血管内介入治疗分支受累型脑动脉瘤的血流动力学机制研究

Cerebral aneurysm is the most lethal cerebrovascular disease. In aneurysms with branch arising from the sac, it's quite difficult to keep the patency of the branch when the aneurysm is totally embolized. Our prior numerical research in idealized models showed that hemodynamic factors are the key point to obliterate the aneurysm, and to keep the patency of the branch. It's hard to study the hemodynamic mechanism of the cure of the aneurysms with branch arising from the sac, because of the difficulty in simulating the configuration of the stents and the coils in the aneurysm. Therefore, this study is designed to establish patient-specific numerical aneurysm models, to perform virtual stenting and coiling which developed originally by our research team, and then to perform numerical simulation of hemodynamic analysis. Then we will compare the numerical results with the angiographic follow-up results, and calculate the cut-off for obliteration of the aneurysm sac and patency of the branch. After that, we will establish aneurysm models in canines, and verify the hemodynamic mechanism in vivo. This study aims at discovering the hemodynamic mechanism of endovascular treatment in treating aneurysms with branches arising from the sac, and determining the cut-off of hemodynamic parameters when the obliteration of the aneurysm sac and patency of the branch are simutaneously obtained. The results will help to provide objective parameters in surgical decision-making, and to improve the safety and efficacy of the treatments.

脑动脉瘤是致死致残率最高的脑血管病，伴有分支血管自瘤体发出的脑动脉瘤是最难治疗的类型之一，在闭塞瘤体同时维持分支通畅是其血管内治疗的最大难点。我们在前期理想模型研究中，发现血流动力学因素是影响动脉瘤愈合和分支通畅的关键。但以往无法准确再现血管内治疗后的支架及弹簧圈形态，难以针对真实病例研究动脉瘤血管内治疗的血流动力学机制。为此，本课题拟利用患者影像资料建立个体化动脉瘤数字三维模型；借助课题组原创的支架和弹簧圈虚拟植入新技术，再现血管内治疗后的支架和弹簧圈形态，利用数值模拟技术分析治疗前后的血流动力学差异，并将其与患者随访影像行关联分析，初步揭示血管内介入治疗分支受累型动脉瘤的血流动力学机制，并获得反映动脉瘤转归的血流动力学参考值。再通过动物实验在体验证结果的可靠性。本研究拟从血流动力学的角度，揭示并验证分支受累型脑动脉瘤血管内治疗后的愈合机制，为手术决策提供理论依据。

脑动脉瘤是致死致残率最高的脑血管病，伴有分支血管自瘤体发出的脑动脉瘤是最难治疗的类型之一，在闭塞瘤体同时维持分支通畅是其血管内治疗的最大难点。对于分支受累型动脉瘤的血流动力学特征及支架和弹簧圈治疗的血流动力学作用均有待研究。本研究通过使用患者影像资料建立个体化的病例特异性分支受累型动脉瘤模型，并通过软件去除分支做为无分支型动脉瘤模型，使用控制变量法进行配对研究。发现分支受累型动脉瘤较无分支型动脉瘤拥有较大的动脉瘤入射血流量，较低的动脉瘤内平均压力和动脉瘤壁平均压力。分支血流量与分支直径相关，并呈直线回归关系，并能获得回归方程：分支血流量＝532.133×分支直径－396.885。我们进一步使用快速虚拟支架技术（fast virtual stenting）和虚拟弹簧圈技术（virtual coiling）对模型进行了支架和弹簧圈的虚拟植入，使用多孔介质模型进行了血流导向装置的虚拟植入。通过数值模拟分析，发现支架植入可引起动脉瘤壁平均WSS进行性下降，相对滞留时间延长，但瘤内压力和分支血流量无明显变化。而弹簧圈的使用在显著延长相对滞留时间的同时，也对分支血流造成影响使之降低。使用多个支架与弹簧圈的组合，可以获得明显延长相对滞留时间并较小影响分支血流量的结果。与临床病例随访的结果一致。而单独使用血流导向装置即可获得较明显的相对滞留时间的延长，但是对分支血流的影响个体差异较大，对于这种差异的确切原因尚需要进一步研究。为了验证来自病例特异性模型的结论，我们使用三维软件绘制了分支受累型动脉瘤的数字模型，以反映其一般特征。通过数字模型的分析，我们验证了上述分支受累型动脉瘤的血流动力学特征，以及介入治疗的血流动力学机制。我们还使用弹性酶消化法结合显微外科吻合成功建立了分支受累型动脉瘤动物模型，并通过免疫组、荧光染色等技术验证了动物模型符合动脉瘤壁的组织学特征。这一模型的建立也为下一步在分子生物学层面与血流动力学进行对照研究成为可能。