動脈粥樣硬化性頸動脈狹窄患者卒中風(fēng)險的血流動力學(xué)研究.pdf

1、第一部分利用能量最低丟失原理優(yōu)化頸動脈狹窄患者血流動力學(xué)研究中出口條件的設(shè)定
　　背景和目的:血流動力學(xué)因素在頸動脈粥樣硬化發(fā)生，發(fā)展中起重要作用，這為應(yīng)用計算流體力學(xué)(CFD)方法評估頸動脈狹窄患者卒中風(fēng)險提供了可能。但是，CFD計算的準(zhǔn)確性取決于精確的邊界條件，如:出口壓力，這一數(shù)據(jù)很難直接測量。提出應(yīng)用最低能量丟失(MEL)原理，計算最低能量丟失點時的血流分配，以優(yōu)化頸動脈狹窄患者血流動力學(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月間長海醫(yī)院神經(jīng)外科門診和病房收治的17例患者中22個不同狹窄程度的頸動脈血管納入本研究。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脈、頸內(nèi)動脈和頸外動脈某一截面的血流速度。在ANSYS CFX軟件中，入口條件依據(jù)多普勒測量的速度值計算得到的質(zhì)量流量進行設(shè)定，分別采用無牽引邊界、最低能量丟失點時的頸內(nèi)動脈血流質(zhì)量為出口邊界條件

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

4、率和Groen經(jīng)驗公式方法計算的Qica/Qcca誤差率為15.97±13.54％。應(yīng)用最低能量丟失理論計算Qica/Qcca誤差率小于無牽引邊界條件下(p=0.455)和Groen經(jīng)驗公式(p=0.102)計算的誤差率，但無統(tǒng)計學(xué)差異。對于輕度狹窄(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)頸動脈中重度狹窄時(50-99％)，應(yīng)用無牽引邊界條件的誤差率為18.49±10.39％，而應(yīng)用最低能量丟失計算的誤差率為11.05±5.1％，應(yīng)用最低能量丟失理論計算的誤差率明顯小于無牽引邊界條件的誤差率，具有統(tǒng)計學(xué)差異。
　　結(jié)論:當(dāng)頸動脈無狹窄或輕度狹窄時，應(yīng)用無牽引出口邊界條件行血流動力學(xué)分析是可行的;但當(dāng)頸動脈中重度狹窄時，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)化血流動力學(xué)分析

6、時出口邊界條件的設(shè)定。
　　第二部分入口血流量變化對頸動脈狹窄患者血流動力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果的影響
　　目的:評估應(yīng)用非病例特異性入口條件對不同的血流動力學(xué)參數(shù)計算結(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脈狹窄數(shù)值三維模型，并依據(jù)文獻報道的頸總動脈血流量范圍，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不同血流動力學(xué)參數(shù)的影響。
　　結(jié)果:入口邊界條件可影響血流動力學(xué)參數(shù)的計算結(jié)果。當(dāng)血流量從300ml/min增加到500ml/min時，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)力相比其波動幅度為29.48％;校正壁面切應(yīng)力平均改變0.1611，波動幅度為6.64％;狹窄段的壓力平均增大55.877pa，波動幅

8、度為26.61％;單位體積的能量丟失平均增加2154.37W/m3，其波動幅度為50.83％;壓力損失系數(shù)平均改變0.942，其波動幅度為9.59％。
　　結(jié)論:入口邊界條件的改變對血流動力學(xué)參數(shù)計算結(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)受血流波動影響較小。當(dāng)應(yīng)用非病例特異性入口條件行血流動力學(xué)分析時，應(yīng)用校正壁面切應(yīng)力和壓力損失系數(shù)評價可靠性優(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脈狹窄患者發(fā)生缺血性卒中的血流動力學(xué)危險因素分析
　　背景目的:血流動力學(xué)因素在動脈粥樣硬化的發(fā)生，發(fā)展中均起重要作用，而動脈粥樣硬化性頸動脈狹窄發(fā)生缺血性腦卒中的相關(guān)的血流動力學(xué)危險因素仍不明確。本研究擬通過病例特異性頸動脈狹窄數(shù)值模型，應(yīng)用計算流體力學(xué)的方法探索頸動脈中度狹窄患者發(fā)生缺血性腦卒中的血流動力學(xué)危險因素。
　　方法:2013年1月至2014年12月間，長海醫(yī)院神經(jīng)外科

10、門診和病房收治的15例患者的24個頸動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脈狹窄數(shù)值三維模型，應(yīng)用ANSYSCFX軟件計算壁面切應(yīng)力，能量丟失，壓力損失系數(shù)等血流動力學(xué)參數(shù)，并行統(tǒng)計學(xué)分析，探索頸動脈中度狹窄患者發(fā)生腦梗塞的血流動力學(xué)危險因素分析。
　　結(jié)果:通過血流動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，既往發(fā)生腦梗塞的癥狀組頸動

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)計學(xué)差異。
　　結(jié)論:頸動脈粥樣斑塊狹窄區(qū)域局部