分叉和狭窄对颅内动脉血液流体动力学的影响

摘要

目的 基于颅内动脉数量众多且影响因素较多,本文重点研究了分叉角度、对称分支动脉狭窄度、不对称分支动脉狭窄度和斑块尺寸对颅内动脉粥样硬化形成和生长的影响作用,以期利用血流动力学参数的评估为动脉粥样硬化的预警、诊断及选择合适的血管内治疗等提供一定的指导作用.方法 基于计算流体动力学方法,构建主支动脉连接分支动脉的几何模型和有限元模型的边界条件,设计45°～135°区间共7种分叉角度,依托狭窄度λ来表征血管的狭窄程度,通过血液压力、流速和剪切力等血液流体力学参数对比分析各因素对颅内动脉粥样硬化的产生及发展过程的机制.结果 分叉角度对速度比最大值和剪切力最大值基本没有影响,对压力最小值影响也较小,最大振幅不超过5％.随着狭窄度的增加,最小压力下降而速度比最大值增加,当λ从0增加到0.5、0.67和0.75时,最小压力分别下降了1.6 Pa、1.8 Pa和3.6 Pa,速度比最大值分别上升了48％、1.2倍和1.9倍;狭窄度对最大剪切力的影响很小,直到当狭窄度增大到0.75时,最大剪切力提升了5％.非对称两个支路狭窄度的比值Φ增加时,3个参数均逐渐增加且增加的幅度随Φ的增加而增大.随着斑块长度的增加,压力最小值呈线性增加,速度比最大值则逐渐增加,剪切力最大值则是逐渐下降,最后趋势趋于平缓.结论 分叉角度对血液流体力学参数的影响较小;对称分支动脉狭窄度越大,或者不对称分支动脉的狭窄度比值越大,或者斑块长度越短,均引起血管壁剪切力越大,越容易造成血管内壁损伤,加速动脉粥样硬化.本研究为颅内动脉粥样硬化的形成机制、影响因素以及预测转归等方面提供有用信息.