多層裸支架技術(shù)治療主動(dòng)脈瘤的臨床及生物力學(xué)機(jī)制的研究.pdf

1、研究背景:傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)治療主動(dòng)脈瘤創(chuàng)傷較大，導(dǎo)致部分一般狀況較差的患者難以耐受。腔內(nèi)修復(fù)術(shù)(EVAR)的出現(xiàn)為此類患者提供了一個(gè)有效的治療途徑，具有明顯的微創(chuàng)優(yōu)勢(shì)。但以往基于覆膜支架的EVAR在面臨累及重要分支動(dòng)脈的復(fù)雜主動(dòng)脈瘤時(shí)卻遇到難題，原因是覆膜支架在隔絕動(dòng)脈瘤的同時(shí)會(huì)將附近的重要分支動(dòng)脈一同遮蔽掉，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的靶器官缺血甚至發(fā)生壞死。在此背景下，多層裸支架技術(shù)(Multilayer uncovered stent)應(yīng)運(yùn)而生。其

2、不再通過(guò)機(jī)械屏障的原理隔絕動(dòng)脈瘤，而是利用人體生理性凝血功能，誘導(dǎo)血栓在瘤腔內(nèi)形成，從而達(dá)到治療效果。
　　研究目的:目前，針對(duì)多層裸支架技術(shù)的臨床和基礎(chǔ)研究剛剛起步，其安全性及有效性尚無(wú)一致意見(jiàn)。本研究將從裸支架血液動(dòng)力學(xué)原理入手，分析裸支架相關(guān)參數(shù)（孔隙率、滲透性等）對(duì)其血液動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影響;并在隨后的臨床研究中分析多層裸支架技術(shù)治療動(dòng)脈瘤的中期療效;最后通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬研究分析裸支架誘導(dǎo)瘤腔內(nèi)的血栓形成對(duì)管壁的生物力學(xué)效應(yīng)。綜

3、合血液動(dòng)力學(xué)、臨床及生物力學(xué)三方面的研究結(jié)果，初步評(píng)估多層裸支架技術(shù)腔內(nèi)治療主動(dòng)脈瘤的安全性及有效性，并為后續(xù)臨床及基礎(chǔ)研究提供理論基礎(chǔ)。
　　研究方法:1）不同層數(shù)裸支架血液動(dòng)力學(xué)研究。選取臨床中最常用的裸支架產(chǎn)品（Sinus-XL stent，德國(guó)Optimed公司），對(duì)其進(jìn)行高清照相。在MATLAB軟件中讀取圖片并抽取單個(gè)網(wǎng)格的骨架，計(jì)算支架金屬骨架的平均寬度并施加至該基本網(wǎng)格的骨架上，生成裸支架的基本網(wǎng)格單元。在平面上對(duì)基

4、本網(wǎng)格單元進(jìn)行擴(kuò)增(5×5)，生成裸支架的平面模型。在MATLAB軟件中按照Monte-Carlo算法編寫(xiě)程序，分別將2-5層裸支架進(jìn)行10，000次的隨機(jī)疊放，并獲得每種情況下支架系統(tǒng)整體的網(wǎng)格孔隙率(MP)的分布區(qū)間圖并計(jì)算對(duì)應(yīng)的有效滲透性（EP）。在有限元求解軟件ADINA(美國(guó)ADINAR&D公司)中建立二維主動(dòng)脈瘤計(jì)算機(jī)模型，并將裸支架的參數(shù)MP及EP代入到有孔介質(zhì)材料性質(zhì)中。在模型近端入口施加流體速度載荷（90 cm/s），

5、分析不同層數(shù)裸支架阻擋時(shí)瘤腔內(nèi)的血液動(dòng)力學(xué)特征;2）臨床研究。檢索本中心自2010年至2013間收治的主動(dòng)脈瘤病例，將其中以多層裸支架技術(shù)治療的患者納入研究隊(duì)列。對(duì)術(shù)中支架釋放前后血管造影圖像進(jìn)行定量分析，使用瘤腔內(nèi)平均信號(hào)強(qiáng)度(CMeanSI)和極限信號(hào)強(qiáng)度的差值（CPeakSI）分別反映瘤腔內(nèi)平均血流流速和最大血流流速的改變。術(shù)前及隨后隨訪中定期進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影(CTA)檢查。將DICOM格式的CT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理軟件

6、AquariusWorkstation（美國(guó)TeraRecon公司）中進(jìn)行影像學(xué)測(cè)量，包括瘤體直徑、瘤腔內(nèi)血栓化比率(STR)、分支動(dòng)脈通暢率等參數(shù)。使用Kaplan-Meier方法分析研究隊(duì)列的生存情況及瘤腔完全血栓化所需時(shí)間等。綜合評(píng)估多層裸支架技術(shù)的中期療效;根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)多層裸支架技術(shù)的手術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化（使用覆膜支架作為輔助隔絕措施），并在小規(guī)模臨床研究中觀察其治療效果;3）裸支架誘導(dǎo)血栓的生物力學(xué)研究。選取6例患者的CT圖像

7、建立個(gè)體化計(jì)算機(jī)模型，在管腔中加載心動(dòng)周期依賴性的壓力載荷，在ADINA中進(jìn)行求解并觀察術(shù)后血栓形成對(duì)管壁應(yīng)力（Effective stress）和應(yīng)變(Stretch-P1)的影響。并探索局部管壁應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)因素。
　　研究結(jié)果:
　　1）血液動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果:①不同層數(shù)的裸支架隨機(jī)疊放時(shí)，其MP分布區(qū)間相對(duì)集中。單層裸支架的MP值為85.2％，2-5層裸支架隨機(jī)疊放后，整體的MP分布（中位數(shù)，四分位數(shù)間距）分別為:72.

8、2％[71.9，72.9]、60.5％[60.4，62.8]、52.4％[51.0，54.1]、44.6％[43.0，46.3];②隨著支架層數(shù)的增多，瘤腔內(nèi)血流流場(chǎng)發(fā)生明顯改變。在無(wú)裸支架阻擋時(shí)，血流首先沖擊動(dòng)脈瘤壁遠(yuǎn)端，再經(jīng)遠(yuǎn)端折返至近端，形成“沖擊-折返”血流;在動(dòng)脈瘤遠(yuǎn)端瘤壁和折返處可見(jiàn)高切應(yīng)力和高流速區(qū)，瘤腔內(nèi)形成大的旋渦流場(chǎng);隨著支架數(shù)目的增多，沖擊-折返血流逐漸減弱，而由動(dòng)脈瘤近端進(jìn)入、遠(yuǎn)端流出的“平流血流”逐漸增強(qiáng);同時(shí)

9、瘤腔內(nèi)血流流速?gòu)?qiáng)度和瘤壁切應(yīng)力大幅度下降，當(dāng)以3-4層裸支架進(jìn)行隔絕時(shí)，這種血流調(diào)節(jié)作用最為明顯;
　　2）臨床研究結(jié)果:共有42例患者（男性71.4％;平均年齡63.3歲）納入回顧性研究。其中21例為囊袋狀動(dòng)脈瘤(S-An)，8例為梭形動(dòng)脈瘤(F-An)，其余13例為夾層動(dòng)脈瘤(D-An)。①手術(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)。技術(shù)成功率(Technicalsuccess)為95.2％。平均植入支架個(gè)數(shù)為3.3枚。支架釋放失敗1例，圍手術(shù)期死亡1例;

10、術(shù)中支架釋放前后造影的定量分析(n=18)示CMeanSI=33.3％(95％CI:23.5％-43.2％, p＜0.001);CPeakSI=25.7％(95％ CI:15.2％-36.3％, p＜0.001)。提示支架釋放后瘤腔內(nèi)血流平均流速和峰值流速顯著下降。對(duì)19例患者進(jìn)行了術(shù)中測(cè)壓，結(jié)果表明校正的瘤腔內(nèi)收縮壓值(ASSP)在支架釋放后無(wú)明顯下降(術(shù)前141.2±20.6 mmHg vs術(shù)后138.2±17.4 mmHg，p=0

11、.22);②隨訪結(jié)果。平均隨訪時(shí)間為20.9±9.0月。隨訪中死亡1例;術(shù)后19個(gè)月時(shí)預(yù)期總體生存率為93.2％±4.9％;預(yù)測(cè)術(shù)后平均生存期為42.8±1.5個(gè)月。隨訪中大多數(shù)患者的瘤腔殘余灌注（SRP）逐漸停止;術(shù)后第18個(gè)月，SRP發(fā)生率為38.9％±8.1％。瘤腔內(nèi)完全血栓化平均需要16.3±1.8個(gè)月。術(shù)前瘤腔內(nèi)STR及平均動(dòng)脈瘤最大直徑分別為18.1±14.9％及53.4±13.6 mm;術(shù)后STR增加至93.6±9.5％，

12、而動(dòng)脈瘤最大直徑下降至48.8±13.9 mm。未觀察到動(dòng)脈瘤的破裂;隨訪中，約97.4％的主要分支（腸系膜上動(dòng)脈、腹腔干和腎動(dòng)脈）和97.1％的小分支（節(jié)間動(dòng)脈）保持通暢。研究隊(duì)列的臨床治療成功率為95.2％;③亞組分析。多層裸支架的治療效果與動(dòng)脈瘤形態(tài)特征相關(guān)。S-An組的治療效果最為顯著。動(dòng)脈瘤直徑減小在S-An中最為明顯，且12個(gè)月內(nèi)S-An組中血栓化最快。而D-An組血栓形成最為緩慢;④影響瘤腔內(nèi)血栓化速率的風(fēng)險(xiǎn)因素。具有統(tǒng)計(jì)

13、學(xué)意義的指標(biāo)包括:術(shù)后抗凝治療(p=0.044)、支架植入個(gè)數(shù)(p=0.013)以及瘤腔入口長(zhǎng)度;
　　3)多層裸支架聯(lián)合覆膜支架治療胸腹主動(dòng)脈的預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果:共納入6例患者（男性4例，平均年齡58歲）;術(shù)后平均隨訪時(shí)間為14月（6-24月）。其中四例患者中觀察到動(dòng)脈瘤直徑縮小;另2例中動(dòng)脈瘤維持穩(wěn)定;動(dòng)脈瘤平均直徑由術(shù)前的65.0±8.8mm縮小至術(shù)后58.5±12.2mm(p=0.054);同時(shí)瘤腔內(nèi)STR由23.3％±7.4％

14、上升至98.0％±3.3％。術(shù)中被支架覆蓋的主動(dòng)脈24根內(nèi)臟分支區(qū)動(dòng)脈中，隨訪中23條均保持通暢(83.3％);
　　4)裸支架誘導(dǎo)血栓的生物力學(xué)性質(zhì):①支架誘導(dǎo)的血栓可限制動(dòng)脈瘤管壁周向形變。術(shù)前，舒張末期及收縮末期管壁最大形變量分別為1.16±0.07 mm及1.19±0.08 mm;而術(shù)后分別降至1.05±0.02 mm(p=0.008)及1.07±0.02 mm(p=0.009)。同時(shí)管壁周向張力亦明顯下降。舒張末期，術(shù)前

15、管壁最大應(yīng)力(MaxES)為519.40±477.43 KPa，平均應(yīng)力(MeanES)為58.60±11.11 KPa;術(shù)后分別降至114.94±112.98 KPa(p=0.089)及23.56±12.05 KPa(p=0.001);類似地，收縮期時(shí)術(shù)前的MaxES及MeanES分別為770.99±727.64 KPa和88.00±15.94 KPa，術(shù)后則分別降到175.80±41.67 KPa(p=0.099)及36.02±18

16、.31 KPa;②導(dǎo)致局部管壁應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)因素。主要包括管壁厚度、局部鈣斑的存在、以及管腔形態(tài)（局部成角）等。
　　結(jié)論:多層裸支架技術(shù)為累及分支動(dòng)脈的復(fù)雜主動(dòng)脈瘤的腔內(nèi)治療提供了一種新的方法。裸支架通過(guò)改變瘤腔內(nèi)血液動(dòng)力學(xué)特征誘導(dǎo)其內(nèi)血栓形成，降低管壁的張力，從而預(yù)防動(dòng)脈瘤的破裂。本中心的回顧性臨床研究初步證實(shí)了多層裸支架技術(shù)在穩(wěn)定動(dòng)脈瘤并保存分支上的有效性和安全性。嚴(yán)格的病人篩選和術(shù)后血壓控制是應(yīng)用本技術(shù)的關(guān)鍵。在相關(guān)大規(guī)模