3种可转换型腔静脉滤器血流动力学数值模拟

目的研究不同血栓直径和血栓含量下可转换型腔静脉滤器用于治疗肺动脉栓塞后对血流动力学的影响。方法构建3种直径相同、过滤结构(L、S和W型)不同的滤器仿真模型,利用计算流体力学方法对植入血管以后的滤器进行血流动力学分析。结果在无血栓条件下,3种滤器均对血流有一定的阻碍作用,并使出口处的平均流速增大。其中,L型滤器引起的出口平均流速最大,S型次之,W型最小。在有血栓条件下,滤器过滤杆的结构形状对出口平均血流流速、血栓流速、血流出入口压差、血栓出入口压差影响不明显;而随着血栓直径的增大和血栓含量的增加,血流动力学因素呈现不同程度下降趋势。血流对3种滤器过滤杆上产生的壁面剪应力均在正常范围之内,而滤器支撑体下游端和支撑体与过滤杆连接处产生的壁面剪切应力都小于最小极限值,该处容易引起血栓形成。结论利用计算流体力学方法分析3种可转换型滤器在不同过滤杆结构以及不同血栓直径、血栓含量下对血流动力学的影响,为新型滤器的设计研发提供理论参考。     

新型腔静脉滤器过滤柱结构参数对其力学性能的影响

利用有限元分析法针对一款新型腔静脉滤器的植入过程进行显示动态分析,揭示滤器过滤柱角度、长度、宽度和厚度对其力学性能和血管内壁面的影响规律。结果显示,滤器高应力及高应变区域主要集中在过滤柱和过滤丝连接处,随着过滤柱角度的增加,滤器壁面最大等效应力和最大弹性应变减小,血管壁面最大等效应力增大;随着过滤柱长度的增大,滤器壁面最大等效应力和应变峰值也增大,血管壁最大等效应力反而减小;随着过滤柱宽度和厚度的增大,其滤器壁面最大等效应力、最大弹性应变以及血管壁最大等效应力均呈上升趋势。所有滤器模型的静安全系数均大于1,植入血管后结构安全可靠。通过本文研究结果,期待可为新型腔静脉滤器结构优化及变形机制的研究提供相应的理论依据。     

一种新型可回收腔静脉滤器血流动力学分析

腔静脉滤器是为防止下肢及盆腔的血栓脱落上行导致肺栓塞而设计的一种过滤性装置。本研究设计了一款新型腔静脉滤器,为评价其在植入后的血流动力学性能和血栓捕捉效果,利用计算流体力学的方法与已上市的两种滤器德纳里(Denali)和护盾(Aegisy)进行血流动力学数值模拟比较,并实施体外实验测试对比血栓捕捉效果。本文的研究主要运用计算流体力学软件,分析血栓直径分别为5、10、15 mm,血栓浓度含量分别为10%、20%、30%的情况下,流域段的出口流速、出入口压差、滤器壁面上的壁面剪应力、高低壁面剪应力区域面积占比以及滤器的血栓捕捉效果,同时还通过体外实验数据对比评价了以上3种滤器的血栓捕捉效果。研究结果显示,Denali滤器植入后对血流的干扰最小,但对5 mm小直径血栓的捕捉效果最差;Aegisy滤器对不同直径和浓度含量的血栓捕捉效果最优,但低壁面剪应力区域面积占比最大;本研究设计的新型滤器对小直径血栓有较好的捕捉效果,且该滤器上易导致血栓形成的低壁面剪应力区域面积占比最小;Denali和Aegisy滤器的低壁面剪应力区域面积占比相对较大,形成血栓的风险较高。基于以上结果,期望本文设计的新型腔静脉滤器能为新型滤器的设计和临床选择提供参考依据。     

一种血管内支架的有限元模型及计算流体动力学分析

支架植入所造成的血栓、血管损伤及其对血流动力学的影响是造成支架内再狭窄的主要原因。我们利用有限元模型与计算流体动力学的方法,分析了一种支架在植入过程中与斑块、血管的相互作用及其对血流情况的影响。结果发现：支架植入后端部发生翘起,这容易损伤血管壁;支架植入模型所对应的即刻回缩率明显高于支架自身的回缩率,其结果分别为12.3%、3.1%;支架壁厚与连接筋设计能够引起血管壁面剪应力的明显变化。这对于血管内支架的设计具有一定的指导意义。     

3种可转换型腔静脉滤器过滤血栓效果的对比分析

目的研究不同血栓直径和血栓含量下可转换型腔静脉滤器用于治疗肺动脉栓塞后的过滤血栓效果。方法构建3种过滤单元形状(L、S和W型)的可转换型腔静脉滤器模型,利用计算流体力学方法进行血流动力学数值模拟,对比分析不同直径(5、10、15 mm)和不同含量(10%、15%、20%)血栓下的过滤效果。结果血栓直径越大,含量越多,滤器滤杆上分布的血栓体积分数越大,滤器的过滤血栓效果越好。当血栓直径为5 mm时,与其他两种滤器相比,S型滤器的过滤效果最好;当血栓直径为10 mm时,W型滤器的过滤效果最好;而在血栓直径为15 mm时,S型滤器与W型滤器的过滤效果相同,均比L型滤器的过滤效果好。结论滤器的植入造成了血流动力学的改变,它的过滤效果不仅与过滤单元结构有关,还与血栓含量和血栓直径大小有着密切相关。研究结果为新型可转换型腔静脉滤器的设计和临床选择提供了理论参考依据。     

腔静脉滤器应用现状及生物力学研究进展

在治疗下肢深静脉血栓的同时为了预防肺动脉栓塞的发生,腔静脉滤器已经在临床上得到广泛的应用。总结腔静脉滤器的应用现状,包括腔静脉滤器的植入方式、滤器分类、滤器植入的适应证和存在的问题(禁忌证、并发症等),分析可降解滤器、药物涂层滤器等新型滤器研究的前沿问题,并阐述近年来国内学者关于滤器结构的血流动力学研究。研究结果为进一步优化滤器结构以及临床应用提供参考。     

球囊扩张式冠脉支架生物力学性能研究

研究具有不同连接筋的冠状动脉支架的力学性能,为支架的设计开发以及介入治疗提供更加科学的指导.采用Solid Works建立3种不同连接筋的支架模型(根据连接筋的形状分别称为W-支架、S-支架和L-支架,压握壳以及球囊模型),使用Hypermesh软件完成模型的网格划分,应用ABAQUS软件模拟分析了径向回弹、轴向缩短,扩张不均匀性以及径向支撑刚度和柔顺性,并结合径向均匀加载和“四点弯曲”测量技术的径向支撑刚度和弯曲刚度的测试方法验证了数值模拟的合理性.结果表明:3种支架的各项力学性能都在安全范围内;相对而言,S-支架的支撑强度较大,支撑刚度为3.34 N/mm,容易造成局部血管壁的损伤;L-支架的轴向缩短率较大,为8.25％,不利于支架在血管病变部位的正确定位;S-支架和L-支架的弯曲刚度分别为:17.74 N/rad和18.00 N/rad,它们的柔顺性较差.3种支架的力学性能各有优缺点,其中W-支架的综合力学性能相对较好,这在临床上为选用支架提供良好的参考依据.     

椎动脉狭窄临床病例介入治疗前后椎基底动脉血流状况分析

目的:基于血液和弹性血管壁相互作用的流固耦合方法,探究1例椎动脉颅内段狭窄的临床病例支架植入前后椎基底动脉的血流动力学特性。方法:应用医学建模软件对二维CT数据进行三维重建,得到支架植入前后的椎基底动脉血管模型,采用流固耦合方法对支架植入前后的椎基底动脉血流特性进行数值模拟,分析椎基底动脉的血流动力学特性。结果:支架植入前后椎基底动脉的血液流场、血液压力、血管壁面切应力以及管壁形变量有显著的变化。在支架植入后,基底动脉中间部位两侧受力变得均匀,椎基底动脉内血流速度明显增大,支架植入处压力增大,支架上游压力和支架处切应力减小。结论:在介入治疗后,椎基底动脉内的血流环境及受力情况得到明显改善,当椎动脉发生狭窄后应及时干预治疗,避免累及基底动脉和后循环系统。     

下腔静脉滤器回收后血管形态改变的CT静脉造影研究

目的 探讨下腔静脉滤器回收后肾下段下腔静脉CT静脉造影(CTV)血管壁形态的改变,并分析相关影响因素。方法 回顾性研究。纳入2015年1月-2018年2月在北京积水潭医院血管外科下腔静脉滤器回收后规范抗凝治疗70例患者的下腔静脉CTV图像为滤器组,男34例、女36例,年龄17~79(48.11±13.86)岁;在北京积水潭医院下腔静脉CTV数据库中随机抽取40例非血栓性疾病患者为对照组,男23例、女17例,年龄18~70(46.70±12.16)岁。在下腔静脉CTV图像上测量并比较两组下腔静脉最小直径和肾静脉开口下方1 cm平面参考直径的差异;观察滤器组肾下段下腔静脉壁有无增厚,应用logistic回归分析其影响因素。结果 两组患者的性别、年龄差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。滤器组和对照组下腔静脉参考直径分别为(16.0±2.6)、(20.2±2.4) mm,最小直径分别为(13.0±3.6)、(19.3±2.3)mm,差异均有统计学意义(t=8.267、10.032,P值均＜0.01)。滤器组35.7%(25/70)的患者血管壁局限性或环状增厚,下腔静脉最小直径为(10.3±3.6)mm; 64.3%(45/70)患者没有血管壁增厚,下腔静脉最小直径为(14.5±2.5)mm,差异有统计学意义(t=5.330, P＜0.01)。血管壁增厚患者与无增厚患者的下腔静脉血栓形成、下腔静脉参考直径差异均有统计学意义(χ²=6.459, t=3.794, P值均＜0.05);logistic多因素分析显示,下腔静脉血栓形成和下腔静脉参考直径是下腔静脉壁增厚的独立影响因素(OR=5.410、1.500,P值均＜0.01)。结论 滤器回收后下腔静脉会出现不同程度的狭窄和血管壁增厚,下腔静脉血栓形成和较小的下腔静脉参考直径明显增加下腔静脉壁增厚的风险。     

支架植入后趋直现象对血管壁局部生物力学环境的影响

目的研究支架植入后趋直现象对病变处血管壁力学环境变化的影响,探索支架植入后再狭窄的生物力学成因及支架优化方法。方法基于患者CT扫描图像,使用Mimics、Geomagic和Pro/E软件完成动脉、球囊以及理想与趋直两种支架模型的构建,应用ABAQUS软件建立球囊-支架-冠状动脉左前降至血管之间的力学模型,根据数值模拟计算结果,分析趋直对病变处血管壁力学环境的影响。结果在1.013 MPa充气压力下撑开支架后,与理想支架模型相比较,趋直支架模型的血管壁内表面出现Von Mises应力增大和明显的应力集中现象,尤其是在近心端、远心端及沿心肌表面区域。理想支架模型血管内壁平均和最大Von Mises应力分别0.39、5.12 MPa;趋直支架模型血管内壁平均和最大Von Mises应力分别为0.45、7.43 MPa。结论支架植入后发生的趋直现象将引起应力分布不均匀,出现应力集中,增大对血管壁造成的伤害,可能会引起血管的机械损伤及管壁重建,诱发支架内再狭窄的发生。研究结果可为术后支架内再狭窄的机理分析提供帮助,也为血管介入手术方案及支架优化设计提供参考。     

基于流固耦合计算机流体力学模拟分析人体主动脉弓内血液流动

目的比较分析应用弹性血管壁的流固耦合计算流体力学（CFD）方法和刚性血管壁的CFD方法模拟获得的正常主动脉弓内血流动力学参数,同时比较两种方法的优劣,为深入研究血液流动状态与动脉疾病的关系提供帮助。方法取46岁男性,胸主动脉正常CT图像,格式为Dicom,层间距为0.5mm,每片图像的平面分辨率为512×512,像素大小为0.5mm。应用医学图像后处理软件,对通过临床获得正常人体主动脉CT二维医学图像数据进行重构,得到主动脉血流及血管壁的三维立体模型并应用于模拟计算。结果在设定边界条件和初始条件的基础上,经多次迭代耦合计算,获得血管壁形变、等效应力、血流速度、壁面振荡切应力等相关血流动力学参数。结论在心动周期内弹性血管壁的主动脉内血流情况较刚性血管壁主动脉内血流情况更为复杂,管壁等效压力变化较大,血管壁的振荡切应力更高,表明弹性血管壁的流固耦合的CFD模拟更能体现真实主动脉内复杂血流情况,为深入研究血流动力学与心脑血管疾病的关系提供了一定的技术支持。     

基于流固耦合的载瘤血管内血液流动及血管损伤分析

目的研究两种常见血管瘤内的血液流动及其对血管壁力学性能的影响,以期提高动脉瘤的诊治水平、改善患者的预后。方法应用流固耦合方法对两种常见动脉瘤载瘤血管与血液之间的相互作用进行基于有限元计算的研究。主要分析瘤内血液流速、瘤壁变形、载瘤血管的应力分布和破坏形式。结果两种瘤内血液流速都很低而且流动平稳,使得瘤内可以形成较好的沉积和附着条件。瘤与血管下游的交界处是破坏的危险位置,梭形动脉瘤会在该处外壁发生剪切破坏,而囊形动脉瘤会在该处内壁发生拉伸破坏。在相同的血液流动作用下,囊形动脉瘤的载瘤血管会出现更大的应力,故更容易发生破坏,而且拉伸破坏会导致更严重的后果。结论动脉瘤与血管结合处易发生破坏;囊形动脉瘤危险性高、危害大。     

Three-Dimensional Computational Fluid Dynamics Modeling of Alterations in Coronary Wall Shear Stress Produced by Stent Implantation

Rates of coronary restenosis after stent implantation vary with stent design. Recent evidence suggests that alterations in wall shear stress associated with different stent types and changes in local vessel geometry after implantation may account for this disparity. We tested the hypothesis that wall shear stress is altered in a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model after coronary implantation of a 16 mm slotted-tube stent during simulations of resting blood flow and maximal vasodilation. Canine left anterior descending coronary artery blood flow velocity and interior diameter were used to construct CFD models and evaluate wall shear stress proximal and distal to and within the stented region. Channeling of adjacent blood layers due to stent geometry had a profound affect on wall shear stress. Stagnation zones were localized around stent struts. Minimum wall shear stress decreased by 77% in stented compared to unstented vessels. Regions of low wall shear stress were extended at the stent outlet and localized to regions where adjacent axial strut spacing was minimized and the circumferential distance between struts was greatest within the stent. The present results depict alterations in wall shear stress caused by a slotted-tube stent and support the hypothesis that stent geometry may be a risk factor for restenosis by affecting local wall shear stress distributions. © 2003 Biomedical Engineering Society. PAC2003: 8719Rr, 8710+e, 8780Rb, 8719Uv     

颈动脉分叉管模型流场分布的PIV测量

为了解改进的TF-AHCB颈动脉血管分叉模型内的血流动力学特点,采用PIV技术测量循环系统装置中颈动脉血管分叉模型的瞬时速度分布情况。通过调节循环系统装置中水箱的高度,变换压力差来调节流速。循环液采用黏度与人体血液相似35%的甘油水溶液。利用PIV测量4个工况下的瞬时速度并根据瞬时速度值计算切应力。结果表明,在颈动脉血管分叉模型内ICA的外侧壁存在明显的流动分离和逆时针方向的涡流,涡流的范围和距离随着流速的改变而改变。流速越大,涡流的范围越小,距离分叉的距离越近。ICA外侧壁的切应力明显要小,当流速小于0.839 m/s时,存在一个明显的低切应力核心区域。此低切应力核心区域正是临床上观察到的动脉粥样硬化好发的区域。结果提示,颈内动脉在分叉后ICA部分的外侧壁存在明显的流动分离和涡流以及低切应力区域,这可能和此部位动脉粥样硬化的发生有关。     

锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处血流动力学数值模拟

目的:探讨锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血流动力学特性,分析该处发生血管狭窄引起大脑供血不足的 血流动力学原因。方法:采用内蒙古民族大学附属医院神经内科提供的CT数据,应用医学建模软件MIMICS20.0将患者 二维CT数据进行三维血管重建,经过网格划分及边界条件设置后导入计算流体力学软件FLUENT14.5中。计算和分析 不同血液入口速度的锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血流动力学特性。结果:在血液入口速度不同的情况下,锁 骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处的血液流场分布、血液压力分布和血管壁面切应力分布有显著变化。在血液入口速 度增大时,锁骨下动脉分叉处和颈总动脉分叉处的血液流速快、血管壁压力大,颈总动脉内侧血管壁面切应力大,但锁骨 下动脉分叉处和颈总动脉分叉处血管壁面切应力数值和变化幅度小,属于低切应力区。结论:通过血流动力学数值模拟 研究,分析锁骨下动脉、颈总动脉和椎动脉分叉处易发生粥样斑块病变导致大脑供血不足的血流动力学原因。     

支架置入前脑动脉瘤血流场的特性分析

BACKGROUND: Cerebral aneurysm is a kind of mortal hemangioma, and its treatments such as endovascular embolization and clipping both cause high postoperative recurrence rate and mortality. So the stent implantation for cerebral aneurysm is coming into being. OBJECTTVE: To evaluate the hemodynamic parameters after stent implantation into cerebral aneurysm and to provide a novel feasible strategy for clinical treatment. METHODS: A retrospective analysis was preformed based on the CT image data of 11 patients with cerebral aneurysm from the Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University. Firstly, the flexible and solid model of cerebral aneurysm was established by the MIMICS and reverse engineering. Secondly, the matching stent model was implanted into the cerebral aneurysm, and then the blood flow structure of cerebral aneurysm was analyzed by the fluid dynamics theory and the Fluent with the method of two-way flow solid coupling. Finally, comparative analysis of the kinetic parameters of cerebral aneurysm before and after implantation, including wall pressure, blood velocity, path line of the blood flow, wall shear stress, wall deformation was conducted, and blood flow characteristics after stent implantation were analyzed under different entrance velocity. RESULTS AND CONCLUSION: After implantation, the wall surface pressure was reduced about 61.1%; the blood flow velocity around the stent and the inside of the cerebral aneurysm was decelerated obviously; under setting 2 000 lines of blood flow, the number of path line of blood flow into the cerebral aneurysm reduced about 75.0%, the maximum wall shear stress decreased about 79.3%, and the maximum wall deformation reduced to a lower level. The entrance velocity was respectively v1=0.1 m/s, v2=0.2 m/s, v3=0.3 m/s and the wall pressure was in a gradient ascent; the wall shear stress increased with the velocity, meanwhile, τzou (left neck of aneurysm) <τzhong (aneurysm )< τyou (right neck of aneurysm). The path lines of blood flow mainly concentrated in the top of the aneurysm, and the blood velocity markedly affected the surface deformation. These results indicate that main hemodynamic parameters are obviously improved after stent implantation into cerebral aneurysm, and the blood velocity should never be neglectful in the treatment process.     

Hemodynamics of Stent Implantation Procedures in Coronary Bifurcations: An <Emphasis Type="Italic">In Vitro</Emphasis> Study

Stent implantation in coronary bifurcations presents unique challenges and currently there is no universally accepted stent deployment approach. Despite clinical and computational studies, the effect of each stent implantation method on the coronary artery hemodynamics is not well understood. In this study the hemodynamics of stented coronary bifurcations under pulsatile flow conditions were investigated experimentally. Three implantation methods, provisional side branch (PSB), culotte (CUL), and crush (CRU), were investigated using time-resolved particle image velocimetry to measure the velocity fields. Subsequently, hemodynamic parameters including wall shear stress, oscillatory shear index (OSI), and relative residence time (RRT) were calculated. The pressure field through the vessel was non-invasively quantified and pressure wave speeds were computed. The effects of each stented case were evaluated and compared against an un-stented case. CRU provided the lowest compliance mismatch, but demonstrated detrimental stent interactions. PSB, the clinically preferred method, and CUL maintained many normal flow conditions. However, PSB provided about a 300% increase in both OSI and RRT. CUL yielded a 10 and 85% increase in OSI and RRT, respectively. The results of this study support the concept that different bifurcation stenting techniques result in hemodynamic environments that deviate from that of un-stented bifurcations, to varying degrees.     

血管粘弹性对法推拿作用下血管切应力的影响

目的研究血管粘弹性对脉动血流在(扌衮)法推拿作用下切应力的影响.方法建立具有局部轴向运动狭窄的粘弹性血管中脉动血流模型.设血液为牛顿流体,血管壁为线性粘弹体.在(扌衮)法推拿作用下血管受水平外力作用形成轴向运动缓变狭窄,血流遵循线化Navier-stokes方程.结果粘弹性血管在(扌衮)法作用下,距离血管入口z=31 cm处的平均切应力、最大切应力和瞬时切应力以及最大狭窄下游血管段最大切应力随着血管粘性系数和手法频率的改变而有较大变化.结论(扌衮)法推拿作用下粘弹性血管的血管切应力有显著变化,这与中医推拿的活血化淤相吻合.     

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。