[发明专利]颅内动脉瘤治疗的模拟方法及控制装置

说明书

本发明提供一种颅内动脉瘤治疗的模拟方法及装置，该方法包括创建弹簧圈的三维结构、将弹簧圈放置到动脉瘤中，包括模拟计算将弹簧圈包装到一根仿真导管中以及、将弹簧圈释放到动脉瘤中；创建支架的三维结构、支架放置到载瘤血管中，包括模拟计算将支架压缩放置到微导管、将支架及微导管弯曲、将支架释放到载瘤血管；创建弹簧圈的结构及模拟计算弹簧圈放置到动脉瘤时，将弹簧圈模拟成三维欧拉‑伯努利梁；创建支架三维结构及模拟计算支架放置到载瘤血管时，将支架模拟成三维壳单元；模拟计算支架释放到载瘤血管时，将支架及微导管沿着载瘤血管的中心线进行弯曲。该装置用于实现上述的模拟方法。本发明能提高模拟计算的效率，减少计算时间。

技术领域

本发明涉及转化医学领域，具体地，涉及一种模拟治疗颅内脑动脉瘤的方法以及实现这种方法的装置。

背景技术

颅内动脉瘤是一种常见的脑部疾病，对人体的危害非常大，由于颅内动脉瘤是颅内动脉壁病理性的膨出，如图1所示，动脉瘤11通常是在载瘤血管10的动脉壁上形成，常见于脑血管威利斯环的动脉分叉处，且动脉瘤破裂后果是致命性的，大约有一半的病患不能存活，剩余另一半的病患经过治疗后往往效果也不理想，通常出现不同程度的身体功能性障碍。

弹簧圈栓塞是目前治疗动脉瘤最常见也是最有效的方法，如图2所示，该方法是将一个弹簧圈12释放到动脉瘤11内，通过弹簧圈12对动脉瘤11的栓塞作用来减少动脉瘤11内血流流动，其治疗过程包括释放一系列的弹簧圈12到动脉瘤11的腔内，弹簧圈12填充引起后续动脉瘤11内的血栓形成，最终对动脉瘤11进行栓塞，达到把动脉瘤11隔绝于血流循环之外的效果。

对于宽颈动脉瘤，通常还需要将一种疏网的支架常常放置在载瘤血管中，如图3所示，将弹簧圈12释放到动脉瘤11后，还需要在载瘤血管10上放置多孔支架13，来防止弹簧圈12从动脉瘤11的腔内落到载瘤血管10内，这种手术方法叫支架辅助的弹簧圈栓塞方法。

近几年，人们也开始研究一种密网支架来重构载瘤血管进行对脑动脉瘤进行栓塞的方法，如图4所示的，这种方法是通过在载瘤血管10内放置一个密网支架14来减少进入到动脉瘤11腔内血流速度和血流量，进而在动脉瘤11的腔内形成血栓。通常，密网支架14的金属网覆盖率在30-35％左右。密网支架14针对大动脉瘤和宽颈等复杂动脉瘤特别有效，有时候植入密网支架14同时还可以放置少量的弹簧圈，如图5所示，在动脉瘤11内放置少了的弹簧圈15，并且在载瘤血管10上放置密网支架14，且密网支架14放置在动脉瘤11的开口处的一端载瘤血管10上。

前瞻性随机的多中心临床试验表明，跟传统的开颅手术，即通过动脉瘤夹来夹闭动脉瘤的方法相比，弹簧圈和支架介入治疗的方法对破裂和未破裂动脉瘤有更好的结果。但是，弹簧圈栓塞的一个最大的弱点是有很高的复发率，并且需要对这些复发的动脉瘤进行重新治疗。目前弹簧圈栓塞复发的机理没有完全理解，但是从直观的和大量学术研究表明，弹簧圈或者支架辅助的弹簧圈栓塞之后的复发跟血流动力学的改变有密切的关系。

基于医学图像的计算流体力学(CFD)在动脉瘤治疗前后的血流动力学分析中应用广泛，但是，计算流体力学仿真需要准确的弹簧圈、支架或者密网支架的真实的三维结构，这个问题正是目前对弹簧圈和支架进行虚拟释放模拟计算的挑战，因为之前的方法不能有效地扑捉弹簧圈和支架的现实释放之后的三维结构。

目前动脉瘤模拟仿真计算相关方法有基于多孔介质的方法和快速的释放方法，包括弹簧圈的动态路径法和支架的单形网格膨胀法。例如中国发明专利申请CN103198202A就公开了一种基于数学模型膨胀方法来进行对动脉瘤载瘤血管支架的释放方法。虽然这些方法的计算速度比较快，但是其准确性大打折扣。