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內(nèi)容簡介

　　心腦血管疾病是當(dāng)前導(dǎo)致人類死亡最多的疾病。外科治療和介入治療是心腦血管疾病治療最主要和最有效的方式。在治療過程中需要使用各種植介入器械，包括血管支架、人工心臟瓣膜、心室輔助泵等。計(jì)算機(jī)建模仿真可用于定量評(píng)價(jià)植介入器械治療后的效果，也可以用于手術(shù)規(guī)劃，因此有著非常廣泛的應(yīng)用。本書主要介紹編織型支架、覆膜支架、人工心臟瓣膜、軸流式血泵等器械的計(jì)算機(jī)建模仿真方法以及在器械研發(fā)和手術(shù)規(guī)劃中的應(yīng)用。本書共5章。第1章是基礎(chǔ)知識(shí)簡介，介紹與心腦血管植介入器械建模仿真相關(guān)的各種基礎(chǔ)知識(shí)，包括心腦血管系統(tǒng)最常見的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)建模技術(shù)以及數(shù)值仿真方法。第2章是編織型支架建模仿真與應(yīng)用，介紹常用于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤介入治療的編織型支架的有限元建模和仿真方法，并以此為基礎(chǔ)研究血流導(dǎo)向裝置在治療顱內(nèi)動(dòng)脈瘤時(shí)“推密”手法對(duì)其血液動(dòng)力學(xué)特性的影響等。第3章是覆膜支架建模仿真與應(yīng)用，介紹常用于主動(dòng)脈夾層和主動(dòng)脈瘤介入治療的覆膜支架的有限元建模和仿真方法，并以此為基礎(chǔ)定量研究覆膜支架植入后引起的支架源性破口的生物力學(xué)機(jī)制。第4章是人工心臟瓣膜建模仿真與應(yīng)用，建立基于有限元仿真的虛擬手術(shù)方法和基于浸沒邊界法的心臟瓣膜流固耦合數(shù)值仿真方法，并以此為基礎(chǔ)研究心包膠原纖維排列方向?qū)ψ泽w心瓣對(duì)主動(dòng)脈瓣修復(fù)術(shù)的影響。第5章是心室輔助泵建模仿真與應(yīng)用，介紹通過虛擬手術(shù)將一種軸流血泵植入TCPC的下腔動(dòng)脈，利用計(jì)算流體力學(xué)仿真研究軸流血泵植入后的壓力流量輸出特性以及溶血風(fēng)險(xiǎn)和血栓形成風(fēng)險(xiǎn)。

作者簡介

　　王盛章，復(fù)旦大學(xué)航空航天系/工程與應(yīng)用技術(shù)研究院教授、博士生導(dǎo)師，復(fù)旦大學(xué)生物力學(xué)研究所所長。1999年和2002年分別從復(fù)旦大學(xué)理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)獲得學(xué)士和碩士學(xué)位，2006年從日本北海道大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)獲得博士學(xué)位，并曾在日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所從事博士后研究工作。主要研究方向是心腦血管疾病的生物力學(xué)研究及植介入醫(yī)療器械研發(fā)。曾發(fā)表80多篇期刊論文，刊登在Stroke、AJNR、JVS、JEVT等國際知名期刊。主持4項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、2項(xiàng)上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目。曾參與國內(nèi)首個(gè)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤血流導(dǎo)向裝置Tubridge的開發(fā)?，F(xiàn)任中國醫(yī)師協(xié)會(huì)介入醫(yī)師分會(huì)介入醫(yī)學(xué)工程與生物技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員、中國生物材料學(xué)會(huì)材料生物力學(xué)分會(huì)委員、上海市醫(yī)學(xué)會(huì)數(shù)字醫(yī)學(xué)分會(huì)委員、上海市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)生物力學(xué)專委會(huì)委員兼秘書長。曾出版《力學(xué)與現(xiàn)代生活（第二版）》和《力學(xué)與人類生活》等教材。

圖書目錄

第1章基礎(chǔ)知識(shí)簡介
1.1 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)_1
1.1.1 數(shù)字減影血管造影_1
1.1.2 計(jì)算機(jī)斷層成像_3
1.1.3 磁共振成像_3
1.1.4 超聲成像_7
1.2 計(jì)算機(jī)建模技術(shù)_8
1.2.1 基于醫(yī)學(xué)影像的幾何建模_8
1.2.2 基于CAD的幾何建模_12
1.2.3 計(jì)算模型的網(wǎng)格前處理_19
1.3 數(shù)值仿真方法_22
1.3.1 計(jì)算固體力學(xué)方法_23
1.3.2 計(jì)算流體力學(xué)方法_24
1.3.3 流固耦合仿真方法_27
參考文獻(xiàn)_30
第2章編織型支架建模仿真與應(yīng)用
2.1 背景介紹_31
2.1.1 腦動(dòng)脈瘤病理_31
2.1.2 腦動(dòng)脈瘤手術(shù)治療及臨床問題_32
2.2 模型構(gòu)建與數(shù)值仿真方法_33
2.2.1 血管模型構(gòu)建_33
2.2.2 支架模型構(gòu)建_34
2.2.3 支架材料屬性_38
2.2.4 有限元仿真模型的臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證_38
2.3 有限元仿真_40
2.3.1 支架在患者血管中釋放過程的有限元模擬_40
2.3.2 支架的快速有限元釋放_(tái)43
2.4 血流導(dǎo)向裝置治療腦動(dòng)脈瘤的血液動(dòng)力學(xué)分析_46
2.4.1 動(dòng)脈瘤和載瘤動(dòng)脈的理想化模型_46
2.4.2 理想化血管動(dòng)脈瘤模型中的Tubridge支架植入_47
2.4.3 血流導(dǎo)向裝置植入后的計(jì)算流體力學(xué)仿真_51
2.4.4 Tubridge支架植入血管動(dòng)脈瘤模型的血液動(dòng)力學(xué)分析_53
2.5 總結(jié)與展望_57
參考文獻(xiàn) 59
第3章覆膜支架建模仿真與應(yīng)用
3.1 背景介紹_61
3.1.1 主動(dòng)脈夾層病理_61
3.1.2 主動(dòng)脈夾層手術(shù)治療及臨床問題_62
3.2 模型構(gòu)建與數(shù)值仿真方法_64
3.2.1 主動(dòng)脈夾層幾何模型構(gòu)建_64
3.2.2 支架實(shí)體模型構(gòu)建_65
3.2.3 輸送工具模型構(gòu)建_66
3.2.4 計(jì)算網(wǎng)格劃分_66
3.2.5 材料屬性和邊界條件的設(shè)定_67
3.2.6 有限元仿真_68
3.3 支架植入主動(dòng)脈弓不同位置的研究_69
3.4 不同款型支架比較_71
3.5 徑向支撐力與彈性回直力的比較研究_73
3.5.1 徑向支撐力分析_74
3.5.2 徑向支撐力與彈性回直力的對(duì)比_76
3.6 動(dòng)物試驗(yàn)研究_77
3.6.1 動(dòng)物試驗(yàn)和組織病理學(xué)檢查方案_78
3.6.2 有限元仿真方案_78
3.6.3 試驗(yàn)和仿真結(jié)果對(duì)比分析_80
3.7 總結(jié)與展望_81
參考文獻(xiàn)_82
第4章人工心臟瓣膜建模仿真與應(yīng)用
4.1 背景介紹_84
4.1.1 心臟和心臟瓣膜結(jié)構(gòu)_85
4.1.2 主動(dòng)脈瓣疾病的診斷和治療_85
4.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與數(shù)值仿真方法_90
4.2.1 心臟瓣膜的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)_91
4.2.2 瓣膜和周圍組織材料屬性_91
4.2.3 生物瓣假體的計(jì)算機(jī)仿真_95
4.3 心包纖維排列方向?qū)ψ泽w心包主動(dòng)脈瓣修復(fù)術(shù)的影響_97
4.3.1 個(gè)體化主動(dòng)脈瓣幾何重建_98
4.3.2 主動(dòng)脈瓣流固耦合模型構(gòu)建_102
4.3.3 個(gè)體化主動(dòng)脈瓣流固耦合模型驗(yàn)證_109
4.3.4 瓣膜假體膠原纖維排列方向?qū)ρ簞?dòng)力學(xué)特性的影響_111
4.3.5 瓣葉運(yùn)動(dòng)學(xué)形態(tài)_111
4.4 研究方法和結(jié)果的分析與討論_117
4.5 總結(jié)與展望_120參考文獻(xiàn) 120
第5章心室輔助泵建模仿真與應(yīng)用
5.1 背景介紹_122
5.2 計(jì)算流體力學(xué)仿真方法_123
5.2.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的數(shù)值仿真方法_123
5.2.2 湍流模型_124
5.3 軸流血泵植入全腔靜脈肺動(dòng)脈連接理想模型的數(shù)值仿真研究_125
5.3.1 模型建立_125
5.3.2 網(wǎng)格劃分_126
5.3.3 邊界條件、材料屬性和求解設(shè)置_127
5.3.4 評(píng)估指標(biāo)_128
5.3.5 結(jié)果分析和比較_129
5.3.6 研究結(jié)論_134
5.4 軸流血泵植入患者特異性全腔靜脈肺動(dòng)脈連接模型的單相流仿真研究_135
5.4.1 模型建立_135
5.4.2 網(wǎng)格劃分_136
5.4.3 邊界條件、材料屬性和求解設(shè)置_136
5.4.4 可變轉(zhuǎn)速曲線設(shè)定及其生理意義_137
5.4.5 結(jié)果分析和比較_138
5.4.6研究結(jié)論_146
5.5 軸流血泵植入患者特異性全腔靜脈肺動(dòng)脈連接模型的多相流仿真研究_146
5.5.1 模型建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件和求解設(shè)置_147
5.5.2 材料屬性_147
5.5.3 多相流細(xì)胞破壞模型_148
5.5.4 結(jié)果分析和比較_149
5.5.5 研究結(jié)論_155
5.6 總結(jié)與展望_155
參考文獻(xiàn)_155