血管的案例
投影式光固化生物3D打印應(yīng)用：血管與血管化
仿生血管制造和血管化是構(gòu)建工程組織和器官內(nèi)血管網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，但目前常用的血管制造手段及血管化實現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)過于簡化，無法再現(xiàn)三維血管的生理特性，這使其所能發(fā)揮的作用十分有限。
投影式光固化生物3D打印技術(shù)通過光化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)打印材料的逐層光固化，從而構(gòu)建出三維結(jié)構(gòu)。
COMSOL模擬堵塞血管支架流動、堵塞血管超彈性動脈壁支架擴張過程、擴張變形動脈壁的血液流動。 ￥224
本案例為COMSOL模擬堵塞血管支架流動、堵塞血管超彈性動脈壁支架擴張過程、擴張變形動脈壁的血液流動。
主要對支架擴張前后，血液流動分析，針對擴張前進行堵塞血管的流固耦合模擬和支架擴張后血管的流固耦合分析，收費內(nèi)容包含四個文件，分別為堵塞血管的層流模擬文件、堵塞血管的支架擴張過程模擬文件、對擴張后的模型進行導(dǎo)出并重新劃分網(wǎng)格并對其血液流動進行模擬，三個仿真模擬文件（包含結(jié)果）和PPT。
注：本案例和另一視頻課程內(nèi)容一樣。
圖一付費案列
圖二 支架擴張后的血液流動分析
圖三 支架擴張前的血液流動分析
圖四 支架擴張及血管壁變形情況
編輯
圖五 支架及血管網(wǎng)格劃分
展開 研究揭示復(fù)合支架材料調(diào)控血管內(nèi)皮重塑機制
研究發(fā)現(xiàn)，具有高比例細(xì)胞黏附片段的復(fù)合支架在細(xì)胞培養(yǎng)初期可有效促進血管內(nèi)皮細(xì)胞黏著斑的形成（圖2），由此介導(dǎo)細(xì)胞與支架間較強的相互作用，對于內(nèi)皮化初期的血管內(nèi)皮細(xì)胞附著具有重要意義，而支架的力學(xué)性能則會對血管內(nèi)皮細(xì)胞間相互作用的形成產(chǎn)生重要影響。在適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能增強的復(fù)合支架表面，血管內(nèi)皮細(xì)胞在初期細(xì)胞黏附較低的情況下，仍然可實現(xiàn)融合的血管內(nèi)皮細(xì)胞單層的快速形成（圖3），在結(jié)構(gòu)和性能上具有更高的穩(wěn)定性，確保了支架用于構(gòu)建人工血管的極大潛力。綜上，復(fù)合支架材料的生物活性在調(diào)控血管內(nèi)皮重塑中起主導(dǎo)作用，而力學(xué)性能亦是影響血管內(nèi)皮重塑過程中血管內(nèi)皮細(xì)胞間聯(lián)結(jié)形成的重要因素。理想的人工血管材料需在滿足材料力學(xué)性能要求的前提下具備盡量優(yōu)化的生物活性。
相關(guān)成果不僅為促進血管內(nèi)皮重塑提供了優(yōu)化的復(fù)合支架材料，并對基于復(fù)合材料的人工血管設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義，將有望有效推進新型人工血管材料的研發(fā)。
來源：深圳先進技術(shù)研究院
展開 基于abaqus的血管支架有限元模擬分析
血管支架是一種薄壁管狀結(jié)構(gòu)，利用其可擴張的特性，借以支撐血管狹窄部位來治療冠狀動脈。
本文利用creo3.0 繪制了血管支架及相關(guān)模型，并利用abaqus仿真分析了某型號血管支架植入人體過程中的準(zhǔn)靜態(tài)受力分析。對血管支架的研究設(shè)計以及血管支架的醫(yī)學(xué)植入具有一定的理論指導(dǎo)意義。
一、模型的建立
血管支架治療的過程為：在植入前，將血管支架放在氣囊外側(cè)，并將其運輸?shù)絼用}血管狹窄部位處。通過給氣囊充氣，致使血管支架支撐狹窄部位的血管壁。為了全面仿真某型號血管支架的植入過程，本文建立了氣囊、血管支架、血小板、血管四個物理模型。
1.1 氣囊
氣囊的圖形如下圖1所示。兩邊為半球，中間為圓柱。氣囊的初始直徑為1.4mm，厚度為0.02mm，長度為10mm。由于氣囊很薄，模型中使用薄膜單元。考慮到creo與abaqus 的連接關(guān)系，在abaqus中建立氣囊模型。
圖1 氣囊物理模型圖
1.2 血管支架
血管支架由主筋和連接筋組成。主筋的草繪圖形如下圖2所示，連接筋的示意圖如下圖3所示。
圖2 主筋的草繪示意圖
圖3 連接筋的草繪示意圖
為了使連接筋與主筋在連接處光滑過渡，在主筋和連接筋之間有一處很短的過渡的直筋。連接筋的曲線取x的五次多項式，函數(shù)如下式1所示。
函數(shù)f(x)需要滿足f(0)、f(p)、f(t)等于0；同時f’(0)=0, f’(t)=0。考慮到以上函數(shù)的條件，我們將函數(shù)表達式改為是式（2）所示
其中，p為使f(x)取最大值為p1。
模型首先通過在creo建立，并導(dǎo)入到abaqus中。相關(guān)的物理模型如下圖4所示。
圖4 血管支架的模型
1.3 血小板
血管壁內(nèi)部積累了一定數(shù)量的血小板。
展開 
：雙功能可注射血管生成生物材料用于中風(fēng)腦組織修復(fù)
【引言】
中風(fēng)是導(dǎo)致大腦損傷的重要原因，而且血管生成和神經(jīng)元生長受到嚴(yán)重限制，導(dǎo)致大腦受損組織再生的能力有限。中風(fēng)后，炎癥和免疫反應(yīng)則會進一步在正常腦組織中產(chǎn)生中風(fēng)腔。目前，治療性的血管生成材料已經(jīng)用于在損傷腦組織處形成血管網(wǎng)絡(luò)來修復(fù)缺血組織。 然而，治療性血管生成材料能否實現(xiàn)腦組織再生并促進神經(jīng)修復(fù)卻研究甚少。
【成果簡介】
近日，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的S. Thomas Carmichael教授課題組與美國杜克大學(xué)Tatiana Segura教授合作，將負(fù)載有血管內(nèi)皮生長因子的水凝膠注射到中風(fēng)腔內(nèi)，從而誘導(dǎo)形成了血管和神經(jīng)元，并且沿著血管生成了軸突網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，這些軸突網(wǎng)絡(luò)能夠促使中風(fēng)受損腦組織的修復(fù)。該成果以題為" Dual-function injectable angiogenic biomaterial for the repair of brain tissue following stroke "發(fā)表在Nature Materials上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1中風(fēng)后血管生成反應(yīng)和血管重塑
(a) DAPI染色的Glut-1血管熒光圖片；
(b) BrdU染色的Glut-1血管熒光圖片；
(c) PDGFR-β染色的Glut-1血管熒光圖片；
(d) 在梗塞處和梗塞周圍區(qū)域血管密度的定量統(tǒng)計；
(e) 在梗塞處和梗塞周圍區(qū)域血管生成。
圖2 中風(fēng)后長期血管生長
(a) 凝膠移植16周后中風(fēng)位置血管的熒光圖片；
(b) 中風(fēng)位置和周圍區(qū)域血管密度的定量統(tǒng)計；
(c) 血管形貌的定量統(tǒng)計；
(d) 血管支化生產(chǎn)的定量統(tǒng)計。
展開 基于Cradle從工程學(xué)角度預(yù)測血管和氣管的流量并研究生物
當(dāng)將三個瓣膜中的兩個瓣膜接合在一起并在一段時間后取出時，可以確認(rèn)即使在幾天后血管中的細(xì)胞也發(fā)生了變化。中村說：“我認(rèn)為這種疾病將在幾十年后發(fā)生，而不是立即發(fā)生，但我們知道血管的變化將很快發(fā)生。” 我們計劃繼續(xù)通過重復(fù)實驗和分析來認(rèn)真探索疾病的發(fā)病機理。
血管手術(shù)所需的液體分析
在實驗室中，我們還與美國國家心血管研究中心和早稻田大學(xué)TWIns合作，進行了研究以預(yù)測由于搭橋手術(shù)而導(dǎo)致的腦血管血流的變化。腦動脈瘤可能會在腦血管中發(fā)生，但是如果腦動脈瘤腫脹和破裂，會對大腦造成致命的傷害，因此可以在破裂前進行手術(shù)。腦動脈瘤本身有兩種手術(shù)類型。一種是線圈栓塞術(shù)，其中將金屬絲卷成腦動脈瘤并包裝以防止劇烈的血液流入腦動脈瘤。另一種方法是修剪腦動脈瘤的根部。
但是當(dāng)腦動脈瘤變大時，無法使用這兩種方法，需要采用旁路手術(shù)。大腦的血管被復(fù)雜地拉伸，并且通過連接其中的一些血管，改變了血流路徑，并控制了流向腦動脈瘤的血液量。傳統(tǒng)上，醫(yī)生在連接位置上依賴于他們的經(jīng)驗和直覺。Nakamura等人認(rèn)為，如果可以在此檢查階段預(yù)測旁路手術(shù)后的血流量，則可以降低手術(shù)的風(fēng)險。“例如，在建筑業(yè)中，它分為設(shè)計階段，包括設(shè)計師的結(jié)構(gòu)計算和木匠的建筑。但是，在醫(yī)療方面，醫(yī)生負(fù)責(zé)從計劃到手術(shù)的所有工作。這是一種機械現(xiàn)象，因此我認(rèn)為工程師應(yīng)該在血管外科的設(shè)計中發(fā)揮作用。
圖2手術(shù)前和手術(shù)后三個月駝峰（腦動脈瘤）消失了。
圖3手術(shù)前，手術(shù)后1個月和3個月的外周血管阻力=（每個血管的出口壓力-右心房（靜脈）壓力）/流量
預(yù)測手術(shù)后的血流量
但是，在通過仿真來預(yù)測手術(shù)后的流量方面存在問題。傳統(tǒng)上，在假定手術(shù)前后外周血管的阻力值相同的前提下進行術(shù)后血流預(yù)測。然而，血管也具有自動調(diào)節(jié)機制，并且手術(shù)后血管阻力可能會改變。
展開 覆膜支架植入血管仿真分析
柔順性是各類支架臨床應(yīng)用的關(guān)鍵特征之一，決定了支架適應(yīng)血管的能力。如果柔順性不足，在植入彎曲血管時，支架容易扭曲，引起并發(fā)癥。相反，良好的柔 順性使擴張支架能夠跟隨血管的輪廓，減少支架血管界面處的變形。因此，柔順性 的提高將擴大支架在血管解剖形態(tài)上的廣泛應(yīng)用。如果擴張的支架由于缺乏柔順性而不能很好地適應(yīng)動脈，則可能導(dǎo)致內(nèi)漏。因此，提高支架的柔順性也可以增強密封效果，最大限度地減少內(nèi)漏等并發(fā)癥風(fēng)險。當(dāng)血管彎曲半徑越小，且彎曲夾角越小時，對支架的柔順性要求也越高，也更加容易在支架端部出現(xiàn)鳥嘴現(xiàn)象。即彎曲端部內(nèi)側(cè)支架與血管間存在空隙不能形成有效的密封，而主動脈弓處的血管半徑與血管彎曲角度都是對支架柔順性極具挑戰(zhàn)的一處血管，在臨床中“鳥嘴”現(xiàn)象對術(shù)后病人的恢復(fù)會存在巨大影響，同時則增加內(nèi)漏的風(fēng)險。通過提高支架的柔順性，可大幅度減小發(fā)生“鳥嘴”構(gòu)型的概率。
通過有限元能夠獲得支架植入后血管的形態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變分布，得到相應(yīng)的力學(xué)信息。
圖片6.png
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展開 血管支架強度/剛度有限元仿真-（1）
支架但由于塑性形變的產(chǎn)生，自身撐起血管，使血管直徑變大，即可達到使血液更好流通的目的。
1 仿真計算流程
本次仿真計算流程如下：
（1）依據(jù)所提供參數(shù)，建立各部件的三維模型（于CATIA中完成）；
（2）完成各部件的網(wǎng)格劃分，并進行裝配（于HYPERMESH中完成）；
（3）保存各部件的INP文件，導(dǎo)入ABAQUS中進行有限元分析；
（4）獲取有限元分析結(jié)果，并對所得數(shù)據(jù)結(jié)果進行后處理；
（5）完成報告的撰寫。
2有限元模型的建立
2.1血管支架有限元模型的建立
血管支架二維模型簡圖如圖2-1所示。
圖2-1 血管支架三維模型簡圖
圖中參數(shù)說明如下：
Rstent=0.75；Lstent=8.0；hc=0.9；dH=2π*Rstent/Ny (Ny=12)；P1=0.25 P2=0.5；Wstrut=0.1；Tstrut=0.1 (也就是大S形狀矩形截面的長寬，小S形狀的為Wstrut一半，Tstrut一樣大)
按照以上參數(shù)在CATIA中建立支架模型，如圖2-2所示。由于模型為軸對稱模型，因此建模時只需要建立一部分，劃分網(wǎng)格后通過鏡像、對稱等操作即可獲得整個支架完整的有限元模型，網(wǎng)格劃分在HYPERMESH中完成，如圖2-3.
圖2-2 血管支架實體模型
圖2-3 血管支架有限元模型
模型全部為六面體單元，單元類型為C3D8R，共計99390個單元，130176個節(jié)點。
2.2氣囊有限元模型的建立
氣囊三維模型參數(shù)為，長度為10mm，直徑為1.6mm，厚度為0.02mm。三維及有限元模型如圖2-4。
展開 案例分析 | 從工程學(xué)角度預(yù)測血管和氣管的流量并研究生物
帶有一個入口和四個出口的脈沖非穩(wěn)態(tài)分析，對上部小血管施加壓力條件
為了進一步查明原因，我們還使用豬進行了實驗。當(dāng)將三個瓣膜中的兩個瓣膜接合在一起并在一段時間后取出時，可以確認(rèn)即使在幾天后血管中的細(xì)胞也發(fā)生了變化。中村說：“我認(rèn)為這種疾病將在幾十年后發(fā)生，而不是立即發(fā)生，但我們知道血管的變化將很快發(fā)生。” 我們計劃繼續(xù)通過重復(fù)實驗和分析來認(rèn)真探索疾病的發(fā)病機理。
血管手術(shù)所需的液體分析
在實驗室中，我們還與美國國家心血管研究中心和早稻田大學(xué)TWIns合作，進行了研究以預(yù)測由于搭橋手術(shù)而導(dǎo)致的腦血管血流的變化。腦動脈瘤可能會在腦血管中發(fā)生，但是如果腦動脈瘤腫脹和破裂，會對大腦造成致命的傷害，因此可以在破裂前進行手術(shù)。腦動脈瘤本身有兩種手術(shù)類型。一種是線圈栓塞術(shù)，其中將金屬絲卷成腦動脈瘤并包裝以防止劇烈的血液流入腦動脈瘤。另一種方法是修剪腦動脈瘤的根部。
但是當(dāng)腦動脈瘤變大時，無法使用這兩種方法，需要采用旁路手術(shù)。大腦的血管被復(fù)雜地拉伸，并且通過連接其中的一些血管，改變了血流路徑，并控制了流向腦動脈瘤的血液量。傳統(tǒng)上，醫(yī)生在連接位置上依賴于他們的經(jīng)驗和直覺。Nakamura等人認(rèn)為，如果可以在此檢查階段預(yù)測旁路手術(shù)后的血流量，則可以降低手術(shù)的風(fēng)險。“例如，在建筑業(yè)中，它分為設(shè)計階段，包括設(shè)計師的結(jié)構(gòu)計算和木匠的建筑。但是，在醫(yī)療方面，醫(yī)生負(fù)責(zé)從計劃到手術(shù)的所有工作。這是一種機械現(xiàn)象，因此我認(rèn)為工程師應(yīng)該在血管外科的設(shè)計中發(fā)揮作用。
展開 “神工坊”——血管血液流動定制APP
一
背景及問題
血管血液流動問題是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域非常重要的一個研究分支，對血液在血管系統(tǒng)中的流動行為進行研究可以增進對生理學(xué)基本原理的理解，有助于
對血管疾病發(fā)展機制進一步的認(rèn)識
，并
優(yōu)化治療方案或者完善相關(guān)的醫(yī)療器械
。血液在血管里的流動本質(zhì)上可以認(rèn)為是一種非牛頓流體的流動，因此基于CFD仿真計算方法對血管血液流動問題進行分析，是目前非常熱門的一個研究方向。
基于仿真計算方法對血管血液流動問題進行準(zhǔn)確的分析，需要研究人員具備流體力學(xué)、數(shù)值離散、代數(shù)求解等學(xué)科知識，同時要能夠熟練使用網(wǎng)格劃分軟件、仿真求解軟件和仿真后處理軟件進行仿真全流程作業(yè)，而目前市面上大部分仿真軟件都是通用仿真分析軟件，覆蓋場景較多，因而參數(shù)設(shè)置、模型選擇等非常繁雜，新手學(xué)習(xí)周期長，難度大。因此，不管是從理論分析和軟件實操方面，對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究人員來說，仿真計算的應(yīng)用門檻都是非常高的。
二
方案 ??
為降低醫(yī)院研究人員使用仿真方法進行醫(yī)學(xué)研究的門檻，針對血管血液流動問題我們
開發(fā)定制化仿真APP（BVFSim）
。該APP主要基于“神工坊“前后處理集成框架進行快速定制開發(fā)
。
展開 CFD在心血管系統(tǒng)研究中的應(yīng)用，速度較國外商軟顯著提升
一、CFD在心血管系統(tǒng)中的應(yīng)用
計算流體力學(xué)（CFD）在心血管系統(tǒng)中的應(yīng)用是其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最成熟、最深入的方向之一。它通過數(shù)值模擬血液流動的動力學(xué)特征如，流速、壓力、剪切應(yīng)力等，結(jié)合患者的影像數(shù)據(jù)重建個性化血管模型，為理解心血管疾病的發(fā)病機制、優(yōu)化診療方案提供了量化依據(jù)。以下是其核心應(yīng)用場景及解決的問題：
1、動脈粥樣硬化的機制研究與風(fēng)險預(yù)測
動脈粥樣硬化是冠心病、腦梗死等疾病的核心病因，其斑塊易在血管分叉、彎曲處，如頸動脈分叉、冠狀動脈左前降支的形成，而血流動力學(xué)異常是關(guān)鍵誘因。
應(yīng)用場景：
基于患者CT/MRI影像重建頸動脈、冠狀動脈等血管的三維模型，模擬血流在血管內(nèi)的流動狀態(tài)，計算壁面剪切應(yīng)力WSS、壓力梯度、血流停滯區(qū)等參數(shù)。
分析斑塊形成與發(fā)展的力學(xué)環(huán)境：低WSS（<0.4Pa）會導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂，促進脂質(zhì)沉積和炎癥反應(yīng)；高振蕩剪切指數(shù)OSI則會增強內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，加速斑塊進展。
可解決的問題：
預(yù)測斑塊易發(fā)生區(qū)域：通過WSS分布識別“高危區(qū)域”，提前預(yù)警動脈粥樣硬化風(fēng)險。
評估斑塊穩(wěn)定性：斑塊表面的高剪切應(yīng)力或血流沖擊可能導(dǎo)致斑塊破裂，CFD可量化斑塊承受的機械力，輔助判斷是否需要提前介入治療。
2、動脈瘤的生長與破裂風(fēng)險評估
動脈瘤，如顱內(nèi)動脈瘤、腹主動脈瘤，是血管壁局部膨出形成的“薄弱點”，其破裂可能導(dǎo)致致命性出血，而血流對瘤壁的力學(xué)作用是決定其生長和破裂的核心因素。
應(yīng)用場景：
基于影像重建動脈瘤的三維形態(tài)，模擬瘤腔內(nèi)的血流渦流、壓力分布、瘤壁剪切應(yīng)力（WSS）和瘤壁壓力（TBP）。
分析血流動力學(xué)參數(shù)與動脈瘤特性的關(guān)聯(lián)：例如，瘤腔內(nèi)的渦流紊亂程度、高壓力梯度區(qū)域與破裂風(fēng)險正相關(guān)；低WSS則可能促進瘤壁退化，加速動脈瘤生長。
展開 
汽車的血管與神經(jīng)-線束，未來可期！
加入知識星球解鎖更多新能源資源（推薦）
本材料詳細(xì)的介紹了汽車的血管與神經(jīng)，線束！，是難得的的材料，已上傳公眾號知識星球，加入知識星球解鎖更多新能源技術(shù)資源，更多獲取方法見文末。
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展開 ：仿生形狀記憶支架促進人工血管三維內(nèi)皮化
【引言】
據(jù)WHO統(tǒng)計，心血管疾病是目前全球致死率最高的疾病，每年因心血管疾病死亡的人數(shù)超過1750萬。目前，心血管疾病臨床治療有效方式之一是動脈搭橋術(shù)。但該治療方式嚴(yán)重依賴自體血管移植，且易誘發(fā)一系列并發(fā)癥，由此，心血管疾病治療仍面臨巨大挑戰(zhàn)。近年來，隨著新材料與組織工程的迅速發(fā)展，人工血管構(gòu)建有望成為未來新的心血管疾病治療方式。然而，如何成功實現(xiàn)血管內(nèi)皮化，避免植入后發(fā)生血栓性栓塞乃至失效，仍是人工血管構(gòu)建的一大難題。
【成果簡介】
近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院杜學(xué)敏副研究員及其研究團隊構(gòu)建了一種可從二維到三維自卷曲閉合的仿生小口徑血管支架，并成功實現(xiàn)小口徑血管快速三維內(nèi)皮化。相關(guān)研究成果以“Programmed shape-morphing scaffolds enabling facile 3D endothelialization”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域權(quán)威期刊Advanced Functional Materials（IF: 12.12）上（Advanced Functional Materials, 2018, 1801027；DOI: 10.1002/adfm.201801027），論文第一作者為先進院趙啟龍博士，通訊作者為杜學(xué)敏副研究員。
【圖文導(dǎo)讀】
圖 1 平面薄膜支架在生理溫度（37 °C）觸發(fā)下，從臨時二維薄膜形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻K態(tài)三維微管形狀
圖 2 微管支架形貌圖與力學(xué)分析（左），支架從臨時二維薄膜形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻K態(tài)三維微管形狀及其生物相容性分析（右）
圖 3 血管內(nèi)皮細(xì)胞三維培養(yǎng)和內(nèi)皮化
【小結(jié)】
本文通過結(jié)合形狀記憶材料和靜電紡絲技術(shù)，成功設(shè)計并構(gòu)建了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的新型仿生小口徑血管支架。
展開 COMSOL 留置針在血管中插入過程模擬 ￥3500
留置針插入的臨床過程一般是：1、進針見回血后再往前送一點約2．5mm（血管一般３ｍｍ以上，這樣是為了讓后面的留置針也能進入血管，同時前面的鋼針尖沒有碰到血管內(nèi)壁）；２．開始退鋼針，退約一半出來（鋼針回縮１－２ｃｍ，留一半鋼針是起支撐作用的，避免軟管太軟行進過程中彎折）；３．再把外塑料針?biāo)瓦M去１－２ｃｍ（如果血管是彎的，送的短，避免前端碰到血管壁，如果血管是直的，可以送２ｃｍ），留置針不一定要全進血管；４．留置針是有手柄的，那是要有手柄才能用小的力送進去；５．最后全部退出鋼針；６．用膜固定留置針。
本篇文檔基于COMSOL軟件模擬了留置針在血管中的插入過程。具體效果展示如下：
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展開 CFD在心血管系統(tǒng)研究中的應(yīng)用，速度較國外商軟顯著提升
一、CFD在心血管系統(tǒng)中的應(yīng)用
計算流體力學(xué)（CFD）在心血管系統(tǒng)中的應(yīng)用是其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最成熟、最深入的方向之一。它通過數(shù)值模擬血液流動的動力學(xué)特征如，流速、壓力、剪切應(yīng)力等，結(jié)合患者的影像數(shù)據(jù)重建個性化血管模型，為理解心血管疾病的發(fā)病機制、優(yōu)化診療方案提供了量化依據(jù)。以下是其核心應(yīng)用場景及解決的問題：
1、動脈粥樣硬化的機制研究與風(fēng)險預(yù)測
動脈粥樣硬化是冠心病、腦梗死等疾病的核心病因，其斑塊易在血管分叉、彎曲處，如頸動脈分叉、冠狀動脈左前降支的形成，而血流動力學(xué)異常是關(guān)鍵誘因。
應(yīng)用場景：
基于患者CT/MRI影像重建頸動脈、冠狀動脈等血管的三維模型，模擬血流在血管內(nèi)的流動狀態(tài)，計算壁面剪切應(yīng)力WSS、壓力梯度、血流停滯區(qū)等參數(shù)。
分析斑塊形成與發(fā)展的力學(xué)環(huán)境：低WSS（<0.4Pa）會導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂，促進脂質(zhì)沉積和炎癥反應(yīng)；高振蕩剪切指數(shù)OSI則會增強內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，加速斑塊進展。
可解決的問題：
預(yù)測斑塊易發(fā)生區(qū)域：通過WSS分布識別“高危區(qū)域”，提前預(yù)警動脈粥樣硬化風(fēng)險。
評估斑塊穩(wěn)定性：斑塊表面的高剪切應(yīng)力或血流沖擊可能導(dǎo)致斑塊破裂，CFD可量化斑塊承受的機械力，輔助判斷是否需要提前介入治療。
2、動脈瘤的生長與破裂風(fēng)險評估
動脈瘤，如顱內(nèi)動脈瘤、腹主動脈瘤，是血管壁局部膨出形成的“薄弱點”，其破裂可能導(dǎo)致致命性出血，而血流對瘤壁的力學(xué)作用是決定其生長和破裂的核心因素。
應(yīng)用場景：
基于影像重建動脈瘤的三維形態(tài)，模擬瘤腔內(nèi)的血流渦流、壓力分布、瘤壁剪切應(yīng)力（WSS）和瘤壁壓力（TBP）。
分析血流動力學(xué)參數(shù)與動脈瘤特性的關(guān)聯(lián)：例如，瘤腔內(nèi)的渦流紊亂程度、高壓力梯度區(qū)域與破裂風(fēng)險正相關(guān)；低WSS則可能促進瘤壁退化，加速動脈瘤生長。
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