2.3.1 颈总动脉局部狭窄血流动力学模型
Caro等在尸检中发现AS好发于人体动脉系统血管的分叉处、弯曲处及血管狭窄处这样一些血管几何形状发生急剧变化的部位，特别是动脉分支的外壁、弯曲内壁、颈动脉窦及腹主动脉（而不是升主动脉），这些部位均为低切应力区域。
为了模拟低切应力对AS病变形成、发展的影响及其作用机制，采用颈总动脉硅胶管局部套环的方法，建立颈总动脉局部狭窄的低切应力模型，并采用数模模拟以及PIV的方法模拟和实测了其血流动力学特性。
所用模型为轴对称圆管，其内管径为0.15 cm，与兔颈总动脉直径相当。以（R-r）/R控制狭窄程度，其中r为狭窄段血管内径，R为平直段血管内径（图2-2）。假定血管壁为刚性，血液为不可压缩的牛顿流体，黏度μ为3.5 mPa/s，血液密度ρ=1.05×103kg/m3。
图2-2 颈总动脉局部狭窄的低切应力模型。R为平直段血管内径，r为狭窄段血管内径。
Figure 2-2 Low shear stress model of local stenosis of the common carotid artery. R: The diameter of straight blood vessel, r: the diameter of vessel in stenosis segment.
对狭窄后段流场数值模拟的结果表明，在狭窄后段流体的流场变得紊乱，狭窄后端有涡流形成，其涡流强度随入口流速的增大而增大，并且流场也更为复杂。在同样的流速时，下游的涡流强度与狭窄程度正相关。(https://www.daowen.com)
对狭窄后段壁面切应力数值模拟的结果表明，狭窄后段切应力发生急剧改变。表现为：在紧靠狭窄的后段，壁面切应力首先迅速降低，直至降低到零值（形成局部低切应力区域），然后随着又缓慢上升，在距离狭窄一定长度后壁面切应力回复至无扰动条件下的正常值。
实验研究、理论分析和数值模拟为研究流体运动特性的3种基本方法，为了进一步确认狭窄血管后段的流场特性，采用PIV的方法测定了狭窄血管后段的流场。PIV技术为非接触式瞬态全流场测试技术，动态响应快，空间分辨率高，通过对流速数据进行后处理就能获得血流动力学中一些重要的参数，如剪切力，涡量等，能很好地应用于定常流及非定常流的流场分析。同时，PIV技术原理简单，就是通过在流场中加入示踪粒子来对光产生散射作用，用光学的方法记录下粒子在不同时刻在流场中位置，从而得到粒子的位移，进而计算出粒子的运动速度，基于粒子对流场的跟随性，以粒子速度代表其所在流场内相应位置处流体的运动速度。在国外，PIV流场测试技术已成功地应用于包括血管分岔模型在内的不同心血管模型流场研究。
PIV测试的结果表明，狭窄管的平直段流场流线层次分明，为层流；狭窄管后段流场发生急剧改变，速度矢量场和流线变化很大，为紊流；在设定入口流速时，狭窄程度越高，后段的流场越复杂，越易产生滞流和回流。在Re=250时，30%狭窄的后段流场改变不明显，而50%狭窄后段流场明显紊乱，有涡流和二次流等形成。在设定狭窄程度时，入口流速影响狭窄后段流场的分布和特征，对于30%狭窄的圆管，Re=500较Re=250其后端流场复杂，形成明显的涡流和二次流（图2-3）。
图2-3 不同狭窄度、不同Re时狭窄远端流场分布。［引自：危当恒，等. 局部狭窄血管远心端流场数值模拟和 PIV测定［J］. 南华大学学报：医学版, 2010, 38（1）：24-26.］
Figure 2-3 Flow field distribution at the distal end of the stenosis with different degrees of stenosis and different Re. ［Adapted from: Wei D, et al. Numerical simulation and PIV assay of flow field at distal stenosis vascular［J］. Journal of University of South China （Medical Edition）, 2010，38（1）：24-26.］