摘 要

如今，慢性静脉疾病困扰着越来越多的人，其临床症状降低了人们的生活质量。治疗花费多、治疗方式保守等问题也引起了医疗工作者们的注意。而静脉瓣的病变是导致静脉疾病的原因之一，纤维化、萎缩则是其常见的病变情况。为了研究病变静脉的血液流动特性，特别是粘性切应力，本文基于浸入式有限元法建立了二维静脉模型，从而帮助理解静脉瓣的病理行为、优化手术方案。本文的主要研究工作成果为：(1)结合黏附接触法，改进了经典浸入式有限元法；(2)建立静脉模型时未忽略静脉窦结构，符合人体解剖学；(3)模拟了弹性模量异常的纤维化、萎缩病变，与正常静脉进行对比，研究不同程度病变的静脉对出口流速以及粘性切应力的影响。

关键词：静脉瓣；浸入式有限元；慢性静脉疾病

Abstract

Nowadays, more and more people are troubled by chronic venous diseases, whose clinical symptoms reduce people's quality of life. Many problems such as high cost of treatment and conservative treatment have also attracted the attention of medical workers.Diseased venous valve is one of the factors leading to venous diseases, and fibrosis and atrophy are the common pathological changes. In order to study the blood flow characteristics of the diseased vein, especially the viscous shear stress, a two-dimensional vein model was established based on the immersed finite element method, which can help people understand the pathological behavior of the valve and optimize the operation. The main research results of this paper are as follows: (1) combined with adhesive contact method, the classical immersed finite element method is improved; (2) the structure of venous sinuses is not ignored in the vein model, which is in accordance with anthropotomy; (3) the fibrosis and atrophy with abnormal elastic modulus are simulated, and compared with normal veins to study the effects of different lesion's extent on outlet’s velocity and viscous shear stress.

Key Words：venous valve; immersed finite element method; chronic venous diseases

目 录

第1章 绪论 1

第2章 浸入式有限元法 4

2.1 经典浸入式有限元法 4

2.2 黏附接触法 6

第3章 基于浸入式有限元法的静脉瓣病变分析 7

3.1 正常静脉模型 7

3.1.1几何模型 7

3.1.2 材料模型 9

3.1.3 有限元模型 10

3.1.3.1 网格划分 10

3.1.3.2 边界条件 10

3.2 病变静脉模型 10

3.3 结果分析 12

3.3.1 血液流速分析 12

3.3.1.1 萎缩病变 12

3.3.1.2 纤维化病变 13

3.3.2 粘性切应力分析 15

3.3.2.1 萎缩病变 23

3.3.2.2 纤维化病变 24

第4章 结论 27

致谢 28

参考文献 29

绪论

血管是人类心血管系统中重要的组成部分。血管分为静脉和动脉两大类。其中，动脉是将血液由心脏运送至身体的各处，由于内部压力较大，其血流速度较快。而静脉的主要功能则是与动脉相反，是将血液回流到心脏。静脉中有一系列带瓣膜的管道和外周肌肉泵，以对抗重力的力量来返回血液^[1]。所以，在许多方面，静脉系统比动脉系统复杂得多。随着肥胖以及长期站立或久坐的增加，静脉疾病逐渐成为常见的血管疾病。其发病率较高，且静脉疾病的发病率高于动脉疾病的10倍，并呈逐年增加的趋势^[2]。正因为该疾病的普遍性以及静脉系统的复杂性，在急性和慢性静脉疾病的治疗中，更需要对静脉解剖、病理生理学和可用的诊断试验有透彻的了解。

图1.1 A：静脉曲张；B：色素沉着、皮炎和严重水肿；C：静脉溃疡

慢性静脉疾病(chronic venous diseases, CVD)的定义是任何形态和功能的异常静脉系统^[3]。它最常见的症状为：腿重、疼痛感、肿胀感、灼热感、夜间抽筋、瘙痒感、针刺感，这些症状会增加身体的不适感。同时，这些症状的存在和严重程度因年龄和女性性别而明显恶化^[4]。实际上，CVD是包括C -评分从C1到C6的所有患者。而术语慢性静脉功能不全(chronic venous insufficiency, CVI)则意味着静脉系统的功能异常，通常用于更严重情况的疾病，包括水肿、皮肤变化或静脉溃疡(C3-C6)^[4][5][6]，如图1.1所示。

我们必须认识到慢性静脉疾病在全世界都是非常普遍的。根据调查报告显示^[4]，全世界的慢性静脉疾病(CVD)患病率约为63.69%，而处于疾病后期的慢性静脉功能不全(CVI)的患病率约为25.95%。但是，CVI和静脉曲张通常不被认为是威胁生命的疾病，因此它作为一个重要的公共卫生问题往往被人们所忽视。实际上，静脉疾病的确影响到了相当一部分人，对他们的生活造成了不便，影响到了他们的生活质量。

当患者处于CVD早期阶段时，医疗工作者对该疾病的认识不足，对该疾病的早期治疗的重视程度不够，导致诊断率和治疗率低，甚至会导致病情的加重；而当患者处于CVD晚期阶段（即CVI阶段）后，这会造成患者住院周期长、痛苦程度高、经济花费大等种种困难问题的出现^[7]。据估计，每个国家对静脉疾病的管理占卫生保健支出总额的1%至3%。在英国，治疗静脉疾病的总医疗费超过了5亿英镑^[8]。美国政府每年基于人口的治疗费用超过10亿美元；人们每年由于静脉相关疾病损失了近460万个工作日^[9][10]。除此之外，德国和法国等其他欧洲国家的成本估计比美国、英国更高。其实，因为社会成本和患者使用的化妆品成本不包括在医疗支出中，真正的经济负担可能会更高，更加影响人们的日常生活。

目前，静脉疾病的治疗方案包括对浅静脉和深静脉的外加压和的外科治疗，包括结扎和剥脱、热消融、硬化治疗、瓣膜成形术和静脉段移植。但不幸的是，由于静脉阻塞或残余血栓这些症状，并非所有的静脉疾病患者，尤其是血栓后瓣膜功能不全的患者，都是适合进行深静脉重建手术的^[11]。因此，非手术治疗仍是主要治疗方法。但缺点是它是属于保守治疗，并不能根治疾病。好在在过去的几十年里，人们已经从开放手术转向微创介入治疗各种各样的血管疾病，包括这些静脉疾病。随着人口的老龄化以及静脉疾病患病率的增加，将有更多的患者接受相应的治疗。该病的复发性、医疗保健系统的高成本以及当前治疗模式的无效性，都突出了静脉相关研究的必要性。而其中一个很有前景的领域是假体静脉瓣膜。