基于计算流体力学技术的个体化颅内动脉瘤的血流动力学模型与实验

论文摘要

目的:利用计算流体力学技术分别建立基于刚性假设的和基于流固耦合理论的个体化颅内动脉瘤血流动力学模型,进行模型的实验验证与分析,论证此仿真方法的实用性,进一步探讨颅内动脉瘤生长、破裂的机制。方法:用MIMICS软件读取病人颅内动脉瘤影像DICOM数据,进行三维实体重建。应用CFX软件进行三维刚性模型的数值仿真,分析与动脉瘤生长及破裂相关的血流动力学参数;应用ANSYS和CFX软件进行三维流固耦合模型的数值仿真,分析与动脉瘤生长及破裂相关的力学参数特征,比较两个模型的差异。最后应用微血管多普勒超声测量术中动脉瘤的速度数据,与模型仿真数据进行对比验证分析。结果:建立了基于刚性假设的和基于流固耦合理论的个体化颅内动脉瘤血流动力学模型,可以直观的模拟动脉瘤血流动力学的变化过程以及血管壁和动脉瘤壁弹性扩张运动,形象地给出瘤中各区域的速度场和动脉瘤表面应力场的变化以及动脉瘤壁的von mises应力的分布和变形情况。与刚性模型相比,流固耦合模型模拟的结果更加精确。在血流冲击瘤颈处,壁剪切力最大,在瘤顶处剪切力非常小。瘤颈处的von mises应力明显高于瘤顶,但是瘤顶处经受着更加复杂的von mises应力变化以及壁的变形。模型仿真的结果与临床实验数据一致。结论:本研究建立的个体化颅内动脉瘤血流动力学模型快速、精确。动脉瘤的流固耦合模型比刚性模型仿真更加精确和实用。动脉瘤的发生、发展和破裂与剪切力等血流动力学因素有关。动脉瘤壁的von mises应力的分布和变形情况可能是重要的破裂因素。动力学模型数值仿真结果可靠,可以为临床诊治提供理论分析基础,是今后预测动脉瘤破裂很好的方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 1 研究背景及意义
• 2 国内外研究现状及分析
• 3 论文使用的理论工具和基本思路和结构
• 正文
• 第一章 基于刚性假设的个体化颅内动脉瘤的血流动力学模型
• 1 血流的动力学模型
• 2 动脉瘤三维实体重建模型
• 3 数值结果
• 4 分析与讨论
• 5 结论
• 第二章 基于流固耦合理论的个体化颅内动脉瘤的血流动力学模型
• 1 颅内动脉瘤的流固祸合动力学模型
• 2 动脉瘤三维实体重建模型
• 3 数值结果
• 4 分析与讨论
• 5 结论
• 第三章 血流动力学模型的实验验证与分析
• 1 动脉瘤的流固耦合动力学模型
• 2 动脉瘤三维实体重建模型
• 3 数值结果
• 4 临床数据采集
• 5 仿真数据与临床数据对照
• 6 分析与讨论
• 7 结论
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 文献综述 基于影像数据的颅内动脉瘤血流动力学的三维数值模拟的研究进展
• 攻读学位期间发表论文情况
• 致谢