颅内动脉瘤新型裸支架的血流动力学研究

传统的覆膜支架或弹簧圈对于治疗复杂的颅内动脉瘤存在一定的局限性。申请人提出了一种新型结构的裸支架以便将其应用于治疗复杂的颅内动脉瘤。不同于传统支架网丝的圆截面或者矩形截面，这种新型裸支架采用特殊形状的网丝截面。血液穿过这种新型裸支架网丝时流进和流出动脉瘤腔的流动阻力不同- - 流入瘤腔的阻力大而流出瘤腔的阻力小，这样就使得血液流出容易流入难，可以减少流入瘤腔的血液流量，从而达到治疗的目的。本项目利用流固耦合数值模拟、离体模型实验和动物模型实验的方法，对传统和新型裸支架治疗颅内动脉瘤的血流动力学进行对比研究，以便弄清楚不同支架结构的流动阻力及其对颅内动脉瘤血流动力学的影响，并检验其治疗的有效性。流固耦合数值模拟计算支架流阻大小和瘤腔内的血流动力学；离体模型实验观测支架植入前后瘤腔内的流场差异；动物模型实验检验新型裸支架治疗颅内动脉瘤的血流动力学有效性，为支架结构设计和临床应用提供科学的依据。

传统的支架或弹簧圈对于治疗复杂的颅内动脉瘤存在一定的局限性。申请人提出了一种新型结构的裸支架以便将其应用于治疗复杂的颅内动脉瘤。不同于传统支架网丝的圆截面或者矩形截面，这种新型裸支架采用半圆形、三角形、梯形等截面形状的新型支架丝设计。血液穿过这种新型裸支架网丝时，流进和流出动脉瘤腔的流动阻力不同——流入瘤腔的阻力大而流出瘤腔的阻力小。这样就使得血液流出容易流入难，可以减少流入瘤腔的血液流量，从而达到治疗的目的。对串联囊状动脉瘤、梭形动脉瘤、宽颈动脉瘤、窄颈动脉瘤等病变，分别构建了理想化模型和基于医学图像的个性化模型；在定常流和非定常流条件下利用数值模拟方法分别进行了CFD和流固耦合计算研究，对比分析了传统支架和新型支架的血流动力学差异。应用梁的理论对不同结构支架的弯曲和扭转能力进行了有限元分析。研究发现，不同结构的支架在固体力学和流体力学方面各有优缺点，在临床介入治疗过程中权衡选择适合的支架是必须考虑的重要问题。完成了多个离体模型实验。实验中载瘤母血管的形状不同，包括直管动脉和弯曲管动脉。实验中动脉瘤的形状也不同，包括动脉瘤位于弯曲血管内测和外侧。对实验数据处理后，与数值模拟结果进行了对照，较好地验证了数值模拟结果。另外，还将个性化模型的计算结果与动物实验结果进行了对比，二者定性地吻合较好。利用人工神经网络算法对新型支架的梯形截面尺寸进行了优化设计。随着支架孔隙率的减小，新型截面支架的双向流阻差异越大，对改变动脉瘤腔内流动的优势越明显。新型支架由于血液流过方向的不同而产生了不同的流动阻力，这在支架介入治疗初期可以促进动脉瘤腔内血液的流出，对瘤腔内血栓的早期形成具有积极意义。总体来看，本项目的研究工作取得了较好的成果。

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