血流动力学应用
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* 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 。
*
*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
* 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。
* 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。
不同注射速度壁面剪切力比较
析
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
进口条件
* 4.非稳态数值模拟结果
4.非稳态数值模拟结果
(1)壁面总压力
t1
t2
t3
4.非稳态数值模拟结果
(2)壁面剪切力
t1
t2
t3
百度文库
4.非稳态数值模拟结果
（3）血流流线图
t1
t2
t3
*
壁面总压力
*
*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。
*
*目前研究多应用计算流体力学(computational
*（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。
*
*（1）基于MIMICS软件对颅脑DSA图像进行三维重
建。
*（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
*
* 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
1.MIMICS重建颅内动脉瘤模型与DSA工作站重建模型对比
*建模结果以及数据化分
MIMICS重建模型
析
DSA工作站重建模型
*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
*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
(2)壁面剪切力
*建模结果以及数据化分
*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 血管壁退化的潜在因子．因此局部WSS的增加会 导致局部血管壁的扩张和退化口，进而形成动脉 瘤或者导致动脉瘤的生长。
颅内动脉瘤中血流动力学研究
*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进行的血流动力学个体化 研究更有意义。
*
*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。
* * *Shojima M, Oshima M,Takagi K,et al. Role of the blood stream impacting force and the local pressure elevation in the rupture of cerebral aneurysms [J]. Stroke,2005,36:1933-1938.
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 动力过程。
术前
术后
壁面剪切力
*
术前
术后
血流流线图
*
术前
术后
*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*。
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。
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* 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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*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
* 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。
* 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。
不同注射速度壁面剪切力比较
析
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
进口条件
* 4.非稳态数值模拟结果
4.非稳态数值模拟结果
(1)壁面总压力
t1
t2
t3
4.非稳态数值模拟结果
(2)壁面剪切力
t1
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t3
百度文库
4.非稳态数值模拟结果
（3）血流流线图
t1
t2
t3
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壁面总压力
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*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。
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*目前研究多应用计算流体力学(computational
*（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。
*
*（1）基于MIMICS软件对颅脑DSA图像进行三维重
建。
*（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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* 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
1.MIMICS重建颅内动脉瘤模型与DSA工作站重建模型对比
*建模结果以及数据化分
MIMICS重建模型
析
DSA工作站重建模型
*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
*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
(2)壁面剪切力
*建模结果以及数据化分
*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 血管壁退化的潜在因子．因此局部WSS的增加会 导致局部血管壁的扩张和退化口，进而形成动脉 瘤或者导致动脉瘤的生长。
颅内动脉瘤中血流动力学研究
*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进行的血流动力学个体化 研究更有意义。
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*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。
* * *Shojima M, Oshima M,Takagi K,et al. Role of the blood stream impacting force and the local pressure elevation in the rupture of cerebral aneurysms [J]. Stroke,2005,36:1933-1938.
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 动力过程。
术前
术后
壁面剪切力
*
术前
术后
血流流线图
*
术前
术后
*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*。