支架置入前脑动脉瘤血流场的特性分析.doc

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刘小月，等. 支架置入前脑动脉瘤血流场的特性分析

支架置入前脑动脉瘤血流场的特性分析

刘小月1，木合塔尔•克力木1，2，巨 刚1，王 晨1，李 卉1，孙海霞1(1新疆大学机械工程学院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830047；2新疆医科大学附属医院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054)

引用本文：刘小月，木合塔尔•克力木，巨刚，王晨，李卉，孙海霞. 支架置入前脑动脉瘤血流场的特性分析[J].中国组织工程研究，2016，20(38):5722-5729.
DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.38.015 ORCID: 0000-0001-8270-472X(刘小月)

文章快速阅读：
脑动脉瘤血流场的特性分析

刘小月，女，1990年生，陕西省咸阳市人，汉族，新疆大学机械工程学院在读硕士，主要从生物流体力学方面的研究。

通讯作者：木合塔尔•克力木，硕士生导师，新疆大学机械工程学院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830047

中图分类号:R318
文献标识码:A
文章编号:2095-4344
(2016)38-05722-08
稿件接受：2016-08-12

CT中颈内动脉瘤图

选择1例38岁男性颅内动脉瘤患者

动脉瘤模型

动脉瘤模型装配的侧视图及主视图

支架置入脑动脉瘤前后进行血流场分析(网格划分，血管部分属性及边界条件)

文题释义：
支架置入后血管再狭窄：再狭窄问题主要由于作为异物的支架置入人体血管并撑开后，对血管内壁细胞造成了一定的损伤，触发人体自愈功能，血管内壁的大量平滑肌再次从新组织朝损伤部位移动，同时支架置入一定时间后，血液内的血小板在支架表面汇聚并释放相应的因子，导致了支架置入血管后再狭窄问题的出现。
剪切应力：物体由于载荷、温度变化而变形，在它内部任一剪切面的两个方向出现的相互作用力，称为“内力”。内力的集度，即单位面积上受到的内力称为“应力”。应力可分解为垂直于截面(剪切面)的分量，称为“正应力”或“法向应力”；相切于截面(剪切面)的分量，称为“剪切应力”。

摘要
背景：脑动脉瘤成为威胁人类生命的血管瘤之一，目前的治疗方法分别为血管内介入栓塞和开颅夹闭。但是这两种方法术后患者的复发率和死亡率普遍偏高。因此支架置入治疗脑动脉瘤的新思想被提出。
目的：评估支架置入脑动脉瘤后对血流场特性参数的影响，为患者提供可行治疗方案。
方法：回顾分析新疆医科大学附属医院的11例脑动脉瘤患者放射的CT影像数据，结合MIMICS软件，通过逆向工程建立脑动脉瘤柔性实体模型。将设计适配的支架模型置入脑动脉瘤中，并结合流体动力学理论及Fluent物理数值模型对脑动脉瘤进行双向流固耦合的血流场分析。最后对置入支架前后脑动脉瘤的动力学参数进行对比分析(壁面压力、血液速度矢量、血液流线、壁面剪切力、壁面变形量)；在不同入口速度下分析置入支架后脑动脉瘤的血流场特性。
结果与结论：①支架置入后脑动脉瘤最大壁面压力降低约为61.1%，支架周围血液流速及脑动脉瘤内部的血液速度明显减缓，设置2 000条血液流线的情况下进入脑动脉的流线数量减少约为75%，壁面最大剪切力降低79.3%左右，壁面最大变形量减少了一个数量等级；②设置血液入口流速分别为v1= 0.1 m/s，v2= 0.2 m/s，v3=0.3 m/s下，壁面压力呈现壁面剪切力上升趋势，壁面剪切力随着速度增加呈现逐渐增大状态，同时τzou(左侧瘤颈的剪切应力)<τzhong(脑动脉瘤处的剪切应力)<τyou(右侧瘤颈的剪切应力)，血液流线主要集中在脑动脉瘤顶部，血液速度变化对壁面变形量的影响明显。③置入支架后脑动脉瘤的主要血流动力学参数均较未置入前得到明显改善；血流速度对脑动脉瘤的影响显著，在支架治疗过程中需要考虑在内。
关键词：
生物材料；材料相容性；脑动脉瘤；CT 影像；血管内支架；血流动力学；流固耦合；新疆维吾尔自治区自然科学基金

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P.O.Box 1200,Shenyang 110004 kf23385083@
Liu Xiao-yue, Studying for master’s degree, School of Mechanical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830047, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Corresponding author: Muhetaer Kelimu, Master’s supervisor, School of Mechanical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830047, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

主题词：
血管瘤；支架；血流速度；血流动力学；组织工程
基金资助：
新疆维吾尔自治区自然科学基金(2013211A020)

Blood flow field characteristics of cerebral aneurysm before stent implantation

Liu Xiao-yue1, Muhetaer Kelimu1, 2, Ju Gang1, Wang Chen1, Li Hui1, Sun Hai-xia1(1School of Mechanical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830047, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 2Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China)

Abstract
BACKGROUND: Cerebral aneurysm is a kind of mortal hemangioma, and its treatments such as endovascular embolization and clipping both cause high postoperative recurrence rate and mortality. So the stent implantation for cerebral aneurysm is coming into being.
OBJECTTVE: To evaluate the hemodynamic parameters after stent implantation into cerebral aneurysm and to provide a novel feasible strategy for clinical treatment.
METHODS: A retrospective analysis was preformed based on the CT image data of 11 patients with cerebral aneurysm from the Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University. Firstly, the flexible and solid model of cerebral aneurysm was established by the MIMICS and reverse engineering. Secondly, the matching stent model was implanted into the cerebral aneurysm, and then the blood flow structure of cerebral aneurysm was analyzed by the fluid dynamics theory and the Fluent with the method of two-way flow solid coupling. Finally, comparative analysis of the kinetic parameters of cerebral aneurysm before and after implantation, including wall pressure, blood velocity, path line of the blood flow, wall shear stress, wall deformation was conducted, and blood flow characteristics after stent implantation were analyzed under different entrance velocity.
RESULTS AND CONCLUSION: After implantation, the wall surface pressure was reduced about 61.1%; the blood flow velocity around the stent and the inside of the cerebral aneurysm was decelerated obviously; under setting 2 000 lines of blood flow, the number of path line of blood flow into the cerebral aneurysm reduced about 75.0%, the maximum wall shear stress decreased about 79.3%, and the maximum wall deformation reduced to a lower level. The entrance velocity was respectively v1=0.1 m/s, v2=0.2 m/s, v3=0.3 m/s and the wall pressure was in a gradient ascent; the wall shear stress increased with the velocity, meanwhile, τzou (left neck of aneurysm) <τzhong (aneurysm )< τyou (right neck of aneurysm). The path lines of blood flow mainly concentrated in the top of the aneurysm, and the blood velocity markedly affected the surface deformation. These results indicate that main hemodynamic parameters are obviously improved after stent implantation into cerebral aneurysm, and the blood velocity should never be neglectful in the treatment process.
Subject headings: Hemangioma; Stents; Blood Flow Velocity; Hemodynamics; Tissue Engineering
Funding: the Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region, No. 2013211A020

Cite this article: Liu XY, Muhetaer Kelimu, Ju G, Wang C, Li H, Sun HX. Blood flow field characteristics of cerebral aneurysm before stent implantation. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(38):5722-5729.

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ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
0 引言 Introduction
脑动脉瘤是脑内部动脉血管壁的局部存在特别薄弱的区域，在长期的血流冲击下逐渐向外膨胀，形成像小气球样的血管瘤。往往在局部血液压力下，血管瘤破裂，导致患者死亡或致残[1-5]。脑动脉瘤已逐渐成为全球范围内发病率最高的血管瘤之一，目前，脑动脉瘤规范治疗手段主要为血管内介入栓塞术、开颅夹闭术以及传统的药物治疗法[6-8]。Vlak等[9]研究显示，介入栓塞术不需要开颅，创伤小，完全血管内操作，因此欧洲重点医疗中心对85%脑动脉瘤患者进行血管内介入栓塞治疗，但是这种治疗方法容易导致动脉瘤破裂，复发率高。Molyneux等[10]对大量的病例进行了统计，分析了血管内介入栓塞术及开颅夹闭术对患者的治疗效果，结果表明开颅夹闭手术治疗的死亡率和并发症高于介入栓塞治疗效果。文章是依托于新疆医科大学附属医院提出的支架置入治疗脑动脉瘤的思想，对患者支架置入脑动脉瘤的血流场特性进行初步评估分析，为以后脑动脉瘤支架置入提供相关的理论依据。

1 对象和方法 Subjects and methods
1.1 设计 血流动力学观察试验。
1.2 时间及地点 于2014年11月在新疆医科大学附属医院脑动脉瘤患者进行CT数据扫描。
1.3 材料 新疆医科大学附属医院影像科采用美国通用公司GE64排螺旋CT机。数据在GEAW4.6工作站通过容积重建、最大密度投影方法进行采集，在采集时为了能够获得较清晰的医学影像[11-13]，根据临床患者的实际病情、个体差异等情况，对患者注入对比剂，选择欧乃派克(碘海醇)注射液，浓度为350 g/L，使用高压团注，注射总量75-90 mL，速度为3.5-4.5 mL/s；设定层厚为5 mm，层间距为5 mm，重建层厚为0.625 mm，螺距为1.35 mm，分辨率为1 380×720。扫描的数据以Dicom 3.0标准存储[14-17]。
1.4 对象 新疆医科大学附属医院神经外科自2014年11月至2015年3月确诊脑动脉瘤患者11例，其中女7例，男4例；年龄35-71岁，中位年龄为59岁。对这些患者采集全部颅内CT影像，所有患者知情且同意采集信息，且得到医院伦理委员会批准。为说明具体的研究方法，取11例患者中的1例作为代表，其他病例均在统计分析部分补充。该例患者为男性，年龄38岁，患有颈内动脉颅内段动脉瘤。
1.5 方法 术前要进行支架置入脑动脉瘤的血流场特性分析[18-21]，首先，要获得逼近真实性的脑动脉瘤模型，其中包括血管壁模型及血液模型。其次，将设计匹配好的支架置入到建立的脑动脉瘤模型中；最后，再进行各项血流场参数的试验。
1.5.1 试验前准备工作 研究中的柔性实体模型是CT影像数据结合MIMICS软件通过逆向工程建立的[22-26]，如图1，2所示。将设计匹配的支架置入到脑动脉瘤中，如图3所示。
1.5.2 流体动力学理 脑动脉瘤在流体动力学计算分析时，都要满足动量守恒定律和能量守恒定律来求解速度、应力和压力特性参数。血液流动应该满足连续性方程和Navier-Stokes方程，而控制方程正是这些守恒定律的数学描述。
在研究分析脑动脉瘤时，将血液看作是不可压缩的黏性牛顿层流，血液流动问题满足质量守恒定律，连续性方程为：
(1)

式中ρ为流体的密度；µ为流体的平均速度；µx、µy和µz是速度在x、y和z方向上的3个分量。
对于不可压缩牛顿流体，根据牛顿第二定律可以导出x、y和z 3个方向上的动量守恒方程：
(2)

(3)

(4)

式(2)-(4)中，ρ为流体密度，v为运动黏性系数，p为流体压强，µ为流速矢量，f为单位质量力。上述方程的左侧数学表达式为流体加速度，右侧分别是流体所受到的压力、体积力和壁面黏性剪切应力。
1.5.3 试验分析 设置血液密度为1 060 kg/m3，血液黏度为0.003 5 Pa·s，动脉入口速度为0.1 m/s，时间步为0.02 s，终止时间为0.1 s[27-31]。设定血管入口速度为均匀分布，将血液流动模拟为在弹性管的绝热、不可压缩和非定常的牛顿层流；假设血管壁为线性、各向同性的线弹性材料，血管壁面设置无滑移条件，密度为 1 150 kg/m3，杨氏模量为0.5 MPa，泊松比为0.45，血管壁两端面轴向位移设置为0[32-34]。离散格式使用二阶迎风格式，压力速度耦合方式选用SIMPLE，欠松弛因子采用默认设置，监视残差设置为10-4。
壁面压力分析：为了更加准确地对比观察置置入支架前后脑动脉瘤壁面压力的变化，截取一条动脉瘤表面的无量纲曲线。在该曲线上分段等距取11个点，做出对应相同边界条件，相同材料属性情况下脑动脉瘤壁面压强变化情况，如图4所示。
图4为脑动脉瘤无量纲曲线及曲线上各点压力测试图。从该无量纲曲线上各点压力分布图上可以看出，当脑动脉瘤置入支架后壁面的压力明显低于了无支架状态下各点处的压力值，说明支架对于血流冲击起到一定的缓解作用，很大程度上抑制脑动脉瘤破裂率。
血流速度及流线分析：同样采用相同边界条件、相同材料属性的支架置入脑动脉瘤前后的2个模型进行对比分析。动脉瘤内部的速度矢量及流线对比图，如图5所示。
从对比图5A中可以看出，载瘤血管的其他部位速度大小无明显变化，但较无支架置入时的动脉瘤模型，置入支架的动脉瘤模型中，支架周围的血液流速明显变缓，同时血液在瘤颈处流动的血液速度也明显变慢。设置2 000条流线情况下血液在动脉瘤内部的流线图(如图5B)发现，较无支架的脑动脉瘤模型相比，支架置入的脑动脉瘤模型中流线数量明显变少，说明进入动脉瘤内的血液也明显减少，同时还发现在无支架置入的动脉瘤模型中在视图平面内有一个呈逆时针绕动的较强的涡流，该涡流中心位于动脉瘤中心偏下的部位，而支架置入后的动脉瘤模型中该涡流消失，而变成垂直于视图平面内的一个涡流，并且该涡流强度明显小于无支架置入前的涡流。同时发现无支架置入模型中，在动脉瘤上方靠左部位存在一个垂直于试图平面的涡流，而在有支架的动脉瘤模型中，该涡流明显变的涣散，强度明显减弱。
综合以上，脑动脉瘤中血液的速度矢量对比图与流线对比图可以得出结论，支架的置入改变了脑动脉瘤血液流动场分布，使得血液进入脑动脉瘤中的流量明显变小。对预防动脉瘤的破裂起到了作用。
壁面剪切力分析：如图6A所示，脑动脉瘤血管壁的变形云图中发现，支架置入前(左)，支架置入后(右)的脑动脉瘤变形位置有所改变，由之前的从瘤颈向动脉瘤右上端变形量依次增大的变化改为由从脑动脉瘤中心向周围依次递减的变化，且右图中标示的云图中各个区域变形量大小所示，置入支架后的变形量比支架置入后的变形量减小了一个数量级(单位：mm)，很大程度上降低的动脉瘤破裂的可能性。
分析图6B中模型置入支架前(左)后(右)的壁面剪切力分布云图发现，无论有无支架置入的模型中，瘤颈处的壁面剪切力相对脑动脉瘤上的壁面剪切力呈现明显的梯度分布，在脑动脉瘤上的壁面剪切力的分布基本一致。从瘤颈处壁面剪切力的大小来看，右侧瘤颈处的壁面剪切力要高于左侧，观察流线图发现产生这样现象的原因在于，血液从模型左侧载瘤动脉流入动脉瘤时，首先对右侧瘤颈造成冲击，当血液以涡流形式在脑动脉瘤内部流出时，是从右侧瘤颈位置流出，就会造成右侧瘤颈的壁面剪切力高于了左侧瘤颈处。
为了更精确的描述脑动脉瘤壁面剪切的分布情况，截取一条脑动脉瘤轮廓曲线，如图6C左图所示。由无量纲曲线上各点壁面剪切力折线图发现，当动脉瘤置入支架后，其壁面剪切力数值要小于无支架的模型。壁面剪切力是颅内脑动脉瘤的发病机制的重要衡量参数，所以从数值分析的结果可以得出，支架的置入能有效改善这种切应力对动脉瘤的影响。
不同入口速度下的血流场特性分析：为了研究不同入口速度对动脉瘤产生的影响，首先保证其他变量的一致性，如材料属性、网格大小、求解方式、迭代次数等。入口速度分别给定0.1，0.2，0.3 m/s，其他设置同上。为了直观的从数值上看出压力增长，分别取左侧瘤颈上的点1、左侧脑动脉瘤上的点2、脑动脉瘤的中间点3、右侧脑动脉瘤上的点4及右侧瘤颈上的点5。根据相同点处对应的不同速度入口得到不同的压强值绘制折线图，如图7B所示，分析得出随着入口速度的增大，脑动脉瘤表面的压强明显增大。分析壁面压强的分布云图，如图7A所示发现，在不同的入口速度情况下，脑动脉瘤上的压力分布梯度比较均匀，但是在右侧瘤颈处(对应第5点压强值)出现不同变化。当入口速度为0.1 m/s时，云图上的右侧瘤颈压强分布无明显变化，但是此时该点的压强值已达到81.25 Pa，从折线图上可看出此时的压强明显上升。当入口速度为0.2 m/s和0.3 m/s时，在云图上分析得到，右侧瘤颈处出现明显的梯度变化，且此时该处两种入口速度对应的压强值分别为299.156 Pa和648.758 Pa。由剪切应力公式可知，剪切应力的大小与剪切力载荷成正比，所以随着流速的增大，剪切应力载荷也同时增大，那么剪切应力必定也随着速度的不断增大而呈现递增趋势。动脉瘤剪切应力的分布云，如图8所示(从左至右依次对应入口速度为0.1，0.2，0.3 m/s)，相同点处的剪切应力值验证了这样的推断。分析剪切应力的分布云图发现，脑动脉瘤上的剪切应力没有明显的梯度变化，随着速度的不断增大脑动脉瘤表面的壁面剪切力也随之增大。但在左侧瘤颈和右侧瘤颈处有着明显的梯度变化，τzou(左侧瘤颈的剪切应力)<τzhong<(脑动脉瘤处的剪切应力)<τyou(右侧瘤颈的剪切应力)。此外，随着速度的增大，最大与最小剪切力的部位也发生了改变。最大剪切力部位在0.1 m/s(2 995.1 Pa)时出现在左后侧瘤颈内壁处，在0.2 m/s(7 691 Pa)、0.3 m/s(15 294 Pa)时出现在出口一侧载瘤动脉的下侧。最小剪切力部位由 0.1 m/s(-2 771.5 Pa)靠近入口载瘤动脉内壁处，在 0.2 m/s(-7 402.1 Pa)和0.3 m/s(-15 021 Pa)载瘤动脉出口处。如图9所示，从上至下依次对应入口速度分别为0.1，0.2，0.3 m/s时的血液流线图及壁面变形图。首先，分析不同入口速度情况下同为2 000条流线的血液流线图，当速度为0.1 m/s时候，在脑动脉瘤内部存在两个涡流，一个涡流的涡流中心位于瘤颈偏上部位，另一个相对较弱的涡流出现在脑动脉瘤顶部靠后的部位，此时脑动脉瘤内的血液流线集中于脑动脉瘤顶端右侧。而当速度为0.2 m/s和0.3 m/s时，位于脑动脉瘤顶端靠后部位的涡流消失，同时另一个涡流随着流速的加快该涡流逐渐变强，此时的血液流线多集中与脑动脉瘤的顶部。分析分别在0.1，0.2，0.3 m/s时的脑动脉瘤内血液集中的部位壁面

B

A

图1 动脉瘤容积重建图
Figure 1 The reconstruction image of cerebral aneurysm volume

图3 置入支架的脑动脉瘤模型
Figure 3 The model of cerebral aneurysm after stent implantation
图注：图A为支架置入脑动脉瘤装配侧视图，B为装配后的主视图。

图2 脑动脉瘤实体模型(左血管壁、右血液)
Figure 2 The gross model of cerebral aneurysm (left: vascular wall; right: blood)

A

B

A

B

图4 脑动脉瘤无量纲曲线及曲线上各点压力
Figure 4 The pressure curve of cerebral aneurysm and the pressure at each point
图注：图A为动脉瘤测定位置；B为压力分布情况。

A

C

B

图6 支架置入脑动脉瘤前后的变形量及剪切力分布图
Figure 6 The distribution pictures of deformation and shear stress before and of cerebral aneurysm before and after stent implantation
图注：图A为支架置入前后脑动脉瘤的壁面变形分布图；B为支架置入前后脑动脉瘤的壁面压力分布图；C为脑动脉瘤无量纲曲线及曲线上各点剪切力。

图5 支架置入脑动脉瘤前后的血流场分布图
Figure 5 The distribution pictures of blood flow field of cerebral aneurysm before and after stent implantation
图注：图A为支架置入前后脑动脉瘤血流速度分布图；B为支架置入前后脑动脉瘤血流流线分布图。

的变形图发现，壁面的变形梯度和脑动脉瘤内血液的流动集中部位相关且随着入口血液流速的增加，变形部位发生了改变。壁面的形变图中标识了最大与最小的变形部位以及脑动脉瘤上最大变形量的数值， 0.1 m/s时最大变形量为0.73 993 mm，0.2 m/s时为0.51 155 mm，0.3 m/s时为1.0 005 mm，从数值上看出，壁面的最大变形量与入口速度的增加无关，但当脑动脉瘤上最大变形部位稳定后，变形量随着血液流速的增加而增加。
1.6 主要观察指标 对置入支架前后脑动脉瘤的动力学参数(壁面压力、血液速度矢量、血液流线、壁面剪切力、壁面变形量)进行对比分析；在不同入口速度下分析置入支架后脑动脉瘤的血流场特性。
1.7 统计学分析 11#动脉瘤是本文中详细分析的模型，由于文章篇幅限制，文中只对其他10种动脉瘤的数据进行统计分析。图10是10例脑动脉瘤患者的CT影像。为了说明本文中提出方法的有效性，分别对10种脑动脉瘤进行了数值分析。其分析方法是按照上文中所提出的思路进行分析(CT-三维建模-ANSYS流固耦合计算-支架置入前后血流场特性参数进行对比)。

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A

A

表1 脑动脉瘤10例患者支架置入前后的动力学参数变化
Table 1 Changes of hemodynamic parameters in 10 cases of cerebral aneurysm before and after stent implantation
图10 脑动脉瘤10例患者彩色CT影像
Figure 10 Colorful CT images of 10 cases of cerebral aneurysm

图9 不同入口速度的流线图及壁面变形图
Figure 9 The path line and deformation pattern under different entrance velocities
图注：图A-C分别为入口速度为0.1，0.2，0.3 m/s时的血液流线图及壁面变形图(单位：mm)。

图8 不同入口速度下的剪切力分布图
Figure 8 The distribution pictures of shear stress under different entrance velocities

图7 不同入口速度下的壁面压力分布图
Figure 7 The distribution pictures of wall pressure under different entrance velocities
图注：图A为不同入口速度下的壁面压力分布图(左中右分别为0.1，0.2，0.3 m/s)；B为壁面5点压力图。

B

700
600
500
400
300
200
100
0

0.3 m/s
0.2 m/s
0.1 m/s

B

壁面压力(Pa)

0 1 2 3 4 5
第N个点

C

<5#>
<4#>
<3#>
<2#>
<1#>

<10#>
<9#>
<8#>
<7#>
<6#>

编号
支架置入前(max)
支架置入后(相同点)
支架置入前、后差值
流速
(10-1 m/s)
流线数(10个)
剪切力(103 Pa)
压力
(Pa)
变形
(10-1 mm)
流速
(10-1 m/s)
流线
数(个)
剪切力
(103 Pa)
压力
(Pa)
变形
(10-1)
流速
(%)
流线
数(%)
剪切力(%)
压力
(%)
变形
(%)
1
1.70
2 000
2.01
158
7.51
0.40
522
0.54
79.0
0.53
76.5
73.9
73.1
50.0
92.9
2
1.91
2 000
3.09
164
7.42
0.53
500
1.21
83.0
0.51
72.3
75.0
60.8
49.4
93.1
3
1.52
2 000
2.44
172
6.98
0.41
511
0.68
85.0
0.49
73.0
74.5
72.1
50.6
93.0
4
1.93
2 000
2.79
149
7.14
0.51
513
0.72
68.0
0.56
73.6
74.4
74.2
54.4
92.2
5
1.83
2 000
2.03
168
7.33
0.42
520
0.43
75.0
0.50
77.0
74.0
78.8
55.4
93.2
6
1.42
2 000
2.14
152
7.41
0.38
524
0.50
78.0
0.53
73.2
73.8
76.6
48.7
92.8
7
1.23
2 000
3.01
161
7.32
0.36
505
1.02
84.0
0.51
70.7
74.8
66.1
47.8
93.0
8
1.65
2 000
2.74
162
6.52
0.47
512
0.75
85.0
0.43
71.5
74.4
72.6
47.5
93.4
9
1.81
2 000
2.08
157
7.02
0.31
516
0.43
61.0
0.59
82.5
74.2
79.3
61.1
91.6
10
2.23
2 000
2.12
159
7.43
0.51
522
0.55
72.0
0.52
77.1
73.9
74.1
54.7
93.0

2 结果 Results
2.1 脑动脉瘤10例患者支架置入前后的动力学参数变化 见表1。
表1是脑动脉瘤10种病例置入支架前后的数值统计。支架置入后脑动脉瘤的颈口流速、流线、壁面剪切力、壁面压力及壁面变形量相较于支架置入前脑动脉瘤特性参数都发生了明显的改善：流速减少了70.7%-82.5%，流线数量减少了73.8%-75%，壁面剪切力减少了60.8%-79.3%，壁面压力减少了50%-61.1%，壁面变形量减少了91.6%-93.4%。
综上分析，置入支架后的脑动脉血流场特性参数发生了显著的改观。
2.2 脑动脉瘤血流场特性参数评价 支架置入后脑动脉瘤的颈口流速、流线、壁面剪切力、壁面压力及壁面变形量相较于支架置入前脑动脉瘤特性参数都发生了明显的改善。支架置入后脑动脉瘤最大壁面压力降低了50%-61.1%；支架周围血液流速及瘤内部的血液速度明显减缓，减少了70.7%-82.5%；设置2 000条血液流线的情况下进入脑动脉的流线数量减少了73.8%-75%，最大壁面剪切力降低60.8%-79.3%，最大壁面变形量减少了一个数量等级，减少了91.6%-93.4%。
2.3 不同入口速度对脑动脉瘤血流场特性参数影响 设置血液入口流速分别为v1=0.1 m/s，v2=0.2 m/s， v3=0.3 m/s下，壁面压力呈现梯度上升趋势，壁面剪切力随着速度增加呈现逐渐增大状态，同时τzou(左侧瘤颈的剪切应力)<τzhong(脑动脉瘤处的剪切应力)<τyou(右侧瘤颈的剪切应力)，血液流线主要集中在脑动脉瘤顶部，血液速度大小对壁面变形量的影响明显。

3 讨论 Discussion
脑动脉瘤成为威胁人类最严重的疾病之一。血管介入栓塞术和开颅夹闭术是治疗脑动脉瘤常规的方法。文献[2-5]中通过临床治疗方法的统计研究发现，血管介入栓塞术明显优于开颅夹闭术，但血管介入栓塞存在手术过程比较艰难，容易导致脑动脉瘤破裂。因此，很多医疗重点实验室就提出了支架介入动脉瘤新思想。
目前，支架置入治疗脑动脉瘤在临床几乎是空白。课题是依托新疆医科大学附属医院，从支架置入治疗动脉瘤的思想出发，研究分析支架置入脑动脉后的血流场的变化特性。文章构建了一个基于CT影像数据的个性化脑动脉瘤的三维模型，将设计匹配好的支架置入脑动脉瘤中，然后借助FLUENT软件及相关理论进行了血流场瞬态双向流-固耦合模拟分析，获得血液动力学参数变化情况，为以后支架置入治疗奠定理论基础。
试验中详细分析了支架置入前后脑动脉瘤的血流场特性参数及在不同入口速度下脑动脉瘤的血流场特性参数，试验数据证明，支架置入后脑动脉瘤的血流场特性参数发生了明显改善，同时也说明了支架置入脑动脉后血流场特性初探评估的可行性。

致