颈内动脉虹吸部血流动力学模拟与影响因素

背景：颈内动脉虹吸部走行弯曲、周围结构复杂,解剖学、影像学测量研究较多,并成为相关领域的研究热点,但目前对颈内动脉虹吸部血流动力学的相关研究报道较少,利用有限元分析技术,为相关动力学研究提供了基础。目的：明确颈内动脉虹吸部正常及狭窄血液动力学特点,探讨血流动力学的影响因素。方法：利用64排螺旋CT扫描获得DICOM数据实现颈内动脉虹吸部有限元建模,分别在Mimics 10.01软件上进行三维模型的实体构建,用ANSYS 13.0 CFX软件模拟仿真人类颈内动脉虹吸部正常及狭窄后血流,观察正常血流及狭窄后血流动力学的改变,分析其特点与差异。结果与结论：颈内动脉虹吸部正常血流在弯曲的虹吸部呈层流状态,但经过两个折角时血流发生旋动与湍流。血流经折角内弯区较快,外弯区较慢,速度越慢湍流越明显;折角处剪切力较小,同时折角外弯区剪切力较内弯区小。动脉狭窄后血流经狭窄区速度加快,狭窄下游形成湍流及低剪切力区;随狭窄程度增大,湍流、低剪切力区域扩大,中央性狭窄比偏心性狭窄影响大。结果证实,颈内动脉虹吸部弯曲、管腔狭窄直接影响湍流及低剪切力区形成,以外弯区及中央性狭窄影响明显。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

基于冠状动脉形状阻力的血流储备分数数值模拟

目的构建一种将狭窄形状阻力作为边界条件的无创计算血流储备分数(FFRCT)的方法,检验其计算准确性。方法取16例患者冠状动脉CT血管造影图像进行三维重建;考虑狭窄最小横截面积、狭窄长度构建形状阻力的数学模型,并以此造成的压力差作为边界条件加载到FFRCT计算中(简称形状阻力法)。以临床FFR值作为金标准,从平均误差率、准确率、敏感性以及阳性、阴性预测率5个方面,对照以往的管径法和体积法,分析形状阻力法的准确性。结果基于管径法、体积法、形状阻力法计算FFRCT平均误差率分别为11.76%、10.46%、4.82%,准确率分别为85%、65%、90%,敏感性分别为85.7%、66.7%、87.5%,阳性预测率分别为75%、25%、87.5%,阴性预测率均为91.6%。结论从平均误差率、准确率、敏感性、阳性预测率方面,所建立的形状阻力法均优于管径法和体积法,形状阻力法计算的FFRCT与临床实测FFR具有良好的一致性,为FFRCT的计算和应用提供一种新方法。     

不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄的血流动力学数值模拟

目的 研究具有不同连接筋结构的支架治疗椎动脉狭窄后的血流动力学效果,以期为支架的设计以及介入治疗提供更加科学的指导。方法 采用Pro/Engineer建立带有狭窄的椎动脉模型和3种不同连接筋的支架模型（根据连接筋形状分别称为L-支架、V-支架和S-支架）;利用有限元分析软件ABAQUS模拟这些支架在狭窄椎动脉中扩张后的结果,并分别建立3种支架治疗椎动脉狭窄后的流场有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS-CFX对3个模型进行血流动力学数值模拟。结果 与V型和S型连接筋相比,L型连接筋造成了较小的低壁面切应力分布面积及较少的血流停滞区。结论 L型连接筋具有较好的血流动力学效果,潜在地可降低支架内再狭窄发生的可能性,从而为支架选择、支架设计和手术规划等提供科学依据。     

颈内动脉血流动力学研究:多尺度单、双向耦合模型对比

目的比较多尺度单、双向耦合模型所得颈内动脉中血流动力学差异,为后续研究提供模型选择的参考依据。方法基于1例颈内动脉轻度狭窄患者的核磁图像,构建其Willis环集中参数模型及颈内动脉三维模型,通过单、双向耦合构建两种不同的多尺度模型。结果随着狭窄程度的增加,两种耦合方式下颈内动脉入口及出口血流量、血压均随之减小,颈内动脉低时间平均剪切力和高振荡因子的分布区域均大体上随着狭窄程度增加而增大。双向耦合在70%狭窄时大脑前动脉血管段剪切力较低、振荡因子较高,后交通动脉出现流向改变,与单向耦合结果差异显著。结论在狭窄程度较低时,两种耦合方式的结果大体一致,在70%狭窄时存在显著差异。双向耦合的结果更接近生理参数。研究结果可以更好地应用于脑血管病的血流动力学研究。     

冠状动脉移植管的血流动力学数值模拟

采用有限元数值计算的方法，模拟了冠状动脉搭桥术中移植管内的生理流动。计算模型包括了冠状动脉狭窄，并考虑了由于移植管直径大于冠状动脉直径而在两者缝合时移植管的变形。计算结果分析了缝合区附近的流场、二次流、壁面切应力在心动周期内的时空分布情况。计算结果表明，在缝合前端下游，存在一个低切应力、高切应力梯度的区域，在缝合区底部存在一个高切应力、高切应力梯度的区域。这两个区域都是内皮细胞增生并造成移植管术后再阻塞的危险部位。     

缝合式和机械吻合式搭桥模型的血流动力学数值模拟

为了说明机械吻合器的引入对冠状动脉搭桥术近端吻合区血流动力学因素的影响,运用Solidworks软件构造了缝合式和机械吻合式两种搭桥模型。运用有限单元数值模拟的方法和Fluent6.3软件,对两种模型移植血管中脉动流进行数值化模拟和可视化分析。获得了吻合区在一个心动周期内不同时刻的速度场、二次流、压力及壁面切应力的分布情况。结果表明,机械吻合器的引入在增大移植血管中血流速度（大于缝合模型约0.2 m/s）的同时使得低速区范围增大,吻合区壁面切应力变化范围为0～50 Pa,应力集中现象明显,壁面切应力变化剧烈,易引起血小板活化和内膜增生。为了提高冠状动脉搭桥术的通畅率,对机械吻合器进行优化设计很有必要。     

轴流血泵入口管道流场的数值模拟与实验研究

目的研究轴流血泵入口管道内血流流场分布情况及血栓形成风险。方法利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟血泵及入口管道内流动情况,获取血流速度及其分布;用二维粒子成像测速(particle image velocimetry,PIV)系统测试轴流血泵入口管道中心截面内的血液流动情况及三维粒子成像测速系统测试整个管道内的血液流动情况。CFD计算和PIV实验中血泵的转速为8000 r/min,流量为5.0 L/min。通过分析入口管道内的流场分布评价血泵入口管道内的血栓形成风险。结果整个入口管道内不存在回流、涡流和低速流动区域,血液沿管道的流动速度在管壁边界层外由0 m/s迅速增大到0.8 m/s以上。管道内的血液流速集中分布于1.2~1.5 m/s范围,管道内的平均紊流度为0.17。结论由于管道内的流动平稳且不存在回流、涡流和低速流动,因此不易形成血栓。入口管道使血流平稳,有助于改善轴流血泵内的流场。     

构建颈内动脉瘤双向流固耦合模型的血流模拟

背景：动脉瘤血液动力学变化为动脉瘤的治疗与其破裂的预防研究提供了前提与条件,有限元分析是一种很好的技术手段。 目的：构建颈内动脉瘤的双向流固耦合模型,并进行相关血流模拟。 方法：利用GE Lightspeed 64排螺旋CT扫描获得颈内动脉瘤CT血管造影数据,分别在mimics10.01软件上进行三维模型的实体构建,ansys+fluent软件进行流固耦合及血流模拟与仿真。 结果与结论：构建了颈内动脉瘤瘤壁和流场的有限元模型,模型具有良好的解剖形态,并与实体模型一致。模拟展示整个心动周期的血流变化：瘤体血流呈漩涡样,瘤体部流速较瘤颈部慢;血流引起动脉瘤壁的形变、壁面剪切力、压力及应力以瘤颈部最大,瘤顶部最小。模拟值以0.16 s(快速射血期)时刻为最高值,0.74 s(舒张期)为最低值。结果显示基于CT血管造影扫描数据进行颈内动脉瘤的双向流固耦合建模,其方法简单、实用。模拟动脉瘤血流接近人体的生理状态,结果为研究动脉瘤发生、发展提供新的理论依据。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

冠状动脉搭桥血流动力学数值模拟

目的深入研究缝合区附近的血流动力学特性,这对于了解内膜增生的发生机制以及提高冠状动脉搭桥畅通率有重要的指导与临床意义。方法通过运用三维重建软件和逆向工程软件从CT医学图像中重建出弯曲冠状动脉模型,并考虑移植管缝合到冠状动脉上时端口的变形。采用有限体积法数值研究的方法,模拟冠状动脉搭桥术中下游缝合区附近的血液流动的流场。结果临床上常出现内膜增生的位置都存在不正常的血流动力学现象,缝合前端和缝合后端都出现了严重的回流现象。结论在冠状动脉旁路移植术中,移值管远端应缝合到曲率较小的冠状动脉上。     

喉罩对颈总动脉和颈内动脉血流动力学的影响

目的 研究喉罩对颈总动脉(CCA)和颈内动脉(ICA)内径、血流速率和血流量等血流动力学参数的影响.方法 随机选择择期全麻下行腹腔镜胆囊切除术患者60例,为美国麻醉医师协会(ASA)Ⅰ～Ⅲ级.根据不同年龄分为中青年组(A组,20～59岁)和老年组(B组,60～85岁).按不同的喉罩套囊内压力将A组和B组分为4个亚组,即A1、B1(套囊内压为20～30 cm H2O)(1 cm H2O=0.098 kPa)和A2、B2(套囊内压为40～50 cm H2O),每组15例.所有患者术毕后送入ICU复苏,尚未清醒时拔除气管导管,而后置入喉罩.记录置入喉罩前(T0),置入喉罩后3 min(T1)、10 min(T2)和拔除喉罩后(T3)各时点CCA和ICA的内径、血流速率和血流量等血流动力学参数以及生命体征参数.结果 CCA、ICA的内径和CCA血流量的基础值B组比A组要大(P<0.05).与T0比较,在T1和T2时点,A组和B组CCA内径分别减少9.5%～12.9%和14.5%～24.3%(P<0.05或P<0.01),其中以B2组减少最为显著,A2组和B2组ICA内径分别减少10.9%和16.3%(P<0.05).CCA和ICA的血流速率无明显变化(P>0.05).与T0比较,A组和B组,T1和T2时CCA的血流量分别减少9.3%～10.7%和12.2%～19.1%(P<0.05),其中以B2组减少最为显著,A组和B组ICA血流量分别减少10.0%～13.5%和13.9%～16.6%(P<0.05).在T3时点各观察指标均恢复至T0水平.结论 喉罩通气时,CCA和ICA的内径有所缩小,其血流量相应减少,老年患者减少更为明显,而其血流速率则无明显改变.     

弯曲颈总动脉内流场的模拟实验研究

目的模拟研究弯曲颈总动脉定常流动速度剖面的不对称性。方法用粒子图像测速技术(PIV)测量并分析曲率分别为1:60和1:20的90°弯管模型在颈总动脉生理平均雷诺数、峰值雷诺数和极限雷诺数条件下,在不同位置的弯曲平面及其垂直方向的轴向速度剖面。结果当颈总动脉的曲率等于1:60时,在人生理平均流动雷诺数条件下,颈总动脉的速度剖面可用偏斜的抛物面来近似;当颈总动脉曲率增大或流动雷诺数增大时,弯曲平面上的速度剖面中部出现下凹趋势,垂直方向上出现M型速度剖面;沿管轴不同位置上的速度剖面形状不同。结论为确定颈动脉分叉定常流动不对称入口速度剖面条件,认识速度剖面的形状如何随流动雷诺数、弯管曲率和截面位置变化提供实验依据。     

Effect of swirling inlet condition on the flow field in a stenosed arterial vessel model

Blood flow in an artery is closely related to atherosclerosis progression. Hemodynamic environments influence platelet activation, aggregation, and rupture of atherosclerotic plaque. The existence of swirling flow components in an artery is frequently observed under in vivo conditions. However, the fluid-dynamic roles of spiral flow are not fully understood to date. In this study, the spiral blood flow effect in an axisymmetric stenosis model was experimentally investigated using particle image velocimetry velocity field measurement technique and streakline flow visualization. Spiral inserts with two different helical pitches (10D and 10/3D) were installed upstream of the stenosis to induce swirling flows. Results show that the spiral flow significantly reduces the length of recirculation flow and provokes early breakout of turbulent transition, but variation of swirling intensity does not induce significant changes of turbulence intensity. The present results about the spiral flow effects through the stenosis will contribute in achieving better understanding of the hemodynamic characteristics of atherosclerosis and in discovering better diagnosis procedures and clinical treatments.     

颈内动脉海绵窦段分支及分布的显微解剖

目的 :为海绵窦的直接手术提供显微解剖学基础。方法 :采用 48侧成人新鲜海绵窦标本 ,颈内动脉灌注苯乙烯 (ABS) ,然后在手术显微镜下解剖观察。结果 :脑膜垂体干出现率为 10 0 % ,脑膜垂体干可分为两型 ,典型的脑膜垂体干出现率为 5 8.3 % ,非典型的脑膜垂体干又分为单干型和非单干型 ,前者出现率为 3 1.3 % ,后者为 10 .4%。海绵窦下动脉出现率为 95 .8% ,垂体被囊动脉为 3 1.3 %。另外眼动脉的出现率为 10 .4%。两侧颈内动脉海绵窦段分支之间的吻合 ,提供了重要的侧支循环血液供应。结论 :本文对颈内动脉海绵窦段分支的显微解剖结果 ,对临床显微外科、血管介入、影像学有指导意义。     

颈内动脉扭曲危险因素的研究

目的：探讨颈内动脉（ ICA ）扭曲与血管危险因素之间的关系。方法回顾性分析2013年6月-2014年1月接受DSA或头颈部CTA检查的87例患者的临床资料。按ICA有无扭曲分为扭曲组（40例）和对照组（47例）,对比两组患者的年龄、性别以及高血压病、糖尿病、高脂血症、缺血性心脑血管病、吸烟史等危险因素与ICA扭曲的相关性。结果两组患者在性别、吸烟史以及糖尿病、高脂血症以及缺血性心脑血管病患病率等方面比较,差异均无统计学意义（P值均〉0.05）;扭曲组患者年龄、高血压病患病率均大于对照组,差异均有统计学意义（P值均〈0.05）。多因素Logistic回归分析结果显示,年龄和高血压病与ICA扭曲的发生具有相关性。结论年龄和高血压病是ICA扭曲发生的危险因素,可能参与了ICA扭曲的发生发展过程。     

5种支架对颈内动脉瘤血液动力学影响的数值研究

目的 研究不同结构形状以及不同网丝截面的支架用于颈内动脉瘤治疗后对血液动力学及支架柔顺性的影响。方法 针对同一个体模型的颈内动脉瘤,构建5种不同支架介入治疗的模型。这些支架的支撑体网丝截面不同,但支架通透率近似相等。利用有限体积法进行数值仿真,获得其生物力学特性的定量信息。结果 5种模型中,矩形截面网格支架模型动脉瘤腔中平均流动速度的减小幅度最大;圆型截面支架和矩形截面螺旋支架模型中瘤面和瘤颈部分的壁面切应力减小面积较大;网格支架的柔顺性要远好于螺旋支架。结论 矩形截面网格支架对治疗颈内动脉瘤有较好的生物力学影响,这些发现可帮助临床医生在治疗脑动脉瘤时选择合适的支架。     

颈动脉分叉管模型流场分布的PIV测量

为了解改进的TF-AHCB颈动脉血管分叉模型内的血流动力学特点,采用PIV技术测量循环系统装置中颈动脉血管分叉模型的瞬时速度分布情况。通过调节循环系统装置中水箱的高度,变换压力差来调节流速。循环液采用黏度与人体血液相似35%的甘油水溶液。利用PIV测量4个工况下的瞬时速度并根据瞬时速度值计算切应力。结果表明,在颈动脉血管分叉模型内ICA的外侧壁存在明显的流动分离和逆时针方向的涡流,涡流的范围和距离随着流速的改变而改变。流速越大,涡流的范围越小,距离分叉的距离越近。ICA外侧壁的切应力明显要小,当流速小于0.839 m/s时,存在一个明显的低切应力核心区域。此低切应力核心区域正是临床上观察到的动脉粥样硬化好发的区域。结果提示,颈内动脉在分叉后ICA部分的外侧壁存在明显的流动分离和涡流以及低切应力区域,这可能和此部位动脉粥样硬化的发生有关。     

Anomalous artery directly connecting the external and internal carotid arteries

An anomalous artery directly connecting the external with the internal carotid artery was encountered on the right side of a 68-year-old Japanese female cadaver. This anomalous artery (5 mm in diameter, 12 mm in length) branched out from the posterior aspect of the external carotid at the level of the origin of the lingual artery, ran obliquely upward posteriorly along the course of the hypoglossal nerve, and was confluent with the anterior aspect of the internal carotid artery. No other variations were found in the morphological aspects of, or in the anatomical relationships between, the carotid arteries and their surrounding structures on either side. The carotid body-like structure was observed at the carotid bifurcation and was innervated by small branches of the glossopharyngeal, the vagus and the sympathetic trunk. Embryologically, it is conceivable that this anomalous artery may have derived from the right second branchial arch artery, although there is no abnormality in other derivative structures of the second pharyngeal arch. There may have been no effect from this anomaly on the functions of the arterial blood flow and blood supply under normal circumstances in the present case, but this report may be of embryological significance and contribute some insight into the mechanisms of the formation of the carotid circulation systems.     

Anastomosis between the internal carotid and vertebral artery in the neck

Summary We report a case of anastomosis between the internal carotid and vertebral a. in the cervical region. This anatomic variation is due to incomplete migration during embryogenesis of the branchial aa., collaterals of the dorsal aorta, towards the ventral aorta. It does not involve persistence of a type I proatlantal a., as described by Lasjaunias. Such anastomoses must be recognised since they may modify surgical tactics in the context of endarterectomy for carotid stenosis.

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Anastomose entre l'artère carotide interne et l'artère vertébrale à l'étage cervical

Résumé Nous rapportons un cas d'anastomose entre l'artère carotide interne et l'artère vertébrale à l'étage cervical. Cette variation anatomique est due à la migration incomplète, au cours de l'embryogénèse, des artères branchiales, collatérales de l'aorte dorsale, vers l'aorte ventrale. Il ne s'agit pas de la persistance d'une artère proatlantale type I comme l'avait décrit Lasjaunias. De telles anastomoses doivent être reconnues et peuvent modifier la tactique chirurgicale dans le cadre des endartériectomies de sténoses carotidiennes.

     

基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量实验装置的构建

目的针对人体上呼吸道气流运动形成涡结构、流动分流、二次流等特点,研制基于粒子图像测速（particle image velocimetry, PIV）技术的人体上呼吸道流场测量实验装置,为开展人体上呼吸道流场特性实验研究提供平台。方法 基于完整人体上呼吸道医学扫描图像制备透明的实物模型,通过选择合适的气路系统,结合二维PIV系统搭建整套实验装置,并利用该装置对人体上呼吸道流场速度进行初步实验,将实验结果和数值仿真结果进行对比。结果呼吸流量为30 L/min稳态呼吸模式下,实验装置测得的气流在口腔上部有涡结构的形成,口腔下部贴近舌苔上部及口腔中部的气流速度较高,其他部位气流速度较低,与数值仿真结果较为一致。结论 基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量实验装置合理可行,运行可靠,可用于人体上呼吸道内气流组织形式和涡量分布等测量,并能够实现对数值仿真的验证。