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。     

颅内动脉瘤夹闭手术的血流动力学数值分析

本文利用计算流体力学(CFD)方法对颅内动脉瘤夹闭手术前后血液流场进行三维数值模拟,根据血流动力学对手术方案的可行性进行预估。采用逆向工程软件Mimics对临床CT图像进行三维数字化重构,结合相关脉动血流量,模拟心动周期不同时刻的血流动力学细节。通过计算得到了模型手术前后在心动周期不同时刻的速度场、壁面剪切应力场、压力场的分布特征,对比分析手术前后分叉处的血流速度、壁面剪切应力、壁面压力变化,结果显示术后的血流速度与壁面剪切力显著提高,而壁面压强则明显降低。     

附带局部突起的主动脉弓动脉瘤的血流动力学仿真

目的：为了弄清楚顶部附带局部突起的主动脉弓动脉瘤的血流动力学特征，因为针这种动脉瘤的血流动力学目前还较少有人研究。方法：建立了理想化的动脉瘤模型。利用计算流体力学的方法对模型中的生理性血液流动进行了仿真。结果：对流动情形、压力和壁面切应力分布进行了分析，以便评价血流动力学对动脉瘤的发展和破裂的影响。来自动脉的血流对下游瘤口和瘤顶局部突起的冲击较大。瘤顶局部突起区域的压力较高。在瘤口和突起口部位的局部壁面切应力比其他地方的要高。结论：下游瘤口和瘤顶局部突起部位是动脉瘤扩展和破裂的危险区域。     

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。     

计算流体力学在脑动脉瘤诊治中的应用

近年来,计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)被广泛应用于脑动脉瘤的基础和临床研究中,其研究方向涉及:1动脉瘤的形成、生长机制和动脉瘤破裂的血流动力学危险因素,2通过建立患者个性化模型,评估弹簧圈和支架置入后动脉瘤内流场的变化,评价血管内治疗的效果。从计算流体力学模型的建立、评估动脉瘤破裂风险的形态和血流动力学参数以及血流动力学参数评估动脉瘤治疗的手术效果3个方面详细阐述近年来在脑动脉瘤的诊治中血流动力学研究的进展。     

分支血管直径对颅内动脉瘤置入血流导向装置后血流动力学参数的影响

目的综合考虑血流导向装置(flow diverter,FD)置入对动脉瘤瘤体及分支血管的影响,为临床制定更加合理的FD栓塞颅内动脉瘤手术策略提供参考。方法基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,创新应用多孔介质模型模拟FD栓塞颅内分叉动脉瘤的过程。分析和比较不同分支血管直径条件下FD置入动脉瘤前后瘤体与分支血管血液流场、血流速度、壁面压力、壁面剪切力(wall shear stress,WSS)等血流动力学参数的变化。结果 FD置入改变动脉瘤内的血流动力学特征,血流速度减小,动脉瘤壁尤其是顶部压力减小,瘤颈口WSS增大,但瘤颈远侧端与近侧端WSS的差异减小。且不同分支血管直径对血流动力学特征改变的影响程度不同,直径越大,FD置入后流入分支血管内血流的减少量越大,但瘤体内血液流速与瘤顶压力的减少量越小,同时瘤颈部WSS增加量越小。结论分支血管直径越大,FD对动脉瘤的栓塞治疗效果与对血管粥样硬化的改善作用越差,越易造成分支闭塞或其他缺血性并发症的发生。此类情况下进行FD介入栓塞术尤其需要引起临床医师注意。     

半圆形截面支架介入串联囊状动脉瘤的血流动力学仿真

为了研究半圆形截面支架对颅内串联囊状动脉瘤血流动力学的影响,针对同一动脉瘤结构,构建无支架和4种截面支架介入动脉瘤的有限元模型,分别命名无支架为U型、圆形截面为C型、半圆形截面圆面朝向瘤腔为ES型、圆面朝向血管轴向为IS型,然后对模型中的生理脉动流进行计算流体动力学仿真。数值模拟的结果显示:有支架模型的腔内流速被有效削弱,壁面附近的流速很低;血流对瘤腔的冲击减弱,壁面切应力的量值和波动性降低,分布均衡;腔内压力在支架介入后略有升高。对比分析两个瘤腔,流动情况和壁面切应力基本相同,下游瘤腔的压力低于上游瘤腔。IS型的仿真结果更好,这为支架的结构设计提供了一些理论指导。     

左前降支冠状动脉瘤搭桥手术血流动力学研究

目的采用计算流体力学方法,研究大隐静脉(saphenous vein graft,SVG)与左乳内动脉(left internal mammary artery,LIMA)分别作为移植管搭桥手术旷置与结扎冠脉瘤(coronary artery aneurysm,CAA)时移植管的血流动力学,并以此为根据探讨冠脉瘤搭桥手术移植管的选择与冠脉瘤的结扎与否,为临床手术提供可靠帮助。方法首先分别构建SVG和LIMA搭桥旷置冠脉瘤手术模型、SVG和LIMA搭桥结扎冠脉瘤手术三维模型(three-dimensional model,3D Model) 4个模型。然后在建立集中参数模型(lumped parameter model,LPM,zero-dimensional,0D)的基础上,采用几何多尺度方法,将0D集中参数模型与3D冠脉模型耦合计算。研究SVG和LIMA为移植管时流量、壁面切应力(wall shear stress,WSS)、振荡剪切指数(oscillatory shear index,OSI)血流动力学参数。结果不同手术术式左前降支总流量基本相同,约为82 m L/min。OSI:模型1为0. 014 044、模型2为0. 283 494、模型3为0. 0130 35、模型4为0. 023 263。一个周期内平均WSS:模型1为0. 474 5 Pa、模型2为0. 8600 Pa、模型3为0. 442 4Pa、模型4为1. 699 Pa。结论当采用SVG桥时,冠脉瘤旷置与结扎两种方式都有较好的手术效果;当采用LIMA桥时,结扎冠脉瘤有较好的手术效果。旷置冠脉瘤移植管会因高OSI与竞争流较高、桥流量不足导致较不利的血流动力学环境,从而影响手术预期效果。     

TOF个性化手术规划的血流动力学模拟

目的法洛四联症(tetralogy of Fallot,TOF)是出现在新生儿中一种常见的先天性心脏病,其初期治疗的关键是在主动脉和肺动脉之间建立人工侧支循环,本研究从血流动力学角度探讨升主动脉与右肺动脉吻合的手术方案对TOF治疗的有效性。方法采用计算流体力学的方法对TOF手术模型进行数值模拟,重点考察搭桥管径对手术效果的影响,并根据增流率、分流率、能量损失、压力分布、壁面切应力分布等血流动力学参数对手术方案进行评价。结果实施搭桥手术后,左、右肺动脉出口的血流量有不同程度的增加。结论升主动脉与右肺动脉吻合的搭桥方案,可以在一定程度上缓解肺动脉狭窄造成的血流供给不足。     

腹主动脉瘤计算机仿真研究进展

腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)是腹主动脉较常见的疾病,破裂之后致死率极高,因此,及时发现和评估AAA破裂的风险就具有重要意义。近年来随着医学影像、计算机及血流动力学等理论和技术的快速发展,利用计算机模拟技术对AAA进行仿真研究已成为研究的热点,其模拟的结果趋于人体真实的动脉瘤,并在揭示AAA的发生及演变的机制方面发挥了重要作用。本文介绍了AAA仿真研究的原理及模型分类,详细地阐述了瘤体形态、瘤壁的结构及属性、血液及血流的属性、腔内血栓等相关因素在仿真研究中的作用,并对其目前的进展及局限性予以综述。     

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。     

基于计算流体力学方法进行不同个体的主动脉弓内血流模拟对比分析

目的:应用医学CT图像数据三维重构技术和计算流体力学方法进行人体主动脉内血流数值模拟分析,通过对不同个体正常主动脉弓内血流数值模拟获得的血流动力学参数进行比较,分析讨论血流动力学参数与血管结构形状的关系及对血液流动的影响,为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据。方法:应用医学图像后处理软件对通过临床获得的增强CT二维医学图像数据进行处理重构而得到不同个体的主动脉弓三维立体模型并转化为可用于模拟计算的CAD模型。应用CFD软件模拟主动脉弓内的血流情况,获得相关血流动力学参数。结果:计算得到了不同个体主动脉弓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个体主动脉弓内进行仿真模拟血流动力学分析提供了可靠方法。在心动周期内主动脉弓弯曲处存压力变化明显,出现漩涡等复杂血液流动现象,为研究血流动力学及各种脉管疾病提供一定的理论依据。     

Numerical Simulation of Coronary Artery Bypass Graft with an Assistant Graft

The conventional bypass design is to implant a graft on the stenosed host artery allowing blood to flow bypass the stenotic artery. However, restenosis is a challenging problem which finally results in reoperation. The purpose of this paper is to propose a new bypass graft design of coronary artery with an assistant graft for the treatment of coronary artery stenosis. An additional assistant graft was employed in the new design compared with the conventional ETS anastomosis. Numerical simulations were performed by means of finite volume method using computational fluid dynamics （CFD） solver. Results demonstrated that the new anastomoses model provided a more smooth flow at the distal ETS anastomosis without any stagnation point on anastomotic bed and vortex formation in the heel region. Oscillatory shear index （OSI） and time-averaged wall shear stress gradient （TAWSSG） at the artery bed of the distal ETS anastomosis were reduced. The coronary artery bypass graft with an assistant graft is feasible to improve the local hemodynamics and diminish the probability of restenosis in the treatment of coronary artery stenosis.     

不同冠脉后负荷下竞争流对左乳内动脉桥血流动力学影响

目的研究冠状动脉在不同后负荷条件下,冠脉搭桥手术后竞争流对左乳内动脉(left internal mammary artery,LIMA)血流动力学影响。方法模拟LIMA到前降支(left anterior descending,LAD)搭桥手术三维模型(three-dimensional,3D),建立与冠脉模型相对应的集中参数模型(lumped parameter model,LPM,0D),为其提供1倍和1.2倍两种不同后负荷的边界条件,同时在LAD主干处设置了25%、40%、50%、60%、75%5种不同直径狭窄程度,使用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)耦合计算冠脉3D模型和0D模型,从血流动力学角度分析不同后负荷时竞争流对LIMA的影响。结果 1倍后负荷时,LAD总流量约为80 m L/min,随狭窄率增加,RC/G从2.025减小到0.280,LIMA平均血流量从26.598 m L/min增加到62.310 m L/min,震荡剪切指数(oscillatory shear index,OSI)从0.1557减小到0.0020,狭窄率小于50%时,时间平均壁面切应力(time-average wall shear stress,TAWSS)低于1 Pa;1.2倍后负荷模型中,LAD总流量为71 m L/min,随狭窄率增加,RC/G从2.222减小到0.289,LIMA平均血流量从22.188 m L/min增加到54.810 m L/min,OSI从0.1790降低到0.0024,狭窄率小于60%时TAWSS低于1 Pa。后负荷改变时,相同狭窄程度下桥血管在收缩期血流量变化很小,但舒张期流量随后负荷增大而减小。结论当冠脉后负荷较大时,竞争流强度偏大。当血管管径和狭窄程度都相同时,后负荷大的患者LIMA桥血管会因偏低的WSS和较高的OSI更容易引起"线性征",降低桥血管远期通透性。     

Fontan术血流动力学非牛顿特性研究

目的 分析计算模拟中血液非牛顿特性对Fontan术后血流动力学的影响.方法 基于Fontan术后患者个体化三维血管模型,临床超声实测数据作为边界条件,分别选取常用的牛顿流体模型、非牛顿流体模型中的Casson模型与Carreau模型进行血流动力学模拟,计算血流分配比、能量损失、壁面切应力、非牛顿重要性系数等血流动力学参...     

沙疗对不同狭窄程度股动脉分叉管血流脉动动力学影响

文题释义： 埋沙疗法(简称沙疗)：是利用新疆天然的环境与资源,通过沙子的传热与磁性作用进行治疗的非药物性理疗方法。沙疗可以治疗风湿病,并且具有镇痛、镇静、消炎、消肿、降压、降血脂、止泻等作用。 双向流固耦合：在流体运动时所产生的力会使固体变形,与此同时固体的形变又会施加给流体,如此往复,持续不断。数值模拟中,双向流-固耦合是对流体模块以及固体模块的同时求解,计算流体模块的结果导入到固体模块,固体模块的结果再作用到流体模块中不断迭代。 背景：研究表明,维医沙疗对降低股动脉粥样硬化及血栓形成有一定的积极作用。 目的：通过对比沙疗前后4种狭窄模型的血流速度以及壁面切应力,研究沙疗对股动脉分叉管不同狭窄模型的血流动力学参数的影响。 方法：研究方案的实施符合新疆大学机械工程学院对研究的相关伦理要求,受者均对试验过程完全知情同意。采用医用软件Mimics10.01、逆向工程软件Geomagic Studio 2012与三维CAD软件UG 8.5将1名受试者的下肢CT数据进行分离、优化,得到人体股动脉分叉血管几何模型。依照下肢股动脉粥样硬化斑块所致的血管狭窄分级标准,将位于股动脉分叉管侧壁的斑块狭窄程度分别设置为0%(正常)、15%(正常)、30%(轻度)和50%(中度)。运用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟仿真,沙疗前血液流态选择Laminar层流模型,沙疗后血液选择标准κ-ε紊流模型,进行沙疗前后血流速度和壁面切应力分析。 结果与结论：①沙疗后的血流最大速度较沙疗前增大了0.35-0.45 m/s;②沙疗后动脉狭窄处的壁面切应力较沙疗前增大了5-11 Pa,50%狭窄率模型中狭窄处的壁面切应力达到了41 Pa;③结果说明,沙疗后动脉粥样硬化斑块扩大的趋势有所减弱,但50%(中度)以上狭窄率的患者沙疗后有斑块破裂的危险。 ORCID: 0000-0002-5540-4112(乔钰淇) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

起旋式人工主动脉瓣构型设计及血流动力学评价

目的 设计一种附起旋功能的双叶机械瓣,通过改善其血流状态预防术后并发症。 方法 基于导流片式局部起旋器结构,将瓣叶作为导流叶片,并定义瓣叶包角以探究具有较优血流动力学特性的瓣膜构型。 应用有限元分析软件,对心缩期峰值流量状态下的主动脉流场进行仿真,螺旋性、壁面切应力分布等血流动力学特征。 结果 相较于对照瓣膜,起旋瓣具有更大的有效开口面积与更小的跨瓣压差,一定瓣叶包角范围内的起旋瓣能促进右手螺旋流的生成,并使血流趋向流道中心;起旋瓣壁面切应力分布也更加均匀,具有较少的低应力区与高应力区,壁面切应力峰值也相对较小。 针对研究中的主动脉模型,具有最优血流动力学特性的瓣叶包角为 15° ~ 20°。 结论 该新型人工主动脉瓣能调节主动脉内的血流特征,降低主动脉瓣置换术引起主动脉扩张与主动脉瘤的风险,对未来机械瓣构型设计具有指导意义。