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脑动脉瘤是一种严重的脑血管疾病。临床观察发现,血流动力学是脑动脉瘤生长、破裂的重要因素。为了提高治疗的安全性和有效性,掌握颅内动脉瘤患者个性化的形态数据,并依据其血流动力学性能评估动脉瘤破裂风险、破裂部位,无疑是十分必要的。
本课题直接针对脑动脉瘤临床病例,对颅内动脉瘤造影,形成容积图像,并对瘤体冠状位断层分割,获取个体化CT数据。运用灰度阈值法、区域生长法和手动分割法进行图象分割,利用移动立方体的算法三维重建脑动脉瘤几何模型并运用三角网格的平滑简化技术进行模型优化,得到数字化、个体化的面网格三维实体模型。有限元分析软件对模型进行体网格划分,最终获得光顺的三维有限元模型。通过加载速度和压力边界条件,将血液视为不可压缩粘性流体,同时,忽略动脉瘤血管(瘤)壁的粘弹性,简化处理为刚性固壁,并满足无滑移边界条件,以流体力学知识为基础,模拟在不同入口条件下的脑动脉瘤血流动力学参数。整个计算过程从流场静止开始,直到满足指定的稳定判据后终止,最后得到流场速度、壁面压力及剪应力分布。比较不同入口条件下的模拟结果得出,在瘤壁表面存在压力和剪应力的不均匀分布,且在血流直接冲击部位往往较大。而临床观测发现,壁面压力,特别是壁面剪应力是动脉瘤破裂的关键因素之一。因此,通过计算瘤壁压力和剪应力分布,有助于判断动脉瘤的破裂风险,为临床手术提供指导。
基于医学图像和三维重建技术建立复杂人体脑动脉瘤三维有限元模型不仅为脑动脉瘤血流动力学研究提供了新思路,也为生物力学领域的其他研究提供了新的理论基础。