颅内动脉瘤快速虚拟支架和血流动力学数值模拟研究

目的 利用虚拟支架算法对真实血管内支架展开的状态进行模拟,同时对虚拟术后模型进行血流动力学参数的数值模拟,评估虚拟支架置入手术前后血流动力学参数的变化.方法 纳入2014年9月19日于首都医科大学附属北京天坛医院就诊的1例基底动脉瘤(动脉瘤直径10.93 mm)伴动脉瘤壁1级强化患者,对其动脉瘤增大(12.83 mm,动脉瘤壁2级强化)后的高分辨率磁共振成像进行重组,得到患者的特异性动脉瘤血管几何模型,对该模型进行分割与平滑处理.选用Pipeline密网支架,首先通过基于单纯性可变形网格的虚拟支架快速模拟仿真算法,对支架展开进行快速有效的模拟,得到展开后的支架位置与形态结构.同时,通过对支架进行实体化建模,及对虚拟支架置入术后的动脉瘤进行血流动力学仿真计算,对比术前术后可量化的血流动力学参数(包括时间平均壁面剪应力、振荡剪切指数、梯度震荡数、壁面剪应力梯度、压力、质量流量和流速).结果 动脉瘤壁内的时间平均壁面剪应力、壁面剪应力梯度、最大梯度振荡数等血流动力学参数较术前均有明显降低,压力和最大震荡剪切指数较术前增高.动脉瘤壁的时间平均壁面剪应力最大值从5.277 Pa下降至2.701 Pa,下降幅度为48.816％;壁面剪应力梯度最大值由16078.273 Pa/m下降至8995.226 Pa/m,降幅为44.054％;梯度振荡数的最大值由0.938降至0.919,降幅为2.026％.压力最大值由术前的13155.029 Pa增至术后的13247.047 Pa,增幅为0.699％;振荡剪切指数最大值从0.462增加至0.468,上升幅度为1.299％.通过瘤颈平面的质量流量从0.344 g/s明显下降至0.00025 g/s.右侧大脑后动脉出口质量流量由术前0.882 g/s增加至术后0.945g/s,增幅为7.143％;流速由术前1.243m/s增加至1.302m/s,增幅为4.747％.结论 虚拟支架算法与计算流体动力学模拟相结合可以为颅内动脉瘤介入治疗提供手术前后血流动力学参数变化,为医师手术评估提供重要的参考依据.