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脑前交通动脉是动脉瘤高发且易破裂的区域,然而,产生这一现象的病理机制尚不明确。研究表明,血流动力学因子在脑动脉瘤的发展、破裂过程中起关键作用,因此,研究脑动脉瘤内的血流特征对探明其发生、发展及转归机制有重要意义。脑动脉网络具有特殊的解剖学结构(如Willis环的存在),且个体间差异大,造成特定脑动脉瘤区域的血流特征易受系统血流环境的影响。然而,现存多数研究仅针对局部脑动脉瘤进行建模和血流计算,而简化模型边界条件的设置,可能造成研究结果偏离实际的患者体内血流环境。特别地,脑前交通动脉处于多血管交汇处,使该区域所发生动脉瘤内的血流特征对周边血流环境高度敏感。 本文的主要目的是量化评估血流边界条件对脑前交通动脉瘤内流场特征的影响。为此目的,本文基于患者个体化影像学数据重构了多个脑前交通动脉瘤模型,采用计算流体力学方法研究了左脑前动脉A1段与右脑前动脉A1段间流量分配比对前交通动脉瘤内血流动力学参数(如壁面剪切应力、涡、流线等)的影响。同时,根据解剖学数据制作脑前交通动脉瘤实验模型开展了PIV实验,以检验血流计算方法的可靠性。 结果表明,改变脑前交通动脉瘤模型入流动脉(即,左、右脑前动脉A1段)间的流量分配比会引起瘤内流场以及壁面剪切应力的显著变化。壁面剪切应力受边界条件的影响程度与其所处位置有关,并在个别区域呈现明显的非线性变化特征。同时,对边界条件敏感区域的分布与动脉瘤及载瘤动脉的解剖学结构密切相关,提示基于单一患者的研究结论难以拓展至其他患者。脉动流条件下的计算结果进一步表明,振荡剪切指数亦对边界条件高度敏感。另外,PIV实验与计算结果的比较表明,本文采用的血流计算方法可以合理地再现实验观测到的流场特征。 综合上述发现,本文阐明了边界条件对脑前交通动脉瘤血流计算结果的显著影响,提示在脑前动脉瘤的血流研究或风险评估中充分考虑患者个体化的脑动脉网络结构和系统血流环境的必要性。