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颅内动脉瘤的血液动力学分析

陈家亮  
【摘要】: 颅内动脉瘤破裂引起的蛛网膜下腔出血是威胁人类健康的一种常见脑血管疾病,目前临床最主要的治疗手段是外科夹闭和血管内介入栓塞。在已知的各种影响因素中,血液动力学因素被认为与颅内动脉瘤的整个自然病程有着密切的关系,并且在临床优化动脉瘤手术方案以及后期评估动脉瘤治疗效果的过程中也起到了相当重要的作用。 基于对先前颅内动脉瘤血液动力学计算模型优点的总结,我们提出了一种新的流固耦合计算模型。通过将这种新的计算模型的数值模拟结果与先前的计算模型的数值模拟结果进行比较,发现这种新的计算模型既能够分析动脉瘤区域局部的血液流动和血管壁变形之间的耦合作用,又能够描述载瘤动脉中复杂的血液流动形态,从而利于更加准确地预测动脉瘤壁面切应力的分布。 通过与临床医院神经介入科的合作,我们利用这种新的流固耦合计算模型来对于18例带子瘤的颅内动脉瘤的瘤壁变形,壁内应力以及壁面切应力分布情况进行了分析,其中侧重于比较子瘤与母瘤之间各种血液动力学指标的差异。结果显示导致子瘤的出现会增加动脉瘤未来破裂风险的原因主要有两个:一是子瘤瘤壁相对过低的壁面切应力;二是子瘤瘤壁相对过大的变形。 利用计算机辅助图像设计和高精度Micro-CT重建两种方法真实地建立了三个颅内支架的几何模型并且通过多孔介质物理模型来等效血管内弹簧圈栓塞动脉瘤的过程,即多孔率随着弹簧圈的填入而不断减小。最后利用数值模拟分析了血管介入手术对于临床患者颅内动脉瘤血液动力学因素的影响:首先针对Silk支架和EZ支架,我们进行了支架模型对于计算结果影响的敏感性分析。比较了使用完整支架几何模型和仅仅覆盖瘤颈的部分支架几何模型预测出来血液流动情况。比较结果显示对于Silk支架,使用完整支架模型预测出来的血液流动和壁面切应力分布与使用部分支架模型预测出来的结果没有明显的差异,但是对于EZ支架两种模型预测出来的结果却存在明显的差异;其次我们分析了不同类型支架的释放对于不同几何形状动脉瘤的血液动力学因素的影响,发现支架释放导致局部血液动力学因素的改变程度与动脉瘤本身的血液流动情况以及支架本身的几何形状有着密切联系;最后我们从血液动力学的角度对支架辅助弹簧圈与单独使用密网孔支架两种临床栓塞动脉瘤手术方案的效果进行了对比。结果显示对于同一个病人,两种手术方案导致的术后血液动力学改变存在明显的差异,而根据现有的临床研究经验这些差异可能会在预测动脉瘤的治愈效果过程中起到重要的作用。因此我们认为利用血液动力学数值模拟技术来进行术前手术方案优化是完全可行和必要的。 在实验研究方面,利用粒子成像测速设备完成了一例颅内颈动脉狭窄的体外硅树脂模型的速度场分布的测量,并且与数值模拟结果进行了对比,发现两者具有很好的相似性,从而也验证了本文中所使用的数值模拟软件以及网格类型的准确性。


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