血疱动脉瘤的计算流体动力学分析：与正常颈内动脉上斜段的对比研究

《Journal of Natural Pesticide Research》：Computational Fluid Dynamics Analysis of Blood Blister Aneurysms: A Comparative Study with Normal Supraclinoid Internal Carotid Arteries

血流动力学差异；血泡状动脉瘤；计算流体动力学；破裂风险；颈内动脉|血流动力学参数；患者特异性模型；预后评估

　　

吴德昌|陈振业|吴意琳|施祖清

台湾台南71004，启美医疗中心医学影像科

摘要

背景与目的

本研究旨在利用患者特定的血管模型，评估血泡动脉瘤（BBAs）与正常颈内动脉（ICAs）之间的血流动力学差异。

材料与方法

通过3D旋转血管造影或MR血管造影，从岩部颈内动脉近端M1段到远端A1段共构建了13个破裂的血泡动脉瘤模型和13个正常的颈内动脉模型。采用计算流体动力学（CFD）模拟方法计算血流动力学参数，包括时间平均壁面剪切应力（TAWSS）、壁面剪切应力梯度（WSSG）、压力差（PD）、振荡剪切指数（OSI）和相对驻留时间（RRT）。使用Mann-Whitney U检验来识别血泡动脉瘤与正常颈内动脉之间的差异。

结果

与正常颈内动脉相比，血泡动脉瘤表现出显著更高的振荡剪切指数（平均值为0.0097/0.22，而正常值为0.0035/0.0135，p<0.01）、更高的相对驻留时间（平均值为0.60/8.50，而正常值为0.28/0.54，p=0.018及<0.01）、更高的最大壁面剪切应力梯度（20,492 vs 9,208，p=0.012）、更高的最大压力差（1.34 vs 0.89，p=0.027）以及更低的最低时间平均壁面剪切应力（0.35 Pa vs 2.55 Pa，P<0.01）。在四个血泡动脉瘤中有三个在治疗后的早期出现再出血，另外两个病例在住院期间死亡。

结论

血泡动脉瘤在动脉瘤壁面上表现出低且多方向的壁面剪切应力，其振荡剪切指数和相对驻留时间均高于正常颈内动脉。TAWSS图中的旋涡模式被认为是不良预后的因素。这些发现支持计算流体动力学作为评估血泡动脉瘤破裂风险和指导临床决策的有效工具。

引言

血泡动脉瘤（BBA）通常指位于颈内动脉（ICA）上段、从眼动脉远端到ICA分叉处的非分支性动脉病变¹。BBA的特点是在ICA的背侧或前壁出现一个小半球状突起，在诊断和治疗方面都存在显著挑战。由于其体积较小，常常在CTA甚至DSA检查中被遗漏²。无论是通过手术治疗还是血管内介入治疗，血泡动脉瘤的手术相关并发症及治疗后复发/再出血的风险都显著高于囊状动脉瘤³。

基于计算流体动力学（CFD）分析，有大量证据表明动脉瘤内的血流动力学模式显著影响脑动脉瘤的形成、生长和破裂^4,5。关于血流动力学参数，认为流体冲击部位的较高流速和升高的壁面剪切应力（WSS）会触发动脉瘤的生长。然而，一些CFD研究表明，动脉瘤瘤顶处的WSS往往较低⁶。综合这些发现，一些作者认为低WSS可能通过炎症和局部动脉粥样硬化变化促进动脉瘤生长，而高WSS则可能通过血管壁反应促进脑动脉瘤的生长和破裂^4,5。尽管有这些认识，相关机制仍属推测性，需要进一步研究以澄清这一关键问题。

大多数关于颅内动脉瘤的血流动力学研究都集中在常见的动脉瘤类型上，如后交通动脉⁷、MCA分叉⁶和前交通动脉（AcomA）⁸。然而，对于临床管理中具有重大挑战的罕见血泡动脉瘤，影响其血流动力学因素的研究仍大多未开展。本研究的目的是分析和比较血泡动脉瘤与健康颈内动脉的血流动力学参数，通过研究这些差异，我们旨在推断血流动力学因素与血泡动脉瘤发生和生长之间的关联，并深入了解这些罕见且棘手动脉瘤的发病机制。

材料与方法

本研究已获得医院伦理委员会的批准。由于研究具有回顾性，因此免除了获取患者知情同意的要求。从2013年1月至2022年12月的脑动脉瘤数据库中，共识别出13名患有破裂血泡动脉瘤的患者（4名男性，9名女性；平均年龄47.1 ± 9.9岁；年龄范围30至59岁）。其中，2名患者的同侧ICA上存在胎儿型后脑动脉（FPCA）。

结果

表1总结了13名血泡动脉瘤患者和7名对照组的基线信息。在血泡动脉瘤患者中，11名接受了血管内治疗：6名接受了支架辅助栓塞术，3名接受了双支架植入，1名接受了单纯栓塞术，1名接受了血流导向装置治疗。4名患者（33.3%）在治疗后一个月内出现再出血。有2名患者（15.4%）在住院期间死亡，仅有6名患者（46.1%）达到

讨论

在这项回顾性研究中，利用患者特定的血管几何结构进行了CFD分析，以比较动脉瘤和健康动脉之间的血流动力学变量，从而揭示可能导致血泡动脉瘤发病机制和进展的差异。与正常颈内动脉相比，血泡动脉瘤的平均和最大振荡剪切指数更高，平均和最大相对驻留时间更高，最大壁面剪切应力梯度更高，最大压力差更高，最低时间平均壁面剪切应力更低。

结论

关于血泡动脉瘤的数值模拟文献较少，尤其是在评估动脉瘤破裂风险方面。本研究为这种罕见但高风险的动脉瘤类型提供了宝贵的见解。通过对正常颈内动脉在各种血流动力学参数（包括时间平均壁面剪切应力、壁面剪切应力梯度、压力差、振荡剪切指数和相对驻留时间）的统计分析，发现振荡剪切指数和相对驻留时间是区分血泡动脉瘤与正常颈内动脉的潜在指标。此外，TAWSS图中的旋涡模式也被认为是一个不良预后的因素。

人类与动物权利

作者声明本研究未涉及对人类或动物的实验。

知情同意与患者信息

作者声明本报告中不包含任何可能导致患者和/或志愿者身份被识别的个人信息。

作者贡献声明

吴德昌：概念构思、方法论、数据分析、资源获取、初稿撰写。陈振业：软件开发、数据验证、数据分析、可视化。吴意琳：软件开发、数据验证、数据分析。施祖清：概念构思、研究设计、资源获取、修订与编辑、监督、资金筹措。