基于多孔介质模型的血流导向装置栓塞颅内动脉瘤的敏感性

目的 应用计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）技术模拟不同血流导向装置（flow diverter, FD）参数对血流动力学的影响,为术前制定合理治疗策略提供可行方法。方法 运用多孔介质模型模拟FD置入动脉瘤的过程,针对特定FD（Tubridge）计算其自身特有的多孔介质动量源参数（渗透率、惯性阻力）初始值。比较不同动量源参数值（初始值80%、90%、100%、110%、120%）情况下血流速度、壁面剪切应力（wall shear stress, WSS）、体积流量、瘤顶压力等血流动力学参数的变化,并进行多孔介质模型针对病人特异性颅内动脉瘤（intracranial aneurysm, IA）血流动力学参数的敏感性分析。结果 IA各血流动力学参数对多孔介质模型渗透率的敏感性为：载瘤动脉WSS＞瘤体WSS＞瘤顶压力,而各参数均对惯性阻力的敏感性较低。结论 应用多孔介质模型能够通过选择不同的渗透率参数模拟不同FD金属覆盖率（metal coverage, MC）,对不同MC的FD进行建模需要调整特定的渗透率设置。     

血流导向装置在颅内复杂动脉瘤介入治疗中的应用

目的:探讨血流导向装置(FD)在颅内复杂动脉瘤介入治疗中的应用价值。方法:回顾性研究。纳入北京大学国际医院2016年3月—2020年5月采用FD治疗的颅内复杂动脉瘤患者89例,其中男34例、女55例,年龄28～75岁(平均53.08岁)。患者术前均行数字减影血管造影(DSA)检查确诊为颅内复杂动脉瘤,其中大型或巨大动脉...     

分支血管直径对颅内动脉瘤置入血流导向装置后血流动力学参数的影响

目的综合考虑血流导向装置(flow diverter,FD)置入对动脉瘤瘤体及分支血管的影响,为临床制定更加合理的FD栓塞颅内动脉瘤手术策略提供参考。方法基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,创新应用多孔介质模型模拟FD栓塞颅内分叉动脉瘤的过程。分析和比较不同分支血管直径条件下FD置入动脉瘤前后瘤体与分支血管血液流场、血流速度、壁面压力、壁面剪切力(wall shear stress,WSS)等血流动力学参数的变化。结果 FD置入改变动脉瘤内的血流动力学特征,血流速度减小,动脉瘤壁尤其是顶部压力减小,瘤颈口WSS增大,但瘤颈远侧端与近侧端WSS的差异减小。且不同分支血管直径对血流动力学特征改变的影响程度不同,直径越大,FD置入后流入分支血管内血流的减少量越大,但瘤体内血液流速与瘤顶压力的减少量越小,同时瘤颈部WSS增加量越小。结论分支血管直径越大,FD对动脉瘤的栓塞治疗效果与对血管粥样硬化的改善作用越差,越易造成分支闭塞或其他缺血性并发症的发生。此类情况下进行FD介入栓塞术尤其需要引起临床医师注意。     

颅内动脉瘤径颈比对瘤体与分支血管血流动力学影响的数值模拟研究

动脉瘤的血流动力学是影响其生长与破裂的重要因素,尤其是形态学参数径颈比(aspect ratio,AR,瘤体长径/瘤颈宽度)对其血流动力学影响较大。本研究使用基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术的ANSYS 16.0软件包,数值仿真分析了不同径颈比对颅内动脉瘤瘤体与分支血管血流动力学的影响,为临床上制定合理的形态学与血流动力学指标来筛选高危的动脉瘤患者,并进行积极的干预治疗提供一定的理论依据。通过使用空间直角坐标系建立径颈比为3.33、2.5、2、1.67、1.43、1.25的理想颅内动脉瘤几何模型,分析和比较了包括血液流场与涡量分布、流速与流量、壁面压力、壁面切应力(wall shear stress,WSS)、瘤颈近远侧端与分支血管剪切应变率(shear strain rate,SSR)在内的血流动力学参数。数值模拟结果给出了动脉瘤与分支血管内的流线图、涡核图、压力分布云图、WSS分布云图以及随X轴变化的流速与压力峰值分布曲线。分析得出,径颈比决定瘤内血流模式,径颈比减小,瘤顶的流速与SSR增大,瘤壁上的压力与WSS增大,分支血管壁上的压力增大,且WSS/SSR瘤颈远侧端>WSS/SSR瘤颈近侧端>WSS/SSR分支血管中心,涡核区域由瘤体远侧壁增大至覆盖整个动脉瘤,但对分支血管内血流的阻碍作用减小。     

颅内动脉瘤夹闭手术的血流动力学数值分析

本文利用计算流体力学(CFD)方法对颅内动脉瘤夹闭手术前后血液流场进行三维数值模拟,根据血流动力学对手术方案的可行性进行预估。采用逆向工程软件Mimics对临床CT图像进行三维数字化重构,结合相关脉动血流量,模拟心动周期不同时刻的血流动力学细节。通过计算得到了模型手术前后在心动周期不同时刻的速度场、壁面剪切应力场、压力场的分布特征,对比分析手术前后分叉处的血流速度、壁面剪切应力、壁面压力变化,结果显示术后的血流速度与壁面剪切力显著提高,而壁面压强则明显降低。     

电解可脱性弹簧圈栓塞治疗95例颅内动脉瘤

目的:探讨电解可脱性弹簧圈(GDC)血管内栓塞治疗颅内动脉瘤的效果.方法:回顾性分析2002年10月～2010年8月收治的95例颅内动脉瘤患者行电解可脱弹簧圈栓塞治疗的临床资料.本组患者均在全脑血管造影的同时或择日在静脉复合全身麻醉下经导引导管引入微导管和与之相匹配的微导丝.头端经过塑形的微导管在微导丝配合下置入瘤腔并固定于距瘤颈1/3处,选择大小适合的GDC进行栓塞治疗,依次将GDC填入瘤腔.结果:95例中,84例动脉瘤100%栓塞,8例95%栓塞,2例90%栓塞,1例基底动脉顶端动脉瘤患者微导管无法到位放弃治疗.94例术后随访3～12个月,均无再出血.3例术中出现并发症,其中2例后交通动脉瘤术中发生破裂出血,治疗后痊愈; 1例前交通动脉瘤治疗过程中见同侧大脑前动脉未显示,立即经引导管罂粟碱推注、40万尿激酶溶栓后再通,无并发症.结论:血管内栓塞治疗颅内动脉瘤是一种比较安全、可靠、有效的治疗手段.     

支架治疗动脉瘤流固耦合数值模拟的周期重复性研究

目的探讨瘤用支架血流动力学流固耦合数值模拟过程中不同计算周期的相对误差大小,以给出获得收敛结果的最小周期推荐值.方法利用有限元分析软件 ANSYS对植入不同截面形状支架治疗梭形动脉瘤模型进行流固耦合数值模拟.每个模型进行3个周期的迭代计算,计算出各模型的动脉瘤腔内血液流速、压力、壁面切应力等血流动力学参数.最后比较相邻周期的相对误差绝对值,根据数据后处理结果得到计算的最佳周期数.结果各模型的动脉瘤腔内血流动力学参数计算1周期与计算2周期的相对误差绝对值远高于5%,重复计算3个周期与计算2个周期的相对误差绝对值均小于5%.结论有限元分析软件 ANSYS进行支架非定常血流动力学流固耦合数值模拟计算时,计算2个周期可达一定精确度,避免不必要的时间消耗,为支架治疗梭形动脉瘤的流固耦合数值模拟研究提供参考依据.     

血流导向装置治疗未破裂椎动脉夹层动脉瘤11例临床分析

目的:探讨应用Pipeline血流导向装置(PED)治疗椎动脉夹层动脉瘤(VADA)的有效性和安全性。方法:回顾性研究。纳入2018年7月—2020年6月哈尔滨医科大学附属第一医院神经外科VADA患者11例,其中男9例、女2例,年龄42～74岁,均接受PED治疗。以O'Kelly-Marotta(OKM)分级法评价术后...     

电解可脱性弹簧圈栓塞介入治疗颅内动脉瘤的护理配合

颅内动脉瘤是引起蛛网膜下腔出血的最常见病因，早期病死率高达35％，且反复出血者病死率高达70％以上，故及时准确地早期治疗动脉瘤尤为重要。随着介入神经放射学的发展，特别是在新型栓塞材料-电解可脱弹簧圈应用，栓塞的成功率和安全性大大提高。我科自2002年8月至2006年12月应用电解可脱弹簧圈栓塞治疗22例颅内动脉瘤病人，效果满意，现将手术配合体会报告如下。     

Investigation of intracranial aneurysm hemodynamics following flow diverter stent treatment

Flow diverters (FDs) are high density meshed stents designed to reduce blood flow into intra-cranial aneurysms. Though the FD is one of many intracranial aneurysm (IA) treatments, FD implantation may also result in the growth and rupture of residual aneurysms. The purpose of this research is to investigate the effect of FD implantation on IA hemodynamics. Computational fluid dynamics (CFD) was conducted to analyze dynamic and resistance forces after FD deployment. Simulation results for the successful case (patient A) showed that FD flow resistance force was higher than dynamic force. This indicated that the FD provided sufficient resistance to reduce flow into the aneurysm. As a result, flow velocity magnitude at the aneurysm neck was reduced by 95%. On the other hand, the flow velocity magnitude at the aneurysm neck was reduced by about 50% for the unsuccessful case (patient B). The reason was that the flow resistance force at the aneurysm neck section was calculated to be lower than the flow driving force. In order to completely occlude the aneurysm, a higher resistance FD stent is to be required to suppress the dynamic forces. Patient-specific hemodynamic simulations offer means of quantitative estimation FD treatment outcomes.     

数值模拟描述血管壁厚度对复杂颅内动脉瘤流固耦合分析结果的影响

背景：颅内动脉瘤病死率高,有限元分析预测其破裂风险目前成了一个热门课题。有限元分析需要可靠的流固耦合模型,动脉瘤的血液模型很易得到,而血管壁模型无法直接获得,只能人为设置,这可能对计算结果造成影响。目的：探讨有限元建模时血管壁厚度的设置对复杂颅内动脉瘤流固耦合分析的影响,为颅内动脉瘤的数值模拟研究提供更可靠的建模方法。方法：通过3D脑血管造影取得一67岁男性患者左侧颈内动脉颅内段串联动脉瘤的三维数值模型。术后通过管壁增厚的方法构建出血管壁模型,人为设置的壁厚为0.3,0.4,0.5,0.6 mm,得到4个流固耦合模型。根据术中测得的数据,利用有限元法模拟分析流固耦合作用下颈内动脉串联动脉瘤的血液动力学特征,比较4个模型计算结果之间的差异。结果与结论:4个模型的血液流线图、血液压力降图、血管内壁壁面切应力均无差异(P > 0.05)。4个模型血管壁变形最明显处均在颈内动脉C₂段,但血管壁越厚者最大变形量越小(P < 0.01)。4个模型血管壁Von Mises应力均在I,J两点处达到局部最大值,血管壁越薄者局部最大值越大(P < 0.01)。证实血管壁厚度的设置会对复杂颅内动脉瘤的流固耦合分析结果造成影响,欲得到准确计算结果需根据实际情况设置合适厚度。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

CFD modeling of blood flow following coil embolization of aneurysms

In case of coil embolization of a giant or a multilobular aneurysm, it is difficult to fill an aneurysm sac completely with coils, therefore, partial blocking of an aneurysm sac is inevitable. Blood flow characteristics, which may influence embolization process of an aneurysm, are affected by the locations of coils for partially blocked aneurysms. Blood flow fields inside an aneurysm are also influenced by the geometry of a parent vessel. In order to suggest the coil locations effective for aneurysm embolization, the blood flow fields of lateral aneurysm models were analyzed for different coil locations and parent vessel geometries. Flow rate into an aneurysm sac from a parent vessel (inflow rate) and wall shear stress were also calculated. Inflow rates were smaller and low wall shear regions were larger in the distal neck blocked model comparing to the dome blocked models. In the distal neck blocked model, inflow volume was smaller by 31% (straight parent vessel model) and 34% (curved parent vessel model) comparing to other models. The time averaged values of normalized low wall shear regions were 4% and 12% greater in the distal neck blocked models with a straight and a curved parent vessel, respectively. Since smaller inflow and low wall shear stress provide hemodynamic environment promoting thrombus embolization, distal neck should be the effective coil location for aneurysm embolization.     

基于三维医学影像的脑动脉瘤内血液流动的数值模拟

目的 利用数值模拟研究具有病人特异性的脑动脉瘤内的血液流动,为脑动脉瘤的破裂风险的评价和动脉瘤介入栓塞后复发风险的评价提供帮助。方法 从两例脑动脉瘤病人的3D-RA数据中重建动脉瘤几何模型,血液流变学模型选择假塑性非牛顿流体模型,利用商用CFD软件Fluent对两例动脉瘤内的血液流动进行数值模拟。结果 数值模拟给出了动脉瘤内的流线图、重要截面上的速度分布图、壁面上的切应力分布和压力分布图。并且绘制了在收缩期时刻动脉瘤颈部和瘤顶部各20个点上的壁面切应力和压力的变化情况。结论 血流动力学因素如流速、压力、壁面切应力、流动对壁面的冲击状况等因素与动脉瘤的生长和破裂密切相关,而由于脑动脉瘤形态各异、载瘤动脉与动脉瘤体的几何关系复杂,所以具有病人特异性的数值模拟对于研究动脉瘤破裂和复发风险具有重要价值。动脉瘤颈部的壁面切应力和壁面切应力的波动的变化规律并不相同,需要进一步研究壁面切应力的波动与脑动脉瘤生长与破裂之间的定量关系。     

颅内后交通动脉宽颈动脉瘤支架辅助弹簧圈栓塞治疗

目的探讨应用自膨胀颅内专用支架（Neuroform支架）与弹簧圈栓塞相结合治疗后交通动脉宽颈动脉瘤技术的临床应用价值。方法35例患者（35个颅内后交通动脉宽颈动脉瘤）,其中男性16例,女性19例,年龄32～70岁,平均年龄51岁。采用Neuroform支架与电解可脱微弹簧圈（GDC）结合栓塞治疗。通过微导管释放Neuroform支架覆盖动脉瘤瘤颈。将另一微导管通过支架网孔进入动脉瘤腔以GDC栓塞动脉瘤。结果全部病例采用Neuroform支架结合GDC栓塞．其中28例致密栓塞,7例部分栓塞。仅2例术中发生支架内血栓,其余患者均恢复良好,出院。24例术后3个月血管造影随访：其中19例致密栓塞的动脉瘤均未显影,载瘤动脉通畅;5例动脉瘤颈有残留。结论Neuroform颅内支架使用安全．适用于颅内后交通动脉宽颈动脉瘤的支架辅助弹簧圈栓塞,特别适用于迂曲的脑血管。     

The application of computer simulation in the genesis and development of intracranial aneurysms.

The genesis and development of intracranial aneurysm have long been of interest but remain not understood. In the present study we simulate the progression of intracranial aneurysms by constructing a computational model of a curved artery. It is hypothesized that high local wall shear stress above a threshold value will lead to degeneration of the arterial wall mechanical properties. And this degenerative effect may continue even after the wall shear stress has become lower than the threshold, which is referred to as the "time remaining effect" in this study. We performed several groups of studies using both assumptions and aneurysm development is observed as result of the interplay between high wall shear stress, wall degeneration and wall deformation. In the growth of aneurysms with "time-remaining effect", the increase of aneurysmal height accelerates in later steps. It is concluded that computer simulation can yield insight into the understanding of the pathophysiology of aneurysmal initiation and growth, and help in clarifying the role of certain hemodynamic parameters.     

基于ABAQUS的升主动脉置换术术后血流数值模拟

目的:为研究人工升主动脉置换术治疗Stanford A型主动脉夹层后的血流动力学规律,采集临床CT图像,构建术后个性化主动脉流场几何模型。基于计算流体动力学对其进行数值模拟,得到术后流域壁面压力分布和流速分布两个力学指标,从而分析术后流域规律。方法:采集术后CT图像DICOM文件并应用影像后处理软件MIMICS进行三维重构及优化获得几何模型,再将该流域模型导入网格划分软件进行CFD网格划分,最后将网格文件导入ABAQUS/CFD模块进行多周期瞬态模拟。结果:通过模拟计算,得到术后主动脉在心动周期不同时刻的血流动力学参数。结论:血流动力学参数与边界条件密切相关。主动脉内复杂流场环境与心血管疾病存在一定联系。数值模拟可为人工血管置换术后病情发展提供参考。     

麻醉蒸发器内部流动与混合过程的三维数值计算分析

研究了某型麻醉蒸发器工作原理,并对其结构进行实际测量。运用CFD方法对蒸发器内部气体流动与混合过程进行了三维数值模拟分析,并采用湍流随机跟踪方法,对麻醉药物蒸发雾滴的运动进行轨迹追踪,得到了蒸发器内部气体速度场变化,麻醉药物挥发以及与稀释气体混合过程中浓度场变化等结果。根据计算结果发现,稀释气体在蒸发器内部流动过程中速度降幅较大,由于蒸发器几何结构因素,麻醉药物蒸发后与稀释气体的混合过程存在不均匀混合现象,即影响了最终蒸发药物浓度的稳定性与精确性,为此给出了麻醉蒸发器的设计优化方案。