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。     

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。     

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。     

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。     

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 ...     

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.     

血管内治疗基底动脉瘤

目的探讨经血管内治疗基底动脉瘤的有效性、安全性。方法 30例患者中基底动脉顶端动脉瘤6例,基底动脉干动脉瘤24例;其中夹层动脉瘤10例,梭形动脉瘤9例,囊状动脉瘤11例;未破裂动脉瘤14例,发生过破裂出血16例。在全身麻醉下进行血管内治疗,观察其安全性和治疗效果。结果 30例技术成功率100%,术后均未发生再出血,无新增神经功能缺失,无死亡病例,随访3个月至2 a,原有症状均明显改善。夹层动脉瘤10例中,单纯支架置入4例,支架辅助弹簧圈栓塞6例,动脉瘤未见显影,支架位置理想,无狭窄;囊状动脉瘤11例中完全栓塞8例,次全栓塞2例,部分栓塞1例,支架均到达理想的预定位置,未狭窄,瘤体未见显影;梭形动脉瘤9例中单纯支架置入6例,双支架置入3例,瘤体未见显影,支架位置理想,无狭窄。数字减影血管造影(DSA)复查9例,其中6例基底动脉梭形动脉瘤行支架置入者瘤体明显减小;2例基底动脉顶端宽颈动脉瘤行支架辅助弹簧圈部分栓塞,其中1例瘤腔基本消失,1例瘤体大小无变化;1例基底动脉中下段囊状宽颈动脉瘤单纯支架置入者未发现支架内狭窄,4个月后复查DSA示动脉瘤明显缩小,支架内血流通畅。结论血管内介入治疗为基底动脉瘤的治疗提供了微创和较为安全、有效的治疗方法。     

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.     

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。     

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.     

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。     

颅内动脉瘤伴开窗畸形血流动力学数值模拟分析的初步研究

目的探讨构建颅内动脉瘤（IA）伴开窗畸形三维数字化模型的可行性,并建立三维有限元模型。方法选取1例前交通动脉瘤伴开窗畸形的急诊患者为研究对象,利用GELightspeed64排螺旋CT获得患者颅脑CT原始数据。应用Mimics软件连续读入DICOM格式的颅脑CT原始数据,采用阈值分割与手动分割相结合的图像处理方法得到最感兴趣部位,并选择3D重建按钮进行三维重建。再应用Geomagicstudio软件以“抽壳法”对三维重建模型的表面三角面片形态网格和血管壁截面作进一步优化处理,再现血管壁的真实形态。优化后的三维数字化模型以标准模板库（STL）格式保存并输出。应用CFX软件进行三维刚性模型的数值仿真,并分析与动脉瘤生长及破裂相关的血流动力学参数。结果联合应用Mimics软件和Geomagicstudio软件首次成功建立了IA伴开窗畸形的三维数字化模型。模型进一步生成三维有限元模型,并作了相关血流动力学分析,形象地显示了瘤中各区域动脉瘤壁的壁剪切力分布情况。在血流冲击瘤颈处,壁剪切力最大,瘤体次之;在瘤顶处剪切力最小;在开窗处,壁剪切力明显增大。结论借助可靠的CT成像技术和优化的建模方法,联合应用Mimics软件和Geomagicstudio软件可以成功建立IA伴开窗畸形的三维数字化模型,并分析动脉瘤各个区域和开窗处的血流动力学参数。     

后交通动脉瘤破裂风险因素分析与评估

目的 分析后交通动脉瘤破裂的风险因素,筛选形态学和血流动力学预测指标。方法 选取2019年3月至2021年12月南京医科大学附属苏州医院、苏州大学附属第一医院收治的后交通动脉瘤患者资料共78例。其中破裂动脉瘤49例作为观察组,未破裂动脉瘤29例作为对照组。比较性别,年龄,吸烟史,高血压病史,糖尿病史、动脉瘤大小、高宽比（aspect ratio,AR）、大小比率（size ratio,SR）、波动指数（undulation index,UI）、非球形指数（nonsphericity index,NSI）、椭形指数（ellipticity Index,EI）、壁面切应力（wall shear stress, WSS）、切应力梯度（wall shear stress gradient, WSSG）、振荡剪切指数（oscillatory shear index,OSI）等参数。结果 2组临床因素中年龄、性别、吸烟史、高血压及糖尿病史,差异均无统计学意义（P> 0.05）;形态学分析结果：最大径、SR、UI、NSI 2组比较,差异有统计学意义（P <0.05）,AR、NSI、EI差...     

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...     

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。     

Airflow in Tracheobronchial Tree of Subjects with Tracheal Bronchus Simulated Using CT Image Based Models and CFD Method

Tracheal Bronchus (TB) is a rare congenital anomaly characterized by the presence of an abnormal bronchus originating from the trachea or main bronchi and directed toward the upper lobe. The airflow pattern in tracheobronchial trees of TB subjects is critical, but has not been systemically studied. This study proposes to simulate the airflow using CT image based models and the computational fluid dynamics (CFD) method. Six TB subjects and three health controls (HC) are included. After the geometric model of tracheobronchial tree is extracted from CT images, the spatial distribution of velocity, wall pressure, wall shear stress (WSS) is obtained through CFD simulation, and the lobar distribution of air, flow pattern and global pressure drop are investigated. Compared with HC subjects, the main bronchus angle of TB subjects and the variation of volume are large, while the cross-sectional growth rate is small. High airflow velocity, wall pressure, and WSS are observed locally at the tracheal bronchus, but the global patterns of these measures are still similar to those of HC. The ratio of airflow into the tracheal bronchus accounts for 6.6–15.6% of the inhaled airflow, decreasing the ratio to the right upper lobe from 15.7–21.4% (HC) to 4.9–13.6%. The air into tracheal bronchus originates from the right dorsal near-wall region of the trachea. Tracheal bronchus does not change the global pressure drop which is dependent on multiple variables. Though the tracheobronchial trees of TB subjects present individualized features, several commonalities on the structural and airflow characteristics can be revealed. The observed local alternations might provide new insight into the reason of recurrent local infections, cough and acute respiratory distress related to TB.     

真性动脉瘤破裂出血后假性动脉瘤的形成及血流动力学研究

目的研究颈总动脉（CCA）瘤破裂后假性动脉瘤的形成过程与机理。方法运用创伤法及显微外科技术,制作20只犬真性动脉瘤（AN）破裂出血后形成假性动脉瘤（真性合并假性动脉瘤,T＋F）模型,术后1、2、3、4、8周行彩色多普勒超声、磁共振成像（MRI）、磁共振血管成像（MRA）、数字减影血管成像（DSA）检查,光镜及电镜观察真性和假性动脉瘤的病理改变,计算流体动力学（CFD）模拟分析真性和假性动脉瘤内的血流速度、压力和切应力的分布情况。结果成功建立11只鼠T＋F模型,3只颈总动脉闭塞,2只真性AN闭塞,4只形成了真性AN而未形成假性AN。假性动脉瘤内的血流速度很慢,真性动脉瘤瘤口远端底边的切应力最高,而真性与假性动脉瘤交界的部位切应力不高。结论验证了T＋F形成的病理生理过程,提示假性动脉瘤的形成和生长可能与其内的压力有关。由于假性动脉瘤的形成,T＋F在血流动力学的影响下更容易破裂出血,应当积极地行确定性的外科治疗。     

温泉游泳训练对飞行员椎-基底动脉血流动力学影响的研究

目的观察健康疗养期间,温泉游泳训练对飞行员椎动脉血流动力学指标的影响。方法 24名飞行员在健康疗养期间,进行连续4周,每周5 d的温泉游泳训练。训练前后采用经颅多普勒超声仪检测椎动脉血流动力学指标。结果与训练前相比,游泳训练4周后飞行员双侧大脑后动脉（PCA）、双侧大脑椎动脉（VA）、基底动脉（BA）、收缩期峰值血流速度（Vs）、舒张末期血流速度（Vd）、峰值平均血流速度（Vm）,脉动指数（PI）、阻力指数（RI）,训练后与训练前比较,差异有统计学意义（P〈0.01）。结论健康疗养期间,温泉游泳训练可提高大脑后动脉、椎动脉、基底动脉的血流速度及血管顺应性,明显改善血流动力学指标。