血液是一种复杂流体,人体血管内血液的流动是一个复杂的过程,研究血管内血流动力学特性具有重要的现实意义,如可通过研究某段血管血流情况来推断该血管是否异常。一直以来,对于人体内血流动力学特性的测试一直是一个研究难点,直接在人体中对血管内血流动力学特性参数进行测试,不仅程序流程复杂,且实验环境和条件苛刻,难以实现。而通过搭建的体外血液循环系统对血液流动进行模拟,能有效地对血管内血流动力学特性进行测试。体外血流动力学特性测试系统具有操作性强、可控性高等优点,被广泛地应用于现代生物医学研究和临床医学检查等领域。本文研制了一套体外血流动力学特性测试装置,包括体外血流循环系统和动力学特性测试系统,测试并分析了模拟血管内的血流动力学特性,其测试结果的规律与人体真实血流动力学特性一致,验证了体外血流动力学特性测试装置的可行性。首先,根据三元件弹性腔模型搭建体外血液循环系统,以蠕动泵为动力装置,0.9%NaCl溶液为模拟血液,硅胶软管为模拟血液的输送系统,抽滤瓶为模拟血液储室,搭建了体外血液流动装置,为整个系统提供持续不断的脉动模拟血流。其次,设计入口压力特性测试系统,以扩散硅式压力变送器、高速数据采集卡、计算机、稳压电源为系统硬件基础;在Visual C++平台编制数据采集界面,采集和保存数据;对该系统进行误差分析,表明该系统可靠性较高。再次,研制一套粒子图像测速系统,以CMOS工业相机、工业显微镜头、体视光源、计算机为硬件基础;采用“参照白”光照补偿算法改善了图像质量并精确地标定了像素与长度的关系;提出基于颜色空间转换的粒子特征提取以及基于SIFT的粒子追踪测速算法,通过构造尺度空间、定位特征点、生成特征点描述符最后计算粒子图像对中的斜面距离对粒子进行匹配,计算粒子的平均速度平均速度,表征模拟血流平均速度。设计了基于C++的粒子测速系统,将粒子图像对映射到同一坐标系,测试模拟血流的速度分布。最后,对硬质玻璃材料制备的直型、弯型和Y型透明刚性模拟血管进行血流动力学分析。通过染色线流场显示法对模拟血管内流场作了一个总体认识;设置蠕动泵转速在60~120r/min(蠕动泵转速表征心动周期1~0.5s),分别测试三种模拟血管的入口压力、平均速度和速度分布,分析血管形状对血流特性的影响。本文初步实现了体外血流系统的初步仿真,研制了血流动力学特性测试系统,测试结果的规律符合人体血流真实情况,同时验证了数值模拟结果。