图5为流线图，观察流线变化情况。

研究中选取几个重要时刻进行分析，分别是0.06 s(0.472 4 m/s)，0.12 s(0.936 5 m/s)，0.25 s(0.05 m/s)，0.3 s (0.360 9 m/s)，根据图5流线可以看出，血流加速过程中，在0-0.06 s血液速度不断增加，血液处于层流状态，流线与血管壁保持平行。随着血液速度不断增大，在动脉瘤内逐渐形成涡流，涡流最初出现在动脉瘤左侧位置，在速度不断增加的过程中涡流中心向动脉瘤中心逐渐转移且涡流强度也不断增加。在收缩期末端(0.12 s)入口速度达到峰值，血流速度较快，血流冲击动脉瘤壁面在动脉瘤内形成涡流，涡流中心处于动脉瘤中间位置，此刻由于涡流存在，血液中的有形物质受到的离心力较大，会使血液中的有形物质黏附在血管壁上。在0.12-0.25 s血流速度不断减小，动脉瘤内的涡流强度不断增大，在0.25 s血流速度达到一个极小值点，在整个动脉瘤腔内形成低速涡流区域，且流态复杂，在这种情况下，存在血流动力不足，血液中的物质会发生沉积现象，以及激活血流中凝血与纤溶系统，使血液中的有形成分形成栓子，导致凝血和血栓的形成。在右端血管分支交汇位置也形成了细小的涡流区域。在0.25-0.3 s血液流速再次增加，动脉瘤内的涡流强度逐渐减小，动脉瘤底部逐渐恢复层流状态，涡流出现在动脉瘤顶部。根据流线图可以看出在相同时刻，两相流产生的涡流形态与单相流的涡流形态基本保持一致，但两相流模型的流动情况较为简单，这可能是与红细胞和血管壁以及血浆间的相互作用有关。
2.2   壁面剪切应力分析   壁面切应力(Wall shear stress，WSS)是血液在流动过程中与血管壁间形成的切向摩擦力，方向与血管壁平行，被认为与动脉瘤形成和发展有着重要关系[19-20]。研究证明，血液在流动时产生的壁面切应力过高、过低均会对动脉瘤产生一定的影响，其中高壁面剪切应力被认为是导致动脉瘤的形成原因，低壁面剪切应力会促进动脉瘤的生长和破裂[21]。壁面剪切应力云图如图6所示。

JOU等[22]通过对比2例梭形动脉瘤，在随访期间发现其中1例明显增大，另1例无明显变化，明显增大的动脉瘤，增大位置主要出现在壁面切应力< 0.1 Pa的位置，得出极低的壁面剪切应力与动脉瘤的生长密切相关。根据壁面剪切应力云图分布可知，单相流中的剪切应力与两相流中的剪切应力分布趋于一致，最高壁面剪切应力均出现在速度入口处以及在入口弯曲处，其中两相流的最大壁面剪切应力远高于单相流的壁面剪切应力，其原因是两相流中的最大血流速度大于单相流的血流速度以及在两相流中存在血红细胞与血管壁进行摩擦作用，使血管壁形变量大于单相流使血管壁产生的形变量。在0.07 s时，血流速度处于加速阶段，动脉瘤上的壁面剪切应力较低，此时< 0.1 Pa的壁面剪切应力主要分布在动脉瘤左前方和后上方。在1.2 s时流速达到最大，此时< 0.1 Pa的壁面剪切应力主要分布在动脉瘤顶位置，在血流的高速冲击下，具有破裂的风险。在0.25 s时此刻血流速度处于一个极小值点，壁面剪切应力< 0.1 Pa的位置主要出现在动脉瘤顶部、底部以及下方的血流出口位置，此刻，动脉瘤内血液流动情况较为复杂，涡流强度较大，研究表明，低壁面剪切应力可破坏上皮细胞间隙，使抗氧化和抗炎介质调节失调，导致内皮细胞重塑，甚至导致细胞变性、凋亡，但该条件却为动脉瘤内血栓的形成提供了合适的生理环境。在0.3 s时，低壁面剪切应力再次集中到动脉瘤顶部，较0.12 s时面积有所增加。根据4个时刻壁面剪切应力< 0.1 Pa的面积占总面积的百分比对单相流和两相流进行对比结果见表1。根据表1可知，在相同时刻的壁面剪切应力< 0.1 Pa的面积中，两相流大于单相流的面积占比，结果表明在考虑血红细胞作用时，动脉瘤生长及破裂的风险比只考虑单相流时大。



2.3   壁面位移分析    为了研究在一个心动周期内的壁面位移变化，选取了几个特定时刻进行分析，分别是0.06，0.12，0.25，0.3 s。根据图7中的位移云图可知：随着血流速度的不断增大动脉瘤壁面位移也逐渐增大，在0.12 s时速度达到最大，根据流线可知从血流入口方向沿血管壁向出口侧的动脉瘤颈部流动，然后对动脉瘤颈部进行冲击，之后向动脉瘤顶部流动，形成的回流与动脉瘤前流入的血流相汇。此时的动脉瘤形变最大位置出现在动脉瘤颈部位置。最大形变位移量为0.006 32 mm在0.06 s时血流速度较慢，此时血管壁的最大位移量为0.004 7 mm。随着血流速度的不断增大，在0.12 s时位移量达到最大。在0.12-0.25 s时血流速度减小，在此过程中，动脉瘤内的流态复杂，在涡流作用下对动脉瘤壁面位置的冲击力大小也会发生改变，根据云图可知瘤体壁面的最大形变位置向动脉瘤顶部转移，在0.025 s时血流速度处在一个极小值点，此刻的最大位移为0.000 2 mm。在0.25-0.3 s血流再次加速壁面位移也逐渐增加，由壁面形变位移云图可知将单相流与两相流的位移进行对比可以看出，相同时刻两相流的最大位移总比单相流的大，其中单向流的壁面位移范围为0-0.003 76 mm，两相流中的壁面位移范围为0-0.006 32 mm。在相同时刻，与单相流模型相比两相流模型的血管壁形变量较大，是由于两相流模型的血管壁所受应力较大，故两相流模型更易出现破裂。



2.4   相对停滞时间   相对停滞时间和血栓的形成有着密切关系，该数值越高表示停留时间越长，形成血栓的可能性就越大。如图8所示为血液的相对停滞时间在壁面上的分布，由图可知，高相对停滞时间的分布与低速涡流区域以及低壁面剪切应力区域分布保持一致，主要分布在动脉瘤附近以及右侧血管分叉位置，则说明该位置更易破裂，两种模型进行对比发现存在两相流中的高相对停滞时间区域面积大于单相流中的高相对停滞时间面积，即在两相流模型中更易形成血栓，而血栓的形成对动脉瘤具有一定的弱化作用，且血栓形成后，在受到血流冲击作用下可能会发生脱落，使载瘤动脉发生堵塞，由此可知，与单相流模型相比，在两相流模型中动脉瘤更易出现破裂以及发生载瘤动脉阻塞的问题。

颅内动脉瘤是临床上常见的血管性疾病，主要是由血管壁发生病理性重塑引起的[1]，医学上将其定义为：血管壁结构遭到破坏出现的异常扩张导致永久性和局部突起现象。颅内动脉瘤也是非创伤性蛛网膜下腔出血的最主要原因之一[2-4]，并且动脉瘤具有随时破裂的可能，一般动脉瘤在破裂前并无明显征兆，一旦出现破裂，如不及时医治，会导致休克甚至死亡的严重后果，即使得到救治也有很大概率会出现一系列并发症，严重影响患者以后的生活质量。因此，对动脉瘤的研究受到了相关研究人员的高度重视。

通过研究发现，血流动力学对动脉瘤的产生、破裂以及血栓的形成有着密不可分的关系，这一点也在临床上得到了验证[5]。学者钟焕鑫[6]采用计算流体力学与统计学方法相结合对60例动脉瘤患者进行研究，结果发现引入血流动力学参数对动脉瘤破裂风险的预测效果更好，并且得到血流动力学参数中壁面剪切应力和震荡指数是动脉瘤破裂的决定因素。FRÖSEN等[7]对以往的研究进行总结分析得出：引起高壁面剪切应力的血流条件激活了血管壁内皮细胞的促炎信号，并通过巨噬细胞趋化蛋白1将巨噬细胞集中暴露在高壁面剪切应力位置，使吞噬细胞暴露在高壁面切应力中，巨噬细胞浸润导致蛋白酶表达，使血管内壁的胶原蛋白基质和弹性纤维层遭到破坏，导致血管壁向外膨出，动脉瘤形成。YUAN等[8]研究发现与未破裂的动脉瘤相比，破裂动脉瘤的低壁面剪切应力面积占比较大，且破裂前动脉瘤的震荡剪切指数明显高于未破裂的动脉瘤。主动脉夹层中血栓形成可以采用剪切速率、血小板分布以及血液相对停滞时间等因素来评估血栓形成的可能性，并能够利用数值模拟得到血栓生长对血流动力学的影响[9]。MURAYAMA等[10]通过整理前人的研究结果，对比258篇与动脉瘤破裂、生长有关的文章得出计算流体力学中相关血液动力学参数可以作为评估动脉瘤破裂、生长的理论依据。随着计算机数据处理速度的不断提升，杨刚[11]通过采用计算机仿真技术与体外模拟实验相对比发现：计算机模拟结果与实验结果基本保持一致，表明数值模拟具有可信度。

该研究以个体化右侧颈内动脉颅内段后交通动脉瘤为研究对象，采用双向流-固耦合方法模拟血液与血管壁间的相互作用，并将血液假定为单相流和两相流形成对比，探讨血液动力学参数对动脉瘤的生长、破裂以及动脉瘤内血栓形成机制的影响，为医学上治疗动脉瘤的形成和预测动脉瘤的破裂提供理论依据。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

1.1   设计   观察性研究。
1.2   时间及地点   实验于2014年1-12月在新疆医科大学第一附属医院影像科完成。
1.3   对象   CT图像来自于新疆医科大学第一附属医院影像科采集的1例52岁的女性后交通动脉瘤患者。患者及其家属对资料采集过程完全知情同意，并签署了“知情同意书”。研究方案的实施符合《赫尔辛基宣言》和新疆医科大学第一附属医院对研究的相关伦理要求。
1.4   方法   
1.4.1   动脉瘤几何模型   使用美国通用公司GE64排螺旋CT机对患者进行CT图像数据采集，见图1。将获得的CT影像导入到MIMICS 20.0中，进行动脉瘤表面模型的建立和面片削减，得到STL格式文件，并采用软件Geomagic Studio对模型进行修复、光滑和优化处理并导出STP格式的三维血管壁模型，见图2。 

1.4.2   数值模拟

(1)层流选择：层流和湍流判断依据采用雷诺数，计算公式如下[12]：

Re=ρvD/η                                               (1)

式中：ρ为流体密度，D为血管的当量直径，v为流速，η为流体的黏性系数，研究中动脉瘤内径为6.6 mm，经计算Re=1 872<2 300，故采用层流流动。

(2)两相流模型：研究中血液模型采用红细胞悬浮在血浆中的两相流体模型，其中红细胞假定为刚性固体颗粒，血浆为不可压缩非牛顿流体。具体控制方程如下[13-14]：
连续方程：

式中：ρ为流体密度，ε是体积分数，t是时间，v是速度，k代表每一相，且存在两相体积分数之和等于1的关系。
动量方程：

式中：P代表压力， 代表应力张量， 为重力， 为各相间的动量交换系数， 包括虚拟质量力，浮生力，电磁力等其他作用力。

(3)非牛顿血液模型：研究中单相流血液与两相流中的血浆均视为不可压缩非牛顿流体，采用的动力黏度变化模型为Carreau-Yasuda模型[15]： 

式中：μ∞为高剪切率对应的血液黏度，数值为0.002 2 Pa·s；μ0为低剪切率对应的血液黏度，数值为0.022 Pa·s；λ为时间常数，数值为0.11 s；a和n均为常数，分别是0.644和0.392。

(4)双向流-固耦合模型：研究中假定血液在流动过程中与弹性血管壁的运动状态完全耦合，其耦合方程为[16]： 

式中：X，R分别为血管壁的轴向与径向位移。
1.4.3   边界条件   研究假定血管与血流之间无滑移、无渗透，采用的血管材料为各向同性线弹性材料。密度为1 160 kg/m3，弹性模量为7.7×107 Pa，泊松比为0.45[17]。动脉瘤壁厚一般为0.02-0.50 mm，在此次研究中假定载瘤动脉壁厚和动脉瘤壁厚均为0.15 mm[18]。对于血管壁在进、出口所在3个平面上均添加固定约束，限定位移。单相血液密度为1 060 kg/m3，两相流中的血浆密度为1 030 kg/m3。红细胞直径设定为8 μm，密度为1 200 kg/m3，动力黏度为0.018 Pa·s。红细胞的体积分数在进出口均为0.45。因无法测量得到动脉瘤入口血流速度，采用文献中的血流速度曲线作为入口边界条件[12]，见图3，出口采用自由流出，出口压力设为0 Pa。

1.5   主要观察指标   ①动脉瘤血液流线与流速分析；②壁面剪切应力分析；③壁面位移分析；④相对停滞时间。

此次研究通过对比流线流速、壁面的形变位移、壁面切应力以及血液相对血管壁停滞时间等血流动力学参数的变化分析血液组分对动脉瘤的影响。根据以上分析结果可知：在一个心动周期中，单相流与两相流模型中的流速与流态基本保持一致，表明血液组分对动脉瘤内的流动状态影响较小。有研究表明，当动脉瘤壁内皮细胞处于异常低的壁面切应力中，此时内皮细胞将机械信号转化为生物信号使通路激活以维持血管内的稳定状态，而在异常的血流动力学条件下细胞凋亡与细胞增值平衡可能被打破，致使细胞凋亡大于细胞增殖速度，导致动脉瘤壁变薄，出现动脉瘤增长甚至破裂[23]。而在两相流模型中的低壁面剪切应力面积占比，相对单相流模型的低壁面剪切应力面积占比大，且在0.25 s时两模型的低壁面剪切应力面积相差最大，从而推测两相流模型更易出现生长及破裂。同时，还根据血液相对于血管壁的相对停滞时间分布云图，得到两相流模型的高相对停滞时间所占面积比单相流模型的大，即两相流模型形成血栓的可能性较大。

目前对动脉瘤内的血流动力学研究，多采用流-固耦合方法将血液视为单相流模型，或采用两相流方法将血管壁视为刚性体，对此研究多有不足，因此，作者结合前人研究，在采用流-固耦合方法的同时将血液假定为单相流模型与两相流模型进行对比，从而获得两种模型的差异性，同时根据仿真数据来研究动脉瘤破裂的影响，探讨血液组分对动脉瘤破裂的作用机制，为临床上对动脉瘤评估、采取何种治疗手段也具有一定的指导意义。此外，在该研究中采用的是1例个体化后交通动脉瘤，限制了统计学意义，下一步应当通过扩大样本量来验证文章的结论，从而为动脉瘤发生、破裂以及内部血栓形成提供更有力的数据支持。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

文题释义：
壁面剪切应力：血液在血管内流动时与血管内膜表面间产生的切向摩擦力，与血液流量成正比。
涡流：旋流的血液，当血液流过干扰其直接流过的路径并产生反向血流。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

有研究表明，当动脉瘤壁内皮细胞处于异常低的壁面切应力中，此时内皮细胞将机械信号转化为生物信号使通路激活以维持血管内的稳定状态，而在异常的血流动力学条件下细胞凋亡与细胞增值平衡可能被打破，致使细胞凋亡大于细胞增殖速度，导致动脉瘤壁变薄，出现动脉瘤增长甚至破裂。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程