血流導(dǎo)向裝置植入對(duì)后交通動(dòng)脈瘤血流動(dòng)力學(xué)影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文從以下兩部分進(jìn)行論述：
　　第一部分:運(yùn)用多孔介質(zhì)補(bǔ)片模擬血流導(dǎo)向裝置釋放技術(shù)的可行研究
　　目的:血流導(dǎo)向裝置(Flow diverter，F(xiàn)D)是一種新穎的通過(guò)改變血流動(dòng)力學(xué)從而達(dá)到治療動(dòng)脈瘤目的的裝置?；趥鹘y(tǒng)虛擬血流導(dǎo)向裝置釋放技術(shù)的計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）分析為在實(shí)際治療動(dòng)脈瘤之前評(píng)估動(dòng)脈瘤內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)復(fù)雜變化提供了有力的支持但耗時(shí)。尋求快速有效的FD模擬

2、方法應(yīng)是進(jìn)一步開(kāi)展FD相關(guān)CFD研究亟待解決的問(wèn)題，我們采用一種運(yùn)用多孔介質(zhì)(porousmedium)模擬FD的替代方法，并通過(guò)比較多孔介質(zhì)與虛擬FD模型方法驗(yàn)證多孔介質(zhì)方法的可行性，從而為臨床研究提供有力的技術(shù)保障。
　　方法:通過(guò)回顧性收集的3D-DSA造影影像資料重建出用于CFD研究的病例特異性動(dòng)脈瘤模型共10例。方法一:運(yùn)用SolidWorks、Meshmixer軟件繪制裁剪虛擬FD模型并將其放置在動(dòng)脈瘤模型瘤頸處。方法

3、二:運(yùn)用西門(mén)子CFD研究軟件(Siemens Healthcare GmbH)在動(dòng)脈瘤模型瘤頸處建立覆蓋動(dòng)脈瘤瘤頸的多孔介質(zhì)補(bǔ)片。運(yùn)用CD-adapco軟件進(jìn)行CFD數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)兩種不同F(xiàn)D模擬方法運(yùn)用前后的動(dòng)脈瘤壁壁面切應(yīng)力（wall shear stress，WSS）、壓力、動(dòng)脈瘤內(nèi)血流速度和入射流量等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行比較分析。
　　結(jié)果:兩種不同的FD模擬方法得到相似的血流動(dòng)力學(xué)結(jié)果。兩種方法間，所有血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)均沒(méi)

4、有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05);并且經(jīng)過(guò)Bland-Altman分析，兩種方法計(jì)算所得的所有血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)結(jié)果均具有一致性。同時(shí)，動(dòng)脈瘤壁平均WSS和動(dòng)脈瘤壁平均壓力具有顯著相關(guān)性(r=0.8，r=1.0，P＜0.05);動(dòng)脈瘤內(nèi)、動(dòng)脈瘤瘤頸截面以及通過(guò)流入、流出道的動(dòng)脈瘤縱截面的平均血流速度和平均壓力也具有顯著相關(guān)性（平均血流速度r=0.9;平均壓力r=1.0，P＜0.05）。多孔介質(zhì)補(bǔ)片模擬FD的方法較虛擬FD模型模擬方法計(jì)算耗時(shí)降低

5、了57.26％，并簡(jiǎn)化了CFD數(shù)值模擬計(jì)算準(zhǔn)備工作。
　　結(jié)論:本研究證實(shí)了運(yùn)用多孔介質(zhì)補(bǔ)片模擬FD方法能夠得到與虛擬FD模型模擬方法相似的血流動(dòng)力學(xué)變化結(jié)果，并且能夠顯著降低數(shù)值模擬過(guò)程的復(fù)雜性和計(jì)算所需時(shí)間。從而證實(shí)多孔介質(zhì)補(bǔ)片模擬FD方法在血流動(dòng)力學(xué)研究中的可行性。
　　第二部分:血流導(dǎo)向裝置植入對(duì)后交通動(dòng)脈瘤血流動(dòng)力學(xué)影響的數(shù)值模擬研究
　　目的:血流動(dòng)力學(xué)因素在動(dòng)脈瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)以及破裂過(guò)程中起重要作用。血流

6、導(dǎo)向裝置(Flow diverter，F(xiàn)D)作為一種新型的治療手段，能夠有效的分流并減少進(jìn)入動(dòng)脈瘤內(nèi)的血流從而降低動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)。FD對(duì)分支血流的影響，以及分支對(duì)動(dòng)脈瘤內(nèi)血流的影響尚未明確。本研究針對(duì)基于病例的后交通動(dòng)脈瘤(posteriorcommunicating artery aneurysm，PComA-aneurysm)模型，采用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬計(jì)算的方法，比較FD置入前后后交通動(dòng)脈及后交通動(dòng)脈瘤內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的變化，并分析

7、后交通動(dòng)脈的存在與否、直徑大小以及發(fā)出部位對(duì)FD引起的動(dòng)脈瘤血流動(dòng)力學(xué)變化的影響。
　　方法:通過(guò)回顧性收集的3D-DSA造影影像資料重建出用于CFD研究的病例特異性后交通動(dòng)脈瘤模型共11例，作為有PComA分支組。運(yùn)用Geomagic Studio9.0、Meshmixer軟件在原有模型基礎(chǔ)上刪除后交通動(dòng)脈，得到11例無(wú)后交通動(dòng)脈的動(dòng)脈瘤模型作為無(wú)PComA分支組。同時(shí)，從有PComA分支組中篩選出5例PComA較粗的瘤旁型后交

8、通動(dòng)脈瘤模型，移動(dòng)PComA在動(dòng)脈瘤上的發(fā)出位置，得到相對(duì)應(yīng)的側(cè)壁型、頂端型動(dòng)脈瘤模型。運(yùn)用西門(mén)子CFD研究軟件(SiemensHealthcare GmbH)在動(dòng)脈瘤模型瘤頸處建立覆蓋動(dòng)脈瘤瘤頸的多孔介質(zhì)補(bǔ)片。運(yùn)用CD-adapco軟件進(jìn)行CFD數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)FD置入前后的后交通動(dòng)脈內(nèi)血流量、血流速度，動(dòng)脈瘤壁壁面切應(yīng)力、壓力，動(dòng)脈瘤內(nèi)血流速度和入射流量等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行比較分析。
　　結(jié)果:FD置入后，動(dòng)脈瘤入射血流量、動(dòng)

9、脈瘤內(nèi)平均血流速度、動(dòng)脈瘤瘤壁平均壁面切應(yīng)力明顯降低(P=0.003，P=0.003，P=0.003);動(dòng)脈瘤內(nèi)平均壓力和動(dòng)脈瘤瘤壁平均壓力也有降低(P=0.006，P=0.003);但是通過(guò)后交通動(dòng)脈的血流量未發(fā)生明顯變化(P=0.075)。在FD置入前，擁有PComA分支的動(dòng)脈瘤組較無(wú)PComA分支的動(dòng)脈瘤組擁有較大的動(dòng)脈瘤入射血流量，較低的動(dòng)脈瘤內(nèi)平均壓力和動(dòng)脈瘤壁平均壓力(P=0.041，P=0.016，P=0.021);PCo

10、mA內(nèi)血流量與PComA直徑呈直線回歸關(guān)系(R2=0.733，P=0.001);動(dòng)脈瘤入射血流量和動(dòng)脈瘤內(nèi)平均壓力在瘤旁型、側(cè)壁型、頂端型PComA動(dòng)脈瘤之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，均為瘤旁型最大，頂端型最小。在FD置入后，擁有PComA分支的動(dòng)脈瘤組較無(wú)PComA分支的動(dòng)脈瘤組擁有較高的動(dòng)脈瘤入射血流量、動(dòng)脈瘤內(nèi)平均血流速度、動(dòng)脈瘤瘤壁平均壁面切應(yīng)力，較低的動(dòng)脈瘤內(nèi)平均壓力和動(dòng)脈瘤壁平均壓力(P＜0.05);且有PComA分支

11、的動(dòng)脈瘤組，動(dòng)脈瘤內(nèi)平均壓力和動(dòng)脈瘤壁平均壓力的變化差值較大(P=0.033，P=0.016); PComA內(nèi)血流量的變化差值和PComA內(nèi)血流速度的變化差值均與PComA直徑呈直線回歸關(guān)系(R2=0.539，R2=0.416; P=0.010，P=0.032);在瘤旁型、側(cè)壁型、頂端型PComA動(dòng)脈瘤之間動(dòng)脈瘤壁平均WSS（側(cè)壁型最高，瘤旁型最低）和動(dòng)脈瘤壁平均壓力（瘤旁型最高，頂端型最低）存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，入射血流量和

12、動(dòng)脈瘤壁平均壓力的變化差值也有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)，均為瘤旁型降低最多，頂端型降低最少。
　　結(jié)論:本研究證實(shí)FD植入在改善后交通動(dòng)脈瘤內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的同時(shí)并不會(huì)對(duì)PComA內(nèi)血流產(chǎn)生明顯影響，PComA內(nèi)血流與PComA直徑相關(guān)。無(wú)PComA存在的動(dòng)脈瘤在FD植入后較有PComA的動(dòng)脈瘤獲得更好的血流動(dòng)力學(xué)改變。瘤旁型PComA動(dòng)脈瘤的血流動(dòng)力學(xué)變化效果優(yōu)于側(cè)壁型，頂端型最差。本研究為今后利用血流導(dǎo)向裝置治療含分支血管的