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第一部分利用磁共振成像和计算流体力学方法分析颈动脉粥样硬化斑块局部血流动力学改变
目的:利用磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)结合的方法分析颈动脉粥样硬化斑块,显示斑块局部血流动力学改变,评价血流动力学因素在斑块稳定性中的作用。
材料与方法:搜集2008年至2010年颈动脉粥样硬化患者13例,其中男11例,女2例,平均年龄66.17±8.13岁；以6例正常志愿者(男6例,平均年龄36±9.84岁)作为对照。对患者及志愿者行颈动脉MRI和颈动脉增强磁共振血管成像(contrast-enhanced magnetic resonance angiography,CEMRA),利用CEMRA原始图像进行CFD计算,结合斑块形态结构分析斑块周围血流动力学参数改变。
结果:13例患者中共得到颈内动脉粥样硬化易损斑块15例。与对照组相比,病变组颈内动脉斑块致局部不规则管腔狭窄,斑块周围管壁切应力不均匀升高、静态压不均匀下降；斑块附近血流为层流,流速明显增加,呈喷射状；斑块周围管壁切应力、静态压和血流速度相比两组之间差异有显著统计学意义。斑块远侧可见管腔局部扩张,可见局部低切应力区及涡流。
结论:
1.CFD与血管影像结合能够很好的模拟在体颈动脉分叉的血流动力学改变,实现在体血管血流动力学各项指标的个体化测定。
2.CFD与MRI的结合实现了对颈动脉粥样硬化斑块同时进行结构学和流体力学的综合分析,可以评价斑块形态、成分,并能结合斑块周围流体力学参数的改变评价斑块易损性。
3.血流动力学因素影响颈动脉粥样硬化斑块发展及稳定性,易损斑块周围切应力、压力及流速的改变将易于导致斑块破裂,而易损斑块远侧管腔局部扩张,并见低切应力区及涡流,这些现象将协同促进粥样硬化斑块发展。
第二部分颈动脉粥样硬化斑块局部血流动力学参数分布特点
目的:利用磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)结合的方法分析颈动脉斑块局部切应力、静态压分布特点,从而探讨流体力学改变引起斑块破裂的机制。
材料与方法:搜集2008年至2010年颈动脉粥样硬化患者13例,其中男11例,女2例,平均年龄66.17±8.13岁,对患者行颈动脉MRI和颈动脉增强磁共振血管成像(contrast-enhanced magnetic resonance angiography,CEMRA),利用CEMRA原始图像进行CFD计算,结合斑块形态结构分析斑块周围血流动力学参数分布特点。
结果:13例患者中共得到颈内动脉粥样硬化易损斑块15例。易损斑块周围管壁切应力不均一样升高,静态压不均匀下降。最高切应力和最低静态压重叠的位置在15例动脉粥样硬化易损斑块分布如下:最高切应力、最低静态压重叠区位9例位于斑块肩部,2例位于肩部和体部,4例单纯位于体部。15例中8例斑块表面发生破裂,6例斑块破裂的位置与高切应力与低静态压重叠区一致。
结论:
1.血流动力学改变是动脉粥样硬化斑块破裂的重要影响因素,评估斑块切应力、静态压改变可以评价斑块易损性及将来的破裂风险。
2.流体力学分布与斑块破裂位置的一致性说明可以通过分析最高切应力和最低静态压的分布预测将来斑块破裂的位置。
3.斑块破裂有其好发位置,其中多见于斑块肩部,其次为体部；两个位置破裂的机制是不同。
第三部分从流体力学角度探讨导致颈动脉粥样硬化斑块破裂的因素
目的:利用磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)结合的方法分析判断血流动力学参数是否能够预测斑块纤维帽破裂。
材料与方法:搜集2008年至2010年颈动脉粥样硬化患者13例,其中男11例,女2例,平均年龄66.17±8.13岁。对患者行颈动脉MRI和颈动脉增强磁共振血管成像(contrast-enhanced magnetic resonance angiography,CEMRA)；利用CEMRA原始图像进行CFD计算,根据斑块形态结构将斑块分为纤维帽完整组和纤维帽破裂组,比较两组之间血流动力学差异。
结果:13例颈内动脉粥样硬化斑块分为两组,其中纤维帽完整组5例,纤维帽破裂组8例。纤维帽完整组血管狭窄率42.60％±11.91％,最大管壁切应力为57.00±23.50 Pa,平均管壁切应力42.73±17.30 Pa；最小静态压为-2743.38±1825.32Pa,平均静态压-2737.20±1595.76Pa,而纤维帽破裂组血管狭窄率62.75％±13.68％,最大管壁切应力为128.83±83.36Pa,平均管壁切应力102.84±67.07Pa,最小静态压为-15801.02±16744.34Pa,平均静态压-11308.87±11346.01Pa。纤维帽破裂组的最大管壁切应力、平均管壁切应力明显高于纤维帽完整组1倍多,而纤维帽破裂组的最小静态压、平均静态压明显低于纤维帽完整组2倍多。
结论:
1.颈动脉狭窄程度虽然可以反映颈动脉粥样硬化斑块的严重程度,但不能作为颈动脉斑块破裂的判断评价标准；
2.管壁切应力、静态压都可以引起斑块破裂。但两者作为判断斑块破裂的标准有待于进一步大样本研究证实；
3.对斑块局部的流体力学分析证实了CFD在斑块破裂中的价值,为将来大样本量研究斑块破裂影响因素、在将来缺血性事件中的作用和积极预防性治疗方面奠定了基础。