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颅内动脉瘤破裂危险因素的血液动力学数值模拟研究

陈军  
【摘要】: 第一部分:病人特异性颅内动脉瘤数值模型建立及血液动力学分析 目的:基于脑血管三维旋转造影资料,建立病人特异性颅内动脉瘤数值模型,应用计算流体力学的方法分析颅内动脉瘤的多种血液动力学特征。 方法:选取一例破裂颅内动脉瘤患者的脑血管三维旋转造影资料,初步剪切、加工后,经3DMAX软件转换、定标,再通过GEOMAGIC进一步切割、截取和光滑处理,所得结果在ANSYS CFD中建立有限元网格,即数值模型。在一定的假设前提下,有限元网格在ANSYS CFX配置边界条件后并进行计算,得出颅内动脉瘤的壁面切应力、流线、速度场、压力场等多种结果,并对这些动脉瘤血液动力学特征进一步分析。 结果:根据计算结果可以分析颅内动脉瘤的多种血液动力学特征:壁面切应力分布特点、最大壁面切应力、流线及流场基本特征、速度场、动脉瘤内血流方式、射入流速度及宽度、冲击域位置及大小。从而更直观清晰的认识颅内动脉瘤的血液动力学特点。 结论:动脉瘤3DRA影像资料可以成功的进行转换,并用于病人特异性颅内动脉瘤血液动力学数值模拟研究。颅内动脉瘤的血液动力学特征主要包括壁面切应力、血流方式、速度场、射入流、冲击域等参数。数值模拟这一方法可以使我们更深入和更直观的认识动脉瘤区域的血液动力学特点。 第二部分:破裂与未破裂颅内动脉瘤血液动力学数值模拟配对研究 目的:通过数值模拟的方法,研究大样本异体配对的破裂与未破裂颅内动脉瘤的血液动力学差异,得出破裂颅内动脉瘤的血液动力学特点。 方法:选取连续12例未破裂动脉瘤患者,并选取12例破裂动脉瘤患者作为对照,对照标准主要为:性别一致、年龄差10岁、发病时间差距在1月之内、动脉瘤位置相仿,大小接近。两组24例动脉瘤患者的3DRA资料进行数值模型建立并血液动脉学特征分析,主要包括动脉瘤最大壁面切应力、射入流最大流速及宽度、冲击域位置及大小和瘤内血流方式。两组患者动脉瘤的血液动力学进行比较并得出统计学结果。 结果:两组动脉瘤中宽颈动脉瘤比例均为83.3%(10/12)。异体配对破裂与未破裂动脉瘤组最大壁面切应力无统计学差异(P=0.791),但大多数破裂动脉瘤较未破裂者壁面切应力分布更不均匀。两组射入流宽度无统计学差异(P=0.716),破裂动脉瘤组射入流的最大速度大于未破裂动脉瘤组(P=0.031)。破裂动脉瘤组冲击域小于未破裂动脉瘤组(P=0.001),但两组冲击域位置无统计学差异(P接近1)。破裂与未破裂动脉瘤组瘤内的血流方式无统计学差异,(P=0.195)。 结论:颅内动脉瘤破裂与动脉瘤及载瘤动脉的血液动力学特征有关,破裂颅内动脉瘤较未破裂颅内动脉瘤具有更大的射入流最大速度、更小的冲击域。 第三部分:颅内多发动脉瘤破裂危险因素的血液动力学数值模拟配对比较 目的:通过数值模拟的方法,研究大样本同体配对的破裂与未破裂颅内动脉瘤的血液动力学差异,得出破裂颅内动脉瘤的血液动力学特点。 方法:在连续87例多发颅内动脉瘤伴蛛网膜下腔出血的患者中,筛选出可明确判断破裂与未破裂动脉瘤20例,并行同体一对一配对,20例动脉瘤患者的40枚动脉瘤3DRA资料进行数值模型建立并血液动脉学特征分析,主要包括动脉瘤最大壁面切应力、射入流最大流速及宽度、冲击域位置及大小和瘤内血流方式。两组动脉瘤的血液动力学进行比较并得出统计学结果。 结果:两组动脉瘤中宽颈动脉瘤比例均为95%(19/20)。同体配对破裂与未破裂动脉瘤组最大壁面切应力无统计学差异(P=0.985),但大多数患者破裂动脉瘤较未破裂者壁面切应力分布更不均匀。两组射入流宽度无统计学差异(P=0.917),破裂动脉瘤组射入流的最大速度大于未破裂动脉瘤组(P=0.002)。破裂动脉瘤组冲击域小于未破裂动脉瘤组(P0.0001),但两组冲击域位置无统计学差异(P=0.795)。破裂动脉瘤组瘤内的血流方式较未破裂动脉瘤组更复杂,(P=0.0007)。 结论:破裂颅内动脉瘤较未破裂颅内动脉瘤具有更大的射入流最大速度、更小的冲击域和更复杂的瘤内血流方式。颅内动脉瘤壁面切应力的高低交替及剧烈的梯度变化,可能是动脉瘤破裂的相关因素。配对研究破裂与未破裂颅内动脉瘤的血液动力学差异具有一定价值和前景。


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