基于颅内未破裂动脉瘤瘤壁组织病理损害的血流动力学研究

The prevalence of intracranial saccular aneurysms in China is high. Ruptured intracranial aneurysms deserve a high mortality and morbidity. The population which is detected with aneurysm is going larger because of the evolving neuro-imaging techniques. However, ruptured aneurysms count for only a small portion of the aneurysms detected every year. Therefore, to identify the aneurysms with high rupture risks so as to treat these lesions before their rupture remains the most concerned topic. This research is designed to build the geometries of the parent arteries and aneurysms using patient-specific CTA or DSA axial slices data. Then patient-specific blood flow boundary conditions collected from PC-MRI will be proposed to do the computational fluid hemodynamic simulation using ANSYS software package. The wall shear stress (WSS), WSS gradient (WSSG), and oscillatory shear index (OSI) will be calculated. The aneurysm wall specimen will be collected during the aneurysm clipping surgery. Specific specimen orientation technique will be applied to correspondent the pathological slices to the 3-D aneurysm model. The changes of endothelial cells, internal elastic layer, smooth muscle cells, and infiltrating inflammation cells will be coded to reflex the severity of the wall deconstruction. This pathological coding map will be analyzed with hemodynamic map to find any quantitative relationships between hemodynamic parameters and aneurysm wall pathological changes. This built-up quantitative relationship would be applied to guide further basic research and clinical practice of intracranial aneurysms.

颅内囊状动脉瘤在我国人群发生率高，动脉瘤破裂后的致死率和致残率极高。影像学的发展使得颅内未破裂动脉瘤检出率增加，然而，大部分动脉瘤不会破裂，因此，如何选择性的治疗高破裂风险的未破裂动脉瘤是近年来研究的热点问题。血流动力因素被认为在动脉瘤破裂中起到重要作用，而瘤壁组织损害又是动脉瘤破裂风险的客观反映。本研究拟采用病人CTA或DSA断层DICOM数据建立动脉瘤和载瘤动脉三维模型，使用ANSYS软件模拟载瘤动脉和动脉瘤的血流状态并计算相关动力学参数：瘤壁剪切应力、剪切应力梯度以及剪切应力振荡指数。手术中获得动脉瘤瘤壁标本进行病理结构分析，观测瘤壁结构中内皮细胞、内弹力层，中层平滑肌细胞凋亡和重构以及炎性细胞浸润程度，按照损害程度分级，建立病理切片与动脉瘤模型匹配的病理重构地形图。分析血流动力学参数与相应区域组织损害程度之间的关系，并建立量化体系，为以后动脉瘤的研究、诊断和治疗提供依据。

研究背景：颅内未破裂动脉瘤的人群发生率高，约为2-6%，其中大部分因无症状而未被发现。动脉瘤破裂后对病人造成的危害极大，会导致颅内蛛网膜下腔出血，出血所致的病人死亡率和致残率极高，分别可达到35%和29%。然而，并非所有的动脉瘤都会破裂，据报道，颅内动脉瘤年破裂风险约为0.95%，而每年约50%的未破裂动脉瘤被治疗。颅内动脉瘤的自然病史已有大量研究，然而没有客观的标准决定是否需要进一步治疗。因此，如何判断颅内动脉瘤的破裂风险是亟需解决的科学问题。.研究内容：动脉瘤瘤壁病理组织学研究：从临床SIA患者取得手术切除的SIA标本，检测其病理学变化及差异，利用普通染色和特殊染色方法，分析动脉瘤瘤壁不同部位的组织病理损害程度。.颅内未破裂动脉瘤瘤壁血流动力学研究：计算适用于动脉瘤瘤壁某些特定点或区域的血流动力学参数包括速度流线图，流速分布、流速梯度、壁剪切应力（Wall shear stress WSS），剪切应力变化梯度，剪切应力向，壁压力、壁压力向量、湍流动能、湍流动能损耗等。拟采用病人特异的动脉瘤三维模型计算符合病人生理状态的血流动力学参数。最终，将患者血流动力学参数与不同方位病理组织结果对比分析。.结果及临床意义：对瘤体整体分析可见，增生重塑的瘤壁病理类型与简单、稳定的血流状态相关联，而退化性重塑的瘤壁病理类型与较慢、弥漫性血流状态相关。局部分析可见，较高的壁压力和较低的剪切应力分布，力学梯度和向量的减弱或消失，较低的湍流动能，均可能导致瘤壁退化性重塑，而中、高度的压力和剪切应力，压力或剪切力梯度和向量以及湍流动能，可能导致瘤壁的增生性重塑。囊性颅内动脉瘤的血流条件与动脉瘤壁的病理型重塑有关。通过本研究可以看出，通过确定患者不同的血流动力学参数，可以用来识别动脉瘤的病理学退变重塑类型。但这只是对于临床病人动脉瘤病理学基础与血流动力学因素联系初步的探索，仍需进一步更深入的研究。