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第一部分:颅内动脉瘤的VCTDSA数据采集和三维模型重建 目的:探讨基于VCTDSA数据对颅内动脉瘤进行有限元分析模型的可行性。 方法:选取颅内动脉瘤患者一名,应用GE公司64排螺旋CT进行 VCTDSA扫描模式进行扫描并进行减影处理。将减影后的图像以DICOM格式输出并导入MIMICS软件,通过阈值分割和手动分割的方法提取动脉瘤三维模型,并对三维模型进行网格优化,以STL格式文件输出,在ANSYS14.0的ICEM CFD模块对STL文件进行网格划分,获取动脉瘤流体部分和瘤壁部分的结构化六面体网格。 结果:MIMICS软件中三维动脉瘤模型优化处理前后比较,形态无变化,体积变化值为2,表面积变化为1,面网格数量增加。结构化六面体网格划分网格的扭曲率:流体部分网格97.97%大于0.4,瘤壁部分网格99.12%大于0.4,均无小于0.1的网格;将流体部分网格不同划分数量的导入FLUENT14.0中进行无关性检验,网格数量为6万水平以上。 结论:基于VCTDSA数据的3D重建模型几何精度高,接近动脉瘤的实体解剖,并且为医学影像数据与有限元分析软件提供有效的链接。结构化六面体网格划分、相当的网格数量及高质量的网格能满足有限元分析的需求,保证计算精度,为流固耦合奠定了良好的基础。 第二部分颅内动脉瘤模型的流固耦合三维数值模拟 目的:探讨颅内动脉瘤三维模型的流固耦合数值模拟方法,分析动脉瘤内流场分布特性和瘤壁生物力学性能,推测其易破裂的可能区域和破裂风险评估。 方法:将所构建的动脉瘤流体部分和瘤壁部分3D模型引入ANSYS14.0的Workbench和FLUENT模块,并利用有限元法对颅内动脉瘤流体模型与血管壁模型进行流固耦合分析计算,得到动脉瘤的流线、壁面切应力和瘤壁的变形、等效应力等参数的分布,对计算结果进行后处理对颅内动脉瘤的流场情况、壁面切应力、瘤壁的Von Mises应力和变形等进行可视化显示。 结果:整个心动周期内,动脉瘤腔内均存在明显的恒定类型漩涡流动。漩涡速度逐渐增加,并且在瘤颈处流速较大,涡动明显。动脉瘤颈部有一较大量级的壁切应力分布区域,约83.44-141.70Pa,而动脉瘤顶部有三处低切应力分布区域分别为0.23-6.04Pa、0.23-5.68Pa、0.17-2.10Pa。动脉瘤壁整体均出现不同量级的扩张形变,动脉瘤壁最大形变出现在收缩期(t=0.21s)。动脉瘤壁的Von Mises应力分布不均,分别在瘤顶部、体部、颈部存在高应力区。 结论:颅内动脉瘤流固耦合的模拟更接近于临床实际;瘤颈部的高速的涡流、高WSS和瘤顶部的低WSS可能导致动脉瘤破裂;瘤壁的变形和 Von Mises应力分布特征表明在瘤颈部和瘤顶部存在破裂的高风险。