冠状动脉瘤扩张性心肌缺血机理及其搭桥手术治疗的血流动力学研究

The coronary aneurysm is the local or diffuse dilatation of coronary artery with diameter 2 times larger than the normal coronary artery. It is a kind of rare and focal coronary disease with high mortality. It may cause the myocardial ischemia as same as the coronary stenosis. Thus, the same surgery as used in coronary stenosis treatment, the coronary artery bypass grafting, is also adopted to deal with coronary aneurysm in clinics. In the present study, the geometrical multiscale hemodynamic simulation and in vitro experimental method will be used to reveal the focal characteristic of coronary aneurysm, the different mechanism of myocardial ischemia resulted from coronary aneurysm, and the hemodynamics of coronary aneurysm bypass grafting. Firstly, the hemodynamic difference between the left and right coronary artery will be studied to find out the reason why the coronary aneurysm is prone to the right coronary artery. Secondly, the abnormal hemodynamics in the coronary aneurysm will be studied in details to discover cascade progress of vortex, flow stagnation and the blood theft in huge aneurysm, so that the reason for myocardial ischemia caused by coronary aneurysm will be elucidated. Finally, the hemodynamics of the bypass grafting for the coronary aneurysm will be studied to help the surgical decision making in clinics from the view of hemodynamic optimization.

冠状动脉瘤是冠状动脉发生局部或弥漫性扩张，管径超过正常冠状动脉直径2倍以上的病变，是一种罕见、病灶性强、致死率高的心血管疾病。其临床表现为右冠好发，症状与冠状动脉狭窄性心肌缺血无异，临床治疗采用与治疗冠状动脉狭窄相同的搭桥手术。揭示冠状动脉瘤右冠好发的病灶性、扩张性心肌缺血不同于狭窄性心肌缺血的血流动力学机理，具有理论创新意义；明确冠状动脉瘤搭桥术不同于冠状动脉狭窄搭桥术的血流动力学指征，对冠状动脉瘤的临床治疗决策具有理论指导价值。本项目拟采用几何多尺度、流-固耦合血流动力学数值模拟和体外模型实验的方法，研究左右冠状动脉的血流动力学差异，阐明冠状动脉瘤右冠好发的血流动力学机理；研究冠状动脉瘤局部扩张的异常血流动力学，揭示涡漩、血液滞留以及巨型动脉瘤“窃血”的血流动力学级联效应，阐明冠状动脉瘤扩张性心肌缺血的血流动力学机理；研究冠状动脉瘤搭桥手术的血流动力学，为临床手术决策提供理论依据。

冠状动脉瘤是冠状动脉发生局部或弥漫性扩张，管径超过正常冠状动脉直径2倍以上的病变，是一种罕见、病灶性强、致死率高的心血管疾病。本项目首先采用流固耦合的方法，比较右冠、左前降支和左回旋支在正常生理条件下和动脉粥样硬化病变后的扩张程度，并通过蠕变数值模拟预测右冠是否比左前降支和左回旋支更易形成冠状动脉瘤。结果表明，由于右冠的平均直径较大，在正常生理条件下右冠就比左前降支和回旋支更容易扩张，并且动脉粥样硬化的发生更是放大了右冠容易扩张的差异。在右冠长时间发生动脉粥样硬化后，由于蠕变的累积，最终导致右冠更易形成冠状动脉瘤。其次，采用几何多尺度血流动力学数值模拟的方法，研究了不同形态、瘤体大小、几何形状的冠脉瘤对心肌缺血的影响。研究结果揭示了冠脉瘤“窃血”现象导致心肌缺血的机理， 冠脉瘤在收缩期时被血液充满，在舒张期由于瘤壁的弹性力，主动脉压力降低导致冠脉出现回流使下游供血不足，引起心肌缺血。相同体积下，梭状冠脉瘤可能更容易导致心肌缺血。第三，在冠脉瘤扩张性心肌缺血的研究基础之上，根据腔内血栓形成的条件，分析壁面切应力、涡流、粒子相对滞留时间三个影响血栓形成的血流动力学参数，探讨了不同形态、瘤体大小、几何形状的冠脉瘤形成腔内血栓的可能性。结果表明，梭状冠脉瘤在5倍扩张直径以上，可能在冠脉瘤下部形成血栓；囊状形态½横径模型满足血栓形成条件，形成部位可能在冠脉瘤中上部。相同体积下，囊状动脉瘤可能更容易形成腔内血栓，且横径大的冠脉瘤比横径小的更容易形成血栓。第四，对冠脉瘤搭桥手术的血流动力学进行研究，比较了大隐静脉与乳内动脉分别作为搭桥移植管时旷置与结扎冠脉瘤手术的血流动力学。结果表明，SVG搭桥手术旷置与结扎冠脉瘤移植管都有较好的血流动力学环境，而LIMA作为移植管搭桥时应结扎冠脉瘤。最后，对冠状动脉瘤血流动力学进行了体外模型PIV实验研究，分析了梭状冠脉瘤内部的血流动力学环境，并与数值模拟结果进行了对比。结果表明，冠脉瘤流场中的高流速区以及涡流区的位置与数值模拟一致，验证了血栓形成部位的可能性。