基于流固耦合力学模型对颅内动脉瘤生长及破裂机理的研究

血流动力学因素和病理学因素在颅内动脉瘤的发生、生长、破裂中具有重要的意义。血流动力学体内研究非常困难，目前多采用计算流体力学的方法进行颅内动脉瘤的血流动力学数值模拟,但是血流动力学数值模拟的结果与动脉瘤病理过程的对应关系还没有相关研究。本项目组已经建立了个体化的颅内动脉瘤的流固耦合力学模型，可以获得血流动力学的各项参数，在此基础上拟通过以犬动脉瘤为模型进行血流动力学分析，获取力学相关参数，同时行动脉瘤标本的组织病理学检测，分析流体力学各项参数所对应的动脉瘤病理损伤过程，进一步阐明血流动力学和病理损伤在颅内动脉瘤生长和破裂的作用机理;然后对临床患者动脉瘤进行相关的研究验证，对血流动力学参数进行修订,根据研究结果对颅内动脉瘤进行分型，用来评价颅内动脉瘤生长及破裂的生物学行为，以期为颅内动脉瘤的治疗提供有意义的参考。

血流动力学因素和病理学因素在颅内动脉瘤的发生、生长、破裂中具有重要的意义。目前多采用计算流体力学的方法进行颅内动脉瘤的血流动力学数值模拟,但是血流动力学数值模拟的结果与动脉瘤病理过程的对应关系还没有相关研究。本项目组可以获得动脉瘤血流动力学的各项参数，同时行动脉瘤标本的组织病理学检测，分析流体力学各项参数所对应的动脉瘤病理损伤过程，进一步阐明血流动力学和病理损伤在颅内动脉瘤生长和破裂的作用机理。首先分析了个体化颅内动脉瘤的流固耦合力学模型的各参数对模型的影响。结果显示该个体化颅内动脉瘤血流动力学流固耦合模型可以直观地模拟动脉瘤壁剪切力以及瘤壁变形的变化过程，可以输出压力、剪切力、范-米斯氏应力和壁变形程度等结果。如果杨氏模量较小，动脉瘤壁可以发生较大的变形程度，如果壁逐渐增厚，那麽壁的变形程度也随之逐渐减小，说明该模型敏感性较好。其次通过建立个体化颅内动脉瘤的发生、生长模型，来模拟研究在动脉瘤发展的不同阶段，动脉瘤瘤体、瘤顶和瘤颈以及动脉瘤附近的动脉分支血管壁上的壁剪切力的变化情况，进而研究血流动力学在动脉瘤的发生及生长中的作用。结果显示低壁剪切力与动脉瘤的发生和生长相关，同时动脉瘤的发生和生长也会影响局部和附近血管的血流动力学变化。第三，颅内动脉瘤病理表型特征分类及分布分析。将其分为I型薄壁型，以内皮细胞、血管平滑肌细胞的死亡及基质变薄等破坏退化性改变为主；II型厚壁型，破坏与增生共存，以增生重构与异质性改变为主。不同病理表型决定了颅内动脉瘤发展中稳定还是破裂的命运。第四，未破裂颅内动脉瘤血流动力学与组织病理学分析。结果：动脉瘤壁压力呈不均匀分布，但差别不大；WSS一般在瘤颈处最大，瘤体和瘤顶较低；范-米斯氏压力呈现不均匀分布，瘤颈处相对于瘤顶处大。IL-1β、TNF-α、MMP-2、MMP-9、iNOS、eNOS都在颅内动脉瘤的发生和发展中起到作用，高WSS可能通过促进eNOS表达上调，进而导致动脉瘤发生和进展。第五，破裂颅内动脉瘤血流动力学及组织病理学分析。结果：破裂处多位于低WSS、高压力区域；在破裂处与瘤体处都能见到IL-1β、TNF-α、MMP-2、MMP-9、iNOS和eNOS的表达，但破裂处的IL-1β和TNF-α的表达明显比瘤体处多, 低WSS可能通过IL-1β、、TNF-α等炎性因子促进动脉瘤壁炎症反应，细胞外基质蛋白降解，最后导致动脉瘤破裂。