支架植入颅内蜿蜒型动脉瘤的血流动力学仿真

目的　构建蜿蜒型动脉瘤和弯曲支架三维有限元模型,研究支架植入动脉瘤后的血流动力学的变化。方法　通过CAD软件构建出几何实体模型,借助有限元软件利用计算流体力学方法,分别对无支架和有支架的蜿蜒型脑动脉瘤定常流动血流动力学进行数值模拟,分析在动脉瘤中植入内支架前后的瘤腔内流动情形、压力和壁面切应力分布的变化情况。结果　有支架动脉瘤模型上游瘤腔内的血流速度被大大削弱,圆顶突起处局部高压力明显减弱,在下游瘤腔沿壁面的压力也得到明显降低并且分布也均衡了很多,末端唇缘处局部高切应力消失了,出现的是较小且均衡的切应力。结论　有支架模型瘤腔内的流速明显减小,均衡的压力分布与瘤腔内减弱的流动速度是相互统一的,利于瘤腔内血栓的形成。     

支架治疗主动脉弓内侧动脉瘤的仿真研究

血管内支架是治疗主动脉弓动脉瘤的一种新技术。目前还没有人对具有局部突起的动脉瘤支架治疗血流动力学进行过研究。基于这样的事实,本仿真研究对主动脉弓内侧动脉瘤的支架治疗进行血流动力学分析。为便于比较,分别建立了有支架和无支架的主动脉弓动脉瘤模型。利用计算流体力学的方法对两个模型中的生理性血液流动进行了仿真。对流动情形、压力和壁面切应力分布进行了比较和分析,以便评价血管内支架对主动脉弓动脉瘤治疗的效果。结果表明,有支架的模型和无支架的模型,在瘤腔内的流动情形具有显著的不同。有支架模型瘤腔内的流动受到明显的抑制,特别是局部突起处的压力和壁面切应力大大地减小了。这些现象使我们有理由推断,血管内支架可以促进瘤腔内血栓的形成,并能减小动脉瘤破裂的危险。     

支架植入颅内动脉瘤治疗效果的数值模拟研究

研究不同结构形状的血管支架用于治疗颅内动脉瘤后对血流动力学的影响。针对同一个体化颅内动脉瘤模型,设计了三种网丝截面相同、通透率近似相等、结构形状不同的支架。将这三种支架植入颅内动脉瘤模型,进行双向流固耦合数值模拟,分析血流速度、壁面切应力的变化情况。三种支架中,螺旋型支架对动脉瘤瘤腔内的血流旋涡改善效果最佳,对动脉瘤瘤颈和瘤顶部分较高的壁面切应力削弱也最明显;周期型支架的柔顺性优于其余两种类型的支架。螺旋型支架植入颅内动脉瘤的治疗效果最佳,但不适合几何形状复杂的血管,本研究也可为进一步优化支架结构提供依据。     

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。     

三种截面支架对动脉瘤血流动力学影响的比较研究

目的提出不同于传统支架的三角形网丝截面支架,并对其进行数值模拟,比较圆形、矩形、三角形截面支架在动脉瘤内的血流动力学效果。方法构建3个有支架植入的动脉瘤模型,分别为圆形(CM型)、矩形(RM型)和三角形(TM型)截面支架模型,并与1个无支架的动脉瘤模型(UM型)对照。在相同的边界条件下,利用有限单元法对4个模型进行流固耦合数值模拟。结果 RM型比TM型和CM型的速度更低、流阻更高、流转时间更长,所以矩形、三角形、圆形截面支架血液流动的影响效果依次降低。在削弱壁面切应力大小、降低壁面切应力波动性方面,RM型比TM型和CM型更加显著,但CM型和TM型的壁面升压低于RM型。壁面应力分布和变形结果表明动脉瘤沿远侧壁生长的可能性大于近侧壁,瘤顶破裂的风险最大。结论 3种截面支架展示了不同的血流动力学,这些结果为血管内支架的结构设计和优化提供了有意义的参考依据。     

基于MRA的个体化腹主动脉瘤计算机仿真

目的探讨基于MRA图像进行个体化腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)计算机仿真研究的可行性,并从血流动力学层面探讨AAA的发生、发展和破裂机制。方法基于AAA患者的MRA数据采用逆向建模法建立AAA的三维几何模型;采用FLUENT软件进行数值模拟,假设血管壁为刚性壁,血液为不可压缩牛顿流体,建立瞬态模型。将收敛之后的数据导入到CFD-Post中进行结果分析,输出心动周期内不同时刻的血流流线图、流速分布图、血管壁面切应力分布图以及压力分布图。结果AAA瘤颈处血液流动的方式以层流为主,瘤腔内血流以涡流、湍流为主,且在瘤体膨大处较明显;瘤颈处血液流速快于瘤腔,瘤腔大部分区域在整个心动周期内都处于较低的流速水平,且波动不明显,瘤腔内的高流速区域多位于入口血流直接延续的部位;射血期的壁面切应力的量值及其变化幅度均大于充盈期,壁面切应力较高的区域总是分布于瘤颈附近,瘤腔的切应力在整个心动周期内始终处于较低水平;瘤体的壁面压力量值及其分布范围在射血峰值(t=0.08 s)时最大。加速射血期的壁面压力及其变化范围均较减速射血期及充盈期大。结论基于MRA图像可建立个体化的AAA计算机仿真模型,通过计算机仿真得到的AAA内血流分布规律对AAA的研究和临床个体化的诊治有一定的帮助。     

5种支架对颈内动脉瘤血液动力学影响的数值研究

目的 研究不同结构形状以及不同网丝截面的支架用于颈内动脉瘤治疗后对血液动力学及支架柔顺性的影响。方法 针对同一个体模型的颈内动脉瘤,构建5种不同支架介入治疗的模型。这些支架的支撑体网丝截面不同,但支架通透率近似相等。利用有限体积法进行数值仿真,获得其生物力学特性的定量信息。结果 5种模型中,矩形截面网格支架模型动脉瘤腔中平均流动速度的减小幅度最大;圆型截面支架和矩形截面螺旋支架模型中瘤面和瘤颈部分的壁面切应力减小面积较大;网格支架的柔顺性要远好于螺旋支架。结论 矩形截面网格支架对治疗颈内动脉瘤有较好的生物力学影响,这些发现可帮助临床医生在治疗脑动脉瘤时选择合适的支架。     

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.     

蜿蜒型脑动脉瘤的血流动力学仿真

目的分析在一个心动周期中蜿蜒型脑动脉瘤的血液流动情形、压力和壁面切应力分布和变化情况。方法构建了二维理想化的蜿蜒型脑动脉瘤（有2个动脉瘤）几何模型。利用计算流体力学方法对生理性脉动流进行了数值仿真。选择6个相继的心动时刻来显示流腔内的流动。结果2个流腔内的流动情形和壁面切应力分布呈现相似的特征,而第2个动脉瘤的末端瘤口则呈现非常高的壁面切应力和很高的压力梯度,这将更易于导致动脉瘤的发展和破裂。结论血液流动特征可以帮助人们更好地理解在S形弯曲动脉上滋生的在体蜿蜒型动脉瘤的血流动力学特性。     

多层裸支架植入主动脉夹层的流固耦合数值模拟

目的提出一种基于理想几何的单向流固耦合计算方法,用于分析多层裸支架干预后主动脉夹层假腔内的血流动力学和假腔壁面应力特征。方法根据假腔是否累及分支动脉将模型分为两类,建立单向流固耦合仿真模型以考察流体域对固体域的影响。模拟不同手术策略干预下,术后假腔内的血流动力学和壁面应力状态,并对血栓形成前后的假腔壁面应力状态进行对比分析。结果忽略支架释放过程对假腔壁面应力的计算影响较小。仅用多层裸支架无法有效缩小假腔内的高流速、高壁面剪切力(wall shear stress,WSS)区域;仅用覆膜支架封堵近端入口,远端将维持高流速、高WSS区域;覆膜支架和多层裸支架联合使用会使假腔内出现最大范围的低流速和低WSS区域,最大程度降低假腔内的压力和壁面应力。与有分支动脉模型相比,无分支动脉模型术后更易形成低流速、低WSS区域,但其术后假腔内血压更高。假腔内血栓的形成可大幅降低血栓覆盖区域的壁面应力。结论所提出的计算方法可同时分析术后假腔内的血流动力学和壁面应力特征,为研究多层裸支架引发假腔血栓化及主动脉再膨大的力学机理提供支撑。     

优化设计颅内动脉瘤用梯形截面支架底边长度

目的为降低梯形截面丝支架植入颅内囊状动脉瘤后瘤腔破裂的风险,对支架丝截面底边长度进行优化设计。方法构建38种不同底边长度的梯形截面支架及其植入动脉瘤后的有限元模型,利用流固耦合数值模拟计算得到38组最大瘤腔壁面压力梯度值,并应用广义回归神经网络及遗传算法对梯形截面底边长度进行优化,使植入支架后最大瘤腔壁面压力梯度降到最低。结果优化结果显示,相对传统矩形截面支架,优化后支架将最大瘤腔壁面压力梯度降低了7.86%。结论广义回归神经网络与遗传算法结合可以很好地解决支架优化方面的问题。     

Tissue Responses to Endovascular Stent Grafts for Saccular Abdominal Aortic Aneurysms in a Canine Model

We investigated tissue responses to endoskeleton stent grafts for saccular abdominal aortic aneurysms (AAAs) in canines. Saccular AAAs were made with Dacron patch in 8 dogs, and were excluded by endoskeleton stent grafts composed of nitinol stent and expanded polytetrafluoroethylene graft. Animals were sacrificed at 2 months (Group 1; n = 3) or 6 months (Group 2; n = 5) after the placement, respectively. The aortas embedding stent grafts were excised en bloc for gross inspection and sliced at 5 to 8 mm intervals for histopathologic evaluation. Stent grafts were patent in all except a dog showing a thrombotic occlusion in Group 2. In the 7 dogs with patent lumen, the graft overhanging the saccular aneurysm was covered by thick or thin thrombi with no endothelial layer, and the graft over the aortic wall was completely covered by neointima with an endothelial layer. Transgraft cell migration was less active at an aneurysm than at adjacent normal aorta. In conclusion, endoskeleton stent grafts over saccular aneurysms show no endothelial coverage and poor transgraft cell migration in a canine model.     

血管支架对颅内动脉瘤血液动力学的数值模拟

血管支架作为治疗颅内动脉瘤的新方法被广泛运用到临床中,而且越来越普遍。但由于某些支架植入后不能满足力学要求或对瘤内血液动力学无明显影响,反而更易形成血栓,造成动脉瘤破裂。本研究首先通过结构静力学分析比较矩形截面网格状支架和网丝编织成的圆形截面螺旋形支架的弯曲变形能力及扭转变形能力;然后将网格支架植入实际脑动脉瘤模型,进行流－固耦合模拟仿真,分析血流速度、壁面压力及壁面剪切力变化。结果表明：两种支架能够在不损失径向支撑力的情况下,提供良好的轴向顺应性,且网格状支架的变形能力高于螺旋状支架;支架植入后血液动力学各项指标明显降低。血管支架对颅内动脉瘤血液动力学有很大影响,可为临床治疗动脉瘤提供理论依据。     

Cerebral Miliary Aneurysms in Hypertension

The types of miliary cerebral aneurysms associated with hypertension were studied, using serial sections of blocks of brain tissue from hypertensive patients with a history of cerebral hemorrhage or lacunar infarcts or both. Four different structures were identified—three aneurysmal (saccular, lipohyalinotic and asymmetric fusiform) and one nonaneurysmal, the so-called bleeding globe. They probably account for all of the miliary cerebral aneurysms described during the past 100 years. The present survey is one of the most comprehensive yet undertaken.     

不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄的血流动力学数值模拟

目的 研究具有不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄后的血流动力学效果,以期为支架的设计以及介入治疗提供更加科学的指导。方法 采用Pro/Engineer建立带有狭窄的椎动脉模型和3种不同连接筋的支架模型（根据连接筋形状分别称为L-支架、V-支架和S-支架）;利用有限元分析软件ABAQUS模拟这些支架在狭窄椎动脉中扩张后的结果,并分别建立3种支架治疗椎动脉狭窄后的流场有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS-CFX对3个模型进行血流动力学数值模拟。结果 与V型和S型连接筋相比,L型连接筋造成了较小的低壁面切应力分布面积及较少的血流停滞区。结论 L型连接筋具有较好的血流动力学效果,潜在地可降低支架内再狭窄发生的可能性,从而为支架选择、支架设计和手术规划等提供科学依据。     

Sacculo-ocular reflex connectivity in cats

The otolith system contributes to the vestibulo-ocular reflexes (VOR) when the head moves linearly in the horizontal plane or tilts relative to gravity. The saccules are thought to detect predominantly accelerations along the gravity vector. Otolith-induced vertical eye movements following vertical linear accelerations are attributed to the saccules. However, information on the neural circuits of the sacculo-ocular system is limited, and the effects of saccular inputs on extraocular motoneurons remain unclear. In the present study, synaptic responses to saccular-nerve stimulation were recorded intracellularly from identified motoneurons of all twelve extraocular muscles. Experiments were successfully performed in eleven cats. Individual motoneurons of the twelve extraocular muscles--the bilateral superior recti (SR), inferior recti (IR), superior obliques (SO), inferior obliques (IO), lateral recti (LR), and medial recti (MR) were identified antidromically following bipolar stimulation of their respective nerves. The saccular nerve was selectively stimulated by a pair of tungsten electrodes after removing the utricular nerve and the ampullary nerves of the semicircular canals. Stimulus intensities were determined from the stimulus-response curves of vestibular N1 field potentials in order to avoid current spread. Intracellular recordings were performed from 129 extraocular motoneurons. The majority of the neurons showed no response to saccular-nerve stimulation. In 17 (30%) of 56 extraocular motoneurons related to vertical eye movements (bilateral SR and IR), depolarizing and/or hyperpolarizing postsynaptic potentials (PSPs) were observed in response to saccular-nerve stimulation. The latencies of PSPs ranged from 2.3 to 8.9 ms, indicating that the extraocular motoneurons received neither monosynaptic nor disynaptic inputs from saccular afferents. The majority of the latencies of the depolarization, including depolarization-hyperpolarization, were in the range of 2.3-3.3 ms. Latencies of hyperpolarizations were typically longer than those of depolarizations. Only one contralateral SO motoneuron of 43 recorded oblique extraocular motoneurons (bilateral SO and IO) showed a depolarization-hyperpolarization in response to saccular-nerve stimulation at a latency of 2.5 ms. None of 30 recorded horizontal extraocular motoneurons (bilateral LR and MR) responded to stimulation of the saccular nerve. The neural linkage in the sacculo-ocular system is relatively weak in comparison to the utriculo-ocular and sacculo-collic systems, suggesting that the role of the sacculo-ocular system in stabilizing eye position may be reduced when compared with utriculo-ocular and semi-circular canal-ocular reflexes.     

The organogenesis of the membranous labyrinth in Polypterus senegalus Cuvier, 1829 (Pisces, Holostei, Polypteridae)

The organogenesis of the membranous labyrinth of Polypterus senegalus is described. 1. The otocyst seems to be formed by the invagination of a thick portion of the deeper layer of the epidermis. 2. The 3 semi-circular canals are formed by 3 pairs of invaginations of the wall of the otocyst and at the expense of its volume; the anterior vertical canal is completed first, followed by the horizontal and then the posterior vertical one; the ampullae, not very developed, appear a long time after the formation of their corresponding canals: that of the horizontal canal appears first, followed by that of the posterior and finally that of the anterior one. 3. The sensory areas derive from a common macula which subsequently divides into 2 zones, the anterior one giving rise to the utricular macula and the anterior and horizontal cristae, the posterior one giving rise to the posterior crista and the saccular macula; from the latter subsequently develops the lagenar macula. 4. The otoconiae appear as soon as the otocyst forms; the otoliths are agglomerations of otoconias brought together by an interstitial cement. 5. The endolymphatic primordium is formed before that of the semi-circular canals; the endolymphatic sack becomes voluminous and spreads over the brain as far as the sagittal plane.     

典型胸主动脉裸支架的力学性能

目的 研究两种胸主动脉镍钛裸支架（Ze、Fa支架）的力学性能,为裸支架的设计和临床选择提供理论依据。方法建立两种裸支架的有限元模型和实物模型。分别完成两种裸支架弯曲、径向力和模拟使用的有限元分析,并进行对应的实物模型测试。通过实测结果验证有限元分析的准确性,预测支架植入后血管的应力和应变。结果 有限元分析表明,Ze、Fa支架弯曲90°时截面扁平率分别为3.83%和18.83%（实测为8.57%和14.27%）,弯曲180°时截面扁平率分别为12.02%和23.72%（实测为14.37%和23.35%）。Ze、Fa支架在心脏收缩期最大径向力分别为33、429 N/m（实测为31、433 N/m）,在心脏舒张期最大径向力分别为27、146 N/m（实测为29、179 N/m）。Ze、Fa支架在植入后对血管造成的最大应力分别为4、18 kPa,最大应变分别为4.17%和13.92%,最大直径扩张率分别为103%和898%。有限元分析和实测结果无显著性差异（P>0.05）。结论Ze、Fa支架植入后对健康血管造成的最大应力、应变在许可范围内。Ze支架的弯曲性能较优,适合被植入弯曲血管。Ze支架径向力较弱,适合被作为仅提供内膜支撑的Petticoat支架。较强的径向力有助于加强Fa支架在血管内的稳定性,降低脊髓缺血风险,故Fa支架适合被作为限制性裸支架。