基于计算流体力学技术的胸主动脉瘤血流动力学研究

目的 探讨基于计算流体力学技术的个体化胸主动脉瘤的血流动力学模型在胸主动脉瘤生长、破裂机制研究中的作用.方法 用Mimics软件读取患者CT血管造影医学数字成像和通讯标准(DICOM)数据,重建三维个体化胸主动脉瘤模型,假设动脉血流为层流、不可压缩、牛顿流体,入口血液流速随时间周期性变化,应用有限体积法FLUENT软件进行非定常血流数值模拟,分析与动脉瘤生长、破裂相关的血流动力学参数.结果 数值结果得到胸主动脉瘤在心动周期不同时刻的血流速度及壁切应力分布.收缩期近端瘤颈的血流速度显著高于扩张的动脉瘤体的血流速度,射血进入动脉瘤,冲击动脉瘤体近端的外侧壁.动脉瘤内的射血峰值瞬时流线显示血流冲击动脉瘤壁,瘤体内观察到呈右手螺旋的涡流.高切应力分布于近、远端瘤颈以及血流直接冲击动脉瘤壁的位置,瘤体呈大范围的的低切应力分布.结论 重建的个体化胸主动脉瘤模型,用于血流动力学数值模拟研究,可分析胸主动脉瘤生长、破裂机制.     

颈内-后交通动脉瘤破裂危险的形态学与血流动力学分析

目的用数值模拟的方法分析颈内-后交通动脉瘤破裂危险相关的形态学与血流动力学因素。方法选择2011年1月至12月在第二军医大学长海医院神经外科接受血管造影的颈内-后交通动脉瘤39枚,其中破裂动脉瘤28枚,未破裂动脉瘤11枚。重建三维脑血管造影影像获得动脉瘤模型,测量其形态学参数,并应用计算流体力学方法分析动脉瘤的血流动力学特征。结果破裂组瘤高/颈宽比(AR)为1.233±0.483,高于未破裂组(0.832±0.252,P=0.002);破裂组标准化壁面切应力(WSS)为0.545±0.259,低于未破裂组(0.761±0.216,P=0.015);破裂组低壁面切应力面积(LSA)为(11.669±16.041)%,高于未破裂组[(1.236±2.212)%,P=0.040]。其余指标,包括瘤体/载瘤血管直径比(SR)和剪切震荡指数(OSI)在两组间差异无统计学意义。结论高AR值、低WSS和高LSA可能是影响颈内-后交通动脉瘤破裂的危险因素。     

壁面剪切力对颅内动脉开窗畸形处动脉瘤的影响及作用机制

颅内动脉开窗畸形处好发动脉瘤,因动脉瘤破裂引发的致残率和致死率都非常高。血流动力学中的壁面剪切力(WSS)对血管内膜的改变和中膜的重塑起重要作用,高WSS出现在开窗畸形动脉支的分叉处内侧壁,低WSS和高壁面剪切力梯度(WSSG)出现在分叉处顶端,其形成动脉瘤的环境;高WSS和高WSSG出现在瘤颈处,低WSS出现在瘤体处,其会促进动脉瘤的生长;高WSS和低WSS会导致动脉瘤的破裂。通过对颅内动脉开窗畸形处动脉瘤WSS的分析,能够为临床提供干预和治疗的重要参考。     

冠状动脉局部血流动力学参数分析及斑块预警研究

目的探讨应用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）技术构建个体化正常人冠状动脉血流动力学模型的方法,探索冠脉局部血流动力学参数分布情况及各参数与冠状动脉粥样硬化病变的关系。方法以CT图像为基础进行冠状动脉三维几何建模,构建个体化冠状动脉血流动力学模型,对正常人体左冠状动脉前降支局部进行数值模拟,应用有限体积法进行血流数值模拟。结果获得个体化正常左冠状动脉前降支血管树模型及血流动力学参数,数值模拟结果包括冠状动脉的血液流场、壁面压力（wall pressure,WP）、壁面切应力（wall shear stress,WSS）分布,可见各参数呈不规则分布,在血管弯曲分叉部位靠近管壁处血流明显减速、血管发出分支区域出现高WP、WSS分布,而这些区域的对侧血管壁对应不均匀的低WP、WSS分布。结论以CT图像为基础的数值模拟技术可以重建个体化冠状动脉血流动力学模型,为分析血流动力学参数与冠状动脉粥样硬化形成的关系提供研究手段。     

支架置入前后颅内动脉瘤血流动力学的数值模拟

目的：探讨支架植入对大脑中动脉(MCA)分叉处动脉瘤的血流动力学影响,以及支架对血流动力学因素特别是壁面切应力(WSS)的影响。方法：结合临床影像,基于计算流体力学(CFD)数值模拟方法,采用ANSYS流体力学软件,对单支架治疗1例MCA分叉处动脉瘤行术前、随访时血流动力学数值模拟分析,比较血液流线和WSS在2种情况下...     

胡桃夹综合征血流动力学的血管建模研究

背景 目前胡桃夹综合征的研究主要集中在探讨各种影像学方法对该病的诊断价值及其诊断标准方面。通过无创方式提供更多与病变相关的量化参数,是胡桃夹综合征临床诊断、治疗依据研究的重点。然而,对左肾静脉不同狭窄程度引起左肾静脉与下腔静脉压力差值、左肾静脉血流动力学参数的变化未见相关的数据资料。 目的 通过计算流体力学（CFD）的方法对胡桃夹综合征患者进行血流动力学数值的模拟,探讨血液流速、静压力、壁面切应力与血管狭窄程度的关系。 方法 选择2019年9月至2021年3月在徐州医科大学附属医院就诊的70例胡桃夹综合征患者为研究对象。以真实患者的左肾静脉CT增强图像为基础,应用CFD方法对胡桃夹综合征患者左肾静脉进行血管内血流模拟计算,获得患者的血流动力学特征,并与超声测得的血管内径及流速比较。 结果 左肾静脉血流入口处的压力显示为高压,狭窄处与出口处显示为低压,从入口到出口呈现压力递减的特点。壁面切应力除狭窄处外均呈现较低的壁面切应力,越靠近狭窄中心位置,切应力越高,狭窄处的血流速度明显高于左肾静脉其他区域,与超声检查结果一致。 结论 本研究成功建立了胡桃夹综合征患者的血管模型,胡桃夹综合征患者血流动力学变化规律为狭窄处左肾静脉内径变小,流速增快。     

30例自发性孤立性肠系膜上动脉夹层的血流动力学分析

目的：通过对自发性孤立性肠系膜上动脉夹层（spontaneous isolated superior mesenteric artery dissection,SISMAD）腔内治疗和保守治疗前后血流动力学的分析,为2种治疗方法的有效性提供血流动力学依据。方法：回顾性分析2015年11月至2018年3月收治的Ⅰ型、Ⅱ型SISMAD患者30例,腔内治疗组12例,保守治疗组18例,以2组病例的计算机断层扫描血管造影（computed tomography angiography,CTA）图像数据为基础,应用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）技术分析治疗前后的血流动力学变化。结果：2组病例均得到安全有效的治疗。血流动力学结果显示,入院时夹层段肠系膜上动脉（superior mesenteric artery,SMA）表现为低血流流速流量、高壁面压力、低壁面剪切力（wall shear stress,WSS）,最低WSS区域出现在假腔内。腔内治疗术后SMA内血流恢复稳定,壁面压力降低、WSS升高至稳定;而保守治疗中,随着假腔血栓化及血栓吸收,真腔重塑,SMA内血流逐渐恢复稳定,壁面压力逐渐降低、WSS逐渐升高至稳定。结论：Ⅰ型、Ⅱ型SISMAD保守治疗中血流动力学可逐渐恢复至稳定,因此认为保守治疗作为Ⅰ型、Ⅱ型SISMAD的首选治疗方式是安全有效的。     

关注主动脉血管异常形变，预防腹主动脉瘤的形成

背景　临床数据显示,腹主动脉瘤（AAA）的发病率呈逐年上升趋势,AAA的发病原因不但有血管自身生化性质的内因,也有血液血流动力学的外因。从生物力学“应力-生长理论”来看,异常的血流力学环境将会导致血管结构重建,致使血管疾病的产生。目的　探究主动脉血管发生异常形变时,其内部血流动力学特性对AAA的产生及发展的影响。方法　2016-06-15至2017-07-31采集内蒙古民族大学附属医院神经内科1例人体健康主动脉血管、2例典型AAA病变主动脉血管的临床CT图像数据。运用医学影像三维重建技术将3例CT图像数据重构出与真实血管一致的三维血管结构模型,并利用计算流体力学软件FLUENT 14.5进行数值模拟。基于相同血流入口速度在不同血管结构模型内血流动力学特性的计算结果,对比不同血管壁面切应力分布及发生AAA后的血管内血液流场及其二次流分布情况,探究血管发生异常弯曲、扭曲等形变后,其内部的血流动力学特性的变化,分析导致AAA产生的血流动力学原因。结果　相同入口速度前提下,与健康人体主动脉血管中血流状态相比,血流速度及方向在2例AAA病变模型中主动脉弓弯曲处血液流速降低,在弓部弯曲内侧区域发现明显环流。计算AAA患者动脉血管结构模型截面内血液二次流分布发现,血管主动脉弓处的血流出现涡旋流动,经过主动脉弓段后血流较为正常,且血流速度偏小,流经AAA弯曲处血流速度局部变大。与健康血管模型的切应力分布相比,除血管各出口位置的切应力较大外,人体主动脉弓段的切应力较小,但健康人体血管的壁面切应力稍大,且切应力在血管壁面分布较均匀。结论　与健康人体相比,AAA患者血管发生异常弯曲、扭曲等形变的同时伴有二次流的存在,且高速、涡旋的二次流现象会对血管壁造成不可缓解的冲击,从而导致AAA的产生,并使AAA的直径逐渐增大。     

血流转向装置对动脉瘤血流动力学影响的数值模拟研究

目的 探讨低孔率血流转向装置对脑动脉瘤内血流动力学的影响及其临床应用的可行性.方法 应用绘图软件虚拟建立宽颈和窄颈的弯曲管侧壁型动脉瘤三维模型.采用脉动流对不同动脉瘤模型进行数值模拟研究,并虚拟植入血流转向装置于载瘤动脉内并覆盖瘤颈.应用Fluent软件计算,比较低孔率血流转向装置植入前后载瘤动脉及动脉瘤内瘤动力学变化.结果 血流转向装置植入后窄颈与宽颈动脉瘤内的血流动力学均发生显著变化.窄颈动脉瘤瘤颈远侧壁的速度峰值与壁面剪应力在血流转向装置植入后均有显著;宽颈动脉瘤中表现出同样的趋势,但下降幅度低于窄颈动脉瘤.结论 数值模拟研究证实低孔率血流转向装置显著改变动脉瘤内的血流动力学,对防止动脉瘤出血或再出血非常重要.     

血管内治疗基底动脉瘤

目的探讨经血管内治疗基底动脉瘤的有效性、安全性。方法 30例患者中基底动脉顶端动脉瘤6例,基底动脉干动脉瘤24例;其中夹层动脉瘤10例,梭形动脉瘤9例,囊状动脉瘤11例;未破裂动脉瘤14例,发生过破裂出血16例。在全身麻醉下进行血管内治疗,观察其安全性和治疗效果。结果 30例技术成功率100%,术后均未发生再出血,无新增神经功能缺失,无死亡病例,随访3个月至2 a,原有症状均明显改善。夹层动脉瘤10例中,单纯支架置入4例,支架辅助弹簧圈栓塞6例,动脉瘤未见显影,支架位置理想,无狭窄;囊状动脉瘤11例中完全栓塞8例,次全栓塞2例,部分栓塞1例,支架均到达理想的预定位置,未狭窄,瘤体未见显影;梭形动脉瘤9例中单纯支架置入6例,双支架置入3例,瘤体未见显影,支架位置理想,无狭窄。数字减影血管造影(DSA)复查9例,其中6例基底动脉梭形动脉瘤行支架置入者瘤体明显减小;2例基底动脉顶端宽颈动脉瘤行支架辅助弹簧圈部分栓塞,其中1例瘤腔基本消失,1例瘤体大小无变化;1例基底动脉中下段囊状宽颈动脉瘤单纯支架置入者未发现支架内狭窄,4个月后复查DSA示动脉瘤明显缩小,支架内血流通畅。结论血管内介入治疗为基底动脉瘤的治疗提供了微创和较为安全、有效的治疗方法。     

Different treatment modalities of fusiform basilar trunk aneurysm: study on computational hemodynamics

Background  Unclippable fusiform basilar trunk aneurysm is a formidable condition for surgical treatment. The aim of this study was to establish a computational model and to investigate the hemodynamic characteristics in a fusiform basilar trunk aneurysm.

Methods  The three-dimensional digital model of a fusiform basilar trunk aneurysm was constructed using MIMICS, ANSYS and CFX software. Different hemodynamic modalities and border conditions were assigned to the model. Thirty points were selected randomly on the wall and within the aneurysm. Wall total pressure (WTP), wall shear stress (WSS), and blood flow velocity of each point were calculated and hemodynamic status was compared between different modalities.

Results  The quantitative average values of the 30 points on the wall and within the aneurysm were obtained by computational calculation point by point. The velocity and WSS in modalities A and B were different from those of the remaining 5 modalities; and the WTP in modalities A, E and F were higher than those of the remaining 4 modalities.

Conclusions  The digital model of a fusiform basilar artery aneurysm is feasible and reliable. This model could provide some important information to clinical treatment options.

     

基底动脉干梭形动脉瘤的不同治疗模式：计算流体力学研究

背景　通过改变血流动力学状态可以治疗不可夹闭的基底动脉干梭形动脉瘤。本研究应用计算流体力学的方法建立基底动脉干梭形动脉瘤计算机模型并研究其血流动力学特征。方法　用MIMICS、ANSYS和CFX软件建立基底动脉干动脉瘤三维数字化模型。将模型设置不同的血流动力学模式和边界条件,在动脉瘤内和动脉瘤壁上分别随机选取30个坐标点,计算坐标点血液流速,壁压力和壁剪切力,分析不同模式下相关的力学参数特征,比较不同模式之间的血流动力学差异。结果 分别计算30个坐标点壁剪切力,壁压力和血流速度的均值并进行比较,模型A和模型B动脉瘤内血流速度和动脉瘤壁剪切力较其他模型高,模型A、E和F的动脉瘤壁压力高于其它模型。结论 基底动脉干动脉瘤血流动力学模型可靠、实用,可以为基底动脉瘤临床治疗方案的选择提供重要的参考信息;通过改变基底动脉瘤血流动力学状态,不可夹闭的梭形基底动脉干动脉瘤可以得到有效的治疗。对于梭形基底动脉瘤,阻断双侧椎动脉要非常慎重,要在后交通动脉的侧枝循环或有效的高流量架桥血流保证基底动脉穿通支有一定灌注压情况下进行。     

人胸主动脉血液脉动流的三维数值分析

目的:探讨在正常生理脉动流条件下人体胸主动脉内血液流动速度、血管壁面压力和壁面剪应力的分布,为阐明主动脉夹层的发病机制提供理论依据.方法:运用计算流体力学方法和血流动力学的基本原理,对正常人的胸主动脉内血液脉动流进行三维数值模拟.结果:计算获得了正常人的胸主动脉内血液流动在心动周期不同时刻的壁面压力、壁面剪应力、速度和流线分布.收缩期的血管壁面压力比舒张期的血管壁面压力具有更大的量值和变化幅度;在整个收缩期过程中,外侧壁的压力明显地高于内侧壁的压力;主动脉弓和降主动脉的交界处存在明显的压力降.主动脉弓外侧壁的壁面剪应力比主动脉弓内侧壁的壁面剪应力要小很多;主动脉弓内侧壁的壁面剪应力比主动脉弓外侧壁的壁面剪应力具有更大的量值和变化幅度,呈现出周期性的交变应力.结论:血管壁面压力可能与主动脉夹层的发生有关.     

颅内长形动脉瘤的三维数值模拟及血流动力学分析

目的 应用计算流体力学软件对颅内长形动脉瘤进行三维数值模拟,以分析其血液动力学特性.方法 对象为10例长形动脉瘤,其中8例曾经有蛛网膜下腔出血史.联合应用Matlab软件、Ansys软件、Fluent软件及自写程序对其进行计算机数值模拟.结果 长形动脉瘤模型流入道的血流速度[(1.07±0.23)m/s]、动压[(574±186)Pa]及壁面切应力[(7.7±2.0)Pa]最高,流出道次之,顶部血流速度[(0.15±0.07)m/s]、动压[(37±13)Pa]及肇而切应力[(0.40±0.13)Pa]最低;瘤内不形成或仪形成简单涡流.结论 长形动脉瘤顶部是动脉瘤破裂的主要部位,可能与动脉瘤顶部血流速度、动压及壁面切应力均最低有关.搏动性血流对动脉瘤的发生、生长和破裂起有重要作用.     

顶端动脉瘤的血流动力学数值模拟切应力分析

目的:探讨顶端动脉瘤的血流动力学特点,分析动脉瘤的生长、破裂的可能机制。方法:采用计算流体力学（CFD）软件结合顶端动脉瘤的医学影像,对动脉瘤内血液流动数值模拟切应力进行分析。 结果:0~0.22 T时,血管内血流速度急剧上升到最大值;0.22~0.55 T时,从最大值急剧下降到初始值。切应力随血流速度变化,在0.22 T时动脉瘤颈部切应力值最大,0.55 T时最小,而在这两时刻,动脉瘤壁不存在切应力。 结论:切应力由血流冲击造成,其大小与血流速度变化一致。CFD数值模拟是一种反映动脉瘤血流动力学较好的方法,为动脉瘤的病理生理机制和临床治疗提供较好的帮助。