基于多组分非牛顿流体模型的血流特性模拟

摘要

可视化人体内血液流动特性对精准诊断心血管疾病、解析病理机制及优化治疗方案至关重要.然而，传统医疗手段难以直接观测血液流动状态，且对血液成分耦合效应的量化评估不足.为此，本文提出一种基于多组分非牛顿流体模型的血流特性模拟方法.首先，基于Walburn–Schneck模型描述非牛顿流体表观黏度；其次，通过引入体积分数，将Walburn–Schneck黏度模型拓展至多组分应用场景，准确模拟了不同组分间的交互作用机制，实现了多组分非牛顿流体延展和流动效果的准确模拟；最后，构建血管壁处固–液作用力模型，采用改进的光滑粒子流体动力学方法对壁面剪应力和黏附力进行建模，修正了壁面附近粒子截断对流固边界附近流体模拟的计算误差.实验结果表明，本文方法可有效捕捉非牛顿流体剪切速率的依赖特性及多组分流体的混合扩散行为，较传统模型能更真实地还原复杂血管结构中的血液流动状态.研究成果为数智化诊疗提供了新的技术路径，有望辅助深化理解血流动力学异常相关的病理机制.

关键词

医学可视化 / 计算机辅助诊断 / 流体动力学 / 心血管疾病 / 血流特性模拟

基金资助

海南省重点研发计划资助项目（ZDYF2024GXJS032）; 广东省基础与应用基础研究基金自然科学基金青年提升资助项目（2023A1515030177）; 国家资助博士后研究人员计划资助项目（GZC20250945）; 中央高校基本科研业务专项资金青年教师国际交流成才计划项目（QNXM20250018）; 国家自然科学基金资助项目（U22A2022）