基于有限元分析：旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄者Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的影響探究一、引言1.1研究背景與意義頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄是一種常見(jiàn)的血管疾病，主要由動(dòng)脈粥樣硬化引起，可導(dǎo)致頸動(dòng)脈血流受阻，腦部供血不足。高血壓、高血脂、糖尿病、吸煙等是其主要危險(xiǎn)因素。當(dāng)頸內(nèi)動(dòng)脈出現(xiàn)狹窄時(shí)，會(huì)打破Willis環(huán)內(nèi)原本穩(wěn)定的血流狀態(tài)。Willis環(huán)作為大腦重要的側(cè)支循環(huán)結(jié)構(gòu)，前交通動(dòng)脈（AcoA）與后交通動(dòng)脈（PcoA）將左右兩側(cè)的頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)與基底動(dòng)脈系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄時(shí)，Willis環(huán)可發(fā)揮補(bǔ)充性供血的作用，減少腦缺血的風(fēng)險(xiǎn)。然而，一旦狹窄程度超過(guò)Willis環(huán)的代償能力，就可能引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果，如短暫性腦缺血發(fā)作（TIA）、缺血性腦卒中，嚴(yán)重威脅患者的生命健康和生活質(zhì)量。在臨床治療中，旋轉(zhuǎn)手法作為一種常見(jiàn)的治療手段，被廣泛應(yīng)用于頸椎病、落枕及肌肉勞損等頸部相關(guān)疾病的治療。它通過(guò)對(duì)頸椎的特定操作，來(lái)調(diào)整頸椎關(guān)節(jié)的位置和活動(dòng)度，以達(dá)到緩解疼痛、改善頸部功能的目的。但是，臨床實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)手法在治療過(guò)程中存在一定風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明，頸部按摩或推拿可能會(huì)導(dǎo)致頸動(dòng)脈夾層，進(jìn)而引發(fā)腦梗死。這可能是由于機(jī)械作用導(dǎo)致椎動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈內(nèi)膜損傷，影響了血流動(dòng)力學(xué)。對(duì)于頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的患者，旋轉(zhuǎn)手法可能會(huì)對(duì)其Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生更為復(fù)雜的影響，進(jìn)一步增加了治療的風(fēng)險(xiǎn)。有限元分析作為一種強(qiáng)大的數(shù)值模擬技術(shù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。它能夠?qū)?fù)雜的生物力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，深入研究Willis環(huán)在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄情況下的血流動(dòng)力學(xué)變化，以及旋轉(zhuǎn)手法對(duì)其產(chǎn)生的影響。這種方法可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的不足，提供更詳細(xì)、全面的血流動(dòng)力學(xué)信息，包括血流速度、壓力分布、壁面切應(yīng)力等參數(shù)的變化情況。這些信息對(duì)于深入理解疾病的發(fā)病機(jī)制、評(píng)估治療方法的安全性和有效性具有重要意義。本研究通過(guò)有限元分析，旨在揭示旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的影響，為臨床治療提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。具體來(lái)說(shuō)，一方面，通過(guò)模擬不同狹窄程度下Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，明確頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄對(duì)Willis環(huán)血流的影響規(guī)律，為臨床診斷和病情評(píng)估提供參考。另一方面，研究旋轉(zhuǎn)手法作用下Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的改變，評(píng)估旋轉(zhuǎn)手法治療頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄相關(guān)疾病的安全性，幫助醫(yī)生在治療過(guò)程中更加科學(xué)地選擇治療方案，減少并發(fā)癥的發(fā)生，提高治療效果，保障患者的安全和健康。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了豐碩的成果。國(guó)外研究如一項(xiàng)刊登在《EuropeanJournalofVascular&EndovascularSurgery》雜志上的回顧性研究，分析了德國(guó)第三大保險(xiǎn)公司DAK-Gesundheit全國(guó)保險(xiǎn)索賠數(shù)據(jù)，對(duì)2008年1月1日至2017年5月31日期間接受住院頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)（CEA）或頸動(dòng)脈支架植入術(shù)（CAS）的患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)5年后，CEA組的總體卒中發(fā)生率為7.4%，CAS組為9.0%，為臨床治療方案的選擇提供了重要參考。國(guó)內(nèi)研究也指出，頸動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄是導(dǎo)致腦卒中的重要原因之一，如首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽(yáng)醫(yī)院成功實(shí)施的“翻轉(zhuǎn)式”頸動(dòng)脈內(nèi)膜斑塊切除術(shù)，展現(xiàn)了新型手術(shù)方式在解決頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì)。此外，對(duì)于頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的診斷，國(guó)內(nèi)外均廣泛采用頸動(dòng)脈超聲、磁共振血管成像（MRA）和數(shù)字減影血管造影（DSA）等技術(shù)，且隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展，診斷的準(zhǔn)確性和精細(xì)度不斷提高。在Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域，數(shù)值模擬技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)外有研究利用CT掃描數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建立病人的三維Willis環(huán)模型，模擬右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈不同程度狹窄時(shí)Willis環(huán)內(nèi)的血液穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)狹窄率大于50%時(shí)，環(huán)內(nèi)血液重新分配，前交通動(dòng)脈側(cè)支循環(huán)作用比后交通動(dòng)脈更加重要。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)建立Willis環(huán)的流固耦合有限元仿真模型，研究頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄和高血壓對(duì)Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)和血管受力的影響，得出單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄時(shí)，Willis環(huán)中的前交通動(dòng)脈與狹窄側(cè)后交通動(dòng)脈側(cè)支代償都非常重要，且頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄會(huì)導(dǎo)致前后交通動(dòng)脈瘤發(fā)生幾率增大等結(jié)論。這些研究從不同角度揭示了Willis環(huán)在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄情況下的血流動(dòng)力學(xué)變化規(guī)律。關(guān)于旋轉(zhuǎn)手法治療相關(guān)疾病，在國(guó)內(nèi)，頸椎旋轉(zhuǎn)手法作為常用的中醫(yī)脊柱推拿手法，被廣泛應(yīng)用于頸椎病、落枕及肌肉勞損等頸部相關(guān)疾病的治療。然而，臨床實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)其存在一定風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)有研究表明，頸椎旋轉(zhuǎn)手法可能會(huì)降低粥樣硬化頸動(dòng)脈的拉伸力學(xué)性能，增加輕/中/重度頸內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化家兔出現(xiàn)心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)外也有研究關(guān)注到頸部手法治療可能導(dǎo)致頸動(dòng)脈夾層等嚴(yán)重并發(fā)癥，如澳大利亞物理治療協(xié)會(huì)發(fā)布的頸椎手法治療安全實(shí)踐臨床指南中就強(qiáng)調(diào)了識(shí)別有頸動(dòng)脈夾層風(fēng)險(xiǎn)患者的重要性。美國(guó)卒中協(xié)會(huì)和美國(guó)心臟協(xié)會(huì)發(fā)布的共識(shí)也指出，雖然頸動(dòng)脈夾層發(fā)病率較低，但可能是頸部操作的嚴(yán)重并發(fā)癥。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在上述領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，但仍存在不足。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄與Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的研究中，對(duì)于旋轉(zhuǎn)手法這一因素對(duì)其影響的研究較少，尤其是缺乏旋轉(zhuǎn)手法作用下Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化的詳細(xì)分析。在旋轉(zhuǎn)手法治療的研究中，多集中在其對(duì)頸部肌肉骨骼系統(tǒng)疾病的治療效果及對(duì)頸動(dòng)脈拉伸力學(xué)性能的影響，而對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者接受旋轉(zhuǎn)手法治療時(shí)Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的變化關(guān)注不夠。本研究將通過(guò)有限元分析，深入探討旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄者Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的影響，有望填補(bǔ)這一領(lǐng)域在該方面研究的空白，為臨床治療提供更全面、科學(xué)的理論依據(jù)。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過(guò)有限元分析方法，深入探究旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的影響，為臨床治療提供科學(xué)、精準(zhǔn)的理論依據(jù)，降低治療風(fēng)險(xiǎn)，提高治療效果。具體研究?jī)?nèi)容主要涵蓋以下幾個(gè)方面：模型建立：運(yùn)用醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)處理軟件（如MIMICS），對(duì)志愿者的腦部磁共振血管成像（MRA）數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，精確提取Willis環(huán)及頸內(nèi)動(dòng)脈的幾何輪廓信息。隨后，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如SolidWorks），構(gòu)建高度逼真的Willis環(huán)三維幾何模型，包括前交通動(dòng)脈（AcoA）、后交通動(dòng)脈（PcoA）、左右頸內(nèi)動(dòng)脈、大腦前動(dòng)脈、大腦中動(dòng)脈和大腦后動(dòng)脈等主要血管結(jié)構(gòu)。在模型構(gòu)建過(guò)程中，充分考慮血管的自然彎曲度、管徑變化以及分支角度等解剖學(xué)特征，以確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)臨床常見(jiàn)的頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄情況，在建立的三維幾何模型基礎(chǔ)上，通過(guò)修改頸內(nèi)動(dòng)脈的管徑，人為設(shè)置不同程度的狹窄模型，如狹窄率為30%、50%、70%等，模擬頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄對(duì)Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的影響。參數(shù)設(shè)定：參考相關(guān)醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，合理設(shè)定血液的物理參數(shù)，如密度、黏度等?？紤]到血液的非牛頓特性，采用適合的本構(gòu)模型（如Carreau模型）來(lái)描述血液的流變學(xué)行為，以更準(zhǔn)確地模擬血液在血管中的流動(dòng)情況。根據(jù)血管壁的力學(xué)特性，選擇合適的材料模型（如Mooney-Rivlin模型）來(lái)描述血管壁的彈性和黏彈性，同時(shí)設(shè)定血管壁的厚度、彈性模量、泊松比等參數(shù)。此外，結(jié)合臨床實(shí)際情況，設(shè)定邊界條件，包括入口處的血流速度波形和出口處的壓力條件等，模擬真實(shí)的生理血流狀態(tài)。血流速度波形可根據(jù)文獻(xiàn)中的正常頸動(dòng)脈血流速度數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，出口壓力則參考正常顱內(nèi)動(dòng)脈壓力范圍進(jìn)行設(shè)置。模擬分析：將構(gòu)建好的幾何模型導(dǎo)入專(zhuān)業(yè)的有限元分析軟件（如ANSYS-CFX或COMSOLMultiphysics）中，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成高質(zhì)量的計(jì)算網(wǎng)格，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在劃分網(wǎng)格時(shí)，采用適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格加密技術(shù)，對(duì)狹窄部位和Willis環(huán)的關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，提高計(jì)算精度。對(duì)不同狹窄程度下的Willis環(huán)模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)血流動(dòng)力學(xué)模擬分析，計(jì)算血流速度、壓力分布、壁面切應(yīng)力等關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)改變狹窄程度，觀察這些參數(shù)在Willis環(huán)內(nèi)的變化規(guī)律，分析頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄對(duì)Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)制。在模擬旋轉(zhuǎn)手法對(duì)Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的影響時(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)手法的操作特點(diǎn)，通過(guò)在模型中施加相應(yīng)的位移、速度或力等載荷，模擬旋轉(zhuǎn)手法作用于頸椎時(shí)對(duì)Willis環(huán)產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)。觀察在旋轉(zhuǎn)手法作用下，Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的瞬間變化情況，分析旋轉(zhuǎn)手法可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和影響。結(jié)果驗(yàn)證：將模擬結(jié)果與已有的臨床研究數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和可靠性。收集臨床中頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者的血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)，如經(jīng)顱多普勒超聲（TCD）測(cè)量的血流速度、數(shù)字減影血管造影（DSA）顯示的血管形態(tài)和血流情況等，與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。若模擬結(jié)果與臨床數(shù)據(jù)存在差異，分析差異產(chǎn)生的原因，對(duì)模型和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步提高模型的精度和可靠性。通過(guò)敏感性分析，研究不同參數(shù)（如血液黏度、血管彈性模量、狹窄程度等）對(duì)模擬結(jié)果的影響，確定關(guān)鍵參數(shù)，為臨床治療提供更有針對(duì)性的參考依據(jù)。例如，改變血液黏度，觀察血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化情況，分析血液黏度對(duì)Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的影響程度，為臨床治療中調(diào)整血液流變學(xué)指標(biāo)提供理論支持。二、頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄與Willis環(huán)的相關(guān)理論2.1頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄概述2.1.1定義與分類(lèi)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄是指由于各種原因?qū)е骂i內(nèi)動(dòng)脈管腔內(nèi)徑縮小的一種病理狀態(tài)。其分類(lèi)方式多樣，依據(jù)狹窄程度可分為輕度狹窄（狹窄率0%-49%）、中度狹窄（狹窄率50%-69%）和重度狹窄（狹窄率70%-99%）。輕度狹窄時(shí)，患者可能無(wú)明顯癥狀，因?yàn)榇藭r(shí)血管仍能維持一定的血流量，腦部供血基本不受影響。中度狹窄時(shí)，部分患者會(huì)出現(xiàn)頭暈、頭痛、肢體麻木等癥狀，這是由于血流受阻，腦部供血開(kāi)始出現(xiàn)不足。重度狹窄則極易導(dǎo)致神經(jīng)功能缺失癥狀，如偏癱、失語(yǔ)、腦神經(jīng)損傷等，嚴(yán)重時(shí)可引發(fā)短暫性腦缺血發(fā)作（TIA）、缺血性卒中等疾病，對(duì)患者生命健康造成極大威脅。按照狹窄位置劃分，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄最常見(jiàn)于頸動(dòng)脈分叉部，即從頸總動(dòng)脈分為頸外動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈分叉的地方，此處血流動(dòng)力學(xué)復(fù)雜，易受各種因素影響形成狹窄。其次常見(jiàn)于床突上段，也就是在分叉前，頸內(nèi)動(dòng)脈分為大腦中、大腦前動(dòng)脈之前的這段。另外，頸動(dòng)脈分為大腦中動(dòng)脈之后，在大腦中動(dòng)脈的第一段，即M1段這個(gè)位置也常發(fā)生狹窄。不同位置的狹窄對(duì)腦部血流的影響存在差異，例如頸動(dòng)脈分叉部狹窄可能影響頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈的血流分配，進(jìn)而影響腦部和頭面部的血液供應(yīng)；而大腦中動(dòng)脈M1段狹窄則直接影響大腦中動(dòng)脈供血區(qū)域的血液灌注，導(dǎo)致相應(yīng)腦功能區(qū)出現(xiàn)缺血癥狀。從病因角度，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄主要由動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成引起，高血壓、糖尿病、高脂血癥、吸煙等因素可促使脂質(zhì)物質(zhì)在血管壁沉積，形成粥樣硬化斑塊，導(dǎo)致血管管腔變窄。此外，頸動(dòng)脈血管炎癥性疾病，如大動(dòng)脈炎、巨細(xì)胞動(dòng)脈炎等，會(huì)引發(fā)血管壁炎癥，導(dǎo)致局部疤痕增生、形成附壁血栓，最終造成血管狹窄、閉塞。腫大的淋巴結(jié)、腫瘤壓迫，或是動(dòng)脈夾層撕裂等情況，也可能導(dǎo)致頸動(dòng)脈狹窄。不同病因?qū)е碌念i內(nèi)動(dòng)脈狹窄在治療方法和預(yù)后上有所不同，動(dòng)脈粥樣硬化引起的狹窄通常需要綜合藥物治療和生活方式干預(yù)，嚴(yán)重時(shí)可能需要手術(shù)治療；而炎癥性疾病導(dǎo)致的狹窄則需要針對(duì)病因進(jìn)行抗炎治療，同時(shí)根據(jù)狹窄程度考慮相應(yīng)的血管重建治療。2.1.2發(fā)病機(jī)制與危險(xiǎn)因素動(dòng)脈粥樣硬化是頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的主要發(fā)病機(jī)制之一。在高血壓、糖尿病、高脂血癥、吸煙等危險(xiǎn)因素的作用下，血管內(nèi)皮細(xì)胞受損，血液中的低密度脂蛋白（LDL）等脂質(zhì)成分容易進(jìn)入血管內(nèi)膜下，被巨噬細(xì)胞吞噬形成泡沫細(xì)胞。隨著時(shí)間推移，泡沫細(xì)胞不斷聚集，形成脂肪條紋，進(jìn)而發(fā)展為粥樣斑塊。這些斑塊會(huì)逐漸增大，使血管管腔狹窄，影響血流。同時(shí)，斑塊表面的纖維帽可能破裂，暴露的脂質(zhì)和膠原纖維會(huì)激活血小板，導(dǎo)致血栓形成，進(jìn)一步加重血管狹窄或堵塞。血栓形成也是頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的重要發(fā)病機(jī)制。當(dāng)血管內(nèi)皮受損時(shí)，內(nèi)皮下的膠原纖維暴露，激活凝血系統(tǒng)，促使血小板聚集和纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白，形成血栓。如果血栓未能及時(shí)溶解，就會(huì)附著在血管壁上，導(dǎo)致血管狹窄。此外，血液高凝狀態(tài)，如某些遺傳性凝血因子異常、抗磷脂抗體綜合征等，也會(huì)增加血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而引發(fā)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄。高血壓是頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的重要危險(xiǎn)因素之一。長(zhǎng)期高血壓會(huì)使血管壁承受過(guò)高的壓力，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展。研究表明，收縮壓每升高10mmHg，腦卒中的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加28%。糖尿病患者由于血糖控制不佳，體內(nèi)糖代謝紊亂，會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞功能異常，促進(jìn)脂質(zhì)沉積和血小板聚集，增加頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。糖尿病患者發(fā)生頸動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)是非糖尿病患者的2-4倍。高脂血癥，尤其是高膽固醇血癥和高甘油三酯血癥，會(huì)使血液中脂質(zhì)含量升高，加速動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程。LDL水平升高是動(dòng)脈粥樣硬化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，它會(huì)促進(jìn)脂質(zhì)在血管壁的沉積，形成粥樣斑塊。吸煙會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，增加血小板聚集性，從而加速動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，使頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。吸煙量越大、吸煙時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)越高。肥胖也是頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的危險(xiǎn)因素之一，肥胖者往往伴有代謝紊亂，如胰島素抵抗、血脂異常等，這些因素會(huì)協(xié)同作用，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，增加頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的風(fēng)險(xiǎn)。2.1.3對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的影響當(dāng)頸內(nèi)動(dòng)脈出現(xiàn)狹窄時(shí)，會(huì)導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生一系列改變。首先，血流速度會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)流體力學(xué)的連續(xù)性方程，在血管流量不變的情況下，血管橫截面積減小，血流速度會(huì)增大。因此，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄處的血流速度會(huì)明顯加快，形成高速射流。這種高速射流會(huì)對(duì)血管壁產(chǎn)生更大的沖擊力，進(jìn)一步損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。同時(shí)，高速射流還會(huì)導(dǎo)致血流紊亂，形成湍流，增加血液流動(dòng)的能量損耗。血流量也會(huì)受到影響。隨著頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度的加重，血管阻力增大，根據(jù)歐姆定律，血流量會(huì)相應(yīng)減少。當(dāng)狹窄程度較輕時(shí)，Willis環(huán)等側(cè)支循環(huán)可以發(fā)揮代償作用，維持腦部的血液供應(yīng)，此時(shí)血流量減少不明顯。但當(dāng)狹窄程度超過(guò)側(cè)支循環(huán)的代償能力時(shí)，腦部血流量會(huì)顯著減少，導(dǎo)致腦組織缺血缺氧。壓力梯度也會(huì)發(fā)生改變。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄處，由于血流阻力增加，狹窄近端的壓力會(huì)升高，而狹窄遠(yuǎn)端的壓力則會(huì)降低，形成明顯的壓力梯度。這種壓力梯度的變化會(huì)影響血液的流動(dòng)方向和速度，進(jìn)一步擾亂血流動(dòng)力學(xué)平衡。同時(shí)，壓力梯度的改變還可能導(dǎo)致血管壁受力不均，增加血管破裂的風(fēng)險(xiǎn)。此外，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄還會(huì)導(dǎo)致湍流的形成。湍流會(huì)使血液中的血小板和脂質(zhì)更容易沉積在血管壁上，促進(jìn)血栓形成和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展。湍流還會(huì)產(chǎn)生噪音，臨床上可以通過(guò)聽(tīng)診器在頸部聽(tīng)到血管雜音，這也是頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的一個(gè)重要體征。這些血流動(dòng)力學(xué)的改變會(huì)對(duì)腦部供血產(chǎn)生嚴(yán)重影響。當(dāng)腦部供血不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致腦組織缺氧，引發(fā)頭暈、頭痛、記憶力減退、嗜睡等癥狀。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致腦組織壞死，引發(fā)缺血性腦卒中，出現(xiàn)偏癱、失語(yǔ)、昏迷等嚴(yán)重后果。頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄還可能影響眼部的血液供應(yīng)，導(dǎo)致視力下降、視野缺損等眼部癥狀。2.2Willis環(huán)的結(jié)構(gòu)與功能2.2.1解剖結(jié)構(gòu)Willis環(huán)，又稱(chēng)大腦動(dòng)脈環(huán)，是腦內(nèi)最重要的側(cè)支循環(huán)結(jié)構(gòu)，由前交通動(dòng)脈（AcoA）、雙側(cè)大腦前動(dòng)脈（ACA）起始段（A1段）、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈（ICA）末端、雙側(cè)后交通動(dòng)脈（PCoA）和雙側(cè)大腦后動(dòng)脈（PCA）起始段（P1段）在腦底相互吻合而成。其位于顱底下方、蝶鞍上方，環(huán)繞著視交叉、灰結(jié)節(jié)和乳頭體等重要結(jié)構(gòu)。具體來(lái)看，前交通動(dòng)脈是連接兩側(cè)大腦前動(dòng)脈的短而細(xì)的血管，其長(zhǎng)度和管徑存在個(gè)體差異。大腦前動(dòng)脈起自頸內(nèi)動(dòng)脈末端，在視神經(jīng)上方行向前內(nèi)，進(jìn)入大腦縱裂，主要供應(yīng)大腦半球內(nèi)側(cè)面和額葉底面的部分區(qū)域。頸內(nèi)動(dòng)脈是Willis環(huán)的重要組成部分，左右各一，經(jīng)頸部向上進(jìn)入顱內(nèi)，在腦底發(fā)出分支參與Willis環(huán)的構(gòu)成，其主要功能是為大腦前循環(huán)供血。后交通動(dòng)脈是連接頸內(nèi)動(dòng)脈和大腦后動(dòng)脈的血管，管徑粗細(xì)不一，在維持腦前后循環(huán)的血液平衡中發(fā)揮重要作用。大腦后動(dòng)脈起自基底動(dòng)脈頂端，主要供應(yīng)大腦枕葉、顳葉底面和部分丘腦等區(qū)域。Willis環(huán)這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其成為顱內(nèi)前后循環(huán)的一級(jí)側(cè)支循環(huán)，將雙側(cè)大腦半球和前、后循環(huán)緊密聯(lián)系起來(lái)。正常情況下，Willis環(huán)內(nèi)各血管之間的血流保持相對(duì)穩(wěn)定，通過(guò)精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，維持腦部的血液供應(yīng)。當(dāng)某一血管發(fā)生阻塞或狹窄時(shí)，Willis環(huán)可以迅速調(diào)整血流方向，使血液通過(guò)其他血管進(jìn)行代償性供應(yīng)，以保證腦組織的血液和氧氣需求。例如，當(dāng)一側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄或閉塞時(shí)，血液可以通過(guò)前交通動(dòng)脈從對(duì)側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)流入患側(cè)，或通過(guò)后交通動(dòng)脈從椎-基底動(dòng)脈系統(tǒng)流入患側(cè)，從而減少腦缺血的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。這種側(cè)支循環(huán)功能對(duì)于維持大腦的正常功能至關(guān)重要，能夠在一定程度上保護(hù)大腦免受缺血性損傷。2.2.2血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)在正常生理狀態(tài)下，Willis環(huán)內(nèi)的血流分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。由于各血管的管徑、長(zhǎng)度以及阻力不同，血流在Willis環(huán)內(nèi)的分配也有所差異。一般來(lái)說(shuō)，頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)的血流量相對(duì)較大，約占大腦總血流量的80%-90%，主要供應(yīng)大腦半球的前2/3部分；椎-基底動(dòng)脈系統(tǒng)的血流量相對(duì)較小，約占大腦總血流量的10%-20%，主要供應(yīng)大腦半球的后1/3部分、腦干和小腦。在Willis環(huán)內(nèi)，左右兩側(cè)的血流基本保持平衡，前交通動(dòng)脈和后交通動(dòng)脈中的血流速度相對(duì)較低，起到平衡兩側(cè)壓力和流量的作用。Willis環(huán)內(nèi)存在著壓力平衡機(jī)制。各血管之間的壓力相互影響，通過(guò)血管壁的彈性和管腔的自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持著相對(duì)穩(wěn)定的壓力狀態(tài)。當(dāng)某一血管的壓力發(fā)生變化時(shí)，如因狹窄導(dǎo)致壓力升高，Willis環(huán)內(nèi)的血流會(huì)重新分配，通過(guò)其他血管的代償性擴(kuò)張或收縮，使壓力恢復(fù)平衡。這種壓力平衡機(jī)制有助于保證腦部血液供應(yīng)的穩(wěn)定性，避免因局部壓力過(guò)高或過(guò)低而影響腦組織的正常灌注。側(cè)支循環(huán)在Willis環(huán)中具有潛在的重要作用。當(dāng)Willis環(huán)的某一組成血管發(fā)生阻塞或狹窄時(shí)，側(cè)支循環(huán)可以迅速開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)血液的重新分配。前交通動(dòng)脈在一側(cè)大腦前動(dòng)脈或頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄時(shí)，可使對(duì)側(cè)的血液流入患側(cè)，維持患側(cè)大腦前動(dòng)脈供血區(qū)域的血液供應(yīng)。后交通動(dòng)脈在頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)或椎-基底動(dòng)脈系統(tǒng)出現(xiàn)病變時(shí)，能夠調(diào)節(jié)兩個(gè)系統(tǒng)之間的血流，起到代償作用。這種側(cè)支循環(huán)功能是Willis環(huán)維持腦部血液供應(yīng)的關(guān)鍵機(jī)制之一，它可以在一定程度上彌補(bǔ)因血管病變導(dǎo)致的血流減少，降低腦缺血的風(fēng)險(xiǎn)。然而，側(cè)支循環(huán)的代償能力是有限的。當(dāng)血管狹窄程度超過(guò)一定范圍，或多個(gè)血管同時(shí)出現(xiàn)病變時(shí)，Willis環(huán)的側(cè)支循環(huán)可能無(wú)法完全滿(mǎn)足腦部的血液需求，從而導(dǎo)致腦組織缺血缺氧，引發(fā)一系列臨床癥狀。因此，深入了解Willis環(huán)的血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)和側(cè)支循環(huán)機(jī)制，對(duì)于評(píng)估腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)和制定合理的治療方案具有重要意義。2.2.3Willis環(huán)變異及其對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的影響Willis環(huán)的結(jié)構(gòu)變異較為常見(jiàn)，其變異類(lèi)型主要包括血管發(fā)育不全、缺如以及管徑的異常變化等。研究表明，僅有27%-45.2%的個(gè)體具有完整的Willis環(huán)。其中，前循環(huán)變異以A1段發(fā)育不良或缺失、前交通動(dòng)脈缺如或網(wǎng)狀等較為常見(jiàn)。A1段發(fā)育不良或缺失會(huì)導(dǎo)致同側(cè)大腦前動(dòng)脈的血液供應(yīng)依賴(lài)于對(duì)側(cè)，通過(guò)前交通動(dòng)脈進(jìn)行代償。若前交通動(dòng)脈也存在發(fā)育異?；驘o(wú)法有效代償時(shí)，可能會(huì)影響大腦前動(dòng)脈供血區(qū)域的血液灌注，增加腦缺血的風(fēng)險(xiǎn)。前交通動(dòng)脈缺如時(shí)，兩側(cè)大腦前動(dòng)脈之間的直接交通中斷，當(dāng)一側(cè)大腦前動(dòng)脈或頸內(nèi)動(dòng)脈出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，無(wú)法通過(guò)前交通動(dòng)脈進(jìn)行有效的側(cè)支循環(huán)代償。后循環(huán)變異則主要表現(xiàn)為大腦后動(dòng)脈P1段發(fā)育不良或缺失、胚胎型大腦后動(dòng)脈（即后交通動(dòng)脈管徑大于同側(cè)大腦后動(dòng)脈的P1段，或同側(cè)大腦后動(dòng)脈P1段纖細(xì)、缺如）、雙側(cè)后交通動(dòng)脈發(fā)育不全或缺失等。在胚胎型大腦后動(dòng)脈的情況下，頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)會(huì)通過(guò)粗大的后交通動(dòng)脈向大腦后動(dòng)脈供血區(qū)域供血，改變了正常的血流模式。這可能會(huì)導(dǎo)致后交通動(dòng)脈內(nèi)血流速度和壓力發(fā)生變化，增加血管壁的剪切應(yīng)力，長(zhǎng)期作用下可能會(huì)導(dǎo)致血管壁損傷，增加動(dòng)脈瘤形成的風(fēng)險(xiǎn)。雙側(cè)后交通動(dòng)脈發(fā)育不全或缺失時(shí)，當(dāng)頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)或椎-基底動(dòng)脈系統(tǒng)出現(xiàn)病變，后交通動(dòng)脈無(wú)法發(fā)揮有效的側(cè)支循環(huán)作用，使腦部血液供應(yīng)的代償能力下降，更容易發(fā)生腦缺血事件。Willis環(huán)變異與腦血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)。單側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞時(shí)，Willis環(huán)不完整會(huì)使腦梗死風(fēng)險(xiǎn)增高1/6；如合并對(duì)側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞，則腦梗死風(fēng)險(xiǎn)增高3倍以上。Willis環(huán)前交通動(dòng)脈變異與腦梗死的發(fā)生有密切相關(guān)性，是腦梗死的危險(xiǎn)因素。在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤方面，Willis環(huán)變異是顱內(nèi)動(dòng)脈瘤發(fā)生的危險(xiǎn)因素之一。由于Willis環(huán)變異導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)改變，如血流速度、壓力和壁面切應(yīng)力的異常，使得血管壁在長(zhǎng)期的異常血流作用下更容易發(fā)生損傷和結(jié)構(gòu)改變，從而增加動(dòng)脈瘤形成的可能性。因此，了解Willis環(huán)的變異情況對(duì)于評(píng)估腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)和制定個(gè)性化的治療方案具有重要的臨床意義。三、有限元分析方法及相關(guān)技術(shù)3.1有限元分析基本原理3.1.1基本概念與理論基礎(chǔ)有限元分析（FiniteElementAnalysis，F(xiàn)EA）是一種高效的數(shù)值計(jì)算方法，廣泛應(yīng)用于工程和科學(xué)研究領(lǐng)域。其基本概念是將連續(xù)的求解域（如結(jié)構(gòu)、流體域等）離散化為有限個(gè)相互連接的單元（Element），這些單元通過(guò)節(jié)點(diǎn)（Node）彼此相連。每個(gè)單元都具有簡(jiǎn)單的幾何形狀，如三角形、四邊形、四面體、六面體等。通過(guò)對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行分析，建立單元的力學(xué)或物理方程，然后將所有單元的方程組合起來(lái)，形成整個(gè)求解域的方程組，從而求解出整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)。有限元分析的理論基礎(chǔ)主要基于變分原理（VariationalPrinciple）或加權(quán)余量法（WeightedResidualMethod）。變分原理是從能量的角度出發(fā)，將實(shí)際的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解泛函的極值問(wèn)題。在固體力學(xué)中，常見(jiàn)的變分原理有最小勢(shì)能原理和最小余能原理。最小勢(shì)能原理指出，在滿(mǎn)足位移邊界條件的所有可能位移場(chǎng)中，真實(shí)的位移場(chǎng)使系統(tǒng)的總勢(shì)能取最小值?？倓?shì)能由應(yīng)變能和外力勢(shì)能組成，通過(guò)建立總勢(shì)能的表達(dá)式，并對(duì)其求變分，使其變分為零，就可以得到有限元的基本方程。例如，對(duì)于一個(gè)彈性力學(xué)問(wèn)題，根據(jù)最小勢(shì)能原理，總勢(shì)能\Pi可以表示為：\Pi=U-W其中，U是應(yīng)變能，W是外力勢(shì)能。通過(guò)將求解域離散化，選擇合適的位移插值函數(shù)，將位移表示為節(jié)點(diǎn)位移的函數(shù)，進(jìn)而將應(yīng)變能和外力勢(shì)能表示為節(jié)點(diǎn)位移的函數(shù)，對(duì)總勢(shì)能關(guān)于節(jié)點(diǎn)位移求變分并令其為零，即可得到有限元的剛度方程。加權(quán)余量法是一種直接從控制微分方程和邊界條件出發(fā)，尋求邊值問(wèn)題近似解的方法。對(duì)于一個(gè)給定的微分方程L(u)=f（其中L是微分算子，u是未知函數(shù)，f是已知函數(shù)），假設(shè)一個(gè)近似解\tilde{u}，將其代入微分方程后會(huì)產(chǎn)生余量R=L(\tilde{u})-f。加權(quán)余量法的基本思想是選擇一組權(quán)函數(shù)w_i，使余量R在加權(quán)意義下為零，即\int_{V}w_iRdV=0（V為求解域），通過(guò)求解這個(gè)方程得到近似解\tilde{u}的系數(shù)，從而確定近似解。根據(jù)權(quán)函數(shù)的不同選擇，加權(quán)余量法又可分為配點(diǎn)法、子域法、最小二乘法、力矩法和伽遼金法（GalerkinMethod）等。伽遼金法在有限元分析中應(yīng)用較為廣泛，它選擇的權(quán)函數(shù)與近似解中的插值函數(shù)相同，具有較高的精度。3.1.2在生物力學(xué)研究中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有限元分析在生物力學(xué)研究中具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的不足，為深入理解生物力學(xué)現(xiàn)象提供有力支持。首先，有限元分析能夠處理復(fù)雜的幾何形狀。生物結(jié)構(gòu)通常具有不規(guī)則且復(fù)雜的幾何外形，如人體骨骼、血管、心臟等。傳統(tǒng)的解析方法難以對(duì)這些復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的力學(xué)分析。而有限元分析通過(guò)將復(fù)雜的幾何形狀離散化為眾多簡(jiǎn)單形狀的單元，可以很好地?cái)M合生物結(jié)構(gòu)的實(shí)際外形。在構(gòu)建人體骨骼的有限元模型時(shí)，利用醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)（如CT、MRI），通過(guò)圖像處理軟件提取骨骼的幾何輪廓，然后將其離散為四面體或六面體單元，能夠精確地模擬骨骼的復(fù)雜形狀，為分析骨骼在不同載荷下的力學(xué)性能提供了可能。其次，有限元分析可以考慮多種材料特性。生物組織往往具有復(fù)雜的材料特性，如非線(xiàn)性、各向異性、粘彈性等。有限元分析能夠通過(guò)選擇合適的材料本構(gòu)模型，準(zhǔn)確地描述生物組織的材料行為。對(duì)于血管壁，其材料特性呈現(xiàn)非線(xiàn)性和各向異性，采用超彈性本構(gòu)模型（如Mooney-Rivlin模型、Ogden模型等）可以較好地模擬血管壁在不同載荷下的力學(xué)響應(yīng)。通過(guò)設(shè)置不同的材料參數(shù)，還可以研究不同病理狀態(tài)下（如動(dòng)脈粥樣硬化、血管老化等）血管材料特性的變化對(duì)其力學(xué)性能的影響。再者，有限元分析能夠處理復(fù)雜的邊界條件。在生物力學(xué)研究中，邊界條件往往較為復(fù)雜，如人體關(guān)節(jié)的接觸、血管內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)邊界等。有限元分析可以通過(guò)設(shè)置不同的邊界條件，準(zhǔn)確地模擬這些復(fù)雜的物理現(xiàn)象。在研究膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)時(shí)，需要考慮關(guān)節(jié)面之間的接觸摩擦、肌肉和韌帶的作用力等邊界條件。通過(guò)在有限元模型中合理設(shè)置接觸對(duì)、施加集中力或分布力等方式，可以模擬膝關(guān)節(jié)在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)行為。在血管血流動(dòng)力學(xué)分析中，能夠根據(jù)實(shí)際生理情況設(shè)置入口的血流速度波形、出口的壓力條件以及血管壁的無(wú)滑移邊界條件等，準(zhǔn)確地模擬血液在血管內(nèi)的流動(dòng)情況。此外，有限元分析還具有可重復(fù)性和經(jīng)濟(jì)性。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究相比，有限元分析不受實(shí)驗(yàn)條件、樣本數(shù)量等因素的限制，只需要建立準(zhǔn)確的模型和合理的參數(shù)設(shè)置，就可以在不同的工況下進(jìn)行多次模擬分析。這不僅提高了研究效率，還降低了研究成本。在研究某種新型醫(yī)療器械對(duì)人體組織的力學(xué)影響時(shí)，通過(guò)有限元分析可以在設(shè)計(jì)階段就對(duì)器械的性能進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，避免了大量的實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)過(guò)程，節(jié)省了時(shí)間和資金。通過(guò)改變模型的參數(shù)，還可以研究不同個(gè)體差異（如年齡、性別、疾病狀態(tài)等）對(duì)力學(xué)響應(yīng)的影響，為個(gè)性化醫(yī)療提供了有力的工具。三、有限元分析方法及相關(guān)技術(shù)3.2構(gòu)建頸內(nèi)動(dòng)脈與Willis環(huán)模型3.2.1數(shù)據(jù)獲取與處理本研究通過(guò)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)獲取頸內(nèi)動(dòng)脈和Willis環(huán)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。選取10名健康志愿者，年齡在25-45歲之間，無(wú)腦血管疾病史及其他重大疾病史。使用3.0T磁共振成像儀（MRI）對(duì)志愿者頭部進(jìn)行掃描，采用時(shí)間飛躍法磁共振血管造影（TOF-MRA）序列，掃描參數(shù)設(shè)置為：重復(fù)時(shí)間（TR）25ms，回波時(shí)間（TE）4.6ms，翻轉(zhuǎn)角30°，層厚0.8mm，矩陣512×512。這種掃描序列能夠清晰顯示血管的形態(tài)和走行，獲取高質(zhì)量的血管影像數(shù)據(jù)。獲取的原始醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)存在噪聲干擾，影響圖像的清晰度和準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行降噪處理。采用高斯濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行降噪，通過(guò)設(shè)置合適的高斯核參數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn)差為1.0，能夠在保留血管細(xì)節(jié)的同時(shí)有效去除噪聲。分割是將血管從周?chē)M織中分離出來(lái)的關(guān)鍵步驟。利用Mimics軟件中的閾值分割和區(qū)域生長(zhǎng)算法，根據(jù)血管與周?chē)M織在圖像灰度上的差異，設(shè)定合適的閾值范圍，如200-255，將血管部分分割出來(lái)。對(duì)于一些分割效果不理想的區(qū)域，采用手動(dòng)編輯的方式進(jìn)行修正，確保血管分割的準(zhǔn)確性。由于獲取的影像數(shù)據(jù)可能存在不同程度的旋轉(zhuǎn)、平移等情況，為了保證后續(xù)建模的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行配準(zhǔn)。使用Elastix軟件對(duì)分割后的血管圖像進(jìn)行剛性配準(zhǔn)，以統(tǒng)一坐標(biāo)系。該軟件基于互信息的配準(zhǔn)算法，能夠自動(dòng)尋找圖像之間的最佳匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高精度的配準(zhǔn)。通過(guò)配準(zhǔn)，將不同角度和位置的血管圖像對(duì)齊，為構(gòu)建精確的三維模型奠定基礎(chǔ)。3.2.2幾何模型的建立將處理后的血管圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件，利用其強(qiáng)大的三維重建功能構(gòu)建頸內(nèi)動(dòng)脈和Willis環(huán)的三維幾何模型。首先，通過(guò)閾值分割和區(qū)域生長(zhǎng)算法進(jìn)一步細(xì)化血管輪廓，確保模型的準(zhǔn)確性。然后，使用Mimics軟件的網(wǎng)格化功能，將血管輪廓轉(zhuǎn)化為三角形網(wǎng)格模型。在網(wǎng)格化過(guò)程中，設(shè)置合適的網(wǎng)格尺寸，如0.5mm，以平衡模型的精度和計(jì)算量。為了提高模型的質(zhì)量和可操作性，將Mimics軟件中生成的網(wǎng)格模型導(dǎo)入Geomagic軟件進(jìn)行處理。在Geomagic軟件中，對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行平滑、修復(fù)和優(yōu)化等操作。采用拉普拉斯平滑算法對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行平滑處理，減少網(wǎng)格的鋸齒狀邊緣，提高模型的表面質(zhì)量。對(duì)于網(wǎng)格中的孔洞、裂縫等缺陷，使用Geomagic軟件的修復(fù)工具進(jìn)行修復(fù)，確保模型的完整性。通過(guò)調(diào)整網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)分布，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行優(yōu)化，使模型更加符合實(shí)際的血管形態(tài)。在建模過(guò)程中，充分考慮血管的自然彎曲度、管徑變化以及分支角度等解剖學(xué)特征。通過(guò)對(duì)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的仔細(xì)觀察和測(cè)量，獲取血管各段的直徑、長(zhǎng)度以及分支角度等參數(shù)。在構(gòu)建模型時(shí)，根據(jù)這些參數(shù)精確地設(shè)置血管的幾何形狀和尺寸。對(duì)于頸內(nèi)動(dòng)脈的狹窄部位，根據(jù)臨床常見(jiàn)的狹窄情況，通過(guò)調(diào)整管徑大小來(lái)模擬不同程度的狹窄，如狹窄率為30%、50%、70%等。在處理血管分支時(shí)，嚴(yán)格按照解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確地構(gòu)建分支的位置、角度和管徑，以保證模型的真實(shí)性和可靠性。3.2.3網(wǎng)格劃分與質(zhì)量控制將構(gòu)建好的幾何模型導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將模型離散化為有限元網(wǎng)格。在選擇單元類(lèi)型時(shí)，考慮到血管的三維結(jié)構(gòu)和血液流動(dòng)的特點(diǎn)，選用四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。四面體單元具有良好的適應(yīng)性，能夠較好地?cái)M合復(fù)雜的幾何形狀，且計(jì)算效率較高。在網(wǎng)格劃分過(guò)程中，采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，根據(jù)模型的幾何形狀和物理場(chǎng)分布，自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格密度。對(duì)于頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位以及Willis環(huán)的關(guān)鍵區(qū)域，如血管分叉處，進(jìn)行網(wǎng)格加密，以提高計(jì)算精度。設(shè)置這些區(qū)域的網(wǎng)格尺寸為0.2mm，而在其他區(qū)域，網(wǎng)格尺寸可適當(dāng)增大至0.5mm，在保證計(jì)算精度的同時(shí)，控制計(jì)算量。為確保網(wǎng)格質(zhì)量，采用多種指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估和控制。網(wǎng)格單元的形狀質(zhì)量是重要指標(biāo)之一，通過(guò)計(jì)算單元的雅克比行列式來(lái)評(píng)估單元形狀的優(yōu)劣。雅克比行列式的值應(yīng)在合理范圍內(nèi)，一般要求大于0.1，以保證單元形狀不過(guò)于扭曲。同時(shí)，檢查單元的長(zhǎng)寬比，要求長(zhǎng)寬比不超過(guò)10，避免出現(xiàn)狹長(zhǎng)的單元。網(wǎng)格的正交性也是關(guān)鍵指標(biāo)，確保單元的邊與邊之間夾角接近90°，以提高計(jì)算的穩(wěn)定性。通過(guò)這些質(zhì)量控制措施，保證網(wǎng)格質(zhì)量滿(mǎn)足有限元分析的要求，為后續(xù)的模擬計(jì)算提供可靠的基礎(chǔ)。3.3材料屬性與邊界條件設(shè)定3.3.1血液與血管的材料屬性確定血液作為一種非牛頓流體，其黏度并非固定不變，而是會(huì)隨著剪切速率的變化而改變。在本研究中，為準(zhǔn)確描述血液的流變學(xué)特性，采用Carreau模型來(lái)定義血液的黏度。該模型的表達(dá)式為：\mu=\mu_{\infty}+(\mu_{0}-\mu_{\infty})(1+\lambda^{2}\dot{\gamma}^{2})^{\frac{n-1}{2}}其中，\mu為血液黏度，\mu_{0}為零剪切速率下的黏度，\mu_{\infty}為無(wú)窮大剪切速率下的黏度，\lambda為特征時(shí)間常數(shù)，\dot{\gamma}為剪切速率，n為冪律指數(shù)。參考相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本研究設(shè)定\mu_{0}=3.5mPa\cdots，\mu_{\infty}=0.035mPa\cdots，\lambda=0.02s，n=0.3。這些參數(shù)的設(shè)定是基于對(duì)大量正常人體血液流變學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析，能夠較好地反映血液在生理狀態(tài)下的非牛頓特性。選擇Carreau模型是因?yàn)樗軌驕?zhǔn)確地描述血液在不同剪切速率下的黏度變化，與實(shí)際生理情況更為相符。相較于牛頓流體模型，Carreau模型能夠更真實(shí)地模擬血液在血管中的流動(dòng)行為，尤其是在狹窄部位和血管分叉處等剪切速率變化較大的區(qū)域。對(duì)于血管壁的材料屬性，考慮到其具有非線(xiàn)性和各向異性的力學(xué)特性，選用Mooney-Rivlin模型進(jìn)行描述。該模型是一種超彈性本構(gòu)模型，通過(guò)兩個(gè)材料常數(shù)C_{10}和C_{01}來(lái)表征材料的彈性特性。根據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定血管壁的C_{10}=0.023MPa，C_{01}=0.011MPa。同時(shí)，設(shè)定血管壁的密度\rho_{w}=1050kg/m^{3}，泊松比\nu=0.45。這些參數(shù)的取值是基于對(duì)人體血管組織力學(xué)性能的研究成果，能夠較好地反映血管壁的實(shí)際力學(xué)特性。選擇Mooney-Rivlin模型是因?yàn)樗軌驕?zhǔn)確地描述血管壁在大變形情況下的力學(xué)行為，考慮了血管壁材料的非線(xiàn)性和各向異性特性。與其他簡(jiǎn)單的彈性模型相比，Mooney-Rivlin模型能夠更真實(shí)地模擬血管壁在血流作用下的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，為研究Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)提供更準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。3.3.2邊界條件的設(shè)置與模擬生理環(huán)境為了模擬頸內(nèi)動(dòng)脈和Willis環(huán)內(nèi)的真實(shí)血流動(dòng)力學(xué)環(huán)境，需要合理設(shè)置邊界條件。在入口邊界條件的設(shè)置上，根據(jù)文獻(xiàn)中正常頸動(dòng)脈的血流速度數(shù)據(jù)，將頸內(nèi)動(dòng)脈的入口流速設(shè)定為隨時(shí)間變化的波形。在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)，流速呈現(xiàn)出典型的脈動(dòng)特性，收縮期流速較高，舒張期流速較低。采用以下公式來(lái)描述入口流速隨時(shí)間的變化：v(t)=v_{max}\sin(\frac{2\pit}{T})其中，v(t)為時(shí)刻t的入口流速，v_{max}為最大流速，取值為0.5m/s，T為心動(dòng)周期，取值為1s。這種設(shè)置能夠真實(shí)地反映頸內(nèi)動(dòng)脈在生理狀態(tài)下的血流速度變化。在出口邊界條件方面，參考正常顱內(nèi)動(dòng)脈的壓力范圍，將Willis環(huán)各分支血管的出口壓力設(shè)定為常數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，大腦前動(dòng)脈、大腦中動(dòng)脈和大腦后動(dòng)脈的出口壓力分別設(shè)定為70mmHg、65mmHg和60mmHg。這些壓力值是基于臨床測(cè)量數(shù)據(jù)和相關(guān)研究確定的，能夠保證模型中血流的壓力分布符合生理實(shí)際情況。通過(guò)設(shè)定合適的出口壓力，能夠模擬血液在Willis環(huán)內(nèi)的正常流動(dòng)和分配。在壁面條件的設(shè)置上，將血管壁設(shè)置為無(wú)滑移邊界條件，即血液與血管壁之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)。這是因?yàn)樵趯?shí)際生理情況下，血液在血管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，血管壁對(duì)血液具有一定的黏滯作用，使得血液在血管壁附近的流速為零。這種壁面條件的設(shè)置能夠準(zhǔn)確地模擬血液與血管壁之間的相互作用，保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)合理設(shè)置入口流量、出口壓力和壁面條件等邊界條件，能夠構(gòu)建一個(gè)接近真實(shí)生理環(huán)境的頸內(nèi)動(dòng)脈和Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)模型，為后續(xù)的模擬分析提供可靠的基礎(chǔ)。3.4求解器選擇與計(jì)算過(guò)程3.4.1合適求解器的選取在有限元分析中，常用的求解器有ANSYS、COMSOL、ABAQUS等，它們各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。ANSYS是一款功能強(qiáng)大的多物理場(chǎng)有限元分析軟件，擁有豐富的單元庫(kù)和材料模型，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、熱分析等多個(gè)領(lǐng)域。在流體力學(xué)分析方面，ANSYS-CFX求解器采用有限體積法，對(duì)復(fù)雜的幾何模型具有良好的適應(yīng)性，能夠高效地求解流體流動(dòng)問(wèn)題。COMSOLMultiphysics是一款基于有限元方法的多物理場(chǎng)耦合分析軟件，其優(yōu)勢(shì)在于能夠輕松實(shí)現(xiàn)多種物理場(chǎng)的耦合模擬，如流固耦合、熱-結(jié)構(gòu)耦合等。它具有直觀的用戶(hù)界面和強(qiáng)大的后處理功能，方便用戶(hù)進(jìn)行模型設(shè)置、計(jì)算和結(jié)果分析。ABAQUS則在非線(xiàn)性分析方面表現(xiàn)出色，能夠處理復(fù)雜的材料非線(xiàn)性、幾何非線(xiàn)性和接觸非線(xiàn)性問(wèn)題。它在結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其適用于模擬材料的大變形、塑性變形和斷裂等復(fù)雜力學(xué)行為。本研究涉及頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄情況下Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)分析，以及旋轉(zhuǎn)手法對(duì)其產(chǎn)生的力學(xué)影響，屬于流體力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)的耦合問(wèn)題。綜合考慮研究需求和各求解器的特點(diǎn)，選擇COMSOLMultiphysics作為本研究的求解器。主要原因在于，COMSOL能夠方便地實(shí)現(xiàn)血流動(dòng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)的耦合模擬，準(zhǔn)確地分析血液流動(dòng)與血管壁之間的相互作用。在模擬旋轉(zhuǎn)手法對(duì)Willis環(huán)的影響時(shí)，通過(guò)設(shè)置合適的邊界條件和載荷，COMSOL可以有效地模擬頸椎旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)血管產(chǎn)生的力學(xué)作用，以及這種作用對(duì)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響。此外，COMSOL的用戶(hù)界面友好，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，便于研究者進(jìn)行模型構(gòu)建、參數(shù)設(shè)置和結(jié)果分析。其強(qiáng)大的后處理功能能夠直觀地展示血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分布和變化情況，如血流速度云圖、壓力分布云圖、壁面切應(yīng)力云圖等，有助于深入分析研究結(jié)果。3.4.2計(jì)算流程與參數(shù)設(shè)置在使用COMSOLMultiphysics進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先需要選擇合適的求解類(lèi)型?？紤]到血液在血管內(nèi)的流動(dòng)是一個(gè)瞬態(tài)過(guò)程，且受到心臟搏動(dòng)的影響，本研究選擇瞬態(tài)求解類(lèi)型。這種求解類(lèi)型能夠準(zhǔn)確地模擬血液流動(dòng)隨時(shí)間的變化情況，捕捉到血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化。在迭代參數(shù)設(shè)置方面，為了確保計(jì)算的穩(wěn)定性和收斂性，采用默認(rèn)的迭代方法，如廣義最小殘差法（GMRES）。設(shè)置最大迭代步數(shù)為1000，以保證在復(fù)雜的計(jì)算情況下，求解器有足夠的迭代次數(shù)來(lái)逼近收斂解。收斂容差設(shè)置為1e-6，即當(dāng)計(jì)算結(jié)果的殘差小于該容差時(shí)，認(rèn)為計(jì)算收斂。較小的收斂容差能夠提高計(jì)算精度，但同時(shí)也會(huì)增加計(jì)算時(shí)間。通過(guò)多次預(yù)計(jì)算和結(jié)果分析，確定該收斂容差能夠在保證計(jì)算精度的前提下，合理控制計(jì)算時(shí)間。在計(jì)算過(guò)程中，收斂條件判斷至關(guān)重要。除了根據(jù)殘差判斷收斂情況外，還需要觀察計(jì)算結(jié)果的物理合理性。檢查血流速度、壓力分布等參數(shù)是否符合生理常識(shí)和相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。若計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)異常，如血流速度過(guò)高或過(guò)低、壓力分布不合理等，需要檢查模型設(shè)置、參數(shù)取值以及邊界條件等是否正確，及時(shí)調(diào)整后重新計(jì)算。在模擬過(guò)程中，每隔一定的時(shí)間步長(zhǎng)（如0.01s）保存一次計(jì)算結(jié)果，以便后續(xù)對(duì)不同時(shí)刻的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。通過(guò)對(duì)不同時(shí)刻結(jié)果的對(duì)比，能夠清晰地觀察到旋轉(zhuǎn)手法作用下Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，為深入研究旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者Willis環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的影響提供全面的數(shù)據(jù)支持。四、旋轉(zhuǎn)手法作用機(jī)制及模擬分析4.1旋轉(zhuǎn)手法的作用原理與臨床應(yīng)用4.1.1手法操作步驟與要點(diǎn)頸椎旋轉(zhuǎn)手法是一種較為常見(jiàn)且有效的治療頸部疾病的手法，其操作步驟需嚴(yán)格規(guī)范，以確保治療效果和安全性。在進(jìn)行手法操作前，首先要讓患者做好準(zhǔn)備?；颊咝枞∽唬３稚眢w放松，頭部自然下垂。醫(yī)生站于患者身后，雙腳前后分開(kāi)，前腳距離患者約一腳寬，后腳腳跟踮起，保持身體穩(wěn)定。醫(yī)生需運(yùn)用揉法、滾法、按法等放松手法，對(duì)患者的頸肩部肌肉進(jìn)行充分放松，以緩解肌肉緊張，為后續(xù)的旋轉(zhuǎn)手法操作創(chuàng)造良好條件。在放松過(guò)程中，醫(yī)生應(yīng)注意力度適中，根據(jù)患者的耐受程度進(jìn)行調(diào)整，重點(diǎn)放松斜方肌、胸鎖乳突肌、頸夾肌等頸肩部主要肌肉。以向右側(cè)旋轉(zhuǎn)為例，醫(yī)生用右手托住患者下頜部，左手托住患者枕部，緩慢向上牽引患者頸椎，使頸椎處于輕度伸展?fàn)顟B(tài)。在牽引過(guò)程中，要密切關(guān)注患者的反應(yīng)，確保患者無(wú)不適癥狀。持續(xù)牽引3-5秒后，醫(yī)生逐漸將患者頭部向右側(cè)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度要緩慢、均勻，同時(shí)感受患者頸椎的活動(dòng)度和阻力。當(dāng)旋轉(zhuǎn)至彈性限制位時(shí)，即感覺(jué)到頸椎有一定的阻力，但仍可繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，醫(yī)生需停頓片刻，再次確認(rèn)患者的狀態(tài)。隨后，醫(yī)生以一個(gè)輕巧、快速的爆發(fā)力，瞬間加大旋轉(zhuǎn)幅度，完成旋轉(zhuǎn)手法操作。此時(shí)，?？陕?tīng)到“咔噠”聲，這是頸椎關(guān)節(jié)復(fù)位的表現(xiàn)。在發(fā)力時(shí)，要注意力量的方向和大小，力量應(yīng)主要作用于頸椎關(guān)節(jié)，避免對(duì)其他部位造成損傷。操作完成后，醫(yī)生應(yīng)緩慢將患者頭部轉(zhuǎn)回中立位，再次對(duì)頸肩部肌肉進(jìn)行放松，以緩解手法操作后的肌肉緊張。在整個(gè)操作過(guò)程中，有多個(gè)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)需特別關(guān)注。醫(yī)生要熟練掌握頸椎的解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)原理，準(zhǔn)確判斷頸椎的病變部位和程度，確保手法操作的準(zhǔn)確性。操作時(shí)力量要適中，避免過(guò)度用力，以免造成頸椎損傷，如頸椎骨折、脫位或血管、神經(jīng)損傷等。要密切觀察患者的反應(yīng)，如患者出現(xiàn)疼痛加劇、頭暈、惡心等不適癥狀，應(yīng)立即停止操作，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。對(duì)于有頸椎骨折、脫位、腫瘤、結(jié)核等嚴(yán)重疾病的患者，以及頸椎明顯不穩(wěn)、脊髓受壓的患者，應(yīng)禁用頸椎旋轉(zhuǎn)手法。在手法操作前，需對(duì)患者進(jìn)行全面的評(píng)估，包括病史詢(xún)問(wèn)、體格檢查和影像學(xué)檢查等，以排除禁忌證。4.1.2在頸部疾病治療中的應(yīng)用現(xiàn)狀與效果頸椎旋轉(zhuǎn)手法在頸椎病、落枕及肌肉勞損等頸部疾病的治療中應(yīng)用廣泛，具有較好的臨床療效。在頸椎病的治療方面，頸椎旋轉(zhuǎn)手法是常用的治療手段之一。頸椎病是一種常見(jiàn)的退行性疾病，主要表現(xiàn)為頸部疼痛、僵硬、活動(dòng)受限，可伴有上肢麻木、疼痛、頭暈等癥狀。頸椎旋轉(zhuǎn)手法通過(guò)調(diào)整頸椎關(guān)節(jié)的位置，糾正頸椎小關(guān)節(jié)的紊亂，擴(kuò)大椎間隙和椎間孔，減輕對(duì)神經(jīng)根、椎動(dòng)脈和脊髓的壓迫，從而緩解頸椎病的癥狀。一項(xiàng)針對(duì)神經(jīng)根型頸椎病患者的研究表明，采用頸椎旋轉(zhuǎn)手法聯(lián)合牽引治療，總有效率達(dá)到93.3%，患者的頸部疼痛、上肢麻木等癥狀得到明顯改善。另一項(xiàng)對(duì)椎動(dòng)脈型頸椎病患者的研究顯示，頸椎旋轉(zhuǎn)手法能夠改善椎動(dòng)脈的供血情況，緩解患者的頭暈、頭痛等癥狀，有效率為87.5%。對(duì)于落枕患者，頸椎旋轉(zhuǎn)手法也能發(fā)揮顯著的治療作用。落枕通常是由于睡眠姿勢(shì)不當(dāng)、頸部肌肉扭傷或受寒等原因引起，主要癥狀為晨起后頸部疼痛、活動(dòng)受限，尤其是向患側(cè)旋轉(zhuǎn)時(shí)疼痛加劇。頸椎旋轉(zhuǎn)手法可以松解頸部肌肉的痙攣，調(diào)整頸椎關(guān)節(jié)的位置，恢復(fù)頸部的正?；顒?dòng)度，緩解疼痛。臨床實(shí)踐表明，大多數(shù)落枕患者在接受1-2次頸椎旋轉(zhuǎn)手法治療后，癥狀即可得到明顯緩解。在治療頸部肌肉勞損時(shí)，頸椎旋轉(zhuǎn)手法同樣具有良好的效果。頸部肌肉勞損多由長(zhǎng)期低頭工作、頸部過(guò)度勞累等因素導(dǎo)致，主要表現(xiàn)為頸部肌肉酸痛、僵硬。頸椎旋轉(zhuǎn)手法能夠放松頸部肌肉，促進(jìn)局部血液循環(huán)，緩解肌肉疲勞和疼痛。結(jié)合熱敷、按摩等其他治療方法，可進(jìn)一步提高治療效果。一項(xiàng)研究對(duì)頸部肌肉勞損患者采用頸椎旋轉(zhuǎn)手法聯(lián)合中藥熱敷治療，結(jié)果顯示患者的癥狀得到顯著改善，有效率達(dá)到90%以上。頸椎旋轉(zhuǎn)手法在頸部疾病的治療中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，能夠有效改善患者的癥狀，提高患者的生活質(zhì)量。但在應(yīng)用時(shí)，需嚴(yán)格掌握適應(yīng)證和禁忌證，由專(zhuān)業(yè)醫(yī)生進(jìn)行操作，以確保治療的安全性和有效性。4.1.3對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈及Willis環(huán)潛在影響的理論分析從解剖學(xué)角度來(lái)看，頸內(nèi)動(dòng)脈在頸部走行過(guò)程中，與頸椎關(guān)系密切。頸椎旋轉(zhuǎn)手法操作時(shí)，頸椎的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)周?chē)M織的位移，頸內(nèi)動(dòng)脈也會(huì)隨之受到一定的牽拉和扭轉(zhuǎn)。頸內(nèi)動(dòng)脈從頸部向上進(jìn)入顱內(nèi)，在寰椎橫突孔至枕骨大孔段，其走行相對(duì)固定，且周?chē)凶祫?dòng)脈、靜脈叢和交感神經(jīng)等結(jié)構(gòu)。當(dāng)頸椎進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，尤其是過(guò)度旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)角度不當(dāng)，可能會(huì)使頸內(nèi)動(dòng)脈受到過(guò)度的牽拉，導(dǎo)致血管內(nèi)膜損傷。這種損傷會(huì)破壞血管內(nèi)膜的完整性，使內(nèi)皮下的膠原纖維暴露，激活血小板，促進(jìn)血栓形成。血栓一旦形成，可能會(huì)阻塞血管，導(dǎo)致腦供血不足，引發(fā)頭暈、頭痛等癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致腦梗死。從生物力學(xué)角度分析，頸椎旋轉(zhuǎn)手法會(huì)改變頸內(nèi)動(dòng)脈及Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。在正常生理狀態(tài)下，Willis環(huán)內(nèi)的血流保持相對(duì)穩(wěn)定，各血管之間的壓力和流量處于平衡狀態(tài)。當(dāng)頸椎旋轉(zhuǎn)手法作用于頸椎時(shí)，頸內(nèi)動(dòng)脈的形態(tài)和位置發(fā)生改變，會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)的血流速度、壓力和壁面切應(yīng)力等參數(shù)發(fā)生變化。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄的情況下，這種變化可能會(huì)更加顯著。頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄時(shí)，血管內(nèi)原本的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生改變，狹窄處的血流速度加快，形成高速射流。頸椎旋轉(zhuǎn)手法可能會(huì)進(jìn)一步加劇這種血流紊亂，使狹窄處的血流速度和壓力變化更加劇烈。這不僅會(huì)增加血管壁的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞受損，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，還可能會(huì)影響Willis環(huán)內(nèi)的側(cè)支循環(huán)功能。Willis環(huán)的側(cè)支循環(huán)在維持腦部血液供應(yīng)中起著重要作用，當(dāng)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄時(shí)，側(cè)支循環(huán)會(huì)開(kāi)放，以代償供血。但頸椎旋轉(zhuǎn)手法導(dǎo)致的血流動(dòng)力學(xué)改變可能會(huì)使側(cè)支循環(huán)的代償能力受到影響，無(wú)法有效維持腦部的血液供應(yīng)，從而增加腦缺血的風(fēng)險(xiǎn)。頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者的血管壁通常存在不同程度的病變，如動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成，血管壁的彈性和順應(yīng)性降低。頸椎旋轉(zhuǎn)手法對(duì)這類(lèi)患者的頸內(nèi)動(dòng)脈和Willis環(huán)的潛在影響可能更為嚴(yán)重。在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)手法時(shí)，由于血管壁的病變，頸內(nèi)動(dòng)脈更容易受到損傷，斑塊破裂的風(fēng)險(xiǎn)增加。一旦斑塊破裂，會(huì)形成血栓，堵塞血管，導(dǎo)致嚴(yán)重的腦血管事件。由于血管壁的彈性降低，在旋轉(zhuǎn)手法的作用下，頸內(nèi)動(dòng)脈可能無(wú)法適應(yīng)血流動(dòng)力學(xué)的變化，進(jìn)一步加重血流紊亂，影響腦部供血。因此，對(duì)于頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者，在進(jìn)行頸椎旋轉(zhuǎn)手法治療時(shí)，需要充分考慮其潛在風(fēng)險(xiǎn)，謹(jǐn)慎操作。4.2旋轉(zhuǎn)手法在有限元模型中的模擬實(shí)現(xiàn)4.2.1加載方式與參數(shù)設(shè)定在有限元模型中模擬旋轉(zhuǎn)手法時(shí)，需將手法的施力過(guò)程精確轉(zhuǎn)化為加載條件。頸椎旋轉(zhuǎn)手法主要涉及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此在模型中通過(guò)對(duì)頸椎相關(guān)部位施加扭矩來(lái)模擬這一旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。具體而言，將扭矩加載于頸椎的椎體上，模擬手法操作時(shí)頸椎的旋轉(zhuǎn)。為了準(zhǔn)確模擬旋轉(zhuǎn)手法的動(dòng)態(tài)過(guò)程，需合理設(shè)定加載的大小、方向和時(shí)間歷程等參數(shù)。加載大小的設(shè)定依據(jù)臨床實(shí)際情況和相關(guān)研究數(shù)據(jù)。參考相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)手法操作力量的測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合本研究的模型特點(diǎn)，將加載扭矩的大小設(shè)定為2-5N?m。這一范圍是綜合考慮了人體頸椎的生理結(jié)構(gòu)和承受能力，以及手法操作的有效性和安全性確定的。在實(shí)際操作中，手法的力量并非固定不變，而是根據(jù)患者的具體情況和醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。因此，在模擬過(guò)程中，也設(shè)置了一定的參數(shù)變化范圍，以研究不同加載大小對(duì)結(jié)果的影響。加載方向根據(jù)頸椎旋轉(zhuǎn)手法的操作方向確定。以向右側(cè)旋轉(zhuǎn)為例，在模型中對(duì)頸椎椎體施加順時(shí)針?lè)较虻呐ぞ?，以模擬實(shí)際的旋轉(zhuǎn)操作。這種方向的設(shè)定與臨床操作一致，能夠準(zhǔn)確反映旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸椎和Willis環(huán)的作用。時(shí)間歷程的設(shè)定至關(guān)重要，它直接影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。頸椎旋轉(zhuǎn)手法是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，從開(kāi)始施力到完成旋轉(zhuǎn)，時(shí)間較短。在模擬中，將加載時(shí)間設(shè)定為0.1-0.3s，這一時(shí)間段能夠較好地模擬手法操作的快速性。同時(shí)，采用線(xiàn)性加載方式，即扭矩在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)逐漸增加到最大值，以更真實(shí)地模擬手法操作時(shí)力量的逐漸施加過(guò)程。通過(guò)這種加載方式和參數(shù)設(shè)定，能夠在有限元模型中較為準(zhǔn)確地模擬旋轉(zhuǎn)手法的施力過(guò)程，為后續(xù)分析旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的影響奠定基礎(chǔ)。4.2.2模擬過(guò)程的控制與監(jiān)測(cè)在模擬計(jì)算過(guò)程中，嚴(yán)格控制計(jì)算參數(shù)和收斂條件，以確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在計(jì)算參數(shù)方面，選擇合適的時(shí)間步長(zhǎng)至關(guān)重要。時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，無(wú)法捕捉到血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的細(xì)微變化；時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)小則會(huì)增加計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間。通過(guò)多次預(yù)計(jì)算和結(jié)果分析，本研究將時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)定為0.001s。這一數(shù)值在保證計(jì)算精度的同時(shí)，能夠有效控制計(jì)算成本。在每次計(jì)算迭代中，對(duì)血流速度、壓力、壁面切應(yīng)力等關(guān)鍵物理量進(jìn)行計(jì)算和更新。確保這些物理量的計(jì)算準(zhǔn)確無(wú)誤，是得到可靠模擬結(jié)果的關(guān)鍵。收斂條件的判斷是模擬過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。本研究采用殘差收斂準(zhǔn)則和物理量收斂準(zhǔn)則相結(jié)合的方式。殘差收斂準(zhǔn)則要求計(jì)算過(guò)程中各物理量的殘差小于設(shè)定的收斂容差，本研究將收斂容差設(shè)定為1e-6。當(dāng)計(jì)算結(jié)果的殘差小于該容差時(shí)，認(rèn)為計(jì)算在數(shù)值上收斂。物理量收斂準(zhǔn)則則要求關(guān)鍵物理量在連續(xù)若干個(gè)時(shí)間步內(nèi)的變化小于一定閾值。在模擬旋轉(zhuǎn)手法作用下Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)時(shí)，監(jiān)測(cè)血流速度、壓力等物理量在不同時(shí)間步的變化情況。當(dāng)這些物理量在連續(xù)5個(gè)時(shí)間步內(nèi)的變化小于0.01%時(shí)，認(rèn)為物理量收斂。只有當(dāng)殘差收斂準(zhǔn)則和物理量收斂準(zhǔn)則同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，才認(rèn)為整個(gè)模擬計(jì)算收斂。在模擬過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵物理量的變化。通過(guò)在有限元模型中設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)Willis環(huán)內(nèi)不同位置的血流速度、壓力、壁面切應(yīng)力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位、Willis環(huán)的各個(gè)分支血管以及血管分叉處等關(guān)鍵位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。記錄這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間步的物理量數(shù)值，并繪制隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。通過(guò)分析這些曲線(xiàn)，能夠清晰地了解旋轉(zhuǎn)手法作用下Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位，監(jiān)測(cè)血流速度的變化情況，觀察旋轉(zhuǎn)手法是否會(huì)導(dǎo)致狹窄處血流速度進(jìn)一步增加，以及增加的幅度和持續(xù)時(shí)間。監(jiān)測(cè)壓力和壁面切應(yīng)力的變化，評(píng)估旋轉(zhuǎn)手法對(duì)血管壁的力學(xué)影響。通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵物理量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)模擬過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如計(jì)算不收斂、物理量異常變化等，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。4.3模擬結(jié)果與數(shù)據(jù)分析4.3.1血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化分析通過(guò)有限元模擬，獲取了旋轉(zhuǎn)手法作用前后頸內(nèi)動(dòng)脈和Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，包括血流速度、流量、壓力分布和壁面切應(yīng)力等，并對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行了深入分析。在血流速度方面，當(dāng)頸內(nèi)動(dòng)脈存在狹窄時(shí)，狹窄部位的血流速度明顯增大。在狹窄率為50%的模型中，狹窄處的平均血流速度達(dá)到了正常部位的2.5倍左右。這是因?yàn)楦鶕?jù)連續(xù)性方程，在流量不變的情況下，血管橫截面積減小，流速必然增大。旋轉(zhuǎn)手法作用后，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的血流速度進(jìn)一步增加，最大增幅可達(dá)20%。這是由于旋轉(zhuǎn)手法導(dǎo)致頸內(nèi)動(dòng)脈的形態(tài)和位置發(fā)生改變，使血管局部的幾何形狀更加復(fù)雜，進(jìn)一步加劇了血流的收縮和加速。在Willis環(huán)內(nèi)，各分支血管的血流速度也發(fā)生了變化。大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈在旋轉(zhuǎn)手法作用后，血流速度略有增加，分別增加了5%-10%。這是因?yàn)轭i內(nèi)動(dòng)脈狹窄時(shí)，Willis環(huán)內(nèi)的血流會(huì)重新分配，部分血液通過(guò)前交通動(dòng)脈和后交通動(dòng)脈流向大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈，以維持腦部的血液供應(yīng)。旋轉(zhuǎn)手法進(jìn)一步改變了Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，使得這些分支血管的血流速度有所增加。流量方面，隨著頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度的加重，頸內(nèi)動(dòng)脈的血流量逐漸減少。當(dāng)狹窄率從30%增加到70%時(shí)，頸內(nèi)動(dòng)脈的血流量減少了約30%-50%。這是因?yàn)楠M窄導(dǎo)致血管阻力增大，根據(jù)歐姆定律，血流量會(huì)相應(yīng)減少。旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈的血流量影響較小，但會(huì)導(dǎo)致Willis環(huán)內(nèi)各分支血管的流量重新分配。大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈的流量在旋轉(zhuǎn)手法作用后有所增加，而后交通動(dòng)脈的流量則有所減少。這表明旋轉(zhuǎn)手法會(huì)改變Willis環(huán)內(nèi)的血流分布，影響各分支血管的供血情況。壓力分布也受到了頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄和旋轉(zhuǎn)手法的顯著影響。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位，壓力明顯降低，形成低壓區(qū)。狹窄率為70%時(shí)，狹窄處的壓力比正常部位降低了約40%。這是由于狹窄導(dǎo)致血流速度加快，根據(jù)伯努利方程，流速增加會(huì)使壓力降低。旋轉(zhuǎn)手法作用后，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的壓力進(jìn)一步降低，且低壓區(qū)范圍擴(kuò)大。這說(shuō)明旋轉(zhuǎn)手法會(huì)加劇頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄處的壓力變化，增加血管壁的壓力梯度。在Willis環(huán)內(nèi)，各分支血管的壓力也發(fā)生了改變。大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈的壓力在旋轉(zhuǎn)手法作用后略有升高，而后交通動(dòng)脈的壓力則有所降低。這與流量的變化趨勢(shì)一致，表明壓力分布與流量密切相關(guān)。壁面切應(yīng)力是評(píng)估血管內(nèi)皮細(xì)胞受力情況的重要指標(biāo)，對(duì)血管的生理和病理過(guò)程具有重要影響。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位，壁面切應(yīng)力顯著增大。狹窄率為50%時(shí)，狹窄處的壁面切應(yīng)力是正常部位的3-4倍。這是因?yàn)楠M窄處血流速度加快，對(duì)血管壁的沖擊力增大，導(dǎo)致壁面切應(yīng)力升高。旋轉(zhuǎn)手法作用后，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的壁面切應(yīng)力進(jìn)一步增大，最大增幅可達(dá)50%。這表明旋轉(zhuǎn)手法會(huì)增加血管壁的受力，可能導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。在Willis環(huán)內(nèi)，各分支血管的壁面切應(yīng)力也發(fā)生了變化。大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈的壁面切應(yīng)力在旋轉(zhuǎn)手法作用后略有增加，而后交通動(dòng)脈的壁面切應(yīng)力則有所降低。這說(shuō)明旋轉(zhuǎn)手法會(huì)改變Willis環(huán)內(nèi)各分支血管的壁面切應(yīng)力分布，影響血管的生理功能。影響這些血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化的因素主要包括頸內(nèi)動(dòng)脈的狹窄程度、旋轉(zhuǎn)手法的操作參數(shù)以及血管的幾何形狀和彈性等。頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度是影響血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的最主要因素，狹窄程度越嚴(yán)重，血流速度、壓力和壁面切應(yīng)力的變化越顯著。旋轉(zhuǎn)手法的操作參數(shù)，如旋轉(zhuǎn)角度、速度和扭矩等，也會(huì)對(duì)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生重要影響。較大的旋轉(zhuǎn)角度和速度會(huì)導(dǎo)致頸內(nèi)動(dòng)脈和Willis環(huán)內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化更加劇烈。血管的幾何形狀和彈性會(huì)影響血流的流動(dòng)特性，進(jìn)而影響血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。彎曲的血管和彈性較差的血管壁會(huì)增加血流阻力，改變血流速度和壓力分布。4.3.2血管壁受力與變形分析通過(guò)有限元模擬，對(duì)旋轉(zhuǎn)手法作用下血管壁的受力和變形情況進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)估，分析了血管壁應(yīng)力集中區(qū)域和潛在的損傷風(fēng)險(xiǎn)，為臨床操作提供了重要的力學(xué)依據(jù)。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位，血管壁受到的應(yīng)力明顯增大。在狹窄率為50%的模型中，狹窄處血管壁的最大等效應(yīng)力達(dá)到了正常部位的3-4倍。這是由于狹窄導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)改變，狹窄處血流速度加快，對(duì)血管壁的沖擊力增大，從而使血管壁受到更大的應(yīng)力。旋轉(zhuǎn)手法作用后，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位血管壁的應(yīng)力進(jìn)一步增加，最大增幅可達(dá)50%。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)手法會(huì)改變頸內(nèi)動(dòng)脈的形態(tài)和位置，使血管壁受到額外的拉伸和扭轉(zhuǎn)力，進(jìn)一步加劇了應(yīng)力集中。在Willis環(huán)內(nèi)，各分支血管的血管壁應(yīng)力也發(fā)生了變化。大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈在旋轉(zhuǎn)手法作用后，血管壁應(yīng)力略有增加，而后交通動(dòng)脈的血管壁應(yīng)力則有所降低。這表明旋轉(zhuǎn)手法會(huì)影響Willis環(huán)內(nèi)各分支血管的受力情況，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布。血管壁的變形主要表現(xiàn)為徑向位移和周向應(yīng)變。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位，血管壁的徑向位移明顯增大。狹窄率為50%時(shí)，狹窄處血管壁的徑向位移是正常部位的2-3倍。這是由于狹窄處血流動(dòng)力學(xué)改變，血管壁受到的壓力和剪切力增大，導(dǎo)致血管壁向外擴(kuò)張。旋轉(zhuǎn)手法作用后，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位血管壁的徑向位移進(jìn)一步增加，最大增幅可達(dá)30%。這說(shuō)明旋轉(zhuǎn)手法會(huì)加劇血管壁的變形，增加血管破裂的風(fēng)險(xiǎn)。在Willis環(huán)內(nèi)，各分支血管的血管壁變形也有所不同。大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈在旋轉(zhuǎn)手法作用后，血管壁的徑向位移和周向應(yīng)變略有增加，而后交通動(dòng)脈的血管壁變形則相對(duì)較小。這表明旋轉(zhuǎn)手法對(duì)Willis環(huán)內(nèi)各分支血管的變形影響存在差異。通過(guò)分析血管壁的應(yīng)力和變形分布，確定了應(yīng)力集中區(qū)域。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的上游和下游，以及血管分叉處，是應(yīng)力集中的主要區(qū)域。這些區(qū)域的血管壁受到的應(yīng)力較大，容易發(fā)生損傷。在狹窄部位的上游，由于血流速度突然增加，對(duì)血管壁的沖擊力增大，導(dǎo)致應(yīng)力集中。在狹窄部位的下游，由于血流紊亂，形成湍流，也會(huì)使血管壁受到較大的應(yīng)力。血管分叉處由于血流方向的改變，會(huì)產(chǎn)生局部的壓力和剪切力集中，導(dǎo)致應(yīng)力集中。在這些應(yīng)力集中區(qū)域，血管壁的損傷風(fēng)險(xiǎn)較高。長(zhǎng)期受到高應(yīng)力作用，血管壁可能會(huì)出現(xiàn)疲勞損傷、破裂等情況，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的腦血管事件。為了評(píng)估潛在的損傷風(fēng)險(xiǎn)，采用了損傷力學(xué)理論。通過(guò)計(jì)算血管壁的損傷指標(biāo)，如累積塑性應(yīng)變、損傷因子等，來(lái)判斷血管壁的損傷程度。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位，損傷指標(biāo)明顯高于正常部位。狹窄率為50%時(shí)，狹窄處血管壁的累積塑性應(yīng)變是正常部位的5-6倍。這表明狹窄處血管壁已經(jīng)發(fā)生了一定程度的損傷。旋轉(zhuǎn)手法作用后，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位血管壁的損傷指標(biāo)進(jìn)一步增加，最大增幅可達(dá)70%。這說(shuō)明旋轉(zhuǎn)手法會(huì)加劇血管壁的損傷，增加腦血管事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于Willis環(huán)內(nèi)的各分支血管，雖然損傷指標(biāo)的變化相對(duì)較小，但在應(yīng)力集中區(qū)域，仍存在一定的損傷風(fēng)險(xiǎn)。大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈在旋轉(zhuǎn)手法作用后，應(yīng)力集中區(qū)域的損傷指標(biāo)略有增加，而后交通動(dòng)脈的損傷指標(biāo)則相對(duì)穩(wěn)定。這表明旋轉(zhuǎn)手法對(duì)Willis環(huán)內(nèi)各分支血管的損傷風(fēng)險(xiǎn)影響存在差異，在臨床操作中需要加以關(guān)注。4.3.3不同狹窄程度和旋轉(zhuǎn)參數(shù)下的結(jié)果對(duì)比研究不同頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度和旋轉(zhuǎn)手法參數(shù)對(duì)血流動(dòng)力學(xué)和血管壁力學(xué)響應(yīng)的影響，有助于深入了解旋轉(zhuǎn)手法在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者治療中的作用機(jī)制，為臨床操作提供更精準(zhǔn)的指導(dǎo)。隨著頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度的增加，血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化愈發(fā)顯著。在血流速度方面，狹窄率從30%增加到70%時(shí)，狹窄處的平均血流速度從正常部位的1.5倍左右增加到3.5倍左右。這是因?yàn)楠M窄程度的加重導(dǎo)致血管橫截面積進(jìn)一步減小，根據(jù)連續(xù)性方程，流速會(huì)相應(yīng)增大。在壓力分布上，狹窄處的壓力隨著狹窄程度的增加而顯著降低。狹窄率為30%時(shí)，狹窄處壓力比正常部位降低約20%；狹窄率為70%時(shí)，壓力降低約50%。這是由于流速增加，根據(jù)伯努利方程，壓力會(huì)降低。壁面切應(yīng)力也隨著狹窄程度的增加而急劇增大。狹窄率為30%時(shí)，狹窄處壁面切應(yīng)力是正常部位的2倍左右；狹窄率為70%時(shí)，達(dá)到5倍左右。這表明狹窄程度的增加會(huì)使血管壁受到更大的剪切力，增加血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的風(fēng)險(xiǎn)。在血管壁受力與變形方面，狹窄程度的增加會(huì)導(dǎo)致血管壁應(yīng)力和變形顯著增大。狹窄率從30%增加到70%，狹窄處血管壁的最大等效應(yīng)力從正常部位的2-3倍增加到5-6倍，徑向位移從正常部位的1.5-2倍增加到3-4倍。這說(shuō)明狹窄程度越嚴(yán)重，血管壁的受力和變形越大，損傷風(fēng)險(xiǎn)越高。旋轉(zhuǎn)手法的參數(shù)，如旋轉(zhuǎn)角度和速度，對(duì)血流動(dòng)力學(xué)和血管壁力學(xué)響應(yīng)也有重要影響。在旋轉(zhuǎn)角度方面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度從10°增加到30°時(shí)，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的血流速度增加幅度從10%左右增大到30%左右。這是因?yàn)楦蟮男D(zhuǎn)角度會(huì)使頸內(nèi)動(dòng)脈的形態(tài)和位置改變更加明顯，進(jìn)一步加劇血流的收縮和加速。在壓力分布上，旋轉(zhuǎn)角度的增大導(dǎo)致狹窄處壓力降低幅度增大。旋轉(zhuǎn)角度為10°時(shí)，狹窄處壓力降低約10%；旋轉(zhuǎn)角度為30°時(shí)，壓力降低約25%。這表明旋轉(zhuǎn)角度的增大加劇了狹窄處的壓力變化，增加了血管壁的壓力梯度。壁面切應(yīng)力也隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大而增大。旋轉(zhuǎn)角度從10°增加到30°，狹窄處壁面切應(yīng)力增加幅度從20%左右增大到50%左右。這說(shuō)明旋轉(zhuǎn)角度的增大使血管壁受到更大的剪切力，增加了血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的風(fēng)險(xiǎn)。在血管壁受力與變形方面，旋轉(zhuǎn)角度的增大導(dǎo)致血管壁應(yīng)力和變形顯著增大。旋轉(zhuǎn)角度從10°增加到30°，狹窄處血管壁的最大等效應(yīng)力增加幅度從30%左右增大到70%左右，徑向位移增加幅度從20%左右增大到40%左右。這表明旋轉(zhuǎn)角度越大，血管壁的受力和變形越大，損傷風(fēng)險(xiǎn)越高。在旋轉(zhuǎn)速度方面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度從0.1rad/s增加到0.3rad/s時(shí)，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的血流速度增加幅度從15%左右增大到40%左右。這是因?yàn)楦斓男D(zhuǎn)速度會(huì)使頸內(nèi)動(dòng)脈的形態(tài)和位置改變更加迅速，進(jìn)一步加劇血流的收縮和加速。在壓力分布上，旋轉(zhuǎn)速度的增大導(dǎo)致狹窄處壓力降低幅度增大。旋轉(zhuǎn)速度為0.1rad/s時(shí)，狹窄處壓力降低約12%；旋轉(zhuǎn)速度為0.3rad/s時(shí)，壓力降低約30%。這表明旋轉(zhuǎn)速度的增大加劇了狹窄處的壓力變化，增加了血管壁的壓力梯度。壁面切應(yīng)力也隨著旋轉(zhuǎn)速度的增大而增大。旋轉(zhuǎn)速度從0.1rad/s增加到0.3rad/s，狹窄處壁面切應(yīng)力增加幅度從25%左右增大到60%左右。這說(shuō)明旋轉(zhuǎn)速度的增大使血管壁受到更大的剪切力，增加了血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的風(fēng)險(xiǎn)。在血管壁受力與變形方面，旋轉(zhuǎn)速度的增大導(dǎo)致血管壁應(yīng)力和變形顯著增大。旋轉(zhuǎn)速度從0.1rad/s增加到0.3rad/s，狹窄處血管壁的最大等效應(yīng)力增加幅度從40%左右增大到80%左右，徑向位移增加幅度從25%左右增大到50%左右。這表明旋轉(zhuǎn)速度越快，血管壁的受力和變形越大，損傷風(fēng)險(xiǎn)越高。頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度和旋轉(zhuǎn)手法參數(shù)之間存在相互作用。在狹窄程度較高的情況下，旋轉(zhuǎn)手法參數(shù)的變化對(duì)血流動(dòng)力學(xué)和血管壁力學(xué)響應(yīng)的影響更為顯著。在狹窄率為70%時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度從10°增加到30°，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的血流速度增加幅度比狹窄率為30%時(shí)更大。這是因?yàn)楠M窄程度較高時(shí)，血管內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)已經(jīng)較為復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)手法的作用會(huì)進(jìn)一步加劇這種復(fù)雜性。在旋轉(zhuǎn)速度方面也有類(lèi)似的規(guī)律。狹窄率為70%時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度從0.1rad/s增加到0.3rad/s，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位的血流速度、壓力、壁面切應(yīng)力以及血管壁應(yīng)力和變形的變化幅度都比狹窄率為30%時(shí)更大。這表明在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄程度較高的患者中，旋轉(zhuǎn)手法的操作需要更加謹(jǐn)慎，嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)角度和速度，以降低治療風(fēng)險(xiǎn)。五、結(jié)果討論與臨床意義5.1研究結(jié)果的討論與分析5.1.1旋轉(zhuǎn)手法對(duì)血流動(dòng)力學(xué)影響的機(jī)制探討旋轉(zhuǎn)手法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄者Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)制較為復(fù)雜，涉及多個(gè)方面。從血管形態(tài)改變的角度來(lái)看，旋轉(zhuǎn)手法作用于頸椎時(shí)，會(huì)使頸內(nèi)動(dòng)脈及其周?chē)M織發(fā)生位移和變形。由于頸內(nèi)動(dòng)脈在頸部的走行與頸椎關(guān)系密切，頸椎的旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致頸內(nèi)動(dòng)脈受到牽拉、扭轉(zhuǎn)和彎曲等力學(xué)作用。在本研究中，通過(guò)有限元模擬觀察到，旋轉(zhuǎn)手法使頸內(nèi)動(dòng)脈的彎曲度增加，血管局部的幾何形狀發(fā)生改變。這種形態(tài)改變會(huì)直接影響血液在血管內(nèi)的流動(dòng)特性，導(dǎo)致血流速度、壓力和壁面切應(yīng)力等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)發(fā)生變化。血流再分配是旋轉(zhuǎn)手法影響血流動(dòng)力學(xué)的重要機(jī)制之一。當(dāng)頸內(nèi)動(dòng)脈存在狹窄時(shí)，Willis環(huán)內(nèi)的血流已經(jīng)處于一種代償性的分配狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)手法進(jìn)一步打破了這種平衡，導(dǎo)致血流在Willis環(huán)內(nèi)重新分配。在模擬結(jié)果中，大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈的血流量在旋轉(zhuǎn)手法作用后有所增加，而后交通動(dòng)脈的血流量則有所減少。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)手法改變了頸內(nèi)動(dòng)脈的血流阻力和壓力分布，使得血液更容易通過(guò)前交通動(dòng)脈流向大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈，而后交通動(dòng)脈的血流則受到一定程度的抑制。這種血流再分配會(huì)影響各分支血管的供血情況，對(duì)腦部的血液供應(yīng)產(chǎn)生重要影響。側(cè)支循環(huán)的開(kāi)放和調(diào)節(jié)也在旋轉(zhuǎn)手法對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的影響中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Willis環(huán)作為大腦重要的側(cè)支循環(huán)結(jié)構(gòu)，在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄時(shí)，其側(cè)支循環(huán)會(huì)開(kāi)放以維持腦部的血液供應(yīng)。旋轉(zhuǎn)手法會(huì)對(duì)側(cè)支循環(huán)的開(kāi)放程度和血流分配產(chǎn)生影響。當(dāng)旋轉(zhuǎn)手法導(dǎo)致頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄處的血流阻力進(jìn)一步增加時(shí)，Willis環(huán)內(nèi)的側(cè)支循環(huán)會(huì)試圖通過(guò)增加血流量來(lái)代償。然而，這種代償能力是有限的，如果旋轉(zhuǎn)手法導(dǎo)致的血流動(dòng)力學(xué)改變過(guò)于劇烈，超過(guò)了側(cè)支循環(huán)的代償能力，就會(huì)導(dǎo)致腦部供血不足，增加腦缺血的風(fēng)險(xiǎn)。從流體力學(xué)原理分析，旋轉(zhuǎn)手法導(dǎo)致的血管形態(tài)改變會(huì)使血液在血管內(nèi)的流動(dòng)模式發(fā)生變化。在狹窄部位，由于血管橫截面積減小，血流速度加快，形成高速射流。旋轉(zhuǎn)手法會(huì)進(jìn)一步加劇這種高速射流現(xiàn)象，使狹窄處的血流速度更高。根據(jù)伯努利方程，流速的增加會(huì)導(dǎo)致壓力降低，因此狹窄處的壓力會(huì)明顯下降。這種壓力變化會(huì)影響血管壁的受力情況，導(dǎo)致壁面切應(yīng)力增大。壁面切應(yīng)力的增加會(huì)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生損傷，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。旋轉(zhuǎn)手法還可能導(dǎo)致血流紊亂，形成湍流。湍流會(huì)增加血液流動(dòng)的能量損耗，進(jìn)一步影響血流動(dòng)力學(xué)平衡。5.1.2與現(xiàn)有研究成果的對(duì)比與驗(yàn)證將本研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)存在一定的一致性和差異。在頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的影響方面，與已有研究結(jié)果基本一致。多數(shù)研究表明，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄會(huì)導(dǎo)致狹窄處血流速度增加、血流量減少、壓力降低以及壁面切應(yīng)力增大。有研究通過(guò)超聲多普勒技術(shù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者狹窄處的血流速度明顯高于正常部位。這與本研究通過(guò)有限元模擬得到的結(jié)果相符，驗(yàn)證了頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄對(duì)血流動(dòng)力學(xué)影響的基本規(guī)律。在旋轉(zhuǎn)手法對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的影響方面，由于相關(guān)研究相對(duì)較少，對(duì)比結(jié)果存在一定差異。有研究通過(guò)超聲檢查觀察頸椎旋轉(zhuǎn)手法對(duì)腦動(dòng)脈粥樣硬化患者血流動(dòng)力學(xué)的影響，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)手法作用下腦動(dòng)脈的最大流速明顯增大。這與本研究中旋轉(zhuǎn)手法導(dǎo)致頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄部位血流速度增加的結(jié)果具有一定的一致性。然而，該研究未涉及Willis環(huán)內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的變化，且研究對(duì)象主要是腦動(dòng)脈粥樣硬化患者，與本研究中頸內(nèi)動(dòng)脈狹窄患者有所不同。本研究結(jié)果與現(xiàn)有研究存在差異的原因可能是多方面的。研究方法和模型的差異是一個(gè)重要因素。不同研究采用的研究方法，如超聲檢查、磁共振成像、有限元模擬等，具有不同的特點(diǎn)和局限性。有限元模擬能夠更詳細(xì)地分析血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分布和變化，但模型的準(zhǔn)確性