1. 研究目的与意义（文献综述）
血管是人类心血管系统中重要的组成部分。在许多方面，静脉系统比动脉系统更复杂。同时，静脉疾病发病率高于动脉疾病 10倍, 并呈逐年增加的趋势[1]。特别是慢性下肢静脉疾病，其发生率随着年龄的增长而增加，女性发病率高于男性[2]。
根据调查报告显示[3]，全世界的慢性静脉疾病(chronic venous diseases, cvd)患病率约为63.69%，而处于疾病后期的慢性静脉功能不全(chronicvenous insufficiency, cvi)的患病率约为25.95%。cvd早期阶段，医患对疾病的认识不足，对疾病早期治疗的重视程度不够，导致诊断率和治疗率低[4]；当患者处于cvd晚期阶段(即cvi阶段)后，造成了患者住院周期长、痛苦程度高、经济花费大等种种困难问题的出现。
为了突破静脉疾病这一难题，帮助医学工作者更好地研究静脉的发病机制，制定瓣膜移植、修复手术方案、优化人工瓣膜设计，以及预防静脉疾病的发生和恶化，本课题针对静脉的病理行为进行研究。静脉及其瓣膜与血液的相互作用本质上是一个高度非线性的流-固耦合问题。在这个耦合过程中，静脉瓣膜是具有大变形能力的柔性体，血液是典型的非牛顿粘性流体。它们之间的耦合过程同时伴随有瓣膜闭合以及瓣膜接触静脉壁等行为。因此，本课题采用浸入式过渡层有限元法建立有效的静脉数值模型。
2. 研究的基本内容与方案
研究目标:
本课题以病变静脉为研究对象，进行以下工作：
理解静脉及其瓣膜的病理行为；建立人体主静脉的数值模型；采用浸入式过渡层有限元法，对静脉的病理行为进行研究，从而得到血液流动特性，特别是粘性切应力的大小和分布规律。
研究内容：
本课题采用浸入式过渡层有限元法建立静脉数值模型，对病变的静脉进行实验。通过改变静脉瓣膜整体的病变程度以及局部病变的不同区域进行数值分析，研究此时的血液流动特性，特别是粘性切应力的大小和分布规律。
1.确定静脉的病变类型：
(1)确定病变静脉中瓣膜的病理行为；
(2)确定其病变对瓣膜本身特性的影响。
2.建立静脉的数值模型：
(1)确定静脉基本形状和结构，建立静脉的几何模型；
(2)确定静脉的材料参数，建立静脉的材料模型；
(3)确定血液-静脉组织的流-固耦合作用以及背景流体，建立静脉的有限元模型。
3.模拟病变的静脉瓣膜：
(1)瓣膜整体不同程度的病变；
(2)瓣膜局部不同区域（前端、中部、根部）的病变。
4.根据模拟结果，对血液流动特性，特别是粘性切应力大小和分布规律进行总结分析。
拟采用的技术方案及措施：
1. 基于静脉的双叶瓣膜结构的普遍性，并根据生理学参数对其建立二维的几何模型；
图1 静脉几何模型
| 静脉模型的几何参数 (单位：cm) | ||||
| 结构 | 标尺 | 标注 | 方向 | 尺寸 |
| 血管壁 | 长度 | L0 | 轴向 | 2.50 |
| 血管壁 | 内径 | d0 | 径向 | 0.691 |
| 血管壁 | 厚度 | t0 | 径向 | 0.040 |
| 静脉窦 | 深度 | ds | 轴向 | 0.922 |
| 静脉窦 | 凹陷高度 | hs | 径向 | 0.050 |
| 静脉窦 | 厚度 | ts | 径向 | 0.030 |
| 瓣膜 | 深度 | dv | 轴向 | 0.573 |
| 瓣膜 | 高度 | hv | 径向 | 0.310 |
| 瓣膜 | 厚度 | tv | 径向 | 0.020 |
2. 根据现有的静脉瓣膜研究，合理地假设瓣膜、血管等生物组织在对称轴面上是均匀、不可压缩的，并相对蛋白纤维方向是各向同性的，并采用超弹性材料描述材料模型。同时确定其静脉材料参数以及血液参数；
图2 静脉材料的力学结构性能特点
| 静脉的血管壁和瓣膜的材料参数 | |||||
| 类目 | 密度ρf | c0 | c1 | c3 | c5 |
| 血管壁 | 1.10 | - | - | 2.00 | 187.5 |
| 瓣膜 | 1.10 | 417 | 0.06 | - | - |
| 管壁静脉窦 | 1.10 | - | - | 0.400 | 187.5 |
备注：c0的单位是kPa，c1是无量纲的，c3和c5的单位是kPa。密度单位是g/cm3。
在二维静脉数值模型中，血液为牛顿粘性流体。红细胞全容积条件下，血液的密度ρf为1. 08 g/cm3。在人体体温37℃时，血液的动态粘度μf为 0.0036 Pas。
3. 基于浸入式过渡层有限元-黏附接触算法建立静脉的有限元模型。并考虑静脉模型的重力作用，静脉入口处设置了由于肌肉收缩引起的周期性脉冲压力波条件；
图3 静脉的边界条件和载荷条件
4. 静脉瓣的整体病变是双叶整体均出现纤维化或萎缩，对其弹性模量分别增大为健康瓣膜的2、4、6、8、10倍或减小为健康瓣膜的1/2、1/4、1/6、1/8、1/10；
5.静脉瓣的局部病变是双叶单一局部(前端、中部、根部)均现纤维化或萎缩，其模量变化与整体病变时一致。
3. 研究计划与安排
第1-3周：查阅相关书籍，了解论文研究所需要的相关知识，并且完成开题报告和外文翻译；
第4-6周：学习浸入式过渡层有限元程序的使用；
第7-9周：建立人体主静脉瓣的数值模型，以及病变的静脉模型；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]王深明.静脉疾病的临床诊断和治疗策略[j].中国实用外科杂志,2006(10):736-738.
[2]张小敏, 曾文军, 张堂德, 等.慢性静脉疾病的诊断和鉴别诊断[j].国际皮肤性病学杂志, 2012, 38:24-27.
[3]vuylsteke marc e,colman roos,thomis sarah,guillaume geneviève,van quickenborne damien,staelens ivan. an epidemiological survey of venous disease among general practitioner attendees in different geographical regions on the globe: the final results of the vein consult program.[j]. angiology,2018.
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