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目的:计算流体力学技术是研究颅内动脉瘤血流流场的一种无创手段,本文通过计算流体力学数值模拟,深入研究了颈内动脉瘤的血流动力学特征与其发生、发展和破裂的关系,探讨影响颈内动脉瘤术后复发的血流动力学因素,为临床上动脉瘤治疗方案的制定和预防术后复发提供参考依据。 方法:基于GE LightSpeed16排螺旋CT采集的6例颈内动脉瘤CTA医学影像图像使用比利时公司的MIMICS软件进行三维重建,建立颈内动脉瘤模型6例。利用计算流体力学分析软件ANSYS CFX对颈内动脉瘤模型定义边界条件之后进行稳态数值模拟,分别在稳态不同进口速度条件下分析壁面总压力、壁面剪切力、流速等的变化。根据心动周期脉动速度曲线,对颈内动脉瘤模型进行非定常脉动数值模拟,对比分析了一个脉动周期内三个不同时刻血流动力学参数的不同,并在颈内动脉瘤瘤体壁面建立四个监控点,用于观察一个脉动周期内监控点的血流变化。为了验证手术治疗后血流动力学改变对动脉瘤复发的影响,分别建立术后复发和未复发的个体化颈内动脉瘤各一例,采用计算流体力学和有限元结合的方法,对手术前后复发病例与未复发病例进行非稳态数值模拟,对比分析,术前术后血流动力学参数的变化。 结果:(1)稳态数值模拟表明,剪切力受血流速度的影响,增大或者减小血流速度会导致动脉瘤壁的扩张和收缩。当入口速度发生改变时,颈内动脉瘤内的血流轨迹不发生改变,血流动力学发生改变。 (2)非稳态数值模拟表明,在心动周期的不同时刻,颈内动脉瘤壁面上剪切力的分布趋势是一致的,相对较低的壁面剪切力始终位于同一个区域,各区域的剪切力大小与心动周期所处时刻血流速度的大小成正相关关系。 (3)手术前后模型数值模拟表明,复发病例术前载瘤动脉瘤颈处壁面剪切力为2Pa,血流速度最大为0.8m/s,术后原瘤生长处壁面剪切力为24.25Pa,最大速度达到了1.79m/s。复发病例术后原瘤生长处壁面剪切力明显增大,血流速度明显增大。经两次栓塞病例,手术前,瘤颈近端和瘤颈远端壁面剪切力分别为6.06Pa,8.15Pa,第一次治疗后,分别为15.38Pa和27.46Pa,第二次治疗后,分别为4.14Pa和4.32Pa,术后原瘤生长处平均壁面剪切力为4.78Pa。未复发病例术后原载瘤动脉处剪切力相比术前和第一次栓塞出现明显的降低。 结论:(1)6例颈内动脉瘤模型形态各异,血流动力学也千变万化,因此,对个体化的颈内动脉瘤进行数值模拟具有重要的临床价值。基于影像数据,应用医学软件及有限元软件能够成功无创的实现个体化颈内动脉瘤数值计算,观察颈内动脉瘤的血流动力学变化,有助于明确血流动力学因素在其发生、发展和破裂过程中的的作用机制。 (2)稳态数值模拟结果显示颈内动脉瘤内的血流动力学同进口处血流速度有关,证实非稳态数值模拟的必要性。稳态和非稳态数值模拟结果都显示瘤顶部血流速度和壁面剪切力均较低,这与临床观察到的破裂位置一致,瘤顶部显著的血流动力学变化可能触发了颈内动脉瘤瘤壁的一系列机械生物效应,改变了血管细胞的基因,蛋白表达,最终导致颈内动脉瘤的破裂。 (3)若术后原瘤生长处壁面剪切力和血流速度都降低,能够降低颈内动脉瘤术后复发的风险。若术后原瘤生长处壁面剪切力和血流速度出现局部明显增大,则增加了颈内动脉瘤术后复发的风险。血流动力学分析为临床上动脉瘤治疗方案的制定和预防术后复发提供参考依据。