颅内动脉重塑的计算流体力学

Artery remodeling is a common phenomenon in coronary and periperal artery atherosclerosis that is related to plaque vulnerability. Due to the technique limitations, cerebral artery remodeling is less well studied. Using high-resolution magnetic resonance imaging（HRMRI）, it was observed by our group: 1, focal expansive or constrictive remodeling can exist in cerebral artery disease and be related to atherosclerotic ischemic events; 2,diffuse expansive remodeling can occur as well and be related to the high vessel resistance of cerebral small vessel diseases. We assume that intracranial artery remodeling consists of organic and functional subtypes, those are determined by both vessel wall lesions and hemodynamics. To confirm our hypothesis, we will apply 3D HRMRI to measure and computational fluid dynamics to elaborate the relationship between cerebral artery remodeling subtypes and vascular hymodynamics. The remodeling subtypes, hemodynamics characteristics, and clinical presentation subtypes will be analyzed to elaborate their relationships and clinical relevance. Our study is the overlap between neuroimaging and digital science with high originality, which hopefully establish new theory of artery remodeling. The findings of current study may be promising for future applications.

动脉重塑是冠状动脉和周围血管粥样硬化发展过程中的常见现象,与斑块易损性相关。由于技术手段限制,颅内动脉重塑的研究十分缺乏。通过高分辨核磁成像,申请人的前期研究发现:颅内动脉既存在传统的粥样斑块处的扩张或缩窄性重塑,与缺血事件相关;也存在累及血管走行全程的无斑块性扩张重塑,与脑白质病变的血管床高阻力相关。我们猜想:颅脑动脉重塑可能包括局灶性重塑和普遍性重塑两种成分,受到血管壁病变和血管内流体力学的双重影响，其“和效应”对斑块的易损性有重要意义。为了证实这一假说, 申请人拟通过3D高分辨核磁技术和计算流体力学技术阐明颅脑动脉重塑类型和血管内流体力学的关系；将颅内血管重塑类型／流体力学的个体化特征与疾病的临床表现亚型进行相关性分析，明确颅内动脉重塑类型的病理生理意义及其精准评估的临床价值。本项目是神经影像技术和数字化科学的交叉性基础研究，有望建立颅脑血管重塑的新理论，具有潜在的应用前景。

动脉重塑是冠状动脉和周围血管粥样硬化发展过程中的常见现象,与斑块易损性相关。由于技术手段限制,颅内动脉重塑的研究十分缺乏。本研究通过3D高分辨核磁技术和计算流体力学技术研究：1）颅脑血管的解剖学影像特征与重塑类型分布；2）颅脑血管的流体力学特征与重塑类型的关系；3）重塑类型/计算流体力学的个体化评估与临床表现的相关性。结果显示：1）根据斑块所处M1段位置，分为近、中、远三组进行分析及比较，发现大脑中动脉不同部位斑块重塑类型不同，即近段、远段（血管分叉处）常为扩张性重塑，中段（血管弯曲但连续处）常为缩窄性重塑。该结果为探究不同几何形态特征对斑块形成及重塑过程的病理生理改变机制提供了一个新的思路，结合重塑类型与卒中事件的关联，该结果有望为临床卒中事件的预测提供一个新的生物学预测指标。2）于此同时，发现WSS在正常血管中的分布同样是不均匀的，低WSS多分布于MCA近段腹侧壁，MCA中段下侧壁及腹侧壁等传统动脉粥样硬化斑块高发区域。该结果提示低WSS与颅内动脉粥样硬化的发生密切相关，佐证了既往研究中低WSS促进动脉粥样硬化形成的理论，并将以往常用于颅外血管研究的计算流体力学技术引入颅脑血管，建立起颅内大脑中动脉流体力学研究的方法学。3）基于颅内粥样硬化斑块定量形态特征，根据大脑中动脉狭窄处管腔面积、管周面积、斑块长度、斑块偏心程度、重塑率等参数预测症状性斑块，建立症状性斑块评分系统SAS，并经验证拥有较高的预测能力（AUC=0.862），可在一定程度上进行个体缺血事件的判断和评价。2）在此基础上，本项目进一步对粥样硬化斑块在HRMRI T2WI序列高信号进行标化和定量分析，发现更大的T2WI高信号体积与症状性斑块独立相关，结合血管重塑等血管形态特征建立症状性斑块的预测模型，可达到AUC=0.884。症状性斑块的预测模型可在直接用于临床卒中危险分层，在对高危患者早发现早干预方面可发挥重要的价值。