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CDFI | 血流动力学基础超声考试重点笔记

 懂你473 2021-08-23
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血流动力学基础

一、基本概念

1、稳流:流体元素以恒定的速度和方向运动时,这种流动称为稳定流——稳流。

在稳流中,流体元素的速度被认定为在时间 t通过的距离 s即:s/t在人体血流中,静脉血流和毛细血管内的的血流可看成稳定流动。当流体元素内任何一点的速度大小和方向均随时间而变化时,这种流动称为非稳定流 动,在人体内,动脉血流显现脉动的性质,即非稳定流动。

2、粘滞性:在实际流体元素流动时都具有粘滞。由于粘性作用,必须在流体元素上施加一个力,以克服流体阻力。流体阻力可由泊肃叶定律推导出。在稳流中流量Q与L长度上的压差P2- P1的关系为:

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即单位时间的流量Q与管端压差△P成正比,与流动阻力R成反比。

决定流体阻力大小的主要因素是血管的半径r,流体阻力与半径的四次方成反比。半径的微小变化即可引起流体阻力的明显改变。血管的收缩对于调节心血管系统的外周阻力和血流量,显然具有重要的作用

3、流量:所谓流量是指流体元素在一段时间里通过管腔横截面的体积。

由于血管腔是圆形的,因此把血流系统流量Q看作是一圆柱体积,即:Q=A.L

式中A为管腔横截面积,L为血柱的长度,即在给定的时间里血流通过的距离。因距 离等于速度时间的乘积,即L=V.t,所以,流量Q=V.t.A。对于匀速运动的流体来说,流量等于横截面积A、流速V和时间t三者的乘积。如果流速随时间变化,应将瞬时速度Vi对时间t加以积分,对于非匀速流动的流体,流量等于横截面积A和流速积分的乘积。流量的单位为体积,常用 cm3 或 ml 表示。                                  

 4、流率:流率系指单位时间里的流体体积。

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当流体匀速流动时,流率等于管腔横截面积与流速的乘积。在非匀速流动时,

流速qI = A·VI    即流率等于横截面积和瞬时流速的乘积。                                 

流率的单位是流量/时间,常用ml /s 或L/min表示。

当流体流动时,由于粘性作用,流体各处的速度出现差异。在圆筒形容器中,形成层流状相互滑落。

层流状滑落各流层之间形成速度梯度,不同速度的流层之间相互制约,流体流动时产生内磨擦力的这种性质,称为流体的粘性。

 5、层流:粘性血流在血管中形成稳定的层流时,血细胞在血管中以相同的方向作规则的分层流动,但血管断面上各点的血流速度分布是不相同的。其分布规律由泊肃顺方程。  

即:

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式中:V为距离血管为轴心r处的层流速度

R为血管的半径

P1- P2 为长度L两端的压差

η 为血液的粘滞系数

L为血管中某一段长度   

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6、加速度:在动脉系统中,由于心脏的收缩,血流在收缩早期产生加速度,在收缩晚期产 生减速度。

当血流为稳定流动时,驱动压差与流动阻力相平衡,速度分布为抛物线状。当血流 加速时,流体的驱动动压差逐渐增大,粘性磨擦力的作用不断减弱,边界层越来越薄,出现平坦化的流速分布;当血流减速时,流体的驱动压差逐渐减小,粘性磨擦力的作用不断增强,边界层越来越厚,近管壁处甚至出现逆向血流,出现尖峰状的流速分布。

在舒张期恢复到抛物线状的流速分布。

在动脉系统中,血流的加速度对流速分布的形成起着主要作用。

在静脉系统中,流速分布一般为抛物线形。

在周围动脉血管中,舒张期流速分布近似于抛物线形。

在收缩早期,血流的加速度使流速分布变为平坦形,

在收缩晚期,血流的减速可导致管壁附近的血流逆转。

当血液流经的横截面积突然缩小或手扩大时,血流速度剖面产生相应的变化。

7、入口效应:血液流经横截面积突然变小处,会产生会聚形的流速截面,如锥形状管道内血流速分布。

由于通过管腔的流量不变,面积的缩小必然导致流速的增加,血流获行较大的动能。粘性磨擦力的作用相对减弱,出现平坦形态的流速分布。这种现象称为人口效应。

8、出口效应:当血液流经一个横截面积突然扩大的管腔时,产生扩散形的血流截面,这便是出口效应。

由于通过管腔的流量不变,面积的扩大必然导致流速的减低。  

这种流速减低主要发生于血流的边缘部分,而血流的中心部分仍以原来的速度流动一段距离,因此形成尖峰形的流速分布。

如果血流扩散程度较大,将造成血流与管壁的分离,从而导致涡流。

9、弯曲血管:当血流流入一条弯曲的血管时,流体内积压点受到向心力的作用而产生向心加速度。

向心力的方向由管腔的外侧缘指向内侧缘,这一向心力由一大小相同但方向相反的压差所平衡,结果导致外侧缘的流速低于内侧缘;当血流沿弯曲管道继续流动时,由于粘性磨擦力的作用,靠近管壁的流速逐渐降低,而管腔中心的流速逐渐升高;血流绕过弯曲的血管后,由于流速较高的中心血流已具有较大的离心惯性,相对不弯曲管道的影响,因此向管腔的外侧缘移动,迫使原位于管腔外侧缘的流速较低的血流移向内侧缘,导致管腔外侧缘的流速高于内侧缘,导致管腔外侧缘的流速高于内侧缘。速度分布沿弯曲管道不断发生改变,产生扭曲形的流速分布。

10、湍流流动:当血流在血管中流动遇到阻塞时,障碍物对流体产生加速和瀑乱的旋涡喷射,血流运动变化反复无常,这便形成湍流。在湍流状态时,流体万分间相互错杂交换。此时压差和流率之间不遵循泊肃叶流体定律。

在心血管系统疾患中,湍流常发生于血流从高压心腔经过窄孔进入低压心腔时,如狭窄瓣口、狭窄隔膜、返流瓣口、异常缺损或分流通道。当血流经过窄孔时,血流分布可分为射流区、湍流区、射流旁区、边界层和再层流化区等几部分。

二、流体能量和柏努力方程

在血流动力学中,遵循能量守恒定律,它是由柏努利方程(Emoulli  equation)来描述的。

1)流体能量:理想流体在流管中作稳定流动时,其流体能量为单位体积的压强P、动能1/2ρv2和势能ρgh之和为一常数,他们之间可以互相转换。

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上式称为理想流体的柏努利方程。

2)狭窄处血流动力学:在狭窄口两端的压力阶差,可用简化的柏努利方程来测算。当血流经过狭窄口时,流速和压强均要发生变化。

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简化柏努利方程不仅用于计算狭窄口的压差,还用于解释动态压强对于血流梗阻的影响;红细胞的轴向集中;弯曲血管中的流速分布。

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