支架對腦動脈瘤血液動力學(xué)影響的三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、腦動脈瘤血液動力學(xué)機制被認(rèn)為是導(dǎo)致動脈瘤生長乃至破裂的主要因素。隨著電子計算機運算速度的提高和計算軟件的改進,近年來數(shù)值模擬已成為腦動脈瘤血液動力學(xué)研究的重要方法。本研究通過建立腦動脈瘤數(shù)值模型,應(yīng)用計算流體力學(xué)(CFD)的原理與方法對動脈瘤血液動力學(xué)機制進行分析,并進一步模擬了支架的置入對血液動力學(xué)的影響。為臨床對腦動脈瘤生長與破裂的機制的認(rèn)識,腦動脈瘤的血管內(nèi)治療策略,以及新型支架的研制與設(shè)計提供參考。 第一部分：腦動脈瘤三

2、維數(shù)值模型的建立及血液動力學(xué)分析 目的：建立彎曲管側(cè)壁型寬頸與窄頸兩種腦動脈瘤三維數(shù)值模型,計算其血液動力學(xué)參數(shù),對兩種動脈瘤的血液動力學(xué)特征進行分析和對比。 方法： ①電腦繪制彎曲管側(cè)壁型寬頸與窄頸動脈瘤圖形,確立其三維幾何參數(shù)。 ②將動脈瘤圖片保存為JPEG格式,提取其邊界輪廓,重新生成動脈瘤的邊界,劃分并驗證網(wǎng)格。設(shè)定邊界條件和初始條件。 ③通過計算流體力學(xué)軟件計算瘤場內(nèi)速度矢量、壁面切應(yīng)力

3、(WSS)、壓力等參數(shù)值及其時間與空間分布。 ④通過三維動畫再現(xiàn)兩種動脈瘤內(nèi)流場情況,量化分析比較兩種動脈瘤血液動力學(xué)的差異,從血液動力學(xué)機制探討動脈瘤幾何形態(tài)與生物學(xué)行為的關(guān)系。 結(jié)果：動脈瘤內(nèi)流場基本特征與文獻中報道一致。血液動力學(xué)各主要參數(shù)包括速度、壁面切應(yīng)力的峰值均出現(xiàn)于瘤頸遠側(cè)壁。瘤底部和中心血液流動相對滯緩。寬頸動脈瘤由于瘤壁的反射,在一個心動周期內(nèi)速度波型出現(xiàn)多個峰值。寬頸動脈瘤內(nèi)血液流動更為深入和劇烈,瘤

4、頸遠側(cè)壁與瘤底部血液動力學(xué)各參數(shù)均高于窄頸動脈瘤,血流直接沖擊區(qū)域的面積也大于窄頸動脈瘤,而兩種動脈瘤內(nèi)壓力值無明顯區(qū)別。 結(jié)論：數(shù)值模擬的方法可以有效再現(xiàn)腦動脈瘤流場情況,用于對腦動脈瘤血液動力學(xué)機制的分析。寬頸動脈瘤內(nèi)血液流動更為劇烈,因此較窄頸動脈瘤更易于生長與破裂,因此需要更為積極的干預(yù)。 第二部分：支架對腦動脈瘤血液動力學(xué)影響的三維數(shù)值模擬研究 目的：建立支架置入治療腦動脈瘤數(shù)值模型,分析支架置入對動脈

5、瘤血液動力學(xué)的影響。 方法：以CAD軟件繪制支架圖形,確立網(wǎng)格形態(tài)、網(wǎng)絲直徑及孔率。模擬支架置入載瘤動脈并覆蓋瘤頸。通過計算流體力學(xué)軟件計算支架置入后瘤場內(nèi)速度矢量、目的：闡述寬頸與窄頸兩種側(cè)壁型動脈瘤血液動力學(xué)特征,研究支架置入對其血液動力學(xué)的影響。為臨床對腦動脈瘤生長與破裂的機制的認(rèn)識,血管內(nèi)治療策略,以及新型支架的研制與設(shè)計提供參考。方法：建立腦動脈瘤三維數(shù)值模型,以計算流體力學(xué)的原理與方法研究支架置入前后動脈瘤內(nèi)血液流速

6、矢量、壁面切應(yīng)力及瘤內(nèi)壓力的時間與空間分布。 結(jié)果：寬頸動脈瘤血液動力學(xué)主要參數(shù)高于窄頸動脈瘤,峰值的位置及范圍也有異于窄頸動脈瘤；最大血流速度以及壁面切應(yīng)力均出現(xiàn)于瘤頸遠側(cè)壁。支架能顯著降低瘤內(nèi)血液動力學(xué)各參數(shù)的值,支架的孔率是影響這一作用的重要因素。結(jié)論：數(shù)值模型是腦動脈瘤血液動力學(xué)研究的有效方法。支架置入能有效改變瘤內(nèi)的血液動力學(xué)。特定孔率支架的應(yīng)用將使動脈瘤的血管內(nèi)治療更具針對性。 通過三維動畫再現(xiàn)支架置入后兩種

7、動脈瘤內(nèi)流場情況,分析支架置入對兩種動脈瘤血液動力學(xué)的的影響。結(jié)果：隨著支架的置入,動脈瘤內(nèi)血液流動明顯減弱,瘤頸遠側(cè)壁與瘤底部血液動力學(xué)各參數(shù)如速度、壁面切應(yīng)力明顯降低,支架的這一效應(yīng)在窄頸動脈瘤中體現(xiàn)得更為明顯。而瘤內(nèi)壓力在支架置入后則無明顯改變。 結(jié)論：通過數(shù)值模擬證實支架的置入可有效的改變動脈瘤內(nèi)的血液動力學(xué),使瘤內(nèi)血液流動減弱,減輕血流沖擊所造成的瘤壁損傷,并可能誘導(dǎo)瘤內(nèi)形成穩(wěn)定的血栓,促使動脈瘤的閉塞或減少介入治療中

8、栓塞物的數(shù)量。 第三部分：支架的孔率變化對腦動脈瘤血液動力學(xué)影響的三維數(shù)值模擬研究 目的：模擬不同孔率的支架置入載瘤動脈并覆蓋瘤頸,研究支架的孔率與動脈瘤內(nèi)血液動力學(xué)的量化關(guān)系。探討應(yīng)用于腦動脈瘤介入治療的支架的最佳孔率。 方法：分別模擬了將孔率為70％、74％、78％、82％的4種支架置入載瘤動脈并覆蓋瘤頸,通過計算流體力學(xué)軟件計算各種支架置入后瘤場內(nèi)速度矢量、壁面切應(yīng)力(WSS)、壓力等參數(shù)值及其時間與空間分

9、布。將支架孔率作為自變量,血液動力學(xué)參數(shù)作為應(yīng)變量,繪制曲線圖。量化分析支架孔率與動脈瘤血液動力學(xué)的關(guān)系,并探討應(yīng)用于腦動脈瘤介入治療的支架的最佳孔率。 結(jié)果：動脈瘤內(nèi)血液流動隨著支架孔率的降低而減弱,瘤頸遠側(cè)壁及瘤底部血液動力學(xué)主要參數(shù)包括速度、壁面切應(yīng)力支架孔率高度相關(guān),支架的孔率對動脈瘤內(nèi)壓力無明顯影響。 結(jié)論：通過數(shù)值模擬的方法證實,孔率作為支架的一個重要參數(shù),對動脈瘤內(nèi)血液動力學(xué)有著重要影響。臨床上針對特定形態(tài)