血流动力学仿真赋能器械创新！助力临床精准掌控颅内动脉瘤治疗

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大家好，我是仿真秀专栏作者 ——Huang博士。本人在医疗器械研发领域深耕多年，擅长Ansys CFX、Abaqust等工程仿真工具的临床转化应用，聚焦泛血管介入器械领域的血流动力学仿真建模与分析，主导过多款血管介入器械从研发到临床落地的全流程项目，累计完成多例个体化血流动力学仿真案例。

今天，我想结合行业前沿技术与自身实战经验，和大家聊聊颅内破裂动脉瘤治疗的创新路径，以及血流动力学仿真如何成为医疗器械研发与临床决策的核心支撑。即日起，我将在仿真秀为用户提供医疗有限元仿真教程和技术服务，欢迎大家点击文尾阅读原文关注我。

颅内动脉瘤作为脑血管领域的 “不定时炸弹”，其破裂引发的蛛网膜下腔出血致死率高达 30%，二次破裂死亡率更是飙升至 60%，一直是神经外科治疗的重难点领域。随着精准医疗理念的深入与工程技术的迭代，以 Contour Neurovascular System 为代表的创新器械，正与血流动力学仿真技术形成 “临床需求 - 技术支撑 - 疗效验证” 的闭环，为颅内破裂动脉瘤治疗带来革命性突破。

下文将从治疗前沿技术解读、血流动力学仿真的核心价值，以及实操课程赋能三个维度，深入剖析这一跨学科融合的医学创新路径。

颅内破裂动脉瘤治疗前沿技术

在颅内破裂动脉瘤治疗领域，技术演进始终围绕 “降低复发率、减少并发症、提升安全性” 三大核心目标展开。传统治疗手段中，开颅夹闭术需通过颅骨切开直接暴露动脉瘤，虽能实现物理性隔绝，但手术创伤大、对神经功能影响显著，尤其对位于脑深部或复杂形态的动脉瘤适用性受限；而早期弹簧圈栓塞术虽属微创介入范畴，但对于宽颈、不规则形态的动脉瘤，常面临栓塞密度不足、弹簧圈移位等问题，术后复发率高达 20%-30%，难以满足临床长期疗效需求。

近年来，以Contour Neurovascular System为代表的血流导向装置（Flow Diverter, FD），凭借 “血流重构” 的创新治疗理念，成为复杂颅内破裂动脉瘤治疗的 “新利器”。该系统采用高金属覆盖率（通常＞80%）的密网支架设计，通过介入方式植入载瘤动脉后，可将流向动脉瘤腔内的冲击血流导向远端正常血管，减少瘤内血流灌注与壁面剪切应力（WSS）。这种血流动力学的改变，能促进动脉瘤腔内血液滞留、血栓形成，最终实现瘤体完全闭塞，从 “被动栓塞” 转向 “主动重构血流”，彻底解决传统技术对复杂动脉瘤的治疗瓶颈。

临床数据显示，Contour Neurovascular System 在颅内破裂动脉瘤治疗中展现出显著优势：对于复发型、宽颈型或合并分支血管的复杂动脉瘤，其术后 12 个月完全闭塞率可达 85% 以上，较传统弹簧圈栓塞术提升 40%-50%；同时，由于采用局部麻醉操作，手术时间缩短至 15-30 分钟，患者术中神经功能监测更精准，术后并发症发生率（如脑血管痉挛、神经损伤）降低至 5% 以下。

然而，血流导向装置的精准应用高度依赖 “个体化评估”：不同患者的动脉瘤形态（如瘤颈宽度、是否存在子瘤）、载瘤动脉直径、血流动力学特征存在显著差异，若仅凭经验选择支架型号与释放位置，可能导致支架贴壁不良、分支血管闭塞等风险。这一临床需求，推动了血流动力学仿真技术与临床治疗的深度融合，成为连接创新器械与个体化治疗的关键桥梁。

颅内动脉瘤血流动力学仿真

颅内动脉瘤的发生、发展与破裂，本质上是血流动力学与血管壁生物力学长期相互作用的结果。传统影像学检查（如 DSA、CTA、MRA）虽能清晰显示动脉瘤的位置、形态等解剖学信息，但无法直接获取血流速度、壁面剪切应力、压力分布等关键功能参数，难以量化评估动脉瘤破裂风险与治疗效果。而计算流体动力学（CFD）仿真技术的出现，填补了这一空白，通过 “影像建模 - 数值计算 - 结果分析” 的全流程，为临床决策提供精准的量化依据。

（一）血流动力学仿真的核心应用场景

1、术前破裂风险评估：精准识别 “高危动脉瘤”

血流动力学参数中，壁面剪切应力（WSS）、血流冲击角度、瘤内涡流强度是判断动脉瘤破裂风险的关键指标。研究表明，当动脉瘤瘤顶区域 WSS＞3Pa 时，血管内皮细胞易受损，促炎因子释放增加，导致瘤壁退化、变薄，破裂风险显著升高；而瘤内存在不规则涡流时，会造成局部压力集中，进一步加剧瘤壁损伤。通过 ANSYS CFX 等软件构建患者个性化血流动力学模型，可模拟不同生理状态下（如血压波动、心率变化）的血流参数分布，精准定位 “高危区域”，为 “是否干预、何时干预” 提供决策依据。例如，对于无症状但 WSS 异常升高的未破裂动脉瘤，仿真结果可指导临床选择 “密切监测” 或 “预防性治疗”，避免过度医疗或漏诊风险。

2、治疗方案优化：为血流导向装置植入 “定制方案”

针对 Contour 等血流导向装置的应用，血流动力学仿真可在术前完成三大核心评估：一是模拟不同支架型号（如直径、长度）植入后的血流重构效果，预测瘤内血流速度降低幅度与血栓形成趋势，避免因支架选择不当导致的疗效不佳；二是评估支架释放位置对分支血管血流的影响，通过仿真验证支架是否会堵塞重要分支，降低术后缺血并发症风险；三是对比 “单纯支架植入” 与 “支架辅助弹簧圈” 两种方案的血流动力学差异，为复杂动脉瘤选择最优治疗策略。某临床研究显示，基于仿真结果优化的血流导向装置植入方案，术后分支血管闭塞率可降低至 2% 以下，较经验性方案提升 60% 的安全性。

3、术后疗效监测：动态追踪瘤体闭塞进程

血流导向装置植入后，瘤体闭塞是一个动态过程，传统影像学复查（如 DSA）需在术后 3、6、12 个月多次进行，不仅增加患者辐射暴露与经济负担，且难以提前预判闭塞效果。而通过术后复查的影像数据（如 CTA）更新血流动力学模型，可模拟瘤内血栓形成过程中的血流参数变化：若仿真显示瘤内血流速度持续降低、压力梯度消失，提示闭塞进程顺利；若出现局部血流 “再灌注” 现象，则需及时调整抗凝方案，预防复发。这种 “仿真 + 影像” 的联合监测模式，可将术后复查间隔延长至 12 个月，同时提前 3-6 个月预警复发风险，显著提升随访效率。

（二）血流动力学仿真的技术价值：跨学科融合的 “转化桥梁”

从技术层面看，血流动力学仿真实现了 “医学需求” 与 “工程技术” 的双向赋能：对于临床医生，仿真结果将抽象的 “血流状态” 转化为直观的云图、曲线数据，使其能清晰理解动脉瘤与血流的相互作用机制，摆脱 “经验依赖”；对于医疗器械研发人员，仿真可用于血流导向装置的设计优化 —— 例如通过调整支架网孔密度、金属丝直径，模拟不同设计对血流重构的影响，缩短产品研发周期，降低动物实验成本。

更重要的是，该技术推动了颅内动脉瘤治疗从 “标准化” 向 “个体化” 的转型。正如原创力文档中《基于影像特征的颅内动脉瘤血流动力学建模》一文所指出：“基于临床影像的个体化仿真模型，能精准反映患者独特的解剖与血流特征，其分析结果较理想化模型（如球形动脉瘤）更具临床价值”。这种 “以患者为中心” 的技术路径，正是 Contour 等创新器械发挥最大疗效的关键前提。

颅内血流动力学仿真实操教程

从 Contour Neurovascular System 的临床应用，到血流动力学仿真技术的量化支撑，再到实操课程的人才赋能，颅内破裂动脉瘤治疗已形成 “创新器械 - 技术工具 - 专业人才” 的完整生态链。在这一生态中，血流动力学仿真不再是实验室里的 “理论模型”，而是连接工程技术与临床需求的 “转化枢纽”—— 它让 Contour 等创新器械的精准应用成为可能，也让 “个体化治疗” 从理念走向实践。

但是，血流动力学仿真的临床价值实现，离不开 “会建模、能分析、懂应用” 的复合型人才。然而，当前医工交叉领域普遍面临 “技术壁垒”：临床医生缺乏工程软件操作能力，而仿真工程师难以理解医学影像处理与临床需求，导致仿真技术与临床应用存在 “脱节”。针对这一痛点，我的《医疗器械研发人必学：Ansys CFX 颅内动脉瘤血流动力学仿真全流程实操》课程，通过 “工具实操 + 临床场景适配” 的课程设计，为医工交叉人才培养提供了高效解决方案。

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医疗器械研发人必学：Ansys CFX颅内动脉瘤血流动力学仿真全流程实操

本培训课程系统讲解了使用 ANSYS CFX 19.2 进行颅内动脉瘤（Intracranial Aneurys m）血流动力学仿真的完整技术流程，包含几何模型预处理、网格划分、求解器配置以及结果分析。课程面向医疗器械研发人员、生物力学研究者、CFD 工程师以及从事神经血管疾病研究的科研人员，通过详细的操作演示，使学习者能够独立完成颅内动脉瘤 CFD 仿真项目。

课程中涉及医学图像数据处理的软件为 Geomagic，适用于血管结构的表面修复及几何清理工作。

1、课程使用的软件及版本

Geomagic Studio ：血管三维模型的预处理、修补与曲面重建
ANSYS Workbench 19.2 → CFX 模块：网格划分、数值模拟与结果后处理
ANSYS CFD-Post 19.2：速度场、压力场、WSS（壁面剪切应力）等参数分析

2、视频教程技术内容结构

（1）血管模型预处理（使用 Geomagic）

医学影像导入与基础几何检查
孔洞修补、平滑与简化处理
血管入口、出口截面的构建
建模规范：曲面连续性、小结构清理等
生成可用于 CFD 的封闭实体表面

目标：保证拓扑连续性与流体域封闭性，避免后续网格出现孔洞或非流形结构。

（2）网格划分（ANSYS ICEM------Meshing）

网格生成流程
Pris m 层设置

目标：生成适合血流模拟的高质量网格，保证近壁面分辨率满足血流动力学分析需求。

（3）稳态求解配置（CFX Pre）

流体属性设置：血液为不可压、非牛顿（或牛顿）流体
边界条件（BC）：入口流速/流量、出口压力、壁面 No-slip
求解控制：收敛阈值 (Residual 1e-4/1e-5)、稳态初始化
常见稳定性问题及解决方法

目的：获取稳定的血流分布供瞬态初始化使用，提高计算稳定性。

（4）瞬态求解设置（Time-dependent Simulation）

时间步长（Time Step）选择原则：
基于心动周期（如 0.8–1.0 s）
Total Time、Output Control、Transient Scheme 设置
入口的脉动波形和出口压力波形函数建立及导入（Velocity/Flow waveform）
关键数值控制：求解器稳定性、物理时间收敛、初始化技巧

目标：重建真实的脉动血流行为，获得速度变化、WSS 波动与涡流结构演化信息。

（5）结果后处理（CFD-Post）

流场可视化：速度矢量、流线、迹线、截面分析
后处理计算功能演示：WSS（壁面剪切应力）计算分析
Aneurys m neck、parent artery区域结果提取
数据导出：结果随时间变化曲线表
动画制作及结果展示规范

目标：得到影响动脉瘤生长、破裂风险等关键的血流动力学指标。

3、课程特色

完整流程教学：从模型准备到结果分析一步不缺。
真实案例演示：全程基于实际颅内动脉瘤模型操作。
参数解释清晰：包括 Time Step、网格层厚度、求解控制等常见疑问。
科研级标准：内容符合医学 CFD 论文与医疗器械研发要求。
适合快速上手：对初学者友好，同时对高级用户具有参考价值。

4、适用对象

血流动力学领域科研人员

医疗器械开发工程师（神经介入、血管介入方向）

从事 CFD 仿真的工程师与研究生

需要进行动脉瘤风险研究、手术规划或设备评估的人员

5、学习成果

完成本课程后，学习者将能够：
独立完成颅内动脉瘤血管模型的预处理与修复；
建立满足医学 CFD 标准的高质量流体域网格；
在 CFX 中进行稳态与瞬态血流模拟；
分析关键血流动力学指标，如 WSS、压力分布、速度场等；
生成可用于科研论文、技术报告或项目评估的结果图与动画。

与作者开展技术合作

来源：仿真秀App

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2025-11-24

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