呼吸运动诱导肾动脉变形对EVAR术后影响的数字孪生模拟研究

为解决复杂腹主动脉瘤治疗中肾动脉支架置入后并发症问题，研究人员通过患者特异性模型和计算模拟，首次建立了包含呼吸运动影响的fEVAR数字孪生模型。该研究验证了不同长度支架对肾动脉形态学参数（如分支角、曲率）的影响，为临床术前规划提供了量化工具。

　　

腹主动脉瘤（AAA）如同潜伏在人体内的"定时炸弹"，当直径超过5厘米时，破裂风险急剧上升。目前，腔内修复术（EVAR）已成为主流治疗手段，但对于累及肾动脉的复杂病例，术后仍有6.7%患者出现支架闭塞导致肾功能衰竭。更棘手的是，呼吸运动会使肾动脉产生显著形变——就像橡皮筋被反复拉扯，这种动态变化如何影响支架性能？传统术前规划对此束手无策。

法国圣艾蒂安国立高等矿业学校（Mines Saint-Etienne）联合巴黎玛丽·拉内隆格医院的研究团队在《Annals of Biomedical Engineering》发表突破性成果。他们首次建立包含呼吸运动全过程的数字孪生模型，通过逆向工程解析商业支架力学特性，采用患者特异性CT数据构建主动脉-肾动脉三维模型。关键技术包括：基于μ-CT的支架三维重建、呼吸位移场量化（精度达1.5mm）、多材料耦合仿真（CoCr支架与ePTFE覆膜），并创新性引入"支架放置准确度评分"验证系统。

材料与方法
研究采集2例fEVAR患者术前术后CT数据，通过半自动分割建立包含呼吸周期（吸气/呼气）的几何模型。采用Holzapfel-Gasser-Ogden本构模型描述血管各向异性，通过三点弯曲试验标定支架材料参数（如钴铬合金E=268GPa）。呼吸位移边界条件精确量化（如患者1左肾动脉位移矢量[-15.8,-8.0,-1.1]mm）。

结果验证
模拟结果与临床数据高度吻合：分支角变化幅度（9.16° vs 文献8.53-11.01°）、支架突出长度（3.95mm vs 临床标准3.88mm）。数字模型成功预测支架弯曲行为，右肾动脉SG放置准确度达100%，但左肾动脉因下腔静脉解剖干扰降至45%。

呼吸影响机制
研究发现支架长度显著改变肾动脉动力学：27mm长支架使分支角变化减少73%（从9.16°降至2.45°），但导致支架末端角剧增27.12°。这种"杠杆效应"揭示过长的支架虽能稳定近端，却会加剧远端血管的应力集中。

这项研究开创性地将呼吸动力学纳入血管介入仿真，其数字孪生框架可扩展至其他脏器血管。临床价值在于量化证明：18-22mm支架在运动适应性与形态保持间取得最佳平衡。正如作者指出，未来结合计算流体力学（CFD）将能进一步预测血流动力学改变，为"零并发症"的精准EVAR奠定基础。