大量研究表明动脉粥样斑块主要发生在动脉扰动区内。扰动区壁面上存在低切应力(WSS)、高振荡剪切因子((OSI)等特征。定量研究扰动区的力学特征及其引起的壁面细胞生物学响应对认识动脉粥样硬化的发生机理具有重要意义。　　 颈动脉扰动区包括动脉弯曲、分叉和窦内的扰动区。扰动区内的流动属于复杂流动。对扰动区流场的分析目前都采用数值模拟方法,但由于缺乏精细的模拟实验,常使数值结果得不到验证。对扰动区切应力与细胞生物学响应的相关性研究一般采用平板流动腔或台阶型流动腔实验,但两利流动腔都不能模拟三维扰动流。　　 本文用实验和数值模拟结合的方法对颈动脉扰动区的力学特征及其影响因素进行了较系统的研究,在下述四部分取得了进展。　　 1,研制成功颈动脉生理脉动流模拟实验系统。主要技术措施包括:用凸轮一柱塞机构产生仿颈总动脉生理脉动流；用圆管外部折线状U形槽实现圆管截面正交方向的速度剖面测量；在保证动力相似条件下完成一个周期内瞬时剖面的系列采样等。用分辨率较高的无创测速技术PIV对两利生理曲率比弯曲圆管模型中的仿生理脉动流场进行了系统测量。获得了不同截面上系列瞬时速度矢量分布图。　　 结果表明弯曲平面速度剖面的特征是:在心动周期的大部分时段为偏斜的抛物线,在收缩期末在内壁附近形成范围较大的负速度扰动区。垂直平面速度剖面的特征是:在心动周期的大部分时段为钝形抛物线,在收缩期末到重搏波谷为凹度较大M形剖面。　　 2,用FLUENT软件对弯管数值模型中的仿生理脉动流场作数值模拟。各截面瞬时速度剖面的计算结果获得实验结果验证,说明数值建模、网格化及计算方法是可行的。其中用Womersley理论将入口生理流量波形变换为三维瞬时速度剖面是保证模拟成功的关键性步骤。　　 用两种实际的生理流量波形(Bloch波形和Holdsworth波形)作为入口条件,在两种曲率比生理颈总动脉模型中对流场和壁面扰动区进行了数值模拟。结果显示与直管相比,弯曲圆管内壁的WSS减小、OSI增大,外壁的OSI几乎为零。扰动区的可能位置在弯管内侧离入口方位角12度到17度附近狭长区域内。弯管曲率比和流量波形对扰动区壁面参数都有影响,流量波形对OSI的影响更显著。　　 3,创建了新型TF-AHCB流动腔。细胞培养窗直接开在具有三维扰动流环境的颈动脉窦外壁面扰动区上。在细胞培养窗曲面上成功培养细胞后,放入体外模拟流动系统中作流动培养。曲面上切应力分布数据由真实流动腔模型中的数值模拟获得,曲面上细胞生物学响应分布数据用免疫荧光检测法获得。细胞生物学数据包括细胞形态学参数和特异性钙粘蛋白指标。将力学数据与细胞生物学数据作相关性分析后的结果证实,扰动区细胞的生物学指标除了与低切应力显著相关外,还与切应力梯度显著相关。由于在TF-AHCB流动腔细胞培养窗上的流动环境更接近实际动脉扰动区,测得的实验数据更有参考意义。　　 4,在颈动脉分叉模型中用数值模拟方法综合考察了不同入口生理流量波形和颈总动脉的几何弯曲对扰动区的影响。结果表明二者对扰动区壁面切应力的量值和分布都有影响。动脉几何形状对扰动区的影响显著大于入口生理流量波形的影响。结论是在作颈动脉分叉流场数值模拟时应准确获取血管几何形态和入口流量波形数据。建模时应将颈总动脉弯曲段包括在内。输入入口速度剖面应在颈总动脉弯曲段的始端截面而不是末端截面。