2.4.3 血流导向装置植入后的计算流体力学仿真
下面使用Ansys CFX 2019对Tubridge支架植入前、植入后未推密和植入后推密的结果进行计算流体力学仿真，分析血流导向装置植入对于动脉瘤内血液动力学参数的影响。
1）网格划分
由于Abaqus采用梁单元对Tubridge支架进行网格划分，计算结果仅包含节点和线段的信息，无法直接用于流体域的定义。故先将变形后的支架网格导出为wrl格式，提取其中的节点坐标信息，在pyFormex中生成支架中心线，再用对应支架丝径的圆，沿支架中心线扫略成壳单元，并以inp格式导出到Abaqus中，再利用Abaqus导出stl文件的自带插件，导出为stl格式。Tubridge支架在未推密和推密的情况下，贴壁都比较良好，这种情况下，已经贴壁的支架丝对于动脉瘤内的流场影响较小。由于主要关心的部分为动脉瘤腔内，仅保留足以覆盖动脉瘤瘤颈处的支架部分参与流体力学计算即可，因为在划分流体区域网格时，支架丝附近的网格尺寸非常小，删去不必要部分的支架的好处是可以大大减少网格数量，提高计算效率。这一做法在动脉瘤的血液动力学研究中也较为常见。图2-29中蓝色部分为裁剪完毕用于CFD仿真的支架部分，裁剪原则为确保支架能够覆盖住动脉瘤瘤颈口，裁剪完的支架边缘与血管壁紧密贴合。裁剪后封闭所有孔，同时确保所有面片法向朝外，这样做是为了保证在划分网格时能够正确识别支架丝所占据的空间。
图2-29 在Geomagic中裁剪出用于CFD仿真的支架区域［完整支架（灰）和用于CFD仿真的区域（蓝）］
网格划分使用Ansys ICEM 2019进行，由于几何结构过于复杂，无法用结构化单元或六面体单元进行拟合，网格类型只能设置为四面体单元。设置全域最大网格尺寸为0.3 mm，出入口最大网格尺寸为0.2 mm，支架丝设置为内壁面，为了确保能够很好地还原支架丝的形态，设置支架丝附近的最大网格尺寸为0.03 mm。血管动脉瘤壁面上的网格划分情况如图2-30所示，可见支架与动脉瘤贴壁的地方，网格有明显的加密。实际网格尺寸远小于网格最小尺寸，最终带支架的模型，网格数量在700万～900万。
图2-30 血管动脉瘤壁面网格划分情况(https://www.daowen.com)
2）材料属性和边界条件
在本研究中，血液采用血液动力学研究中常用的牛顿流体，密度为1 060 kg/m3，黏度为0.003 5 Pa·s，采用层流模型进行计算［24］。
模型的边界条件设置如图2-31所示，血管左侧管道定为入口，按照泊肃叶定律，施加抛物面的速度边界条件，中心速度最高，速度波形如图2-32所示，入口的血管边缘处速度为0 m/s，心动周期为0.8 s，对应心率为75跳/min，中心速度峰值为0.558 m/s，出现在每个心动周期内的第0.1 s。血管右侧管道施加出口边界条件，参考压力设为0 Pa。在该模型中，血管壁和支架丝定义为刚性无滑移壁面。
图2-31 边界条件的设置
图2-32 入口处中心速度波形
整个过程以瞬态模式进行计算，共计算两个心动周期，时间步长设置为0.005 s，要求每个时间步迭代残差在1×10-4以下。