颅内囊性动脉瘤虚拟壁厚和破裂风险相关性研究

摘要

目的
　　以个体特异性动脉瘤模型为基础，探索计算机数值模拟颅内囊性动脉瘤“虚拟壁厚”分布的方法，分析“虚拟壁厚”与动脉瘤破裂风险之间的关系，为未破裂动脉瘤临床预防和治疗提供理论依据。
　　方法
　　1.以动脉瘤患者头颅CTA扫描获取的DICOM图像为基础，使用VMTK血管建模工具包，在Pypepad中应用移动立方体提取剪切感兴趣区，使用水平集法等建立动脉瘤血管段的三维表面模型。
　　2.使用VMTK血管建模工具包结合Python软件，通过计算表面三维模型的Voronoi图、计算中心线、重建中心线、切割Voronoi图、修补Voronoi图和重建等步骤，建立动脉瘤形成前的原始载瘤血管三维模型。
　　3.动脉瘤三维表面模型和重建的载瘤动脉在Geomagic Studio中分别处理为模具和型坯，在前处理器Gambit中进行网格划分、定义边界和计算域，使用ANSYSPOLYFLOW软件数值模拟分析“虚拟壁厚”分布。
　　4.采用Geomagic Studio逆向建模软件，通过一系列的切割、复制、缩放、变形、组合和测量等操作，达到连续修改某一几何参数，建立多个局部几何特征改变的系列三维表面模型。对各个系列的三维几何变形模型分别进行“虚拟壁厚”数值模拟计算，分析单个几何参数和“虚拟壁厚”的之间的相关性，初步验证“虚拟壁厚”的科学性。
　　5.对80个破裂及未破裂动脉瘤分别进行“虚拟壁厚”数值模拟分析，评估“虚拟壁厚”和动脉瘤破裂风险之间的关系;并通过15名新诊治动脉瘤患者对“虚拟壁厚”参数进行初步临床验证;尝试分析“虚拟壁厚”参数和蛛网膜下腔出血量(Fisher分级)的相关性。
　　结果
　　1.使用VMTK血管建模工具包能顺利建立动脉瘤三维表面模型，重建后能较好显示动脉瘤表面的小疱等微小几何结构。
　　2.在VMTK血管工具包和Python软件中，通过人机互动的方式，计算机能自动重建去除动脉瘤后的载瘤血管模型。
　　3.型坯、模具在Gambit软件中能顺利划分网格、定义边界和计算域，并可以通过Polyflow软件进行“虚拟壁厚”数值模拟。
　　4.使用逆向建模软件的各种编辑功能，在仅改变单个几何参数的情况下顺利建立瘤高变化系列模型、瘤宽变化系列模型、瘤颈变化系列模型和体积变化系列模型。“虚拟壁厚”和单个几何参数的变化曲线显示两者具有相关性。
　　5.破裂组和未破裂组的最薄“虚拟壁厚”变薄倍数有统计学差异(P＜0.05)，ROC曲线下面积为0.807（95％信心区间[CI]，0.711-0.904），评估破裂风险能力明显优于AR和SR;相对最佳临界值为19.94倍，临床初步验证有效;“虚拟壁厚”参数和蛛网膜下腔出血量有相关性。
　　结论
　　探索出了一种计算机数值模拟颅内动脉瘤“虚拟壁厚”的技术方法，“虚拟壁厚”和几何特征参数之间，以及和动脉瘤破裂风险之间均存在相关性，“虚拟壁厚”可以作为评估动脉瘤破裂风险的一个参数。