新鲜人脑主要颅内动脉强度参数的统计分析及其在神经介入中的意义

本研究通过单次拉伸断裂实验，系统测量了基底动脉（BA）、左右大脑前动脉（ACA）、左右大脑中动脉（MCA）及前交通动脉（ACoA）等新鲜人脑动脉的最大杨氏模量（E）、极限强度（Rm）、断裂强度（Ru）和断裂应变（A），并发现ACA与ACoA在力学性能上显著区别于BA和MCA。研究进一步揭示动脉壁厚度与强度参数呈负相关，并提出神经血管手术中相对纵向应变7%为低破裂风险的临界值。该成果对优化神经介入器械、组织工程仿生血管及血流动力学模拟具有重要价值。

　　

1 引言

脑血管疾病是心血管疾病致死的主要原因，2019年约占心血管死亡总数的30%。尽管血管内介入技术如取栓术、动脉瘤栓塞术等日益普及，但术中并发症如再狭窄、支架移位和动脉破裂等风险仍不可忽视。颅内动脉具有高度非线性、各向异性和粘弹性等复杂力学特性，且不遵循胡克定律。既往研究多关注周向力学性能，而轴向拉伸强度数据匮乏，但临床中导管、导丝等器械的操作易诱发轴向应力，可能导致血管损伤甚至破裂。此外，颅脑外伤（TBI）亦可能引起动脉过度拉伸或破裂。本研究旨在填补颅内主要动脉在单次拉伸至断裂条件下的强度参数空白，为相关临床和工程应用提供数据支持。

2 材料与方法

2.1 生物样本采集

研究使用华沙医科大学解剖学系提供的48条动脉样本（取自21具遗体，年龄18–81岁，中位数54岁），所有样本在死后5天内采集，并于4°C–8°C生理盐水中保存不超过24小时。排除中枢神经系统相关死因及明显颅内病变的个体。

2.2 准静态拉伸实验

采用Instron 3345设备以5 mm/min的速率进行轴向拉伸实验，样本标距长度为15 mm。工程应力（P）和工程应变（ε）分别通过以下公式计算：

P(t) = F(t)/S

ε(t) = [l(t) – l]/l

其中F为拉力，S为初始横截面积，l为初始长度。通过应力-应变曲线确定最大杨氏模量（E）、极限强度（R_m）、断裂强度（R_u）及断裂应变（A）。

2.3 强度参数测量

使用高分辨率相机测量动脉壁厚度和外径，计算横截面积。样本在拉伸过程中保持湿润，断裂位置非夹持处的数据才被采纳。

2.4 统计分析

采用ANOVA和Fisher最小显著差数（LSD）检验比较不同动脉组的参数差异，并通过多元线性回归分析年龄、性别、几何参数对力学性能的影响。显著性水平设为α=0.05。

3 结果与讨论

3.1 强度参数

MCA组的平均杨氏模量最低（LMCA: 3.64 MPa，RMCA: 2.80 MPa），ACA组最高（LACA: 11.09 MPa，RACA: 13.83 MPa）。RACA的极限强度和断裂强度最高（均为约1.59 MPa），断裂应变范围为19.13%（RMCA）至24.96%（RACA）。所有动脉的极限强度与断裂强度差异小于10%，表明材料在接近断裂时仍保持较高一致性。

3.2 多重比较

ACA在E、R_m和R_u上均显著区别于其他动脉（p<0.05），ACoA与BA、MCA间亦存在显著差异。根据统计学结果，动脉可分为三组：BA+MCA、ACA和ACoA。断裂应变（A）在各组间无显著差异（p=0.15），表明破裂应变可能具有普适性。

3.3 线性回归

力学参数仅与动脉壁厚度（δ）显著相关（p<0.05），而与年龄、性别及外径无关。壁厚度增加导致E、R_m和R_u下降，其中ACA组的下降斜率是BA+MCA组的4–5倍，ACoA组为1.5–3倍。这一现象可能与动脉壁层状结构及胚胎发育差异有关。

3.4 临床意义与安全阈值

研究提出轴向相对应变7%作为神经介入手术中的低风险拉伸阈值，该值适用于所有动脉类型且与壁厚度无关。但需注意，病理状态（如肿瘤浸润或炎症）可能改变动脉力学性能，且小穿支动脉（如豆纹动脉）因成像困难需特别谨慎操作。

4 结论

本研究首次系统提供了新鲜人脑主要动脉的拉伸强度参数，明确了ACA和ACoA的力学特性差异，并建立了壁厚度与强度参数的负相关关系。提出的7%应变阈值为临床操作提供了量化依据，成果可用于神经介入器械优化、血管仿生材料开发及计算机流体力学模拟，具有重要的工程与临床价值。

局限性

样本来源有限，且个体医疗史未知可能影响参数变异；动脉小尺寸限制了双轴实验的可行性；体内复杂力学环境难以完全模拟。未来需结合更多样本及多轴加载实验进一步验证。