人体颈动脉分叉血管解剖结构三维建模

　　在临床血管外科的术前模拟、血流动力学仿真以及介入器械研发测试环节，精准还原人体血管的自然走形与分叉结构是所有工作开展的基础，本次构建的颈动脉分叉结构模型，完全贴合人体生理状态下的血管曲率变化，没有做理想化的直管简化，能够为相关研究提供更贴近真实生理状态的几何载体。从实际临床应用场景来看，颈动脉分叉是动脉粥样硬化斑块的高发位置，血流在分叉处会形成湍流、低壁面剪应力区，这些区域的血流动力学参数计算高度依赖血管几何模型的精度，如果模型对分叉处的过渡圆角、血管弯曲弧度做了过度简化，最终计算出的壁面剪应力、振荡剪切指数等参数会和真实生理状态出现较大偏差，直接影响斑块形成机制研究、支架植入效果模拟的结果可信度。

　　在设计建模过程中，首先以真实人体颈部血管的影像扫描数据为基础，提取血管中心线的走形路径，重点还原颈总动脉向上分叉为颈内动脉与颈外动脉的自然弯曲角度，没有采用规则的圆弧拟合血管弯曲段，而是保留了血管壁自然的曲率变化，分支与主干的衔接位置做了平滑的曲面过渡，避免出现几何尖角导致后续网格划分时出现畸变单元。模型的表面分割完全基于中心线的拓扑关系完成，主干段、分叉过渡段、两个分支段的曲面边界连续，没有出现曲面拼接的缝隙或者重叠，能够直接导入流体力学仿真软件进行布尔运算，生成流体域网格。

　　从结构尺寸的还原度来看，模型保留了生理状态下颈总动脉到分支血管的管径渐变特征，颈总动脉段的管径沿血流方向没有做等径处理，分叉位置的管径膨大特征也做了精准还原，这一特征是颈动脉窦的位置，也是血流动力学研究的重点区域，很多简化模型会忽略这一局部膨大结构，导致仿真结果无法复现该区域的低速回流区。在安装与适配边界上，模型的两个端面都做了垂直于局部血管中心线的平整切面，方便在仿真计算时设置血流入口与出口的边界条件，不需要使用者再对端面进行额外的裁剪处理，血管壁的曲面厚度可以根据后续研究需求进行偏移设置，当前模型为血管内腔的几何面，既可以用于计算流体力学仿真的流体域提取，也可以通过增厚操作生成血管壁实体，用于流固耦合计算分析血管壁的应力应变分布。

　　对于介入器械的研发测试来说，这个模型的分叉角度、血管曲率都符合真实人体的解剖参数，可以用于颈动脉支架的释放过程模拟，测试支架在分叉位置的贴壁性、支架杆对血管壁的应力刺激，也可以用于取栓器械的通过性测试，评估器械在弯曲血管段的推送阻力，避免在理想化直管模型上测试得到的结果和实际临床使用场景出现偏差。在网格划分适配性上，模型的曲面曲率变化均匀，没有出现局部曲率突变的碎面，在生成非结构四面体网格或者边界层网格时，能够在保证网格质量的前提下控制整体网格数量，分叉位置的网格可以根据计算需求做局部加密，不需要额外对几何模型进行几何修复。不同于工业管道的分叉结构，人体血管的分叉没有规则的分流角度，也没有固定的管径比例，建模过程中没有套用工业三通的建模逻辑，而是完全遵循血管自然生长的形态特征，分支从主干分出的角度、分支自身的弯曲走向都和真实解剖结构一致，能够还原血流从主干进入两个分支时的真实流场分布，包括分叉处的流动分离、二次流等典型流动特征，这些特征是研究颈动脉狭窄病理机制的核心基础。