本文选择颅部动脉支架植入血流动力学这一医工交叉研究课题作为主要研究对象,采用动力工程及工程热物理学科领域中的流体动力学研究方法,如全三维非定常流动数值模拟技术(两相流)、激光粒子图像速度场测试技术(Particle Image Velocimetry,PIV)等,对颅部动脉狭窄与颅内动脉瘤这两种典型疾病在支架植入后的血流动力学进行了系统的研究分析。针对血流动力学数值模拟结果,采用血流动力学医学指标对支架植入后的影响进行了系统的对比分析。研究采用基于双欧拉模型的多相流数值模拟技术,重点对动脉支架植入前后的血流动力学变化进行了分析,并完成了流场实验验证。主要研究内容有:1)颈动脉狭窄支架植入血流动力学的数值模拟和分析:在颈动脉狭窄的支架植入治疗研究中,分别对正常、狭窄80%、支架扩张90%与支架扩张110%颈动脉统计模型的血流动力学进行全三维建模与数值模拟,通过局部流速、冲击力、壁面切应力、壁面压力、粒子滞留时间与区域等血流动力学指标对支架扩张效果与再狭窄可能性进行预测,并依据正常动脉的血流动力学指标选出最为合适的扩张比例;为了研究支架在临床中的实际使用效果,特对一例真实病例在支架植入扩张手术前后的血流动力学变化进行了数值模拟,预测了该扩张比例术后再狭窄的可能性。2)颅内动脉瘤支架植入血流动力学的数值模拟和分析:研究了低孔隙率支架在颅内动脉瘤中应用的可行性,分别考察了不同孔隙率(80%、70%、60%)与网丝结构(圆形与方形)的支架对颅内动脉瘤内各项血流动力学指标所产生的影响,结合临床经验与本文结果选出效果最好的支架结构;同时,为了验证该结构支架在临床中的实际效果,特选取一例真实颅内动脉瘤对支架植入前后的血流动力学进行分析,以此来预测支架在临床使用中的实际栓塞效果。3)动脉瘤全光学实验模型及其内部流动实验测量:选择两类动脉瘤模型,即侧壁动脉瘤(简化模型)和颅内动脉瘤模型(某真实病例),采用逆向工程技术与3D打印快速成型技术建立了全透明三维流道光学实验模型,结合折射率补偿技术成功地消除了全三维复杂流道的光学畸变;采用激光粒子图像速度场测试技术对模型内部流场进行了精确的实验测量,相关实验结果验证了数值计算方法的正确性。在统计模型实验中还考察了支架对动脉瘤内流动结构的影响。动脉栓塞的形成及介入治疗效果与血流动力学是密切相关的,不正常的血流动力学因素如血流速度、壁面剪切力、压力分布等因素为血液中颗粒物的沉积提供了环境条件。由于血流动力学的研究与传统流体力学的研究有许多相通之处,因此本论文将动力工程及工程热物理学科的专业知识、研究方法以及关键技术应用于颅部动脉支架植入后动脉管内流动的预测与分析中,丰富了动脉疾病致病机理与发展趋势研究的方法与渠道,同时也拓展了相关理论与技术手段的适用范畴。该方法所得到的结论将对今后临床医学研究遇到的相关问题起到积极的促进作用,必将成为临床治疗中不可或缺的辅助手段。