豆紋動(dòng)脈區(qū)域流體動(dòng)力學(xué)的分析及出血易發(fā)點(diǎn)的預(yù)測(cè).pdf

1、腦出血是僅次于腫瘤和心臟病的致死性疾病，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響著人類的生命健康。它的高發(fā)部位主要集中在丘腦基底節(jié)區(qū)，而高血壓是導(dǎo)致腦出血發(fā)生的最常見的原因。當(dāng)血壓從正常值驟然上升到高血壓值時(shí)，如果丘腦基底節(jié)區(qū)的的豆紋動(dòng)脈順應(yīng)性較差，就容易引起豆紋動(dòng)脈破裂而造成腦出血。目前有許多對(duì)高血壓腦出血病理生理機(jī)制的研究，但針對(duì)腦出血高發(fā)部位豆紋動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)分析和出血危險(xiǎn)部位的研究卻較少，也沒有建立出防治腦出血的有效預(yù)警

2、體系。
　　基于此，本課題分析了在血壓升高的過程中，豆紋動(dòng)脈內(nèi)部血流速度、壓力分布的變化情況，比較了血流復(fù)雜、壓力異常變化的區(qū)域，來預(yù)測(cè)豆紋動(dòng)脈破裂出血的易發(fā)點(diǎn)，從而為建立出防治腦出血的有效預(yù)警體系奠定一定理論基礎(chǔ)。利用臨床上豆紋動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)特征，建立出豆紋動(dòng)脈二維模型，然后引入計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，比較豆紋動(dòng)脈內(nèi)流場和壓力的分布，以確定易破裂出血的部位。同時(shí)，利用數(shù)值計(jì)算得到高血壓下豆紋動(dòng)脈的流速，來建立體外模擬豆紋

3、動(dòng)脈內(nèi)剪切力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的模型，用于驗(yàn)證利用血流速度來判斷豆紋動(dòng)脈區(qū)域易發(fā)生損傷和動(dòng)脈瘤的部位。
　　本課題的主要研究內(nèi)容和相應(yīng)結(jié)果如下：
　?、倮糜嘘P(guān)豆紋動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)的報(bào)道，收集豆紋動(dòng)脈的幾何特征參數(shù)：豆紋動(dòng)脈是由大腦中動(dòng)脈水平段（M1段）以直角或近似直角的方式發(fā)出的微小動(dòng)脈，它發(fā)出后在行程中會(huì)形成Ⅰ～Ⅳ級(jí)分支，各分支的平均直徑分別為0.38mm，0.27mm，0.14mm，0.10mm，大腦左右半球平均有3.6/

4、3.3束豆紋動(dòng)脈。
　?、诟鶕?jù)豆紋動(dòng)脈的解剖結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)，創(chuàng)建出豆紋動(dòng)脈二維模型。模型中，大腦中動(dòng)脈水平段的直徑為3mm，長度為15mm。從大腦中動(dòng)脈主干上以直角形式發(fā)出三束不同類型的豆紋動(dòng)脈，包括了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)三種不同的豆紋動(dòng)脈分支（直徑分別為0.10mm，0.14mm，0.27mm）。模型中所有豆紋動(dòng)脈的長度在6～21mm之間。網(wǎng)格采用非結(jié)構(gòu)化的三角形單元方式進(jìn)行劃分，共產(chǎn)生52077個(gè)節(jié)點(diǎn)，95282個(gè)三角形單元。

5、>　?、刍谟?jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法進(jìn)行血流動(dòng)力學(xué)分析。假設(shè)血液為牛頓流體，其密度ρ=1055kg/m3，黏度υ=3.3*10-4 Pa·s，不考慮血管彈性的影響，對(duì)豆紋動(dòng)脈二維模型進(jìn)行不同條件下（正常生理和高血壓病理）的穩(wěn)態(tài)計(jì)算和瞬時(shí)分析，確定出正常生理下豆紋動(dòng)脈Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)分支內(nèi)的流量比分別為0.44％，0.11%，0.09%，以及流速分別為45～30mm/s，20～15mm/s，20～15mm/s，并且提取整個(gè)豆紋動(dòng)脈區(qū)域內(nèi)平均流場分

6、布和圧力場分布云圖、一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的流速和壓力分布可視化圖，通過對(duì)速度幅值、速度矢量、壓力分布的比較分析，發(fā)現(xiàn)豆紋動(dòng)脈的起始部位、形成側(cè)分支的分叉部位以及終末端屬于血流復(fù)雜，壓力變化異常的區(qū)域。
　?、軐?duì)血流復(fù)雜，壓力變化異常的豆紋動(dòng)脈區(qū)域中12個(gè)特征點(diǎn)的流場和壓力進(jìn)行比較分析，引入加權(quán)參數(shù)ω，并結(jié)合血流速度來預(yù)測(cè)管壁破裂出血的易發(fā)點(diǎn)。結(jié)果表明，豆紋動(dòng)脈破裂出血易發(fā)點(diǎn)可分為三大類：第一類是豆紋動(dòng)脈Ⅳ級(jí)分支的終末端，此部位

7、屬于深部（丘腦、基底核區(qū)）出血，血壓的急劇升高可直接引起該部位的血管破裂，與臨床上60%腦出血是深部出血的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致；第二類是位于大腦中動(dòng)脈主干上的豆紋動(dòng)脈起始部位，該部位主要是因?yàn)閺?fù)雜的血流容易引發(fā)豆紋動(dòng)脈的動(dòng)脈瘤病變，動(dòng)脈瘤破裂而導(dǎo)致出血，這也與文獻(xiàn)中報(bào)道的豆紋動(dòng)脈動(dòng)脈瘤易發(fā)部位相符合；第三類是豆紋動(dòng)脈形成第一個(gè)側(cè)分支的分叉部位，與前面兩類比較，此部位破裂出血的危險(xiǎn)性相對(duì)較低。
　?、堇?2個(gè)特征點(diǎn)的流速建立出各個(gè)特征點(diǎn)所

8、處部位的剪切力對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的模型，并檢測(cè)內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)指數(shù)、細(xì)胞中超氧化物歧化酶和丙二醛含量，通過分析這些與血管病變相關(guān)指標(biāo)的變化，發(fā)現(xiàn)豆紋動(dòng)脈在大腦中動(dòng)脈主干上的發(fā)出端（特征點(diǎn)1、2、3）、側(cè)分支的分叉部位（特征點(diǎn)4、6）以及豆紋動(dòng)脈Ⅳ級(jí)終末端（特征點(diǎn)10、11）所處的流場均會(huì)引起內(nèi)皮細(xì)胞顯著收縮、變圓、凋亡，細(xì)胞合成的超氧化物歧化酶顯著減少，丙二醛顯著上升，其中，豆紋動(dòng)脈發(fā)出端的剪切力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞損傷最為嚴(yán)重，從而有效地驗(yàn)證了以