血流分流支架的 CFD 計算流體力學分析

 

血流分流支架在顱內動脈瘤治療中的角色

血流分流支架 (Flow Diverter Stent) 是一種植入式醫療器材，藉由植入在動脈主流道中，來改變血流方向，減少血液流入動脈瘤內部，促使血液停滯並形成血栓，進而達到自然閉塞的治療效果。

植入血流分流支架手術具有微創、安全性高、適用於複雜形狀動脈瘤等優點，近年來在臨床應用上逐漸受到重視。

 

植入血流分流支架的挑戰與問題

對於直徑超過 10 mm 的大型顱內動脈瘤，傳統的線圈栓塞方式往往難以完全阻斷血流，導致脈瘤復發的風險提高，患者甚至可能需要再次接受手術治療。近年來隨著治療技術進步，臨床上越來越多案例採用血流分流支架 (Flow Diverter Stent) 作為替代或輔助傳統線圈栓塞的治療方案，透過植入血流分流支架來減少流入腦動脈瘤的血流，使動脈瘤內的血流停滯並形成血栓，達到預防破裂的目的。

然而，目前植入血流分流支架的完全閉塞率僅約 70%，在臨床上仍存在進步空間。再加上顱內動脈瘤的結構複雜、血流動力特性多變、血流分流支架配置方式以及每位患者的血管結構差異等多種因素影響，使臨床治療與術後結果難以預測，是一項極具挑戰的運動。

CFD 計算流體力學是利用電腦模擬來計算和預測流體流動的行為，如溫度、壓力、速度和密度等。因此，運用 CFD 計算流體力學分析，讓我們可以在術前預測裝有血流分流支架對於動脈瘤血流的流速影響，從而幫助提升治療的成功率。

 

我們的模擬解決方案

1. 使用 Simpleware 軟體從血管的 CT 影像數據中進行影像分割，並生成 3D 幾何模型，還原患者 3D 的血管與動脈瘤結構，確保動脈瘤形狀與位置，提供後續 CFD 模擬的幾何基礎。

2. 使用 Ansys Discovery 軟體在 3D 幾何模型中進行區域劃分，劃分動脈瘤的入口區域與支架植入的區域，提供後續邊界條件設定的基礎。

3. 使用 Ansys Fluent Meshing 針對流體區域生成高品質網格，保留幾何細節與特徵，確保流場在動脈瘤周圍的行為被精確捕捉。

4. 使用 Ansys Fluent 軟體將腦動脈瘤入口區域視為多孔介質，並設定血流分流支架所造成的流動阻力作為邊界條件，以進行 CFD 模擬，預測支架植入前與植入後的血液流速分布結果，Ansys Fluent 軟體可以計算出 3D 流速分布結果，以及血液的質量流速曲線圖等。

 

血流分流支架的 CFD 模擬工作流程與結果展示

Simpleware 解決方案

DICOM 影像數據                     透過 ROI 工具，對感興趣的區域進行影像分割與模型生成            生成 3D CAD 幾何模型

 

Ansys Discovery & Ansys Fluent 的解決方案

導入幾何模型   

                 多孔跳躍的邊界條件                                                動脈瘤入口與支架預計植入的範圍進行區域劃分

           血液質量流速曲線                                          無導流支架的模擬結果                        具有導流支架的模擬結果

 

進行 CFD 計算流體力學分析的好處

透過 CFD 模擬，可以在術前預測血流分流支架的栓塞治療後，血流進入患者動脈瘤的速度與流量，幫助臨床醫師判斷手術的適用性。此外，也可以幫助醫師預先確定手術方法，例如是否應該搭配彈簧線圈的栓塞治療等，提升整體治療效果。

對病患而言，選擇適合的治療方式可以大幅降低術後復發或重複治療的可能性，減少身心與經濟負擔，在治療的選擇上也更符合每個患者的狀況。

 

建議使用工具 ：Simpleware、Ansys Discovery、Ansys Fluent​

 

參考資料 ：Ansys 原廠

 

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