顱內(nèi)動(dòng)脈瘤Enterprise支架輔助彈簧圈栓塞術(shù)后的血流動(dòng)力學(xué)變化：基于計(jì)算流體力學(xué)分析

張少杰 白三莉 劉 洋 趙曰圓 楊 銘 潘 力 馬廉亭

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂所致的蛛網(wǎng)膜下腔出血是最嚴(yán) 重的卒中類型之一，病死率和致殘率很高[1]。研究顯示，顱內(nèi)動(dòng)脈瘤破裂后30 d內(nèi)的病死率高達(dá)50%，約1/3的幸存者留有不同程度的神經(jīng)功能障礙[2]。血流動(dòng)力學(xué)在動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展和破裂中起重要作用[3]。術(shù)中只能定性觀察動(dòng)脈瘤的血流動(dòng)力學(xué)改變，而基于計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬技術(shù)可實(shí)現(xiàn)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)數(shù)值化，可定量分析動(dòng)脈瘤治療前后的血流動(dòng)力學(xué)變化[4，5]。本文采取計(jì)算流體力學(xué)方法分析顱內(nèi)破裂動(dòng)脈瘤Enterprise 支架輔助彈簧圈栓塞前后血流動(dòng)力學(xué)的改變，為顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的治療提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 納入標(biāo)準(zhǔn)：DSA 確診為顱內(nèi)動(dòng)脈瘤；采用Enterprise支架輔助彈簧圈栓塞治療；病人或法定代理人知情同意行血流動(dòng)力學(xué)檢測(cè)。排除標(biāo)準(zhǔn)：非Enterprise支架輔助彈簧圈治療或手術(shù)夾閉。

2021年3～8月共納入符合標(biāo)準(zhǔn)的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤24例，其中男11例，女13例；年齡27～78歲，平均55.25歲；大動(dòng)脈瘤（>10 mm）4 例，小動(dòng)脈瘤（3～10 mm）18例，微小動(dòng)脈瘤（<3 mm）2 例；前交通動(dòng)脈動(dòng)脈瘤7例，頸內(nèi)動(dòng)脈動(dòng)脈瘤12 例，大腦中動(dòng)脈動(dòng)脈瘤2 例，椎動(dòng)脈動(dòng)脈瘤3 例。破裂動(dòng)脈瘤14 例，術(shù)前Hunt-Hess分級(jí)Ⅰ級(jí)7例，Ⅱ級(jí)5例，Ⅲ級(jí)2例。

1.2 治療方法 未破裂動(dòng)脈瘤術(shù)前3～5 d口服雙重抗血小板藥物治療[拜阿司匹林片（100 mg/d）+鹽酸氯吡格雷片（75 mg/d）]。手術(shù)前后監(jiān)測(cè)血小板彈力圖[6]。首先，局麻下經(jīng)皮經(jīng)股動(dòng)脈穿刺行全腦血管造影明確診斷。然后，全麻下并全身肝素化，行Enter?prise 支架輔助彈簧圈栓塞治療。術(shù)后即刻CT 檢查排除出血及缺血事件[7]。術(shù)后當(dāng)日適量鹽酸替羅非班靜脈泵入[8]，將血壓平穩(wěn)控制在正常水平的情況下，常規(guī)使用尼莫地平持續(xù)經(jīng)微量泵靜脈注入。破裂動(dòng)脈瘤，視情況行腰椎穿刺術(shù)或腰大池置管引流術(shù)。術(shù)后次日口服或經(jīng)胃管鹽酸氯吡格雷片（75 mg/d，3個(gè)月）和拜阿司匹林片（100 mg/d，6個(gè)月）。

1.3 血流動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬 采用神經(jīng)外科專用SIE?MENS雙C臂大平板DSA機(jī)完成介入手術(shù)，通過西門子工作站導(dǎo)出術(shù)后即刻DSA數(shù)據(jù)的DICOM格式，導(dǎo)入開源CFD 軟件OpenFOAM 進(jìn)行網(wǎng)格生成和CFD計(jì)算。首先，對(duì)血管模型及血流狀態(tài)進(jìn)行假設(shè)：血管剛性壁，血液為在等溫、層流（雷諾系數(shù)<2 000）狀態(tài)下的不可壓縮牛頓流體，由非穩(wěn)態(tài)Navier-Stokes 方程近似血流流動(dòng)。血液密度設(shè)置為1 060 kg/m3，血液粘滯度設(shè)置為0.004 Ns/m2。其次，由于個(gè)體特異性的血流條件無(wú)法實(shí)時(shí)獲取，因此，從CFD計(jì)算所通用參考的文獻(xiàn)中獲得的正常人群的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為輸入邊界條件[9，10]，出口設(shè)置為0壓力狀態(tài)。最后，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)設(shè)定持續(xù)3 個(gè)心動(dòng)周期，第三個(gè)周期的結(jié)果可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，每個(gè)周期設(shè)定100 個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)。收集第三個(gè)心動(dòng)周期的數(shù)值進(jìn)行分析。分析參數(shù)為壁面剪切力（wall shear stress，WSS）、均一化WSS（normalized WSS，NWSS）[11]，WSS分布梯度（WSS gra?dient，WSSG）[12]，流線方向WSSG（streamwise WSSG，SWSSG）[13]，歸一化壓力（normalized pressure，NP）、剪切力震蕩指數(shù)（oscillatory shear index，OSI）[14]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 25.0軟件分析，正態(tài)分布計(jì)量資料以表示，采用t檢驗(yàn)；非正態(tài)分布計(jì)量資料采用Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)；以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 治療結(jié)果24 例（24 個(gè)動(dòng)脈瘤）應(yīng)用24 枚Enter?prise支架。術(shù)后即刻造影顯示Raymond分級(jí)Ⅰ級(jí)18例，Ⅱ級(jí)6例。

2.2 顱內(nèi)動(dòng)脈瘤栓塞后血流動(dòng)力學(xué)的變化 栓塞后WSS、NWSS、NWSS 最小值、WSSG、WSSG 最小值均明顯升高（P<0.05），WSSG 最大值明顯降低（P<0.05）。詳見表1、圖1。

表1 本文24例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤Enterprise支架輔助彈簧圈栓塞術(shù)前后血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較

圖1 應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬技術(shù)分析顱內(nèi)動(dòng)脈瘤Enterprise支架輔助彈簧圈栓塞前后瘤腔和載瘤動(dòng)脈的血流動(dòng)力學(xué)

3 討論

Enterprise 支架是一種用于治療顱內(nèi)寬頸動(dòng)脈瘤的環(huán)閉自膨式鎳鈦合金支架，釋放簡(jiǎn)單，可回收，金屬覆蓋率約為8%，網(wǎng)眼孔徑為2*2 mm，可有效阻止彈簧圈脫出，有效降低復(fù)發(fā)率。2005 年，Higashida 等[15]首次報(bào)道應(yīng)用Enterprise 支架輔助彈簧圈栓塞治療顱內(nèi)動(dòng)脈瘤。經(jīng)過10 余年的臨床應(yīng)用，反復(fù)驗(yàn)證其安全性及有效性。目前，顱內(nèi)動(dòng)脈瘤支架置入血管內(nèi)之后的血流動(dòng)力學(xué)的改變尚不清楚。劉建民[16]提出血管重建和血流重構(gòu)的概念。相比較單純彈簧圈栓塞而言，支架輔助彈簧圈能提供金屬支撐，更好地達(dá)到血管重建的目標(biāo)，并且隨時(shí)間進(jìn)展，支架逐漸擴(kuò)張到最大程度，可部分帶動(dòng)載瘤動(dòng)脈的擴(kuò)張導(dǎo)致血流重構(gòu)。有研究證實(shí)，載瘤動(dòng)脈在支架的作用下僅擴(kuò)張6%，就可導(dǎo)致22%的血流量提升，也導(dǎo)致血流重構(gòu)[17]。

本文通過對(duì)比Enterprise 支架輔助彈簧圈栓塞前后血流動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)，分析相關(guān)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)改變及載瘤動(dòng)脈血流形式改變，從量化角度說明Enterprise 支架內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，結(jié)果顯示：①速度流線圖的血流軌跡顯示，與支架置入前相比，在支架輔助彈簧圈栓塞后，瘤腔內(nèi)的血流減少了，血流對(duì)瘤體壁的沖擊力降低了，瘤腔內(nèi)的血液速度明顯降低或消失，載瘤動(dòng)脈血流方式由復(fù)雜向簡(jiǎn)單、由渦流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變。這對(duì)于減小血流對(duì)瘤體壁的沖擊、促進(jìn)血液中脂類物質(zhì)和細(xì)胞的沉積、加速血栓化的進(jìn)程，從而固化瘤體壁以防止其破裂是有利的；同時(shí)由于瘤腔內(nèi)血流速度的降低，形成的血栓將逐漸累積并發(fā)生機(jī)化，達(dá)到治療的目的。

②WSS描述血管壁切向所受的牽拉力。本文結(jié)果顯示，與支架置入前相比，在支架輔助彈簧圈栓塞后，載瘤動(dòng)脈的血流從渦流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的層流狀態(tài)，一方面穩(wěn)定瘤腔內(nèi)的血流，降低對(duì)瘤體壁面的沖擊，導(dǎo)致低WSS范圍的縮小；另一方面，血流被支架和彈簧圈阻擋，以及支架擴(kuò)張帶動(dòng)載瘤動(dòng)脈擴(kuò)張所導(dǎo)致的血流重建，在一定程度上加速瘤體壁處血液的血栓化進(jìn)程，從而加固瘤體壁，降低瘤體進(jìn)一步擴(kuò)大和破裂的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到預(yù)期治療效果。

③NWSS 為動(dòng)脈瘤區(qū)域的平均壁面剪切力與載瘤動(dòng)脈平均壁面剪切力之比。既往研究報(bào)道，NWSS降低與動(dòng)脈瘤生長(zhǎng)相關(guān)。術(shù)后隨著動(dòng)脈瘤低WSS面積的降低，NWSS 也隨之增大。本文結(jié)果顯示支架輔助栓塞后NWSS 最小值明顯升高，均值明顯升高，從側(cè)面支持該參數(shù)的降低與動(dòng)脈瘤增大相關(guān)。

④WSSG 用于描述壁面剪切力變化梯度。既往研究顯示高WSS和高WSSG的組合被證明可觸發(fā)動(dòng)脈瘤的發(fā)生[12]。本文結(jié)果顯示，術(shù)后WSSG最小值明顯升高、最大值明顯降低和均值明顯升高。支架輔助彈簧圈栓塞動(dòng)脈瘤后，載瘤動(dòng)脈趨于正常，WSSG相對(duì)升高，一定程度上說明術(shù)前低WSSG 與動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。與既往研究有差別，該觀點(diǎn)可能需要進(jìn)一步研究證明。

⑤SWSSG 表示壁面剪切力在血流方向上變化梯度。有研究顯示高SWSSG 和WSS 結(jié)合是動(dòng)脈瘤形成危險(xiǎn)因素[13]。NP 指血管壁直接受到血流在垂直方向上的壓力，壓力越大，瘤內(nèi)的壓力作用于瘤壁產(chǎn)生的牽張應(yīng)力越大。OSI 衡量心動(dòng)周期內(nèi)壁面剪切力的變化幅度，OSI 越大，促進(jìn)動(dòng)脈瘤生長(zhǎng)及破裂風(fēng)險(xiǎn)越高；穩(wěn)定的未破裂的動(dòng)脈瘤，OSI 數(shù)值較低[14]。但是，本文未發(fā)現(xiàn)術(shù)后SWSSG、NP、OSI 明顯改變。

綜合所述，Enterprise 支架輔助彈簧圈栓塞在降低瘤腔內(nèi)血流速度的方面具有一定的作用，并且可以改變瘤腔內(nèi)和載瘤動(dòng)脈流體狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)血流重構(gòu)，改變血流對(duì)瘤體壁持續(xù)沖擊，對(duì)薄弱的動(dòng)脈瘤囊壁起到一定的保護(hù)和治療作用。但是，值得注意的是，除了血流速度、WSS、NWSS、WSSG、SWSSG、NP、OSI 之外，還有包括低壁面剪切力區(qū)域、歸一化血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)組合、相對(duì)阻滯時(shí)間、動(dòng)脈瘤生長(zhǎng)高風(fēng)險(xiǎn)因子等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，同樣在動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展、破裂等方面起著重要的作用。