心肺旁路（CPB）的应用在全球范围内日益增加，仅在美国每年就进行超过50万例[1]。虽然CPB彻底改变了心脏手术，但在手术过程中血液通过重要器官循环时，它伴随着显著的全身性影响。CPB的生理压力因血液稀释、泵流速变化和非脉动流动等干预措施而加剧，这些因素会显著影响所有器官系统的灌注动态。尽管存在这些风险，但CPB泵运行条件对腹部动脉血栓形成和内脏器官功能的具体影响仍知之甚少，需要进一步研究以优化CPB管理策略并减轻并发症。
计算流体动力学（CFD）的进步使得复杂的心血管血流动力学数值模拟成为可能，从而能够详细分析流动行为和病理状况。当与拉格朗日粒子追踪（LPT）结合使用时，CFD可以精确追踪栓塞轨迹，评估栓塞风险和梗死潜力。先前的研究已经利用这一能力研究了胸主动脉[2,3]和Willis环[4,5]中的栓塞输送，特别是在急性缺血性中风的背景下。最近，这种方法也被应用于ECMO体外系统，以检查全长主动脉中的栓塞动态[6]。迄今为止，基于CFD的腹部主动脉血流研究仍然很少[7]，尤其是关于栓塞通过肾动脉、肝动脉、脾动脉和肠系膜动脉的研究更为缺乏。尽管越来越多的临床证据表明CPB与肾脏、肝脏、脾脏、胰腺和胃肠道器官的并发症有关，但尚未有研究探讨CPB泵运行条件对这些关键内脏器官的影响。
通过降主动脉的栓塞可能滞留在肾动脉（RAs）中，阻塞血流并可能导致急性肾损伤（AKI），后果严重[8,9]。这种阻塞表现为肾灌注减少，对肾功能构成重大风险，因为完全阻塞可能导致不可逆的肾衰竭。在接受CPB的患者中，AKI的发生率为18.2%至30%[10],[11],[12]，是心脏手术后发病率和死亡率的关键预测因素[13,14]。CPB手术是导致AKI的两个最常见原因之一[15]，这与住院时间延长、临床结果不佳以及医院死亡率增加八倍有关[16],[17],[18]。尽管肝栓塞在特定患者和CPB驱动的栓塞输送背景下具有相关性，但其受到的关注相对较少[19]。CPB期间的血流动力学变化，包括非脉动灌注和血液稀释，增加了栓塞在肝微循环中的滞留风险[19]。心脏手术后的肝衰竭发生率约为4%，高达10%的CPB患者会出现某种程度的肝损伤[20,21]。另一项研究报道，在没有其他腹部并发症的患者中，CPB后肝功能障碍的发生率为14.4%[22]。肝衰竭约占内脏并发症的4%，但其死亡率高达74%[23]。
尽管脾脏的血液供应丰富，但关于脾栓塞的报告仍然相对较少[24]。然而，栓塞事件越来越多地被认为是心脏手术后脾梗死的主要原因之一。一项心脏手术后的临床尸检研究发现，血栓栓塞事件导致了67%的脾梗死[25]，突显了栓塞的主要作用。另一项研究报道，三分之一的脾梗死病例是栓塞引起的[26]。脾梗死的死亡率因患者人口统计学和基础条件而异，范围从5%到20%[24]。
其他腹部内脏器官也受到心脏手术期间可能发生的缺血性并发症的严重影响，包括胃肠道系统[27]和胰腺[28]。虽然CPB引起的胃肠道功能障碍的发生率相对较低，范围为0.3-5.5%，但死亡率约为32%[29,30]。同样，CPB后的胰腺并发症也不常见（0.44%的病例），但其死亡率很高（44%[28]），胰腺缺血被认为是主要因素之一。
尽管有关于CPB相关腹部内脏器官并发症的足够临床数据，但相关的栓塞风险仍大多未被探索和量化。本研究旨在通过利用CFD和LPT来模拟栓塞通过关键腹部动脉（包括肾动脉、肝动脉、脾动脉、肠系膜动脉和髂动脉）的输送，从而填补这一空白。这种方法将通过在不同CPB参数和运行条件下绘制其轨迹，提供腹部循环中栓塞动态的详细评估。因此，本研究重点关注CPB期间栓塞输送的流动驱动机制，而不是直接预测临床结果。
