動(dòng)脈粥樣硬化性頸動(dòng)脈狹窄患者卒中風(fēng)險(xiǎn)的血流動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、第一部分利用能量最低丟失原理優(yōu)化頸動(dòng)脈狹窄患者血流動(dòng)力學(xué)研究中出口條件的設(shè)定
　　背景和目的:血流動(dòng)力學(xué)因素在頸動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生，發(fā)展中起重要作用，這為應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法評(píng)估頸動(dòng)脈狹窄患者卒中風(fēng)險(xiǎn)提供了可能。但是，CFD計(jì)算的準(zhǔn)確性取決于精確的邊界條件，如:出口壓力，這一數(shù)據(jù)很難直接測(cè)量。提出應(yīng)用最低能量丟失(MEL)原理，計(jì)算最低能量丟失點(diǎn)時(shí)的血流分配，以優(yōu)化頸動(dòng)脈狹窄患者血流動(dòng)力學(xué)研究中出口條件的設(shè)定。
　　

2、方法:依據(jù)入選和排除標(biāo)準(zhǔn)，將2014年6月至2014年12月間長(zhǎng)海醫(yī)院神經(jīng)外科門診和病房收治的17例患者中22個(gè)不同狹窄程度的頸動(dòng)脈血管納入本研究。通過CTA原始數(shù)據(jù)重建病例特異性的頸動(dòng)脈狹窄的數(shù)值三維模型，通過多普勒超聲檢查分別獲取患者頸總動(dòng)脈、頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈某一截面的血流速度。在ANSYS CFX軟件中，入口條件依據(jù)多普勒測(cè)量的速度值計(jì)算得到的質(zhì)量流量進(jìn)行設(shè)定，分別采用無牽引邊界、最低能量丟失點(diǎn)時(shí)的頸內(nèi)動(dòng)脈血流質(zhì)量為出口邊界條件

3、，計(jì)算頸內(nèi)動(dòng)脈和頸總動(dòng)脈之間的血流量比(Qica/Qcca);應(yīng)用面積狹窄率、Groen經(jīng)驗(yàn)公式以及臨床多普勒超聲測(cè)量計(jì)算Qica/Qcca。以臨床多普勒檢查獲得的Qica/Qcca為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算不同方法獲得的Qica/Qcca的誤差率，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　結(jié)果:最低能量丟失點(diǎn)時(shí)Qica/Qcca同臨床測(cè)量值之間的誤差率為9.39±4.83％，應(yīng)用無牽引邊界條件計(jì)算的Qica/Qcca誤差率為13.80±9.88％，應(yīng)用面積狹窄

4、率和Groen經(jīng)驗(yàn)公式方法計(jì)算的Qica/Qcca誤差率為15.97±13.54％。應(yīng)用最低能量丟失理論計(jì)算Qica/Qcca誤差率小于無牽引邊界條件下(p=0.455)和Groen經(jīng)驗(yàn)公式(p=0.102)計(jì)算的誤差率，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。對(duì)于輕度狹窄(0-50％)的患者，應(yīng)用無牽引邊界條件的誤差率為7.03±2.61％，最低能量丟失計(jì)算的誤差率7.46±3.29％，兩者之間無明顯區(qū)別;但隨著狹窄程度的加重，應(yīng)用無牽引邊界條件誤差率明顯增

5、高，當(dāng)頸動(dòng)脈中重度狹窄時(shí)(50-99％)，應(yīng)用無牽引邊界條件的誤差率為18.49±10.39％，而應(yīng)用最低能量丟失計(jì)算的誤差率為11.05±5.1％，應(yīng)用最低能量丟失理論計(jì)算的誤差率明顯小于無牽引邊界條件的誤差率，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論:當(dāng)頸動(dòng)脈無狹窄或輕度狹窄時(shí)，應(yīng)用無牽引出口邊界條件行血流動(dòng)力學(xué)分析是可行的;但當(dāng)頸動(dòng)脈中重度狹窄時(shí)，應(yīng)用無牽引邊界出口可導(dǎo)致分叉后血流分配誤差明顯增大，應(yīng)用最低能量丟失理論可優(yōu)化血流動(dòng)力學(xué)分析

6、時(shí)出口邊界條件的設(shè)定。
　　第二部分入口血流量變化對(duì)頸動(dòng)脈狹窄患者血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果的影響
　　目的:評(píng)估應(yīng)用非病例特異性入口條件對(duì)不同的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果的影響。
　　方法:通過CTA檢查的原始數(shù)據(jù)建立6例病例特異性的中度頸動(dòng)脈狹窄數(shù)值三維模型，并依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的頸總動(dòng)脈血流量范圍，采用300ml/min、400ml/min和500ml/min作為入口邊界條件，分別計(jì)算不同血流量下目標(biāo)血管區(qū)域的壁面切應(yīng)力，壓力

7、，單位體積的能量損失，以及壓力損失系數(shù)等的大小，分析入口血流量變化對(duì)不同血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響。
　　結(jié)果:入口邊界條件可影響血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。當(dāng)血流量從300ml/min增加到500ml/min時(shí)，入口血流量每增大100ml/min，狹窄段局部壁面切應(yīng)力平均增加1.293pa，同平均壁面切應(yīng)力相比其波動(dòng)幅度為29.48％;校正壁面切應(yīng)力平均改變0.1611，波動(dòng)幅度為6.64％;狹窄段的壓力平均增大55.877pa，波動(dòng)幅

8、度為26.61％;單位體積的能量丟失平均增加2154.37W/m3，其波動(dòng)幅度為50.83％;壓力損失系數(shù)平均改變0.942，其波動(dòng)幅度為9.59％。
　　結(jié)論:入口邊界條件的改變對(duì)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果影響不一，壁面切應(yīng)力，壓力或單位體積的能量丟失等受血流影響較大，而校正壁面切應(yīng)力和壓力損失系數(shù)受血流波動(dòng)影響較小。當(dāng)應(yīng)用非病例特異性入口條件行血流動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，應(yīng)用校正壁面切應(yīng)力和壓力損失系數(shù)評(píng)價(jià)可靠性優(yōu)于壁面切應(yīng)力、壓力和能量損

9、失。
　　第三部分中度粥樣硬化性頸動(dòng)脈狹窄患者發(fā)生缺血性卒中的血流動(dòng)力學(xué)危險(xiǎn)因素分析
　　背景目的:血流動(dòng)力學(xué)因素在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，發(fā)展中均起重要作用，而動(dòng)脈粥樣硬化性頸動(dòng)脈狹窄發(fā)生缺血性腦卒中的相關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)危險(xiǎn)因素仍不明確。本研究擬通過病例特異性頸動(dòng)脈狹窄數(shù)值模型，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)的方法探索頸動(dòng)脈中度狹窄患者發(fā)生缺血性腦卒中的血流動(dòng)力學(xué)危險(xiǎn)因素。
　　方法:2013年1月至2014年12月間，長(zhǎng)海醫(yī)院神經(jīng)外科

10、門診和病房收治的15例患者的24個(gè)頸動(dòng)脈中度狹窄血管納入本研究。依據(jù)患者既往腦梗塞臨床癥狀和磁共振檢查將患者分為非癥狀組(n=11)和癥狀組(n=13)。通過CTA檢查的原始數(shù)據(jù)建立病例特異性的頸動(dòng)脈狹窄數(shù)值三維模型，應(yīng)用ANSYSCFX軟件計(jì)算壁面切應(yīng)力，能量丟失，壓力損失系數(shù)等血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，探索頸動(dòng)脈中度狹窄患者發(fā)生腦梗塞的血流動(dòng)力學(xué)危險(xiǎn)因素分析。
　　結(jié)果:通過血流動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，既往發(fā)生腦梗塞的癥狀組頸動(dòng)

11、脈狹窄區(qū)域的NWSS為3.60±1.87pa，無癥狀組為2.35±0.70pa，癥狀組較無癥狀組高，兩者之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;癥狀組患者局部狹窄段壓力損失系數(shù)為13.01±6.62，無癥狀組為7.92±4.46，癥狀組高于無癥狀組，兩者間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;癥狀組單位體積的能量損失(4945.67±2905.33w/m3)高于無癥狀組(3710.65±1811.82w/m3)，但兩者間無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論:頸動(dòng)脈粥樣斑塊狹窄區(qū)域局部