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半圆形截面血管内支架结构流阻的数值模拟实验
发布者:jiangcxsb 发布时间:2010年1月23日 来源:《中国组织工程研究与临床康复》杂志 |
《中国组织工程研究与临床康复》杂志2009年第13卷第48期发表了北京工业大学生命科学与生物工程学院孔晶晶等作者的《半圆形截面血管内支架结构流阻的数值模拟实验》一文,其目的是对支架的优化设计提供一些参考和指导。
1.实验过程中的操作方法: 1.1 三维实体模型的构建:本实验中虚拟血液流场是无限大的,将其进行有限元划分,从中提取1个有限元单元进行分析。因此只需要构建各种不同的支架模型即可,然后施加边界控制条件进行仿真模拟。 将三维模型导入ANSYS软件,封闭支架曲面将之生成体;然后运用布尔运算将支架部分实体从血液流场实体中剪除,生成所需实体模型,即血液流场模型为实体有限元模型,支架曲面满足壁面无滑移条件,支架内部不做计算。 1.2 有限元流体模型的建立:网格划分是建立有限元模型的重要环节,所划分网格的质量对计算精度和计算速度将产生直接影响。为了使所建模型具有较高的质量,提高数据可靠性,本文采用了多模块分层网格划分的思路。在网格划分时,对支架附近划分的相对精细(模型中部),对整个流场进行了比较均匀的网格划分,这样可以尽量减少单元和节点数目, 加快计算,并保证计算精度,使网格划分质量引起的结果误差降到最小。 1.3 边界条件的施加:根据文献可知,采用牛顿流体与非牛顿流体模型计算时的流场差别不大,体外模拟实验也验证了这一结果。因此,血液在计算分析的时候可以认为是绝热和不可压缩的牛顿流体,血液密度为1.05 g/cm3;血液黏度为3.5×10-2 g/(cm?s)。本文目的是计算流阻的大小,暂不考虑血液的其他参数。为了简化模型建立和计算过程,血液流动方式为定常流。在后续研究中,当考虑流阻对血液的影响,支架对动脉瘤的影响时会使用脉动流计算。故边界条件如下:①入口条件:定常流速度,假设流体以均匀速度流入,u=22.5 cm/s。②出口条件:设定出口的流动已经稳定,不再变化,根据文献设置出口压力为零。③边界面条件:由于模型建立是在无限场中取出的有限元模型,所以血液在模型上、下、左、右面上的法向速度均为零。④支架面条件:在支架丝曲面上速度也满足无滑移条件,设定支架所有面上各方向速度为零。
2.作者认为: 作者认为可以利用半圆形截面支架正、反向流阻在一定通透率范围内差异较大的性质,设计一种能使血液流入瘤腔的阻力大而流出瘤腔的阻力小的支架模型,就可以令血液流出瘤腔容易而流入瘤腔难,从而抑制瘤腔的血液灌注和流动,从而促进瘤腔内形成血栓使动脉瘤萎缩,降低瘤腔内的压力,减小动脉瘤增大和破裂的潜在危险,达到治疗目的。
3.提供临床借鉴的价值: 文章通过对半圆形截面结构支架模型进行研究,结果提示可以将其应用于动脉瘤的治疗,通过对支架合理的安置,可以使血液流入瘤腔的阻力大而流出瘤腔的阻力小,导致血液流出容易流入难,从而抑制瘤腔的血液灌注和流动,能够降低瘤腔内的压力,对于动脉瘤的治疗起到一定的效果。
更多方法请见《中国组织工程研究与临床康复》杂志2009年第13卷第48期9459-9462页。
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