載瘤動脈的曲率及血流動力學對虹吸段動脈瘤的影響

張美樂 于廣浩 李星江 薛培源 尚芮竹 陳廣新 魏秀芳

[摘要]目的分析載瘤動脈的曲率及血流動力學對虹吸段動脈瘤的影響。方法選取牡丹江醫學院附屬紅旗醫院2017年1月至2021年5月診斷為單側虹吸段動脈瘤患者的CT血管造影（CTA）圖像45例，分成患側的載瘤動脈組（n=45）與對側正常頸內動脈的對照組（n=45）。利用MIMICS軟件測量載瘤動脈組與對照組的曲率，分別記為K1和K2。利用ANSYS軟件分析時間平均壁面切應力（TAWSS）、時間平均壁面切應力梯度（TAWSSG）及震蕩剪切指數（OSI）等血流動力學參數。結果K1平均值為（0.25±0.05）/mm，K平均值為（0.19±0.05）/mm，差異有統計學意義（7=12.259，P<0.01）。載瘤動脈組血管內側壁較對照組有更高的TAWSS、TAWSSG及OSI。結論頸內動脈虹吸段的曲率越大，越易促進動脈瘤的形成，同時大曲率載瘤動脈的內側壁TAWSS、TAWSSG及OSI也明顯升高，為診斷虹吸段動脈瘤提供重要的參考依據。

[關鍵詞]載瘤動脈;曲率;血流動力學;動脈瘤

[中圖分類號]R651??? [文獻標識碼]A??? [文章編號]2095-0616（2022）01-0171-04

Impact of curvature and hemodynamics of the parent arteries on aneurysm of the siphon segment

ZHANG Meile1??? YU Guanghao1??? LI Xingjiang1??? XUE Peiyuan1??? SHANG Ruizhu1??? CHEN Guangxin1??? WEI Xiufang2

l.Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157000，China;2.Department of Nuclear Magnetic Resonance，Hongqi Hospital Affiliated to Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157011，China

[Abstract]Objective To analyze the impact of curvature and hemodynamics of the parent arteries on the aneurysm of the siphon segment. Methods A total of 45 CT angiography （CTA）images of patients diagnosed with aneurysm on the unilateral siphon segment from January 2017 to May 2021 at Hongqi Hospital Affiliated to Mudanjiang Medical University were selected and divided into the group of parent arteries on the affected side （n=45）and the control group of normal internal carotid artery on the contralateral side （n=45）. The curvatures of the parent arteries group and the control group were measured using Materialise's Interactive Medical Image Control System （MIMICS）Software and were recorded as K and K，respectively. Hemodynamic parameters such as time-averaged wall shear stress magnitude （TAWSS），time average wall shear stress grade （TAWSSG）and oscillatory shear index （OSI）were analyzed using ANSYS software. Results The mean value of K was （0.25±0.05）/mm and the mean value of K was （0.19±0.05）/mm，with statistically significant differences （t=12.259，P<0.01）. The medial wall of the vessels in the parent arteries group had higher TAWSS，TAWSSG and OSI than those in the control group. Conclusion The larger the curvature of the siphon segment of the internal carotid artery，the more likely it is to promote the formation of aneurysm，and also the TAWSS，TAWSSG and OSI of the medial wall were significantly increasedin the parent arteries with large curvature，which provides an important reference basis for the diagnosis of aneurysm of the siphon segment.

[Keywords]Parent arteries;Curvature;Hemodynamics;Aneurysm

顱內動脈瘤（intracranial aneurysm，IA）是局部血管壁薄弱擴張形成的囊狀突起，若破裂可引起蛛網膜下腔出血，首次破裂的病死率為20%～30%，再次破裂的病死率則高達60%[1]。頸內動脈虹吸部位置較深，毗鄰結構復雜，動脈瘤的生長若壓迫鄰近結構，將影響患者的生活質量，同時也加大了手術治療的難度。本研究通過定量測量載瘤動脈的曲率及對血流動力學參數的分析，探究其對動脈瘤形成、發展及破裂的影響，對頸內動脈虹吸段動脈瘤的篩查及早期干預提供參考依據。

1??? 資料與方法

1.1??? 一般資料

納入標準：回顧性收集2017年1月至2021年5月在牡丹江醫學院附屬紅旗醫院經CT血管造影（CT angiography，CTA）檢查或三維數字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）或手術確診僅為單側頸內動脈虹吸段動脈瘤者。排除標準：①患血管畸形、顱腦腫瘤及梗死等會影響顱內動脈血流者;②診斷為嚴重動脈粥樣硬化以及頸內動脈狹窄或閉塞者;③雙側或顱內其他部位動脈瘤者;④已發生蛛網膜下腔出血者;⑤無法滿足計算流體力學分析要求者。按照上述標準，共有45例患者納入本研究，發病年齡43～77歲，平均（60.5±8.67）歲，43～70歲40例（88.9%），70歲以上5例（11.1%），男13例（28.9%），女32例（71.1%），病灶在左側23例病1.1%），右側22例病8.9%）。分成患側的載瘤動脈組（n=45）與對側正常頸內動脈的對照組（n=45）。

1.2??? 檢查方法

CTA檢查：采用東芝64排CT掃描系統（TSX- 101A），將非離子型對比劑優維顯經患者的肘正中靜脈注入，速度為3～4 ml/s，劑量為2 ml/kg，管電流300 mAs，管電壓120 kV，層厚1 mm，設置重建間隔為0.5 mm，螺距為3.5。

1.3??? 曲率測量

使用MIMICS 21.0軟件導入采集的動脈瘤DICOM格式文件。采用閾值分割、區域增長等算法，獲得動脈瘤3D模型。取血管的中心線，并在動脈瘤所在部位取點計算曲率，載瘤動脈組曲率命名為K，對照組曲率命名為K，測量曲率時，在載瘤動脈及健側血管上分別取10個點（A點）組成一組，每組數據重復測量3次取平均值，見圖1。

1.4??? 血流動力學模型建立

以STL格式將上述的頸內動脈虹吸段動脈瘤模型導入ANSYS軟件，不可壓縮的Navier-Stokes方程為控制流動的方程[2]，假設血管壁為剛性，血液為牛頓流體，黏性系數為0.0035 Pa/s，密度為1060 kg/m。頸內動脈入口處血流速度為0.1 m/s，出口處的壓力為0，將數據導出到Tecplot軟件中代入編寫的子程序獲得血流動力學參數分布圖。

1.5??? 統計學分析

2??? 結果

2.1??? 左右兩側發病率的比較

對于發病部位統計，左側23例（51.1%），右側22例（48.9%），雙側發病率差異無統計學意義（χ=0.044，P=0.833）。

2.2??? 兩組曲率比較

載瘤動脈組的曲率大于對照組（圖2），K平均值為（0.25±0.05）/mm，K平均值為（0.19±0.05）/mm，差異有統計學意義（t=12.259，P<0.01）。

2.3??? 兩組血流動力學參數比較

圖3～5所示顏色越偏藍表示數值越小，越偏紅則表示數值越大，載瘤動脈側的時間平均壁面切應力（time-average wall shear stress，TAWSS）、時間平均壁面切應力梯度（time-average wall shear stress gradient，TAWSSG）及震蕩剪切指數（oscillatory shear index，OSl）更大，表明載瘤動脈組頸內動脈虹吸段彎曲部位的內側壁較對照組具有更大的TAWSS、TAWSSG及OSI。

3??? 討論

IA好發于血管彎曲及分叉處。年齡、吸煙、高血壓、高脂血癥、形態學及血流動力學等都與動脈瘤的發展相關[3-6]。WSS和壓力是兩種作用于血管壁的力，壓力垂直于血管壁，而WSS是平行于血管壁的摩擦力。TAWSS表示WSS的時間平均值，TAWSSG是TAWSS梯度向量的切向分量。OSI是描述WSS在向量方向上變化的一個參數。曲率半徑R的倒數即為曲率K，用來描述彎曲程度。本研究認為，彎曲程度越大，血流沖擊管壁的各個方向，引起近端WSS波動，內皮細胞感受其變化后激活并分泌核因子κB（NF-κB），并誘導產生單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）而啟動了一條正反饋通路，即NF-κB誘導產生環氧化酶2，將花生四烯酸轉化為前列腺素，并結合前列腺素受體再次激活NF-κB，調節TGF-β在巨噬細胞中的分泌，進而對I、II型膠原蛋白的轉錄產生影響，細胞毒性和促炎物質在內皮細胞壁積累導致細胞功能受損，引起退化性的血管壁重塑進而誘發動脈瘤的形成[7-12]，同時大曲率載瘤動脈的內側壁TAWSS、TAWSSG及OSI也明顯升高。

趙俊等[13]將頸內動脈彎曲程度分為迂曲、折曲和襻曲三類來探究其與動脈瘤的關系。而本研究是利用微分定義的曲率來客觀定量地表明彎曲程度對虹吸段動脈瘤的影響。Lauric等[14]利用10例動脈瘤患者的計算流體力學衍生模型模擬曲率半徑3～5 mm的變化，但此衍生模型過于理想化。其次，本研究選取同一虹吸段動脈瘤患者的患側和健側頸內動脈的曲率為研究對象，可以更好控制吸煙、高血脂等風險因素。另外，DSA檢查因其有創及花費高等故難以用作常規篩查。本研究通過虹吸段曲率增大這一特征來預測頸內動脈虹吸段動脈瘤的形成，對曲率增大的人群提供按時復查的建議。但本研究也存在一定局限性，由于是單中心的回顧性研究，樣本量相對較小，接下來將增加樣本量及血流參數進一步證明。

綜上所述，頸內動脈虹吸段的曲率越大，越易促進動脈瘤的形成，同時大曲率載瘤動脈的內側壁TAWSS、TAWSSG及OSI也明顯升高，為影像醫師早期篩查可疑病變提供依據，也使外科手術的術前評估結果更加完善。

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