基于MR成像的颅内willis环结构与颈动脉血流动力学状态相关性的实验研究

Hemodynamic factors play a key role in development and vascular remodeling process of atherosclerosis. Although many encouraging and convincing results were obtained through carotid hemodynamics studies, the association between structure and hemodynamics of intracranial circle of willis (CoW) and carotid hemodynamics status has not been illustrated yet. The current study is based on MRI techniques combined with imaging postprocess and computational fluid dynamics methods, displaying structure and flow patterns of CoW, analyzing hemodynamics status of carotid artery. The aims of this study are: 1) to testify whether there is difference on carotid hemodynamics between complete CoW and incomplete CoW in normal volunteers; and 2) to analyze whether there is association of structure and flow patterns of CoW and hemodynamic status of stenosed carotid in patients with carotid atherosclerosis; and to discuss the effect of structure and hemodynamics Cow in formation of different carotid stenosis patterns.The results of the study will clarify the association between structure and flow pattern of CoW and hemodynamics of normal and stenosed carotid artery; help to understand the hemodynamics mechanism of negative vascular remodeling in carotid stenosis; and to provide the hemodynamics grounds for patient-specific comprehensive intracranial and carotid artery assessment of ischemic vulnerable patients.

血流动力学因素在颈动脉粥样硬化病变的发生发展及血管重构过程中起到关键作用。颈动脉血流动力学研究已取得一定进展，但颅内动脉willis环（circle of willis, CoW）结构以及血流动力学状态与颈动脉血流动力学状态之间的相关性尚未得到明确阐述。本研究应用MR成像技术，结合图像后处理方法及计算流体力学技术,重建CoW及颈动脉分叉区流场，评估血流动力学状态。完成以下研究内容：1)比较分析正常志愿者CoW完整组和不完整组颈动脉分叉局部血流动力学状态；2）分析颈动脉狭窄患者CoW结构、血流动力学状态与狭窄颈动脉血流动力学状态的相关性，讨论CoW结构及相关血流动力学状态对颈动脉狭窄模式形成的影响。本研究的完成可明确CoW结构、血流模式与正常/狭窄颈动脉血流动力学的相关性，明确颈动脉狭窄过程中逆向血管重构的血流动力学基础。为临床脑卒中易损性患者的血管个体化综合评估提供依据。

血流动力学因素在颈动脉粥样硬化病变的发生发展及血管重构过程中起到关键作用。颈动脉血流动力学研究已取得一定进展，但颅内动脉willis环（circle of willis, CoW）结构以及血流动力学状态与颈动脉血流动力学状态之间的相关性尚未得到明确阐述。本项目针对不同的颅内CoW结构对正常及狭窄颅颈动脉局部血流动力学状态的影响进行了研究。项目按计划执行，完成了预定任务计划，达到了预期实验结果。应用MR血管及血流成像技术，入组39例正常志愿者及32例颈动脉狭窄患者，采集了颅颈动脉MR血流动力学数据和血管壁形态学数据，应用专业图像后处理软件重建了颅颈动脉血流流场，计算了局部血流动力学参数值，进行了数据处理及结果分析。通过本项目的实施，1）总结了正常人群在体颅内大动脉局部血流动力学状态的正常表现，明确了颅内CoW结构对颅颈动脉血流动力学状态分布有重要影响，不对称的CoW结构导致颅内及颈动脉不对称的血流分布。2）对于颅颈动脉狭窄患者，通过研究分析了颅内CoW结构对颈动脉狭窄时局部血流动力学状态的影响，结果发现在颅内CoW结构不能提供足够的侧枝循环时，颈动脉狭窄局部相对压力明显增高，可能增加斑块破裂的危险。3）分析了大脑中动脉狭窄时局部血流动力学参数和血流分布的变化，发现局部血流速度及相对压力的明显增高，局部发现不规则回流。4）研究了颈动脉斑块狭窄周围的血流动力学分布，总结了局部血流动力学参数随狭窄变化的趋势及特点。5）对颈动脉斑块破裂对局部血流动力学的影响进行了分析。6）症状性患者颅内动脉斑块的位置分布和MR特点进行了总结。所得研究结果撰写了论文发表于专业学术杂志，并在专业学术会议上进行了学术交流。本项目的实施明确了颅内动脉 CoW结构与颅颈动脉血流动力学状态均存在密切相关性。研究结果有助于了解颅内动脉血管结构及血流状态对颈动脉局部血流动力学状态的影响；深入了解颈动脉狭窄时局部血流动力学变化机制。结果可为今后颅内动脉和颈动脉的综合血流动力学评估奠定基础，为脑卒中易损性患者的血管个体化评估提供依据，具备重要的临床、科研及社会意义。