第一作者：
冷晓畅（脉流科技，南昌大学建筑工程学院）
万海林（医院放射科）
通讯作者：
向建平（脉流科技创始人兼CEO）
张晓龙（医院放射科）
本文亮点
基于高保真有限元方法的计算机模拟，本次研究对支架的拉直效应产生的流体力学改变提供了科学的验证。通过比较支架的拉直效应、单纯弹簧圈栓塞和单纯支架（未拉直）的流体力学改变，支架的拉直效应降低动脉瘤的高流速血流体积的效果最好，从而可降低动脉瘤的复发，而单纯释放支架（未拉直载瘤动脉）可能会产生不利的流体力学效应。
[REF:LengX,WanH,LiG,etal.Hemodynamiceffectsofintracranialaneurysmsfromstent-inducedstraighteningofparentvesselsbystent-assistedcoilingembolization.IntervNeuroradiol.;27(2):-.doi:10./]PMID:
研究背景颅内动脉瘤的发病率占总体人群高达5%。动脉瘤破裂导致的蛛网膜下腔出血可产生灾难性的致残和致死，同时增加高昂的医疗费用。目前脑动脉瘤的治疗包括血管内治疗和外科开颅夹闭。以往研究显示较外科夹闭，血管内介入治疗的短期效果较好，但是长期随访的复发率较高。支架辅助栓塞适用于颅内宽颈或复杂动脉瘤，可明显降低动脉瘤的复发率。在临床实践中，我们能够观察到支架可拉直载瘤动脉，特别是颅内Willis环以远的小直径的分支动脉瘤。以往许多计算流体力学研究已揭示在载瘤动脉没有形变的情况下，支架的网孔可产生一定的流体力学效应。但是鉴于模拟支架释放的技术难度，目前关于支架拉直载瘤动脉的流体学效果的研究较少。因此本次研究运用高保真的有限元方法模拟支架辅助栓塞，并评估支架拉直载瘤动脉从而产生的流体力学改变。
研究方法研究设计本次研究包括8种CFD模型,前四种模型均为未拉直载瘤动脉的情况
I：术前
II：单纯支架
III：单纯弹簧圈
IV：支架辅助弹簧圈
后四种模型均为拉直载瘤动脉的情况，与前四种模型相对应
V：术前载瘤动脉被拉直
VI：单纯支架
VII：单纯弹簧圈
VIII：支架辅助弹簧圈栓塞
其中I、VIII模型是实际存在的术前和术后模型，其余模型均为假设模型。
病例和动脉瘤选择本次模拟基于一例病人特异性的未破裂的胼周胼缘动脉（A2/3）分叉部动脉瘤，并接受支架辅助栓塞。动脉瘤：最大径6.88mm，瘤颈径4.88mm，体积.93mm3；使用支架：Solitaire（Medtronic，Irvine，California），尺寸4mm×20mm；载瘤动脉角度从术前41°（图1a）到支架释放后为°（图1b）。
动脉瘤建模、有限元方法模拟弹簧圈及支架释放、流体力学模拟具体方法详见原文。流体力学分析包括定性和定量分析。定性观察动脉瘤腔内的流线图、切面流速图、等速表面图（瘤颈切面的高流速血流区域）和壁面切应力。等速表面图为流速相同的血流表面。壁面切应力指血流与血管壁内侧面的摩擦力，与动脉瘤的发生、进展和破裂相关。定量分析方面，以术前I模型为基线（%），计算并比较八种不同模型动脉瘤腔内的平均流速、高流速血流体积（基于等速表面图，流速＞0.5m/s）和平均壁面切应力。
图1.胼周胼缘分叉部动脉瘤，图1a、b:术前载瘤动脉角度从41°到术后变为°；图1c术前动脉瘤分割及载瘤动脉形态；1d：有限元方法模拟Solitaire支架（4mmx20mm）辅助弹簧圈栓塞后动脉瘤及载瘤动脉发生形变。
结果有限元方法模拟弹簧圈栓塞和支架释放图2.八种不同模型：a-d均为载瘤动脉未变形的术前（I）、单纯支架（II）、单纯弹簧圈（III）和支架+弹簧圈（IV）模型；e-h均为载瘤动脉变形的术前（V）、单纯支架（VI）、单纯弹簧圈（VII）及支架+弹簧圈（VIII）模型。
图2显示了8种不同的模型，前四种为载瘤动脉未被拉直（形变）的情况，而后四种为支架引起的载瘤动脉形变的情况，可以看出支架拉直载瘤动脉的同时也改变了动脉瘤的形态。VIII模型模拟了临床实际情况下支架辅助弹簧圈栓塞的过程及载瘤动脉被支架拉直的情况。在模型V、VII和VIII中使用了5枚相同的弹簧圈。模型VI和VIII显示了支架贴壁良好，与实际情况相符。
图3.模拟了支架的释放及支架拉直载瘤动脉的流程，包括支架输送到位（a）和释放引起动脉瘤和载瘤动脉发生形变的过程（b）。
图3详细模拟了支架的释放及支架拉直载瘤动脉的情况，包括支架输送（a）和释放（b），可以看到支架拉直载瘤动脉且改变了动脉瘤的形态。支架释放过程历时约10小时，弹簧圈释放约5小时，CFD模拟约2小时。
定性分析图4-7分别显示了8种模型的流体力学变化特征。从图4血流线图，可以观察到：1）载瘤动脉形变模型的血流较非形变组均降低，2）无论在载瘤动脉形变组或非形变组，弹簧圈阻挡了大部分血流进入瘤腔，这些结果与对应的流速梯度云图（图5）和等速表面图（图6）相符。此外，图5和图6还显示支架本身的网孔增加了进入瘤腔的血流（例如，模型IIvs模型I;模型IVvsIII；模型VIvsV;模型VIIIvsVII）。从图6等速表面图可以看出，支架引起的载瘤动脉被拉直效应优于弹簧圈，但是支架未引起形变情况下不利于降低瘤腔内血流。类似情况在壁面切应力分布上（图7）亦可观察到。总体上看，由于支架的拉直效应和弹簧圈降低流速的作用，壁面切应力在所有含弹簧圈模型和载瘤动脉形变模型中均明显下降。较术前模型I，模型II的壁面切应力明显增加。
图4.八种不同模型的流速线图，a-d均为载瘤动脉未变形的术前（I）、单纯支架（II）、单纯弹簧圈（III）和支架+弹簧圈（IV）模型；e-h均为载瘤动脉变形的术前（V）、单纯支架（VI）、单纯弹簧圈（VII）及支架+弹簧圈（VIII）模型。
图5.八种不同模型的中间切面的流速梯度云图，a-d均为载瘤动脉未变形的术前（I）、单纯支架（II）、单纯弹簧圈（III）和支架+弹簧圈（IV）模型；e-h均为载瘤动脉变形的术前（V）、单纯支架（VI）、单纯弹簧圈（VII）及支架+弹簧圈（VIII）模型。。
图6.八种不同模型的等速表面图，a-d均为载瘤动脉未变形的术前（I）、单纯支架（II）、单纯弹簧圈（III）和支架+弹簧圈（IV）模型；e-h均为载瘤动脉变形的术前（V）、单纯支架（VI）、单纯弹簧圈（VII）及支架+弹簧圈（VIII）模型。
图7.八种不同模型的壁面切应力分布图，a-d均为载瘤动脉未变形的术前（I）、单纯支架（II）、单纯弹簧圈（III）和支架+弹簧圈（IV）模型；e-h均为载瘤动脉变形的术前（V）、单纯支架（VI）、单纯弹簧圈（VII）及支架+弹簧圈（VIII）模型。
定量分析八种不同模型的瘤腔内平均流速、高流速血流体积及平均壁面切应力比较见图8.以术前模型I为基线（%），模型II的瘤腔平均流速上升到%，而模型III和IV分别下降到36%和42%。在载瘤动脉被拉直的模型V-VIII中，瘤腔平均流速分别下降到45%，39%，12%and13%。其中，弹簧圈使瘤腔内平均流速降低了64%，支架的拉直效应降低了55%，而单纯支架（载瘤动脉未形变）平均流速增加了12%，支架拉直效应加弹簧圈为最显著、可使流速降低88%。
图8.定量分析不同模型的瘤腔的平均流速、高流速血流体积、平均壁面切应力，a-d均为载瘤动脉未变形的术前（I）、单纯支架（II）、单纯弹簧圈（III）和支架+弹簧圈（IV）模型；e-h均为载瘤动脉变形的术前（V）、单纯支架（VI）、单纯弹簧圈（VII）及支架+弹簧圈（VIII）模型。
在载瘤动脉未形变组，瘤颈部的高流速（＞0.5m/s）血流体积在模型II中较术前上升到%，而在模型III和IV分别下降到21%和30%。在载瘤动脉被支架拉直模型V-VIII中，高流速血流体积分别下降到10%，8%，3%和3%，其中，弹簧圈降低了79%，支架的拉直效应降低了90%，弹簧圈联合支架的拉直效应降低了97%，而单纯支架（未形变）高流速血流体积反而增加了19%。
较术前基线模型I，瘤腔平均壁面切应力在模型II中增加到%，而在模型III和IV中分别降低到37%和44%。在载瘤动脉被拉直的V-VIII模型中平均壁面切应力分别下降到41%,35%,17%和24%。其中，弹簧圈使平均壁面切应力降低了63%，支架的拉直效应降低了59%，弹簧圈联合支架的拉直效应降低了83%，而单纯支架（未形变）上升了6%。
结论本次研究对支架引起的载瘤动脉血流重塑流体力学效果提供了科学的概念验证。支架的拉直效应可显著降低瘤腔的高流速血流体积，支架的拉直效应联合弹簧圈可产生更好的流体力学效果，从而可降低动脉瘤的复发。而单纯的支架（未形变情况下）可产生不利的流体力学效果。支架引起载瘤动脉形变-拉直技术可作为颅内分支动脉瘤治疗的一种新策略。
通讯作者简介
向建平
脉流科技
脉流科技创始人兼CEO纽约州立大学机械工程博士心脑血管血流动力学，医疗器械开发经验丰富申请专利22项，发表学术论文篇国际大会联合主席，杂志编委在美国创办ExceedMed和BuffaloTech公司创办珠海神平医疗张晓龙
医院
放射科主任医师，博士、教授、博士生导师斯坦福大学医学院客座临床教授主持国家自然科学基金3项，第一作者或通讯作者发表国内外权威期刊文章50余篇。中华医学会、放射学会、卫生部医政司等组织中担任副主任委员、组长等职务。《中国名医百强榜》神经介入专业中国十强（年度、年度、年度、-16年度、-18年度）擅长复杂和疑难脑血管疾病的介入治疗，如复杂脑动脉瘤的栓塞，硬脑膜动静脉瘘栓塞，脑动静脉畸形栓塞，脑梗死的支架，脊髓血管畸形治疗自年开始从事脑血管疾病介入诊治工作和研究，师从黄祥龙教授、沈天真教授和凌锋教授，是我国最早从事神经介入的专家之一。年9月至今连续介入治疗颅内动脉瘤余例无操作致死扫描上方
本文编辑：佚名
转载请注明出地址 http://www.chunjieq.com/cwgj/8601.html
