前动脉变异对脑动脉瘤发生与破裂影响的生物力学研究

摘要

颅内动脉瘤是心脑血管疾病的常发病之一，对其发生以及破裂的临床和生物力学研究都有重要的意义。Willis动脉环是脑血管的主要侧支通路，对维持动脉之间的血压平衡和血液供给都起到了关键作用。Willis动脉环因其特殊的生理形态，使得大多数的颅内动脉瘤都形成于Willis环血管上，且超过半数的正常人都存在有Willis环变异的现象，这也导致颅内动脉瘤的发生几率大大提高。本文应用计算流体动力学技术和医学成像技术，选取实际病例进行3D建模，采用血液动力学分析与统计方法，讨论不同的Willis环变异形态与颅内动脉瘤发病率之间的关系。同时，选取动脉瘤破裂病人组和未破裂病人组进行对比，分别在形态学和血液动力学两方面进行统计研究，为颅内动脉瘤诊断与治疗提供一定的理论参考。
　　为探讨前交通动脉瘤的发病率与Willis环的A1段（大脑前循环处）变异形态之间的关系，本文建立30个真实病例模型，即Willis环正常形态、大脑前动脉缺失变异形态和发育不良变异形态三类各10例，选取了6个最具代表性的血液动力学参数进行分析统计，分别是平均壁面剪切引力(AWSS)、平均壁面剪切应力梯度(AWSSG)、震荡剪切指数(OSI)、动脉瘤发生指数(AFI)、梯度震荡数值(GON)和血液压强。结果表明，相较于正常形态模型，Willis环变异形态模型的参数变化区域更广，AWSS(分别是5.44,5.71,7.41 Pa)、AWSSG(1.55e+4,2.31e+4,1.97e+4 Pa/m)、AFI(0.9945,0.9956，0.9959)和压强(1.19e+4，1.24e+4，1.22e+4 torr)的参数值更高，尤其在前交通动脉处以及分叉连通处。在对正常形态模型和发育不良变异形态模型进行非参数T检验发现，这两类模型的壁面剪切引力和动脉瘤发生指数两个参数的统计P值为0.029和0.037，具有显著差异性。模拟结果表明A1段变异的Willis环形态在一定程度上会影响血管的血液动力学变化，从而导致较高的动脉瘤发病率。
　　进一步地，本文探讨了前交通动脉瘤破裂与未破裂之间的相关参数比较。我们建立了42个破裂和27个未破裂的真实病例动脉瘤模型，选取4个形态学参数和4个血液动力学参数进行对比分析。同时，根据Willis环形态分类，每组再分为正常形态、缺失变异形态和发育不良变异形态三类。结果显示，破裂与未破裂动脉瘤在形态学方面无显著性差异，而在血液动力学方面具有显著的参数差异性，特别是平均壁面剪切应力、壁面剪切应力梯度和压强的P值分别为0.026、0.006和0。同时，未破裂动脉瘤参数值明显高于破裂动脉瘤模型，如AWSS(分别是36.63，23.95 Pa)，AWSSG(2.0e+5，1.2e+5 Pa/m)，OSI(0.028，0.021)和压强(6.78e+4，3.31 e+4 torr)，这4个血液动力学参数都有明显差异值。对其进行Willis环形态分类后的结果统计分析发现，缺失变异形态组的OSI和压强参数P值为0.012，参数有显著的差异性水平，其它参数无明显差异性显示。可见，不同Willis环形态对于动脉瘤的破裂也存在一定影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 颅内动脉瘤临床研究

1．2 Willis动脉环临床研究

1．2．1 Willis环变异形态研究

1．2．2 Willis环形态变异与颅内动脉瘤的关系

1．3 血流动力学及其相关临床应用

1．3．1 血液动力学与颅内动脉瘤研究

1．3．2 血液动力学与Willis环研究

1．4 本论文的主要研究目的和研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第二章 研究方法简述

2．1 个体化建模

2．1．1 相关软件介绍

2．1．2 三维建模方法

2．2 CFD模拟计算

2．2．1 相关软件介绍

2．2．2 模型模拟前处理

2．2．3 CFD模拟

第三章 Willis环形态变异对前交通动脉瘤发生的影响性研究

3．1 前言

3．2 研究方法简述

3．2．1 个体化病例与模型

3．2．2 血液动力学参数选取

3．3 血液动力学模拟结果

3．3．1 个体化病例建模结果

3．3．2 Willis环正常形态和缺失变异形态的血液动力学参数结果比较

3．3．3 Willis环正常形态和发育不良变异形态的血液动力学参数结果比较

3．4 统计与分析

3．4．1 模拟结果统计与分析方法介绍

3．4．2 血液动力学参数结果

3．4．3 统计分析结果

3．5 讨论和总结

第四章 破裂与未破裂前交通动脉瘤对比性研究

4．1 前言

4．2 研究方法简述

4．2．1 个体化病例与模型

4．2．2 形态学参数选取

4．2．3 血液动力学参数选取

4．3 血液动力学模拟结果

4．3．1 个体化病例建模结果

4．3．2 破裂与未破裂动脉瘤模型的血液动力学参数

4．4 统计与分析

4．4．1 模拟结果统计与分析方法介绍

4．4．2 形态学参数对比结果

4．4．3 形态学参数统计分析结果

4．4．4 血液动力学参数对比结果

4．4．5 血液动力学参数统计分析结果

4．5 讨论和总结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 不足及展望

致谢

参考文献

作者简介