血流动力学是涉及血流及其与血管壁相互作用的研究领域，通常依赖于简化的假设来理解循环系统。这是因为血液是一种非牛顿流体（其粘度随着剪切应力的施加而变化的流体），在其流动期间根据流动所施加的壁剪切应力而与血管壁产生复杂的相互作用。此外，血管本身表现为弹性体，响应这些应力而发生变形，这进一步使整体流动动力学和应力相互作用变得复杂。

到目前为止，事实证明，使用传统的实验和数值方法来分析这种血管相互作用具有挑战性。然而，这样的分析对于理解心血管疾病的机制以及设计更安全、更可靠的医疗设备至关重要。

在此背景下，MUTO Masakazu 助理教授与名古屋工业学院 (NITech) 的 SAWAI Akihito 先生、UMEZAWA Ryo 先生、TAMANO Shinji 教授以及日本技术学院的 KOBAYASHI Kazuya U 助理教授最近开发了一个新的实验平台，使他们能够直观地看到血流如何通过机械方式与血管壁相互作用动态应力场。该平台利用一种称为光弹性的技术，可以实时观察流体和固体应力，传统上已在固体力学中得到应用。他们的工作发表在期刊上2025 年 8 月 7 日。

“我们开发了世界上第一个利用光弹性直接可视化流体动力应力场的实验平台。这项技术提供了一种通过直接可视化流体和弹性固体之间的应力相互作用来预测脑动脉瘤等疾病的破裂风险的新方法，”强调穆托博士。

光弹性是一种光学现象，其中材料在受到机械应力时会改变其传输偏振光的方式。当偏振光穿过被挤压、拉伸或剪切的材料时，光会分成略有不同的路径，这种现象称为双折射。这反过来会在光线中产生可见的图案，这些图案直接对应于材料内应力的大小和方向。

在他们的研究中，研究人员在偏振光源和高速摄像机之间建立了模仿真实血管的灵活人工通道，然后将血液模拟液体泵入其中。当流体流动时，它会推拉通道壁，改变材料与光相互作用的方式。相机实时捕捉这些变化，使团队不仅能够绘制弹性血管壁内的应力，还能绘制流动流体内部的流体动力应力场。重要的是，该方法的新颖性在于它能够可视化应力场及其实时演变的动态相互作用。

使用这种设置和模拟心跳的脉动流，研究小组观察到壁剪切应力随着流速的增加而增加。最高应力集中在通道内壁附近，向外逐渐减小，这种模式与人体中的力分布密切匹配。

此设置为了解脑动脉瘤等心血管疾病背后的机械过程提供了强大的实验工具。

“未来，这种方法将能够对脉动流下的心血管力学进行真实分析，并允许工程师在类身条件下评估医疗设备，从而为开发更安全、更可靠的医疗设备（例如人造心脏和导管）铺平道路，”穆托博士总结道。

参考

原始论文标题	固液双折射方法瞄准的发展 血管模型和血液类似物之间的动态应力相互作用
期刊	流体物理学
DOI
最新文章发布日期	2025 年 8 月 7 日

关于日本V体育助理教授 MUTO Masakazu

博士。武藤正和分别于2015年和2018年在东京理科大学获得硕士和博士学位，并于2022年加入V体育，目前担任机械工程系助理教授。他专注于流体学、流体工程、流变学和制造技术。该研究已获得国内学术奖励四项，作品入选AIP Publishing Showcase。他最近荣获 2025 年 11 月中部分会演讲奖和 2025 年 10 月优秀海报展示奖。

资金信息

这项工作得到了 JSPS KAKENHI 的支持，拨款号 JP23H01343；中谷生物医学工程测量技术进步基金会；以及新能源产业技术综合开发机构（NEDO）资助的项目（JPNP20004）。

联系方式

助理教授武藤正和

电子邮件：mutomasakazu [at] nitechacjp

＊联系时请将[at]替换为@。