2020年10月17日发布 | 1685阅读

徐斌教授丨聊聊与搭桥相关的血流动力学那些事(三)

徐斌

复旦大学附属华山医院

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上一期徐斌教授为我们详解在脑血管病搭桥手术中血流的流动阻力与能量损失。并详细说明沿程阻力hf和局部阻力hj的计算方法。


本期,作者将为我们详解搭桥相关血流重力学中不同吻合口形态的局部阻力系数ζ计算的那些事。


不同吻合口形态的局部阻力系数ζ计算


首先我们来回顾一下局部阻力的计算公式:

hj=ζν2/2g

Pj=ζρν2/2

从公式可以看出,局部阻力的大小与局部阻力系数ζ成正比,其实ζ也有其计算公式。


从文丘里管渐缩(19º-23º)及渐扩(5º-15º)的设计可以看出,采用这种小角度渐扩设计可以减少能量损耗,但这又是什么道理呢? 


从血流的流动特征分析,局部阻力分为:


● 过流断面的扩大和缩小;


● 流动方向的改变;


● 流量的汇入与分出;


● 以上几种形式的组合等。


从血管壁大小变化角度分析,局部阻力分为:急变与渐变。


● 管径急遽变化时称为:突扩管或突缩管。


● 管径渐变时称为:渐扩管或渐缩管。


渐扩管或渐缩管的局部能量损耗小。局部水头损失主要发生在突扩管或突缩管,其特点是能耗大,能耗集中且主要为旋涡紊动损失。


部分术者主张在吻合口处60度斜角的基础上进一步剪开以形成鱼口状。而我更主张模拟生理状态下的血管分叉部位。


接下来我们计算一下其各自的局部阻力系数ζ。鱼口样扩张符合扩大段较短时的ζ计算公式:

ζ=k(A2/A1-1)2


图:渐扩管局部阻力系数ζ地计算公式,大角度的渐扩管会造成额外的能量损耗。θ角为5-8º时,阻力系数最小。


图:渐缩管能量损耗主要还是来自于管壁的摩擦,不存在流线脱离管壁的问题。右图显示,圆弧角进口阻力系数最小。


在生理状态下粗血管到细血管的分叉口、管壁的夹角就是流线型圆弧角,因此我们做血管吻合时也应该模拟自然血管分叉,适度外翻吻合,以形成一个符合流线的圆弧角。

图:当较粗的血管缝到较细的血管上时,受体血管必须延长吻合口长径,使其呈椭圆形,才能与供体血管的吻合口周长等长,供体血管从圆形向椭圆形移行过程中,在长轴方向形成了一个渐扩角,而在横径上形成一个渐缩角。




图:计算鱼口样吻合的阻力系数ζ。可见扩大吻合口A3/A1的比值越大,阻力系数越大。阻力系数与A3/A1–1的平方呈正比。


根据供体修剪成鱼口样,而受体血管不剪除血管壁的缝合方式(d:直径,C:周长,A:血流法线截面积),在吻合口处形成一个渐扩管结构。


假设供受体弹性系数一致,在压力作用下,吻合口最宽处大致位于吻合口中点处,截面形成一个类圆形(最宽处两侧会形成突出,此处最易形成紊流),其直径d3约等于d1+d2,最宽处血管壁周长C3为供受体血管的全部周长之和C1+C2


θ1为供体到该最宽处的渐扩角,θ2为受体从最宽处移行到正常管径的渐缩角。根据公式中所示,A3/A1的比值越大,即吻合口处过流面积与供体血管截面积比值越大,阻力系数越高,局部水头损失越大。A3/A1的比值越接近1,阻力系数越小。

图:计算卵圆形吻合口的阻力系数ζ。供体末端任意角度修剪的卵圆形口,其吻合口中点最宽处,供体血管壁占据的都是周长C1的一半,此处受体血管壁剪出一个与供体末端形状相似的卵圆形切口,一般剪除此处周长的1/4,不超过1/2,所以其最宽处截面的直径为0.5d1+0.75d2,吻合口周围的渐扩和渐缩角都明显较前种方式减小,同等条件下,A3/A1的比值更接近1,局部阻力系数ζ较上例明显小,局部能耗减低。


根据局部阻力系数ζ计算可以看出,大角度的急扩角出口并非首选。而首选的吻合口形态应该模拟血管的自然分叉,这样流线型圆弧角出入口损失的能量最小。


因此理想的吻合口应当尽量模拟自然的血管分叉,既不造成局部狭窄,也不造成局部膨隆,A3/A1的比值更接近1,减少额外的紊流,才能尽可能减少局部能量损耗。


同样,对于侧侧吻合口而言,吻合口也没有扩大的必要,截面积与供体端相仿的吻合口就足够了。过于扩大反而会增加局部阻力指数。自然条件下的范例就是前交通复合体;有时前交通动脉极短,类似于侧侧吻合,但极少见到其自然吻合处截面积超大的情况,超大时就接近于被认为是动脉瘤了。


局部过多的能耗不可等闲视之,由于血管是软性管道,此处耗损的能量需要由局部的血管壁承受。局部扩张造成血流局部升压减速区,增加了形成吻合口动脉瘤的可能性。


对于烟雾病搭桥而言,多数情况下供体的直径大于受体,在纵向上会自然形成一个渐扩角,而在横向上会形成一个渐缩角,即从一个圆形管道过渡为一个椭圆管。术者有意识地减小这个渐扩和渐缩的角度可以减少局部水头损失。


血管弯曲造成的额外水头损失

图:弯管处引起阻力的原因是流动方向的改变和二次流的形成,造成局部能耗增加。


当血流进入局部急拐的血管处时,由于曲率的关系,血流受到离心惯性力的作用,使弯管外侧的压力高于内侧的压力。AB区域的流体压力升高,其速度相应减小,BC则为增速减压区。在弯道内侧,ab段流动是减压增速的,bc段流动是升压减速。这样在Aa截面与Cc截面之间出现了两次的升压减速区,使液体脱离壁面,在壁面附近形成涡流区,形成涡流损失。


在颞浅动脉上,也常见局部的血管急转弯,假设要将STA从A点搭到B点,如果在其急弯部分将结缔组织剪开使其变得更直,一方面可以减低弯管局部能耗hj,另一方面可以缩短流程, hf也减小。


(未完待续)


微信图片_20201015162602.jpg

徐斌 教授


复旦大学附属华山医院神经外科教授

亚洲澳洲神经外科协会(AASNS)教育委员会共同主席

亚洲神经外科医师协会(ACNS)执委

世界神经外科联盟(WFNS)脑血管病诊疗委员会、教育委员会、伦理委员会委员

意大利海外神经外科导师

多个国家级专业学会委员、多本国际杂志评审专家,长期从事脑血管病的临床医疗及基础研究,尤其擅长缺血性脑血管病及烟雾病的血管吻合手术,已完成颅内外血管搭桥手术近8000例。


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