基于CTA影像数据的个体化颅内动脉瘤的流固耦合力学模型

目的建立基于CTA影像数据的个体化颅内动脉瘤的流固耦合力学模型。方法用MIMICS软件读取1例患者颅内动脉瘤
影像CTA影像DICOM数据,进行三维实体重建。应用ANSYS+CFX软件进行流固耦合模型的数值仿真。分析了模型的敏感
性,并与刚性模型进行了比较。结果建立了个体化颅内动脉瘤血流动力学流固耦合模型,直观地模拟动脉瘤壁剪切力以及瘤壁
变形的变化过程,可以输出压力、剪切力、范-米斯氏应力和壁变形程度等结果。小杨氏模量可以导致壁较大的变形,壁厚则变形
程度小。与刚性模型比较,相对于壁剪切力和血流速度,压力变化不大。结论流固耦合模型比刚性模型更接近真实情况,模拟
的结果有利于进行动脉瘤发生、生长及破裂的研究。
     

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。     

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...     

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.     

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.     

基于计算流体动力学技术评估动脉瘤性蛛网膜下腔出血后迟发性脑缺血风险

目的 基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,探究动脉瘤性蛛网膜下腔出血(anauryrmal subarachnoid hemorrhage,aSAH)后颅内血流动力学早期变化与迟发性脑缺血(delayed cerebral ischemia,DCI)发生的潜在关系。方法 本研究前瞻性收集经CTA (CT Angiography)诊断并经DSA(Digital Subtracted Angiography)或手术证实为颅内动脉瘤破裂的患者。收集患者的临床和术前、术后的头颅CTA数据。基于患者的CTA原始图像构建个体化颅内血管模型,基于CFD技术模拟计算术前、术后的压力和壁剪切应力(wall shear stress,WSS)及PR(pressure ratio)、WSSR(WSS ratio)。通过随访影像学或临床体格检查判断是否发生DCI,并分为DCI组和无DCI组,分析比较两组间临床资料及血流动力学参数差异及其与DCI相关性。结果 共入组51例患者,其中DCI组共15例患者(29.4%)DCI组较无DCI组,入院时收缩压(170...     

壁面弹性对分叉颈动脉个体化病例血流动力学影响的数值模拟

目的基于颈动脉的壁面弹性变形对血流动力学变化的重要影响,研究血流动力学与分叉颈动脉粥样硬化之间的关系。方法采用Mimics软件对CT医学影像三维重建,得到1例真实人体颈动脉分叉模型,利用计算流体力学对该模型分别以刚性壁面和弹性壁面进行三维流动数值模拟计算。通过壁面位移、壁面应力、时间平均壁面剪应力(TAWSS)、震荡剪切指数(OSI)等血流动力学参数对比分析刚性模型与弹性模型的差异。结果相对刚性模型而言,尽管颈动脉内的速度分布和壁面剪应力分布趋势差异不大,但颈动脉内速度有显著下降、壁面剪应力也有大幅降低。在该例数值计算中,最大流动速度约下降14%,而TAWSS则下降了11.8%。壁面变形导致的血流扰动使得颈动脉内的流动更加复杂。结论弹性壁面对分叉颈动脉的血流动力学具有重要影响,可以更合理地模拟心血管内的流动问题。     

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。     

基于CT的脑动脉瘤双向流固耦合数值模拟研究

目的：探讨基于动脉瘤壁与动脉血管壁厚度不一的脑动脉瘤双向流固耦合数值模型的建模方法。方法：用MIMICS16.0软件提取1例患者颅内动脉瘤CT影像DICOM数据,获得动脉瘤体的初步模型。将该模型导入逆向工程软件Geomagic Studio 12,以及UGS NX 8.5进一步处理后,得到厚度不一的脑动脉瘤三维几何模型。运用ANSYS Workbench 15.0软件进行双向流固耦合计算,并分析瘤体内血流特性及动脉瘤壁所受应力应变情况。结果：快速准确地建立了厚度不一的动脉瘤双向流固耦合模型,清晰地模拟出1个心动周期内动脉瘤表面剪切应力、表面变形及速度流线的变化情况。结论：应用上述方法能够快速准确地建立动脉瘤的双向流固耦合模型,且相较于刚性模型和厚度一致的动脉瘤体模型更准确和实用。可以为动脉瘤介入治疗模拟研究提供优良的模型参数。     

犬嫁接性梭形动脉瘤模型的血流动力学观察

目的 建立犬梭形动脉瘤模型,通过数字减影造影(DSA)、彩超及标本等分析其血流动力学变化特点,为颅内梭形动脉瘤发生机制的研究及包裹治疗奠定基础.方法 10只犬采用显微外科的方法,将双侧的颈外静脉1.5 cm嫁接双侧颈总动脉缺损1.5 cm制作梭形动脉瘤模型20枚;术后4 d～13周分期、分批行DSA、彩超及标本评估,应用统计学方法分析其血流动力学变化.结果 10只犬全部存活,20枚模型的DSA、彩超及标本均显示形态良好的梭形动脉瘤,瘤腔内为涡流;术中、术后不同时期的血流动力学变化规律及趋势相类似,统计学上差异有显著性.结论 犬嫁接性梭形动脉瘤模型能模拟颅内梭形动脉瘤的血流动力学特点,且具有一定的体积,易于进行实验观察和操作;方法简单,形态稳定,形成周期短,并发症少,成瘤率高.     

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.

     

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。     

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.     

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.     

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。