2019年06月12日发布 | 497阅读

基于计算机建模的颈动脉蹼流体力学研究

王浩

临沂市人民医院

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目前研究表明颈动脉蹼可能是急性缺血性卒中尤其是不伴有心脑血管危险因素的青年卒中的主要原因之一,计算机建模分析对这类疾病的诊断和治疗策略的制订有着重要辅助意义。


————摘自文章章节

【Ref:Compagne KCJ , et al. Am J Neuroradiol.  2019 Mar 14. DOI: 10.3174/ajnr.A6012.】


研究背景


颈动脉蹼是位于颈内动脉起始部富含纤维蛋白的隔断样结构,其存在可以导致颈内动脉局部的狭窄并影响局部的血流动力学。尽管临床中较为少见,但是有研究提示颈动脉蹼的存在是非心血管危险因素患者罹患缺血性卒中的重要因素。有报道认为颈动脉蹼多发于年轻女性并与反复发作的缺血性卒中相关。目前尚无研究证明确认颈动脉蹼的致病作用,只是推测其致病机制在于其局部的扰流作用所导致的血栓形成风险增加。


近年来,在Navier-Stokes方程式的理论基础上,采用计算机建模的方法已经可以对颈动脉粥样硬化血流动力学参数进行分析采集,例如通过计算机模型已经可以对与狭窄相关的远端返流/回流区进行参数分析,同时流体摩擦力参数比如管壁切应力(wall shear stress WSS)也可以通过计算机建模进行分析。而由于解剖结构的不同,颈动脉蹼的的血流动力学参数与动脉粥样硬化狭窄所导致的血流动力学变化理论上讲是不一样的,颈动脉蹼的隔断样结构对于其下游或远端的血流扰动会更强,基于此,本研究纳入了9例急性脑梗死并伴有颈动脉蹼的患者为研究对象,采用计算机建模后对比分析如下几个主要流体力学参数:时间平均管壁切应力(Time-averaged WSS (TAWSS)),横向管壁切应力(transverse WSS (TransWSS))以及震荡切应力指数(oscillatory shear index (OSI))。


研究对象


研究对象为MR-CLEAN研究中9例明确诊断颈动脉蹼的患者。


研究方法


根据CTA检查结果对颈动脉结构进行计算机建模,采用Carreau模型并利用非牛顿剪切稀化特性进行流体力学分析。


研究结果


女性患者8例,平均年龄59岁(IQR,45-70岁)(表1)。图1为颈动脉蹼相关血流动力学的代表性病例,从计算机建模结果可以看到颈动脉蹼下游可以形成较大的洄流区,同时颈动脉蹼所导致的狭窄部位可以观察到较高的横向管壁切应力(图1)。


表1. 研究对象的基线特征


图1. 颈动脉蹼典型结构:A1 患者CTA检查结果;A2 计算机模型血流流线分析;A3 计算机建模管壁切应力分析。计算机分析显示颈内动脉最狭窄处管壁切应力最高,同时颈动脉蹼远端(下游)存在一个较大的低流速洄流区。


计算机建模后的统计值分析发现,颈动脉蹼可以造成局部管腔13%-70%等不同程度的狭窄,颈动脉蹼的横断结构所造成的下游洄流区面积平均横截面积为38mm²,平均长径6mm左右,显著高于对侧颈动脉血流动力学参数(表2,图2)。颈动脉蹼侧颈动脉血流与对侧相比,时间平均管壁切应力(TAWSS)没有显著差异,而颈动脉蹼相关的最大横向管壁切应力(Trans WSS)相对高于对侧颈动脉(图2B),同时颈动脉蹼下游震荡切应力指数显著高于对侧颈动脉。在颈动脉蹼所致管径最狭窄处,TAWSS参数显著高于对侧。


表2. 颈动脉蹼相关流体力学参数与对侧血流动力学参数对比统计分析


图2. 颈动脉蹼相关血流动力学与对侧颈动脉相同部位统计对比


目前研究表明颈动脉蹼可能是急性缺血性卒中尤其是不伴有心脑血管危险因素的青年卒中的主要原因之一,计算机建模分析对这类疾病的诊断和治疗策略的制订有着重要辅助意义。即使使用正规抗血小板药物治疗,颈动脉蹼患者仍然有着较高的复发卒中可能性,血管内球囊或支架成形手术以及颈动脉内膜切除手术是治疗此类疾病的有效策略。


研究结论


颈动脉蹼的存在会导致狭窄部位的管壁切应力增大,同时受累颈动脉内横向突出的隔断样颈动脉蹼会导致其远端(下游)出现一个较大的洄流区,两种因素的共同作用可能会导致区域内血流速度减慢病增加血栓形成的风险,从而可能增加患者罹患急性缺血性卒中的风险。

组稿

张颖影 副教授

复旦大学附属华东医院

编译

王浩 博士

临沂市人民医院/长海医院神经外科博士后流动站

审校

戴冬伟 副教授

上海长海医院

终审

刘建民 教授

上海长海医院脑卒中中心兼神经介入中心主任


【系统综述】颈动脉蹼与急性缺血性卒中

老年患者AIS的取栓治疗:真实世界经验
同侧颈内动脉狭窄对AIS患者早期取栓效果的影响

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