和热载荷下结构特定区域的热变形为目标... 详细信息

论文采用拓扑优化技术针对由具有均一微结构的多孔陶瓷材料构成的结构,从结构和材料两个方面进行优化设计,在轻量化的同时使得结构具有较高的刚度和特定区域较小的热变形.以机械载荷下的结构柔顺性和热载荷下结构特定区域的热变形为目标,以宏观密度和微观密度为两类独立的设计变量,对两个目标进行归一化处理,建立多目标优化模型.采用体积守恒的Heaviside密度过滤函数获得清晰的最优拓扑构型.在微观层次上采用SIMP惩罚策略,在宏观层次上采用带惩罚的多孔各向异性材料法(PAMP),借助均匀化方法建立两个尺度间的联系.以机械载荷与热载荷作用下的夹层结构为例,给出了不同体积份数下的最优夹层结构及构成此夹层结构的多孔陶瓷微结构的最优构型.数值算例表明,给定材料用量较少时,多孔材料的使用可以使结构特定区域的热变形显著减小,同时保证结构具有一定的刚度.同时算例发现对此双目标优化问题存在一个"最优材料用量".最后讨论了夹层结构上下面板的不同壁厚对优化结果的影响.

关键词：多目标优化多孔陶瓷几何多尺度夹层结构热结构

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基于几何多尺度方向窗的小波图像去噪

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西安电子科技大学学报 2006年第5期33卷 682-686页

作者：李伟杨晓慧石光明焦李成西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071

针对小波变换处理1-D信号十分有效,但处理2-D信号由于具有方向的缺失,不能做到最优逼近的问题,提出了基于几何多尺度方向窗的小波图像去噪方法.该方法利用图像的几何特征,在小波域中按照最小逼近误差的原则,在初始化方向窗内寻找图像几... 详细信息

针对小波变换处理1-D信号十分有效,但处理2-D信号由于具有方向的缺失,不能做到最优逼近的问题,提出了基于几何多尺度方向窗的小波图像去噪方法.该方法利用图像的几何特征,在小波域中按照最小逼近误差的原则,在初始化方向窗内寻找图像几何方向信息,并在峰值信噪比规则下合并不同大小方向窗内的几何方向,最终选择出图像的去噪方向.在获得每个方向窗内去噪方向的基础上,沿去噪方向作2-D向1-D系数投影,进而对产生的1-D信号作小波去噪,重构后即实现了对图像的去噪处理.

关键词：几何多尺度小波变换方向窗

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体外反搏的血流动力学效应及治疗策略优化研究

体外反搏的血流动力学效应及治疗策略优化研究

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作者：许可北京工业大学

学位级别：硕士

体外反搏(Enhanced external counterpulsation,EECP)是一种基于心电信号触发,在舒张期按压人体下肢的无创式辅助循环方法,可用于心脑血管缺血性疾病的治疗。临床观察表明,体外反搏通过显著增加舒张压,增加心脑血管舒张期的血液灌注,改... 详细信息

体外反搏(Enhanced external counterpulsation,EECP)是一种基于心电信号触发,在舒张期按压人体下肢的无创式辅助循环方法,可用于心脑血管缺血性疾病的治疗。临床观察表明,体外反搏通过显著增加舒张压,增加心脑血管舒张期的血液灌注,改善其缺血状况,提供即时的治疗效益,为体外反搏的宏观血流动力学效应。当体外反搏长期作用于人体,以病变部位的血管内皮细胞为靶目标,改善局部血流动力学环境,从而起到治疗效果,为体外反搏的局部血流动力学效应。目前,临床EECP疗效的评价指标大多采用舒张压/收缩压(Q=D/S≥1.2)的宏观指标。然而,局部血流动力学效应才是影响动脉粥样硬化长期发展的重要因素,但心脑血管系统在反搏过程中的局部效应无法被评估,这导致了长期治疗中患者个体间的重大差异,导致体外反搏对于心脑血管疾病患者的远期疗效欠佳。因此,本文基于0D/3D耦合的EECP几何多尺度血流动力学模型,研究了EECP宏观和局部血流动力学效应之间的定量关系,从而建立了冠心病和缺血性脑卒中患者的局部血流动力学效应评价模型,为EECP反搏治疗策略的优化以及EECP远期疗效的改善提供技术手段。另外,目前针对心脑血管不同病变程度的EECP治疗策略和不同反搏频率的疗效尚不清楚,本文定性和定量地探究了EECP对于不同狭窄程度冠状动脉和脑动脉以及不同反搏频率的宏观和局部血流动力学效应。以较优的血流动力学效应作为优化目标,可实现EECP治疗缺血性心脑血管疾病患者的临床治疗策略的优化,具体研究工作如下:1.冠心病和缺血性脑卒中患者的EECP局部血流动力学效应评价模型研究。影响EECP远期疗效的局部血流动力学参数是影响动脉粥样硬化长期发展的重要因素,而其在临床上无法测量。本研究分别建立了两例冠脉和脑动脉0D/3D耦合的几何多尺度血流动力学模型,对于冠脉和脑动脉,研究分别计算了EECP 18组不同反搏模式(不同加压幅值和不同加压时长)的宏观和局部血流动力学效应。基于曲线拟合方法,建立了临床可测的宏观指标和临床不可测的局部指标之间的定量关系,从而建立了冠心病和缺血性脑卒中的局部血流动力学效应评价模型。对于冠心病患者,基于D/S和颈内动脉流量,对于缺血性脑卒中患者,基于平均动脉压和脑血流量,可以实时评估当前反搏模式的局部血流动力学效应。***对不同狭窄程度冠脉和脑动脉的血流动力学效应研究。目前EECP对冠心病和缺血性脑卒中的血流动力学效应尚不清楚,尤其对于不同病变程度冠脉和脑动脉患者缺乏合适的治疗策略。本研究建立了不同狭窄程度冠脉和脑动脉的0D/3D耦合的几何多尺度血流动力学模型,开展了在不同反搏模式下EECP的血流动力学数值模拟,定量计算了冠脉和脑动脉各血流动力学指标。统计并分析各指标结果,本文提出了不同狭窄程度冠脉和脑动脉的优化治疗策略。结果表明:以反搏过程中脑血管内壁的壁面切应力(Wall shear stress,WSS)为优化目标,随着脑动脉狭窄程度增加,应适当延长加压时长,从而实现反搏治疗效果的优化。而对于冠心病患者,以反搏过程中心血管内壁的WSS为优化目标,随着冠脉狭窄程度增加,应适当增加反搏压力幅值,从而实现反搏治疗效果的优化。3.不同EECP频率对于冠脉和脑动脉的血流动力学效应研究。目前临床中的EECP设备普遍使用的工作模式为每个心动周期对人体施加一次反搏。然而,对于冠心病和缺血性脑卒中,不同EECP频率的血流动力学效应尚不清楚。本研究基于0D/3D耦合的几何多尺度血流动力学模型,分别模拟了不同反搏频率(包括单心动周期、双周期和三周期施加一次反搏)下冠脉和脑动脉的宏观和局部血流动力学效应。结果表明:对于脑动脉,双周期加反搏和三周期加反搏的血流动力学效应优于单周期加压模式。对于冠脉,单周期反搏和三周期加反搏的血流动力学效应接近,且劣于双周期模式。因此,对于缺血性脑卒中患者的EECP治疗,可尝试使用双周期加反搏和三周期加反搏的加压模式来改善治疗效果。对于冠心病患者的EECP治疗,可尝试使用双周期加反搏的加压模式改善治疗效果。综上,本文定性和定量地研究了EECP不同反搏模式对冠脉和脑动脉宏观和局部血流动力学效应,分别建立了冠心病和缺血性脑卒中的EECP局部血流动力学效应评价模型。基于宏观指标,该评价模型可以实时地评估当前反搏模式的局部血流动力学效应,进而预估体外反搏可能的远期疗效。此外,本文研究了EECP对不同狭窄程度冠脉和脑动脉的血流动力学效应。针对不同狭窄程度冠脉和脑动脉,提出了优化反搏治疗策略。最后,本文研究了不同EECP频率下冠脉和脑动脉的血流动力学效应,发现多周期加反搏的血流动力学效应优于单周期加反搏模式,可用多周期反搏模式来改善反搏治疗效果。本文以WSS 4-7 Pa为优化目标,通过优化反搏模式可以改善EECP对冠脉和脑动脉

关键词：体外反搏血流动力学几何多尺度评价模型治疗策略

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冠脉狭窄长度及左主干分叉类型对病变严重程度影响的血流动力学研究

冠脉狭窄长度及左主干分叉类型对病变严重程度影响的血流动力学研...

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作者：张慧霞北京工业大学

学位级别：硕士

冠心病治疗方式的选择依赖于冠状动脉病变的严重程度,目前常用冠脉狭窄率对冠心病严重程度进行评价,但是在解剖学上,冠状动脉的狭窄率与其造成心肌缺血间并无绝对相关性,因此冠脉病变的严重程度是受多种因素影响的。本文利用几何多尺度... 详细信息

冠心病治疗方式的选择依赖于冠状动脉病变的严重程度,目前常用冠脉狭窄率对冠心病严重程度进行评价,但是在解剖学上,冠状动脉的狭窄率与其造成心肌缺血间并无绝对相关性,因此冠脉病变的严重程度是受多种因素影响的。本文利用几何多尺度仿真计算的方法探究了狭窄长度以及分叉类型对冠心病严重程度的血流动力学影响。研究内容如下:1、狭窄长度对冠脉病变严重程度的血流动力学影响。在病人的冠脉模型前降支上建立狭窄率为50%的长度分别为3mm,5mm,10mm,15mm,20mm,25mm六种不同三维模型,然后将三维模型耦合个性化的集中参数模型进行有限元数值计算。提取流量、壁面切应力、壁面切应力振荡指数3种血流动力学参数,从这3个参数对比分析病变的严重程度。2、狭窄长度病变行冠脉搭桥术后血流动力学研究。在病人的冠脉模型前降支上建立狭窄率为50%的长度分别为3mm,5mm,10mm,15mm,20mm,25mm六种行左乳内动脉搭桥术的不同三维模型,然后将三维模型耦合个性化的集中参数模型进行有限元数值计算。提取流量、壁面切应力、壁面切应力振荡指数3种血流动力学参数,从这3个参数对比分析不同狭窄长度冠脉搭桥术后桥血管的血流动力学环境。3、不同分叉类型对冠脉病变严重程度的血流动力学影响。在病人模型的左主干、前降支、回旋支分叉处做狭窄率为80%的七种不同的分叉三维模型,然后将三维模型耦合个性化的集中参数模型进行有限元数值计算。提取流量、壁面切应力和壁面切应力振荡指数3个血流动力学参数,从这3方面对比分叉类型对冠脉病变严重程度的影响。对于狭窄长度的研究结果显示,总灌注量随着狭窄长度的增加会有略微的减小,整体的变化不大,最大的变化量大约9ml/min,最大变化率是3.85%,15mm后保持不变,狭窄区域的平均壁面切应力随狭窄长度增加而增加,平均壁面切应力振荡指数随狭窄的增加而减小;当行冠状动脉搭桥术后,狭窄长度从3mm增加到15mm,竞争流不断减小,且变化明显,最大变化量为23.56ml/min,最大变化率为60.83%,但是当狭窄长度到达15mm后,竞争流不再发生变化,桥血管壁面切应力越来越大,壁面切应力振荡指数越来越小;对于分叉病变的研究结果显示,从总灌注量来看,7种病变之间差距很大。分支(回旋支)存在狭窄病变类型的灌注量小于分支不存在狭窄的,与SYNTAX评分结果吻合,但壁面切应力和壁面切应力振荡指数并无规律。结论如下:狭窄长度的增加对心肌缺血的影响相对较小,但是当行冠脉搭桥术后,随着狭窄长度的增加,由于竞争流的存在,桥血管的远期通透性会增加,从治疗方式来看,狭窄越长,更适宜选择冠脉搭桥术。分支存在狭窄的左主干分叉病变比分支不存在狭窄的病变,总灌注量更小,心肌缺血程度更严重。本文通过对冠脉病变长度以及左主干分叉类型对冠脉病变严重程度的血流动力学研究,为临床上对中等狭窄率病变的治疗以及分叉病变的严重程度判断提供了血流动力学的理论依据,为治疗方式的选择提供建议。

关键词：狭窄长度分叉病变几何多尺度 SYNTAX评分系统

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竞争流对左乳内动脉搭桥移植管的血流动力学的影响研究

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作者：李兰兰北京工业大学

学位级别：硕士

冠状动脉搭桥手术治疗冠心病患者时,如果采用动脉移植管搭桥,常伴随有竞争流,即靶血管病变部位通过的血流会对移植管的血流产生竞争影响。国内外的相关研究发现,竞争流会使动脉移植管中出现不利的血流动力学环境,如低壁面切应力,或高振... 详细信息

冠状动脉搭桥手术治疗冠心病患者时,如果采用动脉移植管搭桥,常伴随有竞争流,即靶血管病变部位通过的血流会对移植管的血流产生竞争影响。国内外的相关研究发现,竞争流会使动脉移植管中出现不利的血流动力学环境,如低壁面切应力,或高振荡剪切指数等,会引起血管内膜增生,使移植管出现“线性征”或闭塞,从而降低动脉移植管远期通透性。目前,临床医生在使用动脉移植管行搭桥手术时,主要依据临床经验判断竞争流强度,并依此预测手术的有效性和移植管的远期通透性,缺乏竞争流对移植管血流动力学影响的定量评价,进而影响移植管远期通透性评估的准确性。探索影响竞争流强度的因素,预测竞争流对动脉移植管血流动力学的影响,可以为术后移植管通透性的评价提供血流动力学理论依据。本论文应用血流动力学几何多尺度数值模拟方法,分析不同程度竞争流对左乳内动脉移植管血流动力学的影响,并从血流动力学的角度预测移植管的通透性。主要研究内容包括五方面:第一,建立了左乳内动脉搭桥术的血流动力学几何多尺度数值模拟方法;第二,分析了冠状动脉在七种不同狭窄程度(25%、40%、50%、60%、75%、90%、100%狭窄)时竞争流对左乳内动脉的血流动力学影响;第三,分析冠状动脉在两种不同后负荷(1倍和1.2倍后负荷)时竞争流对左乳内动脉血流动力学的影响;第四,分析了竞争流引起移植管出现“线性征”的血流动力学原因;第五,结合血流动力学研究建立移植管通透性评估方法。研究结果表明:竞争流随着狭窄程度增加而减小,当狭窄率低于50%时,左乳内动脉中会出现高OSI区域,且WSS低于动脉血管受力的正常范围,这些不利的血流动力学环境会降低左乳内动脉远期通透性,但主要影响因素为高OSI;当相同狭窄程度下,冠状动脉后负荷增加,左乳内动脉中舒张期血流量降低,收缩期流量变化较小,导致竞争流强度增加;中度狭窄时竞争流会导致动脉移植管出现高OSI区域,术后远期可能产生“线性征”。本论文采用血流动力学几何多尺度数值模拟的方法,利用心血管系统集中参数模型为三维模型提供更加生理真实的边界条件,所获得的血流动力学参数值具有良好的可信度。不同狭窄程度和不同后负荷条件下的竞争流及其对移植管血流动力学的影响,为移植管远期通透评价提供了定量的血流动力学理论依据;从血流动力学的角度,建立的左乳内动脉移植管通透性的评价方法,具有潜在的临床应用价值。

关键词：竞争流左乳内动脉几何多尺度血流动力学远期通透性

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