用于数值模拟的带支架个性化主动脉弓动脉瘤有限元-北京工业大学学报.PDFVIP

第37卷第3期 北京工业大学学报 V01．37No．3 OF UNIVERSnlOF 2011年3月 JOURNALBEIJING TECHNOLOGY Mar．201l 用于数值模拟的带支架个性化主动脉弓动脉瘤 有限元模型的构建 乔爱科1，孟宪龙2，付文字2，顾兆勇2 (1．北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京100124； 2．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124) 擒要：为了准确地分析动脉瘤壁面切应力及梯度变化，采用逆向工程的思想方法，借助Geomagic和Pm／E软 件，以原始STL(stereo lithography)格式的表面模型为依据，建立了一个个性化主动脉弓动脉瘤实体模型，并在其 内部创建理想化支架；利用ANSYS有限元分析软件，最终完成实体模型的建立和分块，并针对边界层和支架进 行分区域网格划分．结果表明：所建立的有限元模型可进行血流动力学模拟仿真；模型基本满足对特定区域网 格细划分的需要。可以为支架介入治疗动脉瘤的血流动力学仿真提供基础；这种模型建立方法为建立其他类似 模型提供了参考． 关键词：主动脉弓动脉瘤；表面模埠!；网格划分；有限元模型 391 中图分类号：TP 文献标志码：A 文章编号：0254—0037(2011)03—0455—08 动脉瘤是一种严重的血管疾病，其破裂出血会严重威胁人类的健康和生命H41．随着计算机计算能力 的不断提高和近似计算方法的发展，科学工作者不断利用计算机数值模拟方法代替从前实验法对动脉瘤 的成因和治疗进行研究一41．动脉瘤模型的建立是进行数值模拟的重要一步．为了验证普遍的血流动力 学现象，研究人员有时忽略个体差异，采用理想化模型一。。，比如将血管简化成截面变化规则的圆管，动脉 瘤简化为长在血管上的球囊状凸起捧4’．但为了辅助医生制定手术方案或分析个别病例，要求获得更加接 近实际的模拟结果，就不能忽略几何形状因素对血流动力学现象的影响¨叽121．这就需要通过对真实的图 像进行处理建立个性化三维模型。…“．随着对主动脉弓动脉瘤的深入研究，为了更准确地分析动脉瘤壁 面切应力及梯度变化，要求在划分网格时对接近壁面的流体边界层做特殊处理．需要建立既可以满足特 殊网格划分要求义要在几何形状卜接近真实的动脉瘤模．fI!!． 本文建立r一个可进行分区域网格划分、可以用于有限元分析的个性化主动脉弓动脉瘤有限元模型， 可以为血流动力学数值分析提供基础．通过此建模过程，探索出一种能满足特殊网格划分要求的个性化 实体模型的建立方法，能为将来建立有类似要求的不同模型提供参考． 1材料和方法 目前已具备一个STL(stereolithography)格式的主动脉弓动脉瘤模型，由日本北陆先端科学技术大学 院大学渡边正宏(MasahiroWatanabe)博士提供．虽然还原了血管瘤的几何形状，但无法直接用于有限元 数值分析．考虑到建立的模型需要满足几何形状卜接近真实并可以对边界层区域进行网格细化分的要 可以直接用于有限元分析、满足边界层网格划分的带简化支架的个性化主动脉弓动脉瘤实体模型． 收稿日期：2009-06-08． (KM200810005014)． 作者简介：乔爱科(1967一)，男。山西平定人。教授． 1 I材料 1)原始数据依姑上功脉弓动脉蠕忠告的CT数据，使用图像一绷莆建方法中的三维而绘制功能，得 到一十STI格式土动脉弓动脉鼎袁而幔犁。该模型由28879十空问如彤小平面组成，如罔1所不 2)计算机硬件配覆及建柑软什系统：硬抖。使川普通台式个人计算机．AMDAthlon(tm)64Processor RADEONXPRESS200 3500+，内存为1GB．髓艋为160GB，艟示p为A11 s—s使用的建模软什址 c㈣…¨E㈨ll¨7Pm／EWildfire2 0“ANSYS 1 2对原始STL格式表面模型前处理 H