出血型烟雾病发病机制的计算流体力学研究

Moyamoya disease (MMD) is a chronic and progressive cerebrovascular disorder. Hemorrhage is an most important cause of disabling and death in the progression of MMD, so the study of hemorrhagic mechanism for MMD has important guiding significance. The present research mainly focus on the changes of the arterial morphology and cerebral blood low perfusion, but which type of the artery associated with hemorrhage and why is not clear. In our previous study, we found that, for the hemorrhagic MMD patients, the pressure at the terminal portions of internal carotid artery reduced dramatically in the patients who got a satisfactory surgical result. Based on the reasons above, we intends to use the data of magnetic resonance angiography、angiography and transcranial Doppler, in combination with computational fluid dynamics(CFD), to make three-dimensional (3D) geometries of moyamoya vessel models. Through calculating, get the hemodynamic parameters such as pressure drop、wall shear stress and flow resistances, and to analyze its relationship with the hemorrhagic mechanism. This study may lead a new road to ascertain the pathogenesy of MMD hemorrhage, and to provide a new method for evaluating prognosis.

烟雾病是一种慢性进展性脑血管疾病，脑出血等并发症是烟雾病致残、致死的最重要原因。因此对烟雾病出血性卒中发病机制的研究具有重要意义。目前烟雾病出血机制的研究主要集中在病变血管形态特征的分析和脑血流灌注、代谢的变化等方面，但究竟何种形态的血管易导致出血，为何会出血，至今尚不明确。我们的前期研究发现血管重建术效果良好的出血型烟雾病患者，其颈内动脉末端的压力较术前明显降低。因此我们认为，病变血管局部的血流动力学改变可能是造成烟雾病发生脑出血的重要原因。基于此，本研究拟利用核磁共振血管成像、血管造影、经颅多普勒超声等影像学数据与计算流体力学技术相结合，首次利用计算机建立3D数值模拟的烟雾病血管模型，分析血管壁压力、切应力、流动阻力系数等血流动力学参数与烟雾病出血发生的相关性，探讨烟雾病出血性卒中发生的机制，为探究该病出血原因提供新的思路。同时比较术前和术后参数的变化，为预测术后出血风险提供新的方法。

烟雾病是一种慢性进展性脑血管疾病,脑出血等并发症是烟雾病致残、致死的最重要原因。因此对烟雾病出血机制的研究具有重要意义。本研究利用影像学数据与计算流体力学（CFD）技术相结合,探讨烟雾病出血的发病机制。研究首先收集了214例烟雾病患者的脑血管形态学数据，发现了儿童和成人患者的侧支循环差异较大且与临床症状相关，相关结果发表于2020年的《CNS Neuroscience & Therapeutics》杂志。之后我们扩大样本量至301例，通过研究发现侧支循环的建立程度与烟雾病出血类型具有一定的相关性。据此结果，课题组建立了基于侧支循环的烟雾病新临床分级系统，相关结果发表于2019年的《Stroke》杂志，并获得领域内的广泛关注。同时，课题组严格筛选了双侧铃木分期相同，且表现为脑室出血的26例成人烟雾病患者进行了计算流体力学的建模和分析，研究发现患者出血侧和非出血侧的颈内动脉末端压力存在差异，可能是造成出血的原因之一。而在病例建模过程中，我们发现烟雾病个体病例的形态学差异大，建模难度大，无法对每例患者烟雾状血管的具体位置进行精准对比。因此，课题组在流体力学分析中采取了一项新的技术，将地质学中的多孔隙介质弹性（MPET）力学模型引入到脑组织血流灌注分析当中。我们通过高分辨核磁T1的影像数据，利用FreeSurfer，Mimics和Magics软件重建了人脑的三维模型，并依据脑组织结构改进了MPET模型算法，使得到的MPET模型更符合脑内流体网络实际环境，最终建立了基于MPET的全脑多模态耦合生物力学模型。研究发现该模型的流体网络参数与动脉自旋成像（ASL）技术得到的参数具有较好的一致性。相关研究结果发表于2019年的《Frontiers in Computational Neuroscience》杂志。在本基金的支持下，我们一方面从形态学和流体力学的角度，发现了侧支循环的形态特征和颈内动脉末端压力参数可能与烟雾病的出血相关，为明确烟雾病出血机制提供了新的观点；另一方面，不同于以往CFD技术，我们构建了基于MPET系统的全脑多模态耦合生物力学模型，为烟雾病以及其他慢性脑血管病的血流动力学研究提供了新的实验平台和研究方法。