椎动脉支架再狭窄的血流动力学仿真和实验研究

椎动脉狭窄术后支架内再狭窄(In-Stent Restenosis, ISR)的问题不容忽视。ISR与椎动脉的局部血流动力学特征密切相关。支架置入后造成血管空间曲率的改变以及支架端部血管形成拐点，除了形成血管壁面切应力低值区和低流速涡流区域外，申请人提出应力集中和较大壁面切应力梯度的血流动力学评价指标。此外，支架-血管直径扩张比也引起血管形态学和血流动力学发生变化。基于此，申请人提出针对椎动脉ISR的问题进行血流动力学仿真和实验研究的课题。利用有限元分析方法和动物实验对椎动脉及其支架治疗的血流动力学进行仿真和实验研究，在统计分析大量临床病例的基础上定量化地研究ISR的血流动力学机理；对不同的支架-血管直径扩张比和支架力学柔顺性所产生的血流动力学进行数值模拟和对比研究，对管径扩张比和支架柔顺性进行优化设计分析，为更好地治疗椎动脉狭窄以及设计新型支架提供科学依据。

椎动脉狭窄及其支架植入术后支架内再狭窄（ISR）的发生仍然是困扰介入医学的一大难题。因此，预防椎动脉狭窄和探究椎动脉ISR的发生机制，是目前医生和生物力学学者共同关心的问题。.本项目主要内容：（1）针对椎动脉几何构型对椎动脉狭窄及ISR的血流动力学影响，构建了20余个理想化模型，基于真实患者病例实验数据构建了10余例个性化模型，对椎动脉狭窄及其支架介入治疗前后的生物力学问题进行了计算和实验研究。对比不同分叉角度、直径比、血管迂曲和支架远端曲率模型的血流动力学参数变化，分析椎动脉几何构型对椎动脉ISR的影响。（2）针对支架介入治疗椎动脉狭窄的临床手术规划问题，研究了：支架突出到左锁骨下动脉的距离、支架的不同扩张比对术后局部血流动力学的影响；具有不同连接筋的3种支架在“支架-血管-斑块-血液”边界耦合情况下的固体力学和血流动力学问题；支架结构对其压握和扩张的力学性能的影响问题。（3）对斑块内的新生血管所受应力与其自身管腔大小、曲率、所处部位及距主管腔距离的关系进行研究，对溃疡斑块的血流动力学进行研究，探讨影响斑块稳定性的生物力学问题。（4）选取97例患者病例作为样本，利用人工神经网络分析的方法，探讨椎动脉ISR的影响因素和术后预测问题。.主要结论：椎动脉分叉直径比越大，椎开口狭窄越易发生。直角分叉相对较安全。支架远端曲率大的血管更易发生ISR。支架下移距离对椎动脉流速和壁面切应力的影响不明显。扩张比1.125的支架具有较好的血流动力学效果。从固体力学角度看，S-型连接筋具有较好的治疗效果；从血流动力学角度看，L-型连接筋具有较好的治疗效果。当斑块内的新生血管距离主管腔较近、血管曲率较高、自身周长较长或者被红细胞包围时，血管所受的应力、应变较大，容易导致中风的发生。单一溃疡中溃疡下游、两个连续溃疡之间的位置容易使溃疡斑块进一步发生严重的破裂。S-支架在压握状态下的柔顺性最好。支架在扩张过程中应力集中区域是支架花冠的拐弯处。利用神经网络统计分析初步认定，侧别（更主要的是“优势动脉”）、支架长度和支架扩张比与ISR有关。编制的神经网络预测算法，其预测结果令人满意；据此设计了椎动脉ISR风险术前评测的软件系统，供北京宣武医院进行临床应用。.科学意义：揭示了椎动脉狭窄和ISR的形态学和生物力学影响因素和作用规律；为椎动脉狭窄介入治疗的手术规划及支架选择提供更科学的理论指导。