项目名称: 用晶格Boltzmann方法研究青光眼流体力学

项目编号: No.11462003

项目类型: 地区科学基金项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张超英

作者单位: 广西师范大学

项目金额: 55万元

中文摘要: 青光眼是一种严重危害人类身心健康的常见疾病。流体力学在青光眼发病、发展和致盲过程中扮演着中心角色,人们围绕青光眼流体力学开展了一系列的研究。然而,迄今为止,青光眼流体力学仍有许多挑战性的问题尚未解决,如:开角型青光眼房水出流阻力增加的准确部位和原因尚无定论;闭角型青光眼虹膜形变阻挡房水出流的基本原理尚不清晰;青光眼导致视网膜神经节细胞死亡的机制有待最终证明等等。已有的研究主要采用基于连续介质假设的传统数值方法,采用介观的数值方法研究是一种有希望的新思路。本项目拟基于医学影像数据发展介观晶格Boltzmann模型,借助高性能并行计算,对房水动力学进行系统模拟,探索青光眼的发病机制和发展过程;对轴浆在视神经轴突中的流动进行模拟,研究视网膜神经节细胞死亡的机制;对治疗全过程药物的对流、扩散和代谢消耗进行模拟,寻求提高药物输运效率和疗效的用药模式。

中文关键词: 青光眼;晶格Boltzmann方法;计算流体动力学;数值模拟;并行计算

英文摘要: Glaucoma is one of the common diseases that cause serious harm to human health. Fluid mechanics plays a central role in generating, developing and blinding of glaucoma, and a lot of researches have been done on the fluid mechanics of glaucoma. However, up to now, there are still some fundamental problems have not been resolved, such as (1) The exact locations of the increased resistance for outflow of aqueous humor(AH) in open- angle glaucoma and the causes for the change in resistance are not understood; (2) The mechanisms underlying iris physically blocking the outflow of AH in closed-angle glaucoma have not been fully resolved; (3) The mechanism of the death of retinal ganglion cells in glaucoma has not been conclusively proven. Most of the previous studies on the fluid mechanics of glaucoma have been done with conventional numerical methods, and it may be a promising solution for doing those with a mesoscopic numerical method instead. In this project, a lattice Boltzmann model for studying fluid mechanics of glaucoma will be developed, based on the medical imaging data. By using of the high-performance parallel technologies, the dynamics of AH is simulated systematically, and the mechanisms of generating and developing of glaucoma are investigated. By simulating the flow of axoplasm in axon, the mechanism of the death of retinal ganglion cells in glaucoma is researched. Simulating the convection, diffusion and metabolic-consumption of drug in the whole therapeutic procedure, we may obtain the optimal schema of drug administration for improving the transportation efficiencies and therapeutic effects of the drug.

英文关键词: glaucoma;Lattice Boltzmann method;computational fluid dynamics;numerical simulation;parallel computing

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