基于PIV测量与CFD预测的解剖现实大脑动脉瘤模型中的血流动力学

计算流体动力学（CFD）对名义上特定患者的大脑动脉瘤的建模，越来越多地被用作研究工具，以进一步理解大脑动脉瘤的发展、预后和治疗。我们之前开发了虚拟血管造影，以间接验证与常规获得的数字减影血管造影相对比的CFD预测的总体流动动力学。为了更直接的验证，这里我们将详细的CFD预测速度场与使用颗粒成像测速法（PIV）测量的速度场进行比较。构建了两个解剖现实的流动幻影，一个是巨型颈内动脉（ICA）动脉瘤，另一个是基底动脉（BA）顶端动脉瘤，均由清澈的硅胶弹性体制成。这些幻影被放置在计算机控制的流动回路中，编程有代表性的流动速率波形。在多个前后（AP）和侧面（LAT）平面上收集了PIV图像。随后，使用一个经过良好验证的内部求解器进行了CFD模拟，基于流动幻影的几何结构的微CT重建和从PIV实验中测得的流动速率导出的进出口边界条件。来自ICA动脉瘤的中心AP平面的PIV和CFD结果显示，在整个心动周期内存在一个大的稳定涡旋。通过PIV和CFD捕获的复杂涡旋动力学，在中心LAT平面上在整个心动周期中持续存在。速度矢量场显示出良好的整体一致性。对于BA，动脉瘤的一致性更具说服力，PIV和CFD都类似地解析了在AP和平面和LAT平面上反向旋转涡旋的动态。尽管对CFD模拟施加了周期性流动边界条件，但在BA动脉瘤模拟中明显存在周期间波动，在幅度和空间分布方面与PIV在相同几何结构中测得的周期间波动吻合良好。PIV和CFD之间的整体良好一致性表明，CFD可以可靠地预测在解剖现实的体外模型中观察到的动脉瘤内流动动态的细节。然而，鉴于各种建模假设，这并不能证明它们模拟了实际的体内血流动力学，因此鼓励在可能的情况下对体内数据进行验证.