人工血管支架介入治疗主动脉夹层诱发血管壁中膜失效研究

Stent graft induced new entry (SINE) is life-threatening and it attributes one of the major drawbacks of the TEVAR. Medial failure of the aortic dissection induced by the stent is the direct cause to the new tear. Currently, the characterization of mechanical properties of the aortic dissection, the constitutive model along with the identification of its material parameters in vivo jointly pose a barrier to evaluating the risk of SINE. In this project, we propose to characterize the microstructural features and the mechanical properties of the dissected aorta from histological experiments and mechanical tests, respectively. The quantitative relationship between the microstructural features with the macro mechanical properties is then obtained from regression analysis. A histomechanical hyperelastic non-linear constitutive model integrating the anisotropic failure properties is proposed and its material parameters, including the failure parameters, are inversely identified with the help of fluid-structure interaction (FSI) analysis. With the assistance of follow-up patient data, this project will help to support the clinical evaluation of the dynamic change of risk of post-TEVAR SINE.

支架源性新破口是人工血管支架介入治疗主动脉夹层的主要并发症之一，严重威胁患者生命健康。支架诱发的主动脉夹层血管壁中膜失效是新发破口的直接原因。主动脉夹层血管力学特性的实验表征、数学描述以及材料参数的在体估算等三方面的不足叠加造成了术后中膜失效风险无法准确评估。本项目拟通过组织学实验提取主动脉夹层血管壁的微观结构特征，开展力学实验获取其宏观力学特征，进而运用回归分析探究主动脉夹层血管壁的微观结构特征与宏观力学特征之间的定量关系,解决力学特性实验表征问题。运用弹性失效理论提出一个基于主动脉夹层血管壁微观结构、整合各向异性失效特征的超弹性非线性本构关系，解决数学描述问题。建立主动脉夹层流固耦合仿真模型，通过求解逆问题反演识别包括失效特征参数在内的血管壁材料参数，解决材料参数在体估算问题。结合患者随访信息可为动态评估支架诱发的主动脉夹层血管壁中膜失效风险提供理论和技术支撑。

支架源性新破口是人工血管支架介入治疗主动脉夹层的主要并发症之一，严重威胁患者生命健康。支架诱发的主动脉夹层血管壁中膜失效是新发破口的直接原因。围绕夹层中膜力学特性的实验表征、本构理论、材料参数在体识别以及在体应力准确估算等关键问题，本项目开展了主动脉夹层中膜的损伤失效力学特性的实验与本构理论研究、主动脉中膜材料参数的在体识别方法研究，以及TEVAR术后中膜失效风险评估等研究内容。全面研究了夹层中膜主体损伤与界面损伤两种损伤失效模式：一方面，揭示了夹层与健康主动脉在微观结构与宏观力学特性上的区别，并率先阐释了夹层中膜微观结构与刚度、强度等宏观力学特性的关系，提出了反映这一关系的主动脉新型本构理论，基于新型本构理论研究了双向拉伸条件下夹层中膜的极限应力与失效特点，为中膜断裂失效准则的提出奠定了基础。另一方面，校核了夹层中膜I型、II型和III型界面损伤的模型参数，揭示了夹层发生面内扩展的力学机理。项目提出了血管壁分层材料参数的在体反演识别技术并验证了其准确性，突破三维残余应力场的个体化计算、支架-血管-血流复杂耦合系统的个体化建模和数值求解等难题，实现了支架作用下夹层中膜在体应力状态的准确计算，提出了TEVAR术后夹层中膜失效的在体评估方法，论证了残余应力在中膜失效风险准确评估中的作用不可或缺，支架放大率是引发中膜失效的关键因素，为未来TEVAR术后中膜失效风险的个体化预测提供了理论和技术支撑。