基于CTA（计算机断层扫描）和DSA（数字血管造影）的计算流体动力学模型，用于评估颅内动脉粥样硬化狭窄的形态学和血流动力学特征

《Frontiers in Neurology》：CTA and DSA based computational fluid dynamics models for morphological and hemodynamic assessment of intracranial atherosclerotic stenosis

本研究比较了基于DSA、CTA及整合DSA血流信息的CMD模型在颅内动脉粥样硬化性狭窄（ICAS）评估中的异同。通过40例患者回顾性分析发现，CTA形态学参数与DSA高度一致（ICC＞0.90），而CMD模型在压力梯度（PR）和壁剪切应力比率（WSSR）等血流动力学参数上更接近DSA，尤其WSSR的ICC达0.989。不同血管位置（MCA、ICA、VA）对血流参数影响显著，提示临床评估需考虑解剖位置差异。CTA结合DSA信息（CMD）可提升功能评估精度，为非侵入性血流动力学分析提供可靠方法。

　　本研究聚焦于颅内动脉粥样硬化狭窄（Intracranial Atherosclerotic Stenosis, ICAS）的临床评估方法，特别是基于数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography, DSA）、计算机断层扫描血管造影（Computed Tomography Angiography, CTA）以及结合DSA血流信息的CTA模型（CMD）在ICAS评估中的表现。研究通过对比不同影像学方法在形态学和血流动力学方面的差异和一致性，探讨了其在临床决策中的应用价值。

ICAS是导致缺血性中风或短暂性脑缺血发作（TIA）的主要原因之一，其对患者预后的影响深远。尽管医学管理在ICAS治疗中发挥了重要作用，但严重的动脉狭窄（≥70%）仍然显著增加了中风复发的风险，尤其是在狭窄血管所供应的区域。因此，血管狭窄程度成为临床决策中的关键指标，尤其是在决定是否进行血管内介入治疗时。然而，越来越多的证据表明，仅凭血管狭窄程度可能不足以准确预测中风复发的风险。中风的发生机制是多因素的，不仅与狭窄程度相关，还涉及其他病变特性，如斑块成分和稳定性、侧支循环状态、血流动力学变化以及远端灌注不足等。这些因素的综合评估有助于更全面、精准地进行中风风险分层。

在此背景下，血流动力学评估的概念最初用于冠状动脉疾病中的分数流量储备（Fractional Flow Reserve, FFR），随后被引入到脑血管疾病的评估中，形成了针对ICAS的分数流量（Fractional Flow, FF）评估方法。同时，计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）在ICAS研究中也显示出巨大潜力，为非侵入性、患者特异性血流动力学分析提供了工具。CFD通过基于解剖学影像的方法，如DSA、CTA和磁共振血管造影（Magnetic Resonance Angiography, MRA），模拟血流行为，从而揭示血管狭窄对血流的动态影响。

尽管已有许多CFD研究评估了动脉粥样硬化病变的血流动力学特征，但大多数研究仅限于单一影像学方法，这限制了跨模态比较的可行性。由于DSA和CTA在临床实践中均被广泛应用，因此系统比较基于这两种方法的CFD模型在ICAS评估中的表现具有重要意义。本研究旨在比较基于DSA和CTA的患者特异性CFD模型，重点关注压力梯度、壁面切应力以及血流模式等关键参数，以评估不同影像学方法在功能性评估中的一致性和可靠性。

本研究纳入了40名接受CTA和DSA检查的ICAS患者，所有数据均来自苏州大学附属第一医院，采集时间为2021年6月至2022年9月。研究采用标准化的边界条件进行患者特异性CFD模拟，评估了形态学数据和血流动力学参数，包括压力比、壁面切应力比以及高切应力区域。统计分析包括配对比较、组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient, ICC）以及Bland–Altman分析，以全面评估不同方法之间的差异和一致性。

研究结果表明，基于CTA的模型在解剖测量方面与DSA表现出高度的一致性，ICC值均超过0.90，显示出极高的可靠性。此外，CMD方法通过整合DSA的血流数据和CTA的形态学结构，显著提高了功能性指标（如压力比和壁面切应力比）的一致性。当仅使用CTA时，壁面切应力比（WSSR）在大脑中动脉（Middle Cerebral Artery, MCA）病变中存在一定程度的低估，这可能与CTA在小血管中对几何结构的精确性不足有关。进一步的亚组分析表明，病变位置对血流和切应力模式有显著影响，提示在评估ICAS时，需要综合考虑病变的解剖位置和血流动力学特征。

在血流动力学评估方面，DSA、CTA和CMD模型在压力比（PR）和壁面切应力比（WSSR）上表现出良好的一致性，ICC值均超过0.90。然而，CTA模型在WSSR的测量中存在一定的方法依赖性，尤其是在MCA病变中，其结果的变异性较大。这可能是由于CTA在小血管中对几何结构的解析能力有限，导致血流动力学参数的估计出现偏差。相比之下，CMD方法通过结合CTA的高空间分辨率和DSA的准确血流数据，能够在保持解剖学精确性的同时，提高血流动力学评估的准确性。此外，高切应力区域（High-WSS area）在不同影像学方法间表现出较高的稳定性，且其面积与斑块的退化或易损性存在显著关联，进一步凸显了其作为功能性生物标志物的重要性。

研究还指出，尽管CTA在解剖学评估中表现出色，但其在血流动力学参数的测量中仍存在一定的局限性。例如，CTA可能高估远端参考直径或狭窄面积，这可能与部分容积效应、钙化伪影或分割阈值的不一致有关。这些差异虽然在群体层面未达到统计学意义，但可能对关键病变的治疗决策产生影响。因此，在临床实践中，对CTA测量结果的解读需要谨慎，尤其是在涉及小血管病变时。

此外，本研究强调了影像学方法在血流动力学建模中的重要性。CFD模型需要准确的边界条件输入，这在非侵入性条件下较为困难。由于血流动力学参数受多种因素影响，如瞬时血压、血液粘度、侧支循环和血管壁弹性，因此CFD模型的准确性高度依赖于边界条件的设定。本研究采用TIMI帧计数法和颈动脉超声等方法获取患者特异性血流数据，以提高CFD模型的可靠性。同时，研究也指出，当前基于CTA或MRA的CFD模型通常采用固定流量信息，可能引入计算误差。相比之下，CMD方法通过整合CTA的几何信息和DSA的血流数据，能够更准确地模拟血流动力学行为，从而提高功能性评估的精度。

研究的局限性主要体现在样本量较小、不同影像学检查的时间间隔可能影响结果的一致性、操作者差异或影像质量可能引入测量误差，以及当前CFD模型未能完全模拟复杂的血流动力学因素，如脉动血流和侧支循环。因此，未来的研究需要进一步扩大样本量，优化影像学检查的时间安排，并探索更精确的边界条件设定方法，以提高CFD模型的准确性。

综上所述，本研究验证了基于CTA的CFD模型在ICAS解剖和血流动力学评估中的可靠性，并指出CMD方法在整合血流信息后能够显著提高功能性指标的准确性。尽管CTA在某些情况下可能低估某些血流动力学参数，但其在解剖学评估中的应用仍具有重要价值。研究结果支持将CTA与CFD结合，以提供更全面的ICAS评估，为临床决策提供更精准的依据。未来，随着影像技术和计算模型的进一步发展，基于CTA的CFD技术有望成为DSA的可靠替代方案，从而在临床实践中实现更便捷、非侵入性的血流动力学评估。