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。     

顶端动脉瘤的血流动力学数值模拟速度分析

目的：探讨顶端动脉瘤的血流动力学特点,分析动脉瘤生长、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行 数值模拟。 结果：脉动状态下每个心动周期里,在0~0.4 s内速度变化最剧烈,在动脉分叉处形成涡运动。通过瘤颈进入动脉瘤内时,血流速度骤减,在动脉瘤中央形成涡,速度逐渐减小并可能静止。瘤顶血流速度很小甚至静止。 结论：顶端动脉瘤血流动力过程复杂,血管分叉处涡运动剧烈;瘤颈速度在0~0.5 s内剧烈变化,受到血流的冲击瘤颈扩大使瘤生长;破裂主要在瘤顶,但是瘤顶速度很小甚至静止,瘤壁在血流冲击下的振荡是破裂的因素之一。速度是危险因子之一,0~0.5 s是危险时间窗。     

弹性颅内动脉瘤的数值模拟分析

目的探讨弹性颅内动脉瘤血流动力学变化,分析动脉瘤壁的力学特点对其的影响。方法结合数字减影血管造影(DSA)影像,借助计算流体力学(CFD)有限元方法的软件,采用计算流体-固体耦合分析,研究颅内动脉瘤弹性壁模型中的血液流动和管壁运动的相互耦合过程,及其对血流动力学数值模拟结果的影响。结果弹性壁时动脉瘤形态发生改变,动脉瘤和载瘤动脉的夹角也发生改变,使射入流在动脉瘤内的流场分布和壁面剪应力在动脉瘤壁表面分布受到影响。结论CFD数值模拟能直观反映动脉瘤的血流动力学特点;为了更好地进行颅内动脉瘤血流动力学参数的定量分析,应该采用更为准确的弹性壁模型。     

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。     

颅内动脉瘤形态对血流动力学的影响及破裂风险研究

目的探讨颅内动脉瘤形态对血流动力学的影响,分析动脉瘤破裂的血流动力学机制和相应的病理表现。方法使用计算流体力学软件比较71个动脉瘤中破裂与未破裂动脉瘤的壁面剪应力（WSS）及其与载瘤动脉的比值,以及窄颈动脉瘤和宽颈动脉瘤中破裂和未破裂动脉瘤的WSS,并对处于不同WSS的动脉瘤壁作病理学分析。结果破裂动脉瘤相对于未破裂动脉瘤有更大的低WSS区域（LSA）（P＜0.05）,更小的平均WSS（MWSS）比值（P＜0.05）。在宽颈动脉瘤中破裂动脉瘤比未破裂动脉瘤有更大的最高WSS（HWSS）比值（P＜0.05）;在窄颈动脉瘤中破裂动脉瘤比未破裂动脉瘤有更大的LSA（P＜0.05）,更小的MWSS比值（P＜0.05）。高、低WSS的动脉瘤壁有不同的病理学表现。结论相对于单纯计算WSS的大小,WSS比值是一个更可靠的破裂指标。不同结构动脉瘤破裂的血流动力学原因不一致：宽颈动脉瘤中HWSS是导致动脉瘤破裂的原因;窄颈动脉瘤中低WSS是动脉瘤破裂的指征。不同WSS的动脉瘤壁有不同的病理学表现。     

Numerical simulation of therapeutic effect of carotid artery stenting on carotid artery stenosis

目的 采用计算流体力学数值模拟方法对颈动脉支架植入术(CAS)治疗颈动脉狭窄的效果进行评估.方法 采用Mimics软件对1例颈动脉狭窄患者手术前后的CT影像进行三维重建,构建个体化颈动脉分叉模型,利用计算流体力学方法对模型进行三维流动数值模拟计算,以壁面剪切应力、壁面压力、血流轨迹和流量等血流动力学指标对CAS的疗效进行评估.结果 数值模拟计算结果显示:与术前比较,CAS术后颈动脉内的流动速度、颈内与颈外动脉的流量分配比例、壁面剪切力和壁面压力等血流动力学指标发生明显变化,血液流动状态明显改善.结论 计算流体力学数值模拟评估CAS的效果更为直观且合理,并能够在术前为个体病例提供最优的指导性方案.     

颈动脉支架植入术治疗颈动脉狭窄效果的数值模拟

目的采用计算流体力学数值模拟方法对颈动脉支架植入术(CAS)治疗颈动脉狭窄的效果进行评估。方法采用Mimics软件对1例颈动脉狭窄患者手术前后的CT影像进行三维重建,构建个体化颈动脉分叉模型,利用计算流体力学方法对模型进行三维流动数值模拟计算,以壁面剪切应力、壁面压力、血流轨迹和流量等血流动力学指标对CAS的疗效进行评估。结果数值模拟计算结果显示:与术前比较,CAS术后颈动脉内的流动速度、颈内与颈外动脉的流量分配比例、壁面剪切力和壁面压力等血流动力学指标发生明显变化,血液流动状态明显改善。结论计算流体力学数值模拟评估CAS的效果更为直观且合理,并能够在术前为个体病例提供最优的指导性方案。     

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。     

应用计算流体力学方法分析人体腹主动脉分叉内血液流动

目的应用计算流体力学方法对4例正常人体腹主动脉内血流情况进行数值模拟,通过分析计算获得血流动力学参数,讨论腹主动脉内复杂的血流情况与动脉粥样硬化疾病的关系,为临床的预防与诊断提供帮助。方法选择的临床增强C T图像数据为D icom格式,层间距为0.5 m m,每片图像的平面分辨率为512×512,像素大小为0.5 m m。应用医学图像后处理软件对临床获得的C T医学图像数据进行处理重构,并转化为可用于数值计算的真实的人体腹主动脉三维解剖模型。应用计算流体力学(C FD)方法基于三维解剖模型进行数值计算。结果获得了正常人体腹主动脉分叉内在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论计算流体力学数值模拟方法为在个体腹主动脉内进行仿真模拟血流动力学分析提供了可靠方法。腹主动脉分叉内复杂的血流情况与动脉粥样硬化疾病的产生与发展存在一定联系,为心血管疾病的临床诊断与治疗提供一定的帮助。     

不同部位大脑中动脉动脉瘤CT血管成像形态学的差异

目的探讨不同部位大脑中动脉（MCA）动脉瘤CT血管成像（CTA）形态学的差异。方法回顾性纳入2009年1月至2018年12月温州医科大学附属第一医院563例患者的612个MCA动脉瘤。通过观察CTA图像将MCA动脉瘤按部位分为分叉处动脉瘤和其它部位动脉瘤,采用单因素及多因素logistic回归分析比较不同部位动脉瘤形态学表现的差异。结果612个MCA动脉瘤中位于分叉处409个（66.8%）,其中破裂动脉瘤280个,发生率远高于其它部位（P=0.001）。分叉处动脉瘤在动脉瘤大小、瘤颈宽度、动脉瘤高度、动脉瘤高度与血管径比（SR）、垂直高度与瘤颈宽比（AR）、血管角度、血流角度、血管管径、动脉瘤形状、冠状面朝向和横断面朝向等方面与其他部位动脉瘤的差异均有统计学意义（均P＜0.05）。多因素logistic回归分析显示MCA不同部位动脉瘤形态差异显著的参数为SR（OR=1.143,95%CI：1.002~1.303,P=0.046）、血管角度（OR=1.016,95%CI：1.009~1.024,P=0.000）、动脉瘤形状（OR=1.648,95%CI：1.118~2.431,P=0.012）、冠状面朝向（OR=0.519,95%CI：0.336~0.802,P=0.003）。结论MCA动脉瘤部位与动脉瘤的破裂有关,MCA分叉处的动脉瘤更易发生破裂,可能与CTA动脉瘤形态学参数SR、动脉瘤形状、血管角度及瘤顶冠状面朝向有关。     

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。     

椎基底动脉延长扩张症的计算流体力学分析

目的：基于计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）技术对椎基底动脉延长扩张症（vertebrobasilar dolichoectasia,VBD）进行血流动力学分析。方法:使用Mimics软件读取1例VBD患者颅内动脉影像的DICOM（digital imaging and communications in medicine）数据,进行三维实体重建,应用Ansys软件对实体模型进行流体力学分析,模拟VBD患者椎基底动脉的血流动力学变化过程,并描述流线、管壁切应力和管壁压力情况。结果: 双侧椎动脉汇合为基底动脉后血流仍表现为分层流动,在基底动脉迂曲部出现绕壁血流。椎基底动脉汇合部及基底动脉下段的局部低壁面切应力和高壁面压力区域相吻合。推测VBD的生长初始部位可能位于椎基底动脉汇合部及基底动脉下段,低壁面切应力导致的血管壁退化及相应区域存在的高壁面压力可能与VBD的发生、发展有关。结论:CFD数值仿真可能为进一步研究血流动力学在VBD发生、发展中的作用提供理论基础。     

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.     

计算流体力学(CFD)模拟机械通气时下气道气流流场特性的方法及其可行性研究

目的 探索计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）技术模拟机械通气状态下呼吸系统内部气流流动的可行性,为CFD技术应用于机械通气的气流流场模拟奠定基础。方法 选取1名健康的中年男性志愿者进行头颈部加胸部MRI扫描,将获得的图像保存为DICOM格式导入Mimics17.0医学图像软件中构建气道三维模型,用Geomagic Studio 12软件进行网格划分后导入Ansys 14.5软件进行CFD模拟计算,对机械通气气道内部气流流场变化进行动态分析。结果 基于MRI图像数据构建气道三维模型,划分网格后对CFD模拟施加不同流速的入口边界条件,分析流速分布、壁压力分布、流场线变化情况以及局部管壁剪切应力的变化情况。结论 基于影像数据对气道进行三维重建,通过对模型进行CFD模拟发现,入口流速与气道内流体流速分布、壁剪切应力及壁压力均呈正相关,入口高流速易在气道分叉处形成涡流。     

支架置入对颅内宽颈动脉瘤血流动力学的影响

Background Stent placement has been widely used to assist coiling in cerebral aneurysm treatments. The present study aimed to investigate the hemodynamic effects of stenting on wide-necked intracranial aneurysms.Methods Three idealized plexiglass aneudsmal models with different geometries before and after stenting were created, and their three-dimensional computational models were constructed. Flow dynamics in stented and unstented aneurismal models were studied using in vitro flow visualization and computational fluid dynamics （CFD） simulations. In addition, effects of stenting on flow dynamics in a patient-specific aneurysm model were also analyzed by CFD.Results The results of flow visualization were consistent with those obtained with CFD simulations. Stent deployment reduced vortex inside the aneurysm and its impact on the aneurysm sac, and decreased wall shear stress on the sac.Different aneurysm geometries dictated fundamentally different hemodynamic patterns and outcomes of stenting.Conclusions Stenting across the neck of aneurysms improves local blood flow profiles. This may facilitate thrombus formation in aneurysms and decrease the chance of recanalization.     

不同栓塞程度对颅内动脉瘤介入治疗后囊内血流动力学影响的数值模拟研究

目的　研究不同栓塞状态下动脉瘤内血流动力学变化,为血管内治疗策略的制定提供理论依据。方法　基于脑动脉瘤血管造影的三维血管成像,在不同栓塞状态下,重建动脉瘤的三维模型,采用ANSYS CFX软件包进行分析血流速度、壁面切应力、压力分布和流场情况。结果　与治疗前比较,动脉瘤顶端部分栓塞后使瘤体明显缩小,瘤顶低WSS区域减小,瘤体内涡流减少但流速无变化,同时造成瘤顶部平均WSS增大为2.13Pa;而继续栓塞后,使动脉瘤整体壁面切应力显著下降,残留瘤颈远端流速明显降低;无论栓塞与否,动脉瘤流入道血管壁的壁面压力均无明显变化。 结论　颅内动脉瘤囊内血流动力学变化受弹簧圈栓塞程度和及其在瘤体内分布的影响。     

尺寸比及子囊形成对颅内镜像动脉瘤破裂的影响

目的 探讨颅内镜像动脉瘤的形态学及血流动力学特征及其对动脉瘤破裂的影响。方法 回顾性分析颅内镜像动脉瘤46例92枚动脉瘤的数字减影血管造影资料,采用计算流体动力学模拟。收集动脉瘤15个形态学参数和5个血流动力学参数。比较破裂动脉瘤与未破裂动脉瘤各参数的差异,采用多因素Logistic回归分析法确定动脉瘤破裂的危险因素。采用受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线分析各参数预测动脉瘤破裂的曲线下面积(area under curve, AUC)和阈值。结果 破裂组动脉瘤形状不规则、子囊形成发生率多于未破裂组,最大径、高度、宽度、最大深度、瓶颈因子(bottle neck factor, BNF)、纵横比(aspect ratio, AR)、尺寸比(size ratio, SR)、高宽比(height/width, H/W)、深宽比(Hmax/width, Hmax/W)大于未破裂组,平均壁面剪切力、标准化壁面剪切力小于未破裂组,差异有统计学意义(P<0.05);2组位于分叉部、瘤颈宽度、载瘤动脉直径(diameter of ...     

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.