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目錄

符號錶
縮略語錶
單位換算係數、常用的常量與方程
第一部分流體力學、固體力學與心血管生理學
第1章流體力學原理1
1.1引言1
1.2流體的固有屬性1
1.2.1密度 1
1.2.2黏度 4
1.2.3可壓縮性 5
1.2.4錶麵張力 5
1.3流體靜力學 6
1.4質量和動量的宏觀平衡 7
1.4.1質量守恒 7
1.4.2動量守恒 9
1.5質量和動量的微觀平衡 11
1.5.1質量守恒 11
1.5.2動量守恒 13
1.5.3數學解 17
1.6伯努利方程 21
1.7無量綱分析 24
1.8直管中的流體力學 26
1.8.1流動穩定性及相關特性 26
1.8.2流動脈動的影響 30
1.9邊界層分離 32
習題 33
參考文獻 33
第2章固體力學簡介 34
2.1材料力學簡介 34
2.1.1彈性行為 34
2.1.2工程應變和真實應變 36
2.1.3增量彈性模量 36
2.1.4泊鬆比 36
2.1.5切應力與切應變 37
2.1.6廣義鬍剋定律 38
生物流體力學2.1.7體積模量 40
2.2薄壁圓管問題 40
2.3厚壁圓管問題 42
2.3.1平衡方程 42
2.3.2相容條件 42
2.4黏彈性 45
習題 47
參考文獻 48
第3章心血管生理 49
3.1引言 49
3.2心49
3.2.1概述 49
3.2.2心的結構 51
3.2.3心傳導係 51
3.2.4心的功能 54
3.3心瓣膜57
3.4體循環 58
3.5冠狀動脈循環 63
3.6肺循環和肺的氣體交換 66
3.7腦循環和腎循環 68
3.7.1腦循環 68
3.7.2腎循環 69
3.8微循環 70
3.9循環的調節 72
3.10動脈粥樣硬化 73
3.10.1動脈粥樣硬化的形態學 73
3.10.2動脈粥樣硬化斑塊的生長過程 74
3.10.3生理學意義 77
習題 78
參考文獻 78
第二部分人體循環係統生物力學
第4章血液的流變特性和血管的力學特性 83
4.1血液的流變特性 83
4.1.1毛細管測黏法、同軸圓筒測黏法、錐-闆測黏法的黏度測定及理論 83
4.1.2血液的物理屬性 87
4.1.3血液的黏性 88
4.1.4非牛頓流體壓力-流動關係 99
4.1.5流動及其産生的應力誘導溶血和血小闆的激活105
4.2血管的力學性能107
4.2.1血管壁的結構組分及材料屬性 107
4.2.2血管的材料特性 110
4.2.3血管壁的殘餘應力 114
4.2.4心肌的材料特性 115
4.3總結 116
習題 116
參考文獻118
第5章靜態和定常流模型119
5.1引言 119
5.2循環係統中的流體靜力學 119
5.3伯努利方程的應用 120
5.3.1相對靜水壓的測量 120
5.3.2動脈狹窄和動脈瘤 121
5.3.3心瓣膜狹窄 122
5.4剛性管流動模型 126
5.4.1血管阻力 128
5.4.2血管阻力的局部變化 129
5.5動脈入口長度的計算及其對流動發展的影響 129
5.6可塌陷血管中的血液流動 132
5.7總結 134
習題 134
參考文獻 136
第6章非定常流與非均勻幾何形狀模型 137
6.1引言 137
6.2人體循環係統中的Windkessel模型 137
6.3脈動血流動力學的連續模型 139
6.3.1動脈係統中的波傳播139
6.4動脈粥樣硬化的血流動力學理論 157
6.4.1低壓理論、低壁麵切應力理論和高壁麵切應力理論 159
6.4.2隨時間變化的壁麵切應力、振蕩剪切指數和壁麵切應力梯度 161
6.5壁麵切應力及其對內皮細胞的影響 162
6.6動脈彎麯和分叉處的流動 164
6.6.1彎麯血管 164
6.6.2分支與分叉 168
6.7動脈狹窄和動脈瘤處的流動 171
6.8總結 178
習題 178
參考文獻 179
第7章原生心瓣膜180
7.1引言180
7.2主動脈瓣和肺動脈瓣 181
7.2.1力學性能 182
7.2.2瓣膜動力學 185
7.3二尖瓣和三尖瓣 187
7.3.1機械性能 191
7.3.2瓣膜動力學 193
習題 196
參考文獻 197
第三部分心血管植介入體、生物力學測量技術及計算機仿真
第8章人工心瓣膜動力學203
8.1引言203
8.2人工心瓣膜發展曆史簡介 204
8.2.1機械瓣204
8.2.2組織材料瓣膜 207
8.2.3機械瓣膜與生物組織瓣膜對比小結 210
8.2.4經導管（介入）瓣膜210
8.2.5當前使用的人工心瓣膜 212
8.3人工心瓣膜的血流動力學評價 213
8.3.1壓力降 213
8.3.2有效開口麵積 214
8.3.3反流 216
8.3.4血流狀態（flow patterns）與切應力 217
8.3.5人工心瓣膜滲漏 224
8.3.6空化現象和高強度振蕩信號 225
8.4凝血風險和血流破壞的體外研究 227
8.4.1血栓沉積的影響227
8.5人工心瓣膜的耐久性 228
8.5.1磨損 228
8.5.2疲勞 229
8.5.3礦化 229
8.6當前瓣膜設計的發展趨勢 230
8.7總結 231
習題 231
參考文獻232
第9章血管治療技術 233
9.1血管搭橋植入物 233
9.2動靜脈瘻 234
9.3血管搭橋材料的類型 235
9.4血管搭橋的臨床經驗 238
9.5生物力學與吻閤口內膜增生 239
9.6血管成形術、支架和腔內支架植入 247
9.7支架植入的生物力學 252
習題 255
參考文獻 255
第10章流體動力學測量技術 257
10.1引言 257
10.2血壓的測量 257
10.3血流的測量 259
10.4阻抗測量 262
10.5流場可視化 265
10.6超聲多普勒測速 269
10.7激光多普勒測速儀 281
10.7.1技術特徵 281
10.7.2探頭規格 282
10.7.3光檢測器(光電探測器) 284
10.7.4信號處理 285
10.7.5LDV生理脈動流場測量的平均相位窗285
10.8核磁共振成像與速度映射技術 286
10.8.1切片激發 287
10.8.2空間編碼 288
10.8.3成像過程和脈衝程序 289
10.8.4相位對比核磁共振 290
10.8.5相位對比磁共振成像的臨床應用 292
習題 297
參考文獻 297
第11章血液循環係統計算流體力學298
11.1引言 298
11.2計算流體力學分析技術 299
11.2.1控製方程 299
11.2.2網格生成 300
11.2.3離散化技術 302
11.2.4時間積分 303
11.2.5泊肅葉流仿真、結果驗證及網格無關性 304
11.3生物力學建模 307
11.3.1典型區域的幾何構型 307
11.3.2血液流變特性模擬 308
11.3.3邊界條件 309
11.3.4穩態與非穩態流動分析 311
11.3.5二維和三維模擬 313
11.3.6流固耦閤分析 314
11.4人體血液循環係統的流體動力學仿真 314
11.4.1人體主動脈 315
11.4.2頸動脈分支 316
11.4.3主動脈分支 317
11.4.4冠狀動脈分支 318
11.4.5動脈瘤（腹主動脈瘤和腦動脈瘤） 319
11.4.6動脈狹窄 320
11.4.7介入治療與外科手術 321
11.4.8瓣膜動力學仿真 322
11.5未來方嚮：多尺度模擬 325
11.6總結 325
11.7計算機仿真程序 325
參考文獻 326
符號錶
英文字母
A橫截麵麵積（第6章）
B0磁場強度（第10章）
C順應性
Ci物質的量濃度（指定項i）
c波速
D，d直徑
Di擴散係數（第3章）；擴張係數（第6章）
DL可膨脹性
E彈性模量（楊氏模量）
Einc增量彈性模量
Ep壓力-應變模量
E,F,G對流通量（第11章）
Ev，Fv，Gv黏性通量（第11章）
G切變模量
g重力加速度
H“總頭”�。�單位體積的總能量，水頭損失
H,Hct壓積
J雅可比（第11章）
Jν第一類ν階貝塞爾函數
K稠度係數
KD溶解係數
Ks剛度係數
k體積模量
l0初始長度
l變形後長度
M′t模量（第6章）
NDDean數
Ni物質i的摩爾通量
p靜水壓力
ps收縮壓
pd舒張壓

�×魈辶ρе凶芡肥侵傅ノ恢亓苛魈宓淖苣芰浚�其單位是長度的單位。而此處的“總頭”是指單位體積流體的總能量，其單位是壓力的單位，故加上引號以示區彆。——編輯注P,F軸嚮加載，力
Q流量（第11章）
R半徑
符號錶生物流體力學r,θ,z;r,φ,z圓柱坐標係參量
r,θ,φ球坐標係參量
Re雷諾數
Rs阻力
SA node竇房結
T扭矩；截斷誤差（第11章）
u,v,w速度分量
V體積
V0初始體積
x,y,z笛卡兒坐標係參量
Z阻抗
Z0特徵阻抗
1D(2D,3D)一維（二維，三維）
希臘字母
α沃姆斯萊數
γ切應變
γ·切應變率，速度梯度
δ長度增量
ε正應變
εi相位角（第6章）
εt真實應變
ε·正應變率
ξ,η,ζ廣義坐標係參量（第11章）
η,ζ,ξ管壁在r,θ,z方嚮的位移（第6章）
ρ密度
μ［動力］黏度
μapp錶觀黏度
μp血漿黏度
ν泊鬆比（固體），運動黏度（μ/ρ，流體）
σ正應力
σult極限應力
σy屈服應力
Γ對角矩陣（第11章）
τ切應力
ω,Ω角速度縮 略 語 錶
AAA腹主動脈瘤
ALE任意拉格朗日-歐拉（第11章）
AV房室瓣（第3章）
AVF動靜脈瘻
bpm每分鍾心跳次數
CDFM彩色多普勒血流成像
CFD計算流體力學
CO心輸齣量
CT計算機斷層掃描
CVP中心靜脈壓
CW連續波
CX冠狀動脈迴鏇支
DVT深靜脈血栓
EC內皮細胞
ECG心電圖
EDV舒張末期容積
EF射血分數
EMF電磁流量計
e-PTFE膨體聚四氟乙烯
ESV收縮末期容積
FSI流固耦閤
HDL高密度脂蛋白
HR心率
IH內膜增生
IMA胸廓內動脈
LAD左降冠狀動脈
LDA激光多普勒測風雷達
LDL低密度脂蛋白
LDV激光多普勒測速儀
MAP平均動脈壓
MRI核磁共振成像
PET聚對苯二甲酸乙二醇酯
PIV粒子圖像測速儀
PRF脈衝重復頻率
PRU外周阻力單位
PTA經皮腔內血管成形術
PTCA經皮腔內冠狀動脈成形術
PTFE聚四氟乙烯
RF射頻脈衝
RMS均方根
RV反流體積
SG比重��
SMC平滑肌細胞
SVC,IVC上、下腔靜脈
SVG隱靜脈橋
SVHD單心室缺陷病
TEE經食管超聲心動圖
WSR壁麵切應變率
WSS壁麵切應力
WSSG壁麵切應力梯度
ZCC/ZCD零計數器/零相交檢測器
縮 略 語 錶生物流體力學

�“碐B 3102.3—1993規定，此量應稱相對密度。——編輯注ⅩⅦ單位換算係數、常用的常量與方程生物流體力學單位換算係數、常用的常量與方程
單位換算
長度1ft=12in=30.48cm=0.3048m
1cm=0.394in=0.03280ft
體積1L=1000cm3(cc)=0.001m3
1ft3=0.028317m3
壓力1mmHg=133.3N/m2=1333dyn/cm2
1atm=14.696lbf/in2=760mmHg
功率1hp=550ft·lbf/s=745.7W
密度1lb/ft3=16.018kg/m3=0.016018g/cm3
黏度1centi Poise(cP)=10-2Poise(P)
1P=1dyn·s/cm2=1g/(cm·s)=0.1N·s/m2=0.1Pa·s
流體參數
密度（ρ):ρ水＝999kg/m3≈1g/cm3
ρ空氣＝1.22kg/m3(在標準大氣溫度和壓力下）
ρ血液＝1060kg/m3=1.06g/cm3;ρ血漿＝1035kg/m3=1.035g/cm3
黏度（μ):μ水＝1.0cP
μ血漿＝1.2cP;μ血液＝3.5cP（在切應變率>100s-1)
流體力學控製方程
流體本構關係：
牛頓流體：τ=μ�祏�祔
卡森流體：τ=τy+kcγ·
冪律流體：
τ=Kplγ·n(n≠1)
運動方程（不可壓縮，牛頓流體）
質量守恒方程（連續性方程）：·V=0
動量方程：�礦 �禕+(V·）V =-1ρp+g +μρ2V
流體靜力學關係：Δp=ρgh
一維流動
質量守恒方程，不可壓縮流體（密度ρ為常量）:V1A1=V2A2
伯努利方程（能量守恒方程）——定常流——非黏性流動：
p+ρV22+ρgh=H(常數）
泊肅葉方程（充分發展的穩態流動，牛頓流體）：
Vz(r)=ΔpR24μL1－rR2=Vmax 1－rR2
Q=πΔpR48μL=πΔpd4128μL
ⅩⅨ圓柱管的壁麵切應力：τw=－d4ΔpL
泊肅葉流體的壁麵切應力：|τw|=4μQπR3
雷諾數:Re=ρVdμ
入口長度（層流）：Le=0.06dRe
泊肅葉流體的沃姆斯萊（Womersley）數：α=d2ρωμ
固體力學方程ε=l－l0l0
鬍剋材料的應力-應變關係：σ=Eε；τ=Gγ
泊鬆比：ν=-εlateralεaxial
真實應變：εt=ln(1+ε）
薄壁彈性管：εθ=ΔRR；σθ=pRt
厚壁彈性管：E=p1R21(1+ν)(1－2ν)(R22－R21)ru+p1R21R22(1+ν)(R22－R21)r2ru
動脈血流力學關係
血液的卡森方程：τμplasma=1.53γ·+2.0
動脈血管壁的彈性模量：
ⅩⅩ薄壁圓管的彈性模量：Eθ=pR2tΔR
厚壁圓管的彈性模量（Bergel）Einc=2(1-ν2）R21R2(R22－R21)ΔpΔR2
流阻：R=ΔpQ
阻抗（軸嚮）：|Zz|n=|p|n|Q|n
動脈血管壁的順應性：C=ΔV/VΔp
Gorlin方程（瓣膜開口的有效麵積）：A=QmeanCdρΔp
壓力波的速度（Moens-Kortweg關係)：C0=hE2Rρ
血液的沃姆斯萊(Womersley)數關係：
Vz=AR2iμα21-J0(αr′i3/2)J0(αi3/2)eiωt
Q=AπR4eiωtiμρ1-2J1(αi3/2)i3/2αJ0(αi3/2)

ⅩⅩ生物流體力學譯者序
譯者序
?叢書主編簡介
Max Lu（逯高清）教授
主編“可持續能源發展中的新材料係列圖書”
Lu教授的研究領域為材料化學和納米技術。他因從事清潔能源和環境技術領域的納米顆粒及納米多孔材料的相關研究工作，而廣為人知。他發錶瞭超過500篇高影響力的論文，這其中，包括其在《自然》（Nature）、 《美國化學學會期刊》（Journal of the American Chemical Society）、Angewandte Chemie和《先進材料》（Advanced Materials）等高水平期刊上發錶的文章，還獲得瞭20項國際專利。Lu教授是一位在科學信息研究所(Instituto for Scientific Information,ISI）材料科學方麵被引用次數很高的一位作者，其引用次數超過17500次（h因子為63）。他獲得過大量國際國內的著名奬項，包括中國科學院國際閤作奬(2011年)，Orica奬，RK 墨菲奬章，Le Fevre奬，埃剋森美孚奬，Chemeca奬章，最有影響的100位澳大利亞傑齣工程師之一(2004年、2010年和2012年)，世界上最有影響力的50位華人榜(2006年)。他曾兩次榮獲得澳大利亞研究理事會奬學金(2003年和2008年)。他也被選為澳大利亞技術科學工程學院（Australin Acadeny of Technological Sciences and Engineering ATSE）會士和化學工程協會(Instintion of Chemical Engineers IChemE)會士。同時，他還是12個主要國際期刊的主編和編委，其中，包括《Journal of Colloid and Interface Science and Carbon》。
自2009年起，Lu教授便擔任昆士蘭大學副校長和副主席（分管科研）職務。他還擔任過常務副校長職務（2012年），從2008年8月到2009年6月，他先後擔任過代理副校長（分管科研）和副校長（分管科研聯絡）職務。在2003~2009年期間，他還擔任澳大利亞研究理事會（ARC）中心功能納米材料傑齣人纔基金會的主任。
Lu教授曾在很多政府委員會和谘詢機構供職，包括澳大利亞總理科學工程創新理事會（2004年、2005年和2009年），ARC專傢學會（2002~2004年）等。他也曾是IChemE澳大利亞委員會的主席，以及ATSE的前任主任。之前的其他工作單位還包括Uniseed Pty有限公司、ARC納米技術網絡、昆士蘭中國理 生物流體力學（翻譯版·原書第2版） 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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