血流动力学应用

进行的血流动力学个体化研究更有意义
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简介
由于技术手段的限制，目前无法对颅内 动脉瘤患者实施 血流动力学参数的在体 检测。因此，应用(computational fluid dynamics，CFD)建立颅内动脉瘤的三维 实体动力学分析模型，分析瘤内血流运 动模式及血流--瘤壁相互作用机制成为可 靠的技术手段。
（2）使用ANSYS ICEM CFD 进行网格 化
（3）采用计算流体动力学软件对研究对 象重建模型进行稳态和非稳态数值计算
（4)采用计算流体动力学软件研究对象 重建模型进行非稳态数值计算对比分析 手术前后的血流动力学变化
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技术路线
一、血流动力学模型
1 控制方程假定血液是层流且为粘性的，不可压缩的牛顿 流体。 一般情况下的流体力学控制方程包括连续方程、动量方程和能量 方程。本研究不考虑能量的传递，例如热量 的传递等，因此不考 虑能量方程。同时假设重力不计，控制流动的基本方程是不可压 缩Navier--Stokes方程来控制
3.划分网格：将上一步生成的格式文件导入ICEM CFD，用Block 分块，并用O-Block法划分三维结构网格。
4.医学3D图像生成及编辑处理软件Mimics，有限元分析软件 ANSYS进行数据建模。
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建模结果以及数据化分析
1.MIMICS重建颅内动脉瘤模型与DSA工作站重建模型对比
MIMICS重建模型
颅内动脉瘤中血流动力学研究
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简介
血流动力学在动脉瘤的病理形成和瘤内
血栓生成方面起重要作用，虽然在基础
实验和临床上都进行了相关的研究，尤
其是体外实验已经进行了详细的血流动
力学各项参数的模拟，但是这些研究多
是基于理想化的动脉瘤模型或者实验动
物动脉瘤模型，对于具体的临床病人价
值不高，因此针对临床病人颅内动脉瘤
2.边界条件 将动脉瘤壁设定为刚性，因此忽略了动脉瘤壁弹性和 厚度对血流动力学结果的影响。血流和管壁之间没有滑动和穿透 。
3.数值计算 NS方程组采用守恒形式的有限体积法来离散，时间 采用 隐格式，网格单元为四面体型网格。在每个网格节点周围构 造控制体 ，通量通过位于两个控制体界面上的结合点来计算 。
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技术路线
二、动脉瘤三维实体重建模型
建模环境：在微机的Windows平台下建立脑动脉瘤的三维有限元 几何模型。
1.原始数据采集：进行DSA造影，3D旋转取得血管影像，剪切无 关血管，保留载瘤动脉和动脉瘤，将动脉瘤横断图切片以图片格 式输出。
2.将图片进行图像处理，使Ｍimics的横断图窗、纵切图窗、轴位 图窗的血管影像能清晰完整显示，进行三维重建。再对重建后的 影像进行平滑处理。将三维模型导出为格式文件。
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4.非稳态数值模拟结果
进口条件
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4.非稳态数值模拟结果
(1)壁面总压力
t1
t2
t3
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4.非稳态数值模拟结果
(2)壁面剪切力
t1
t2
t3
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4.非稳态数值模拟结果
（3）血流流线图
t1
t2
t3
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4.手术前后模型数值模拟 结果
壁面总压力
术前
术后
Leabharlann Baidu
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4.手术前后模型非稳态数值模 拟结果
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研究目的
（1）基于影像DSA图像，应用医学软件 MIMICS及有限元软件ANSYS能够实现 个体化颅内动脉瘤血流动力学模拟，观 察颅内动脉瘤的血流动力学变化。 （2）探讨颅内动脉瘤的血流动力学特征 与其发生、发展、破裂和复发的关系。
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技术路线
（1）基于MIMICS软件对颅脑DSA图像 进行三维重建。
内皮细胞分泌一氧化氮．一氧化氮是一
种强的血管扩张因子，也是一种血管壁
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壁剪切力(WSS)与动脉瘤的发生
多认为高WSS是动脉瘤发生和发展的主 要因素，最大剪切力发生处的组织比其 他地方更容易受损，往往成为动脉瘤新 的生长点。
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壁剪切力(WSS)与动脉瘤的发 生
血流的剪切力对动脉瘤的发生发展具有直接的作用，该剪切力会 随心动周期的改变而改变。血流动力学所产生的剪切力、搏动力 和压力引起脑动脉分叉处顶端内弹力层损害和中层缺损扩大，血 流速度越快所在部位剪切力越大，剪切力增大到一定程度即可造 成动脉壁损伤，动脉血管壁受到血流的连续冲击后发生局部膨出 ，逐渐形成大小不同的动脉瘤*。多认为高WSS是动脉瘤发生和 发展的主要因素，最大剪切力发生处的组织比其他地方更容易受 损，往往成为动脉瘤新的生长点*。
简介
血流动力学研究中几个关键的概念：
1、血流冲击力：其来自于血流的惯性力 ，垂直作用于血管壁。
2、壁剪切力（wall shear stress，WSS）：WSS是血液流 动时血流对血管壁的切向作用力，其作 用方向平行于血管壁，大小与血流速度 有关，血流速度越快，血流速度梯度越 大，血流产生的WSS也就越大
壁面剪切力
术前
术后
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4.手术前后模型非稳态数值模 拟结果
血流流线图
术前
术后
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血流冲击力：可造成被冲击区域压力的 增高，当血流的速度降低时，血液的机 械运动能力转化为压力，在血流场中， 称作动压力 (dynamic pressure)。在血流 冲击瘤壁或者动脉壁时血流改变方向 ， 速度立刻随之降低，这样大部分动压力 转化为静压力，结果导致被冲击区域局 部压力的增高，动脉瘤内复杂的速度分 布可导致动脉瘤内压力增高*。
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简介
目前研究多应用计算流体力学 (computational fluid dynami cs，CFD)来模 拟进而获得动脉瘤内血液动力学的信息 ，以便更好的理解实际体内动脉瘤的血 流动力学机理。
其中动脉瘤内部的流速、压力、壁面剪 切力等流体力学参数对动脉瘤病理生理 机制非常重要，利用流利力学有限元分 析方法能在体外对动脉瘤内部的血流情 况进行数值模拟，观. 测瘤体内部血流动 4
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壁剪切力(WSS)
壁剪切力（wall shear stress，WSS）：是
粘性的血流通过固体表面形成的动态摩
擦力。血管内皮细胞会通过释放血管舒
张因子和收缩因子来调节局部血管张力
，它对于震荡的剪切力较为敏感，与直
接的机械压力相比，这种震荡的剪切力
通过刺激各种内皮细胞的功能而产生很
强的生物学效应．增加的WSS可以刺激
DSA工作站重建模型
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建模结果以及数据化分 析
2 面网格模型与体网格模型网格模型
面网格模型
体网格模型
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建模结果以及数据化分析
(1)壁面总压力
不同注射速度壁面总压力 比较
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建模结果以及数据化分析
(2)壁面剪切力
不同注射速度壁面剪切力比较
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建模结果以及数据化分析
（3）血流流线图
不同注射速度血流流线图比较