基金项目：国家自然科学基金（81171092）；上海市科委重点项目（11DZ1921603）
作者单位：200433上海，第二军医大学附属长海医院神经外科
通讯作者：黄清海，Email：ocinhqh@163．com ·综述·
吕楠黄清海
关键词：颅内动脉瘤；血流动力学；血流导向装置；计算流体力学
doi：10.3969/j.issn.1672-5921.2013.10.009
近年来，血管内栓塞已成为颅内动脉瘤的重要方法之一。但对于巨大动脉瘤、宽颈动脉瘤及复杂动脉瘤，单纯通过弹簧圈栓塞存在着术后易复发、费用昂贵等问题。随着血管内技术的不断进步及血流动力学研究的逐步深入，具有高金属覆盖率、低孔率特征的血流导向装置（flow diver-ter，FD）应运而生。目前临床应用的血流导向装置主要有Pipeline Embolization Devise（PED，美国）、Silk flow diverting stent（SFD，美国）和Tubridge血流导向装置（中国）。其共同的作用机制是将载瘤动脉向动脉瘤内的冲击血流通过FD导向远端血管，以减少局部血流对动脉瘤的冲击，为血栓形成创造条件，最终达到
血管重建的目的［1］。但FD是否能够改善局部血流动力学，只有通过对血流动力学的量化研究才能得到验证。而计算流体力学（compu-tational fluid dynamics，CFD）技术在医学领域的应用，使对血流动力学的量化分析成为可能。特别是随着支架仿真技术的发展及病例特异性模型的应用，使血流动力学模拟结果更趋于真实，对临床的参考价值也越来越大。我们对FD影响颅内动脉瘤血流动力学的CFD研究进展进行综述，并对其临床应用进行展望。
1FD血流动力学研究的基本技术
血流动力学被认为在颅内动脉瘤的发生、发展及破裂中发挥着重要作用［2-3］。CFD技术的应用进一步推动了血流动力学机制研究的深入，并已用于模拟不同方案对血流动力学的影响。在对FD 的血流动力学研究中，准确地再现FD置入血管后的形态，是获得可信CFD分析结果的前提，也是其技术难点。对于理想动脉瘤模型的血流动力学研究，由于动脉瘤及载瘤动脉形态规则，虚拟支架的置入较为简单。但对于病例特异性动脉瘤模型，由于血管管径及角度的多变性，要达到虚拟支架与管壁的良好贴合是较为复杂而耗时的。在一些研究中，往往将支架简化为覆盖整个瘤颈、与原支架孔率等参数相同的片段，以降低模拟难度［4-5］。但这种简化处理忽略了支架与血管之间的相互关系，可能会影响到分析结果的准确性。Huang等［6］采集了Micro-CT影像，在Mimics软件中重建支架形态，较好地再现了支架在置入后发生的形变，但该方法必须在有真实支架置入的情况下方可使用，不适于理想模型分析。Gundert等［7］报道了在病例特异性模型中以载瘤动脉中线为轴，逐步绘制支架的方法，该方法能够较
为快捷地模拟支架在复杂血管中的形态。Ma 等［8］所报道的一种虚拟支架置入技术，模拟了临床真实支架置入的整个过程，更符合临床实际，能够进一步提高血流动力学分析结果的可信度，但对技术要求较高。随着计算机模拟技术的不断进步，虚拟支架置入的仿真度更高、耗时更少，必然使CFD分析结果的准确性和可信度不断提高。
2FD影响血流动力学的机制研究
支架对动脉瘤内血流动力学影响的因素主要包括支架形态（孔率、网格设计）、置入策略（数量与重叠方式）、支架材料（合金、表面电荷）和生物相容性等。在CFD分析中，可被模拟的主要是支架形态与置入策略。分析的血流动力学参数主要包括壁面切应力（wall shear stress，WSS）、瘤内压力、流场特征及血流速度等。
在支架形态学相关的研究中，孔率（网孔面积占支架所围成面积的百分比）被认为是FD发挥改善血流动力学作用最重要的因素之一［9］。Kim等［10］
通过计算机分别模拟出形状相同、支架网丝直径相同的50%、60%、70%和80%四种孔率支架进行CFD分析。结果显示，随着孔率的降低，支架对流体的阻力就不断增大，50%的孔率支架对流体的阻力明显高于其他孔率的支架。张星等［11］比较孔率分别为70%、74%、78%和82%的FD置入前后动脉瘤内血流动力学变化，发现动脉瘤远侧壁的速度峰值与WSS随着支架孔率的下降而降低，而压力与支架孔率无
明确的相关性。提示支架孔率是影响动脉瘤内血流动力学的关键因素。此外，支架的网格设计也是影响血流动力学的因素之一。有报道比较开放网格支架与闭合网格支架对不同形态侧壁动脉瘤血流动力学的影响，显示在血管弯曲度低的血管中，闭合网格支架对动脉瘤内血流影响大；而在高弯曲度的血管中，开放网格支架的方形网丝设计对血流影响大［10］。
目前，对支架置入策略的研究主要集中于对支架重叠数量及方式的研究。通过增加支架数量也可达到降低孔率的目的。Tremmel等［12］模拟多枚重叠Enterprise支架对血流动力学的影响，结果显示，随着支架置入数量的增加，血流速度降低，血液在瘤腔内滞留时间延长；此外，瘤体WSS也随着支架数量的增加而降低。提示多枚重叠支架的置入可能有助于瘤体内的血栓形成，促进动脉瘤的愈合。但重叠支架与FD对血流动力学影响还是存在差异。Kojima等［13］对单纯Enterprise支架、多重Enterprise 支架、SFD和PED进行了更全面的血流动力学比较。研究显示，支架置入后，瘤体内涡流、流速和WSS均下降，而PED和SFD较置入前变化更显著。所有方案中，瘤腔内压力未见明显变化。而在支架重叠方式方面，Kono等［14］比较单一支架、并行支架及Y形支架等8种支架置入策略对分叉部动脉瘤血流动力学的影响。结果显示，Y形支架降低局部流速的效果最佳，可能是支架形变造成的孔率降低所致。
总之，CFD研究已证实FD较普通支架会对动脉瘤局部血流动力学产生更大的影响，但FD所造成的这种血流动力学变化是否能够促进瘤体内血栓形成，以降低其破裂出血的风险，仍需与临床预后进行相关性分析才能作出判断。
3FD置入与预后的相关性分析
目前，多数临床报道表明，应用FD动脉瘤是安全有效的，但不同研究的治愈率存在一定差异。Berge等［15］报道，对77例应用SFD的动脉瘤进行术后1年的随访，显示30%的动脉瘤完全闭塞，52%瘤体缩小，11%稳定，另有7%的增大。Fischer 等［16］报道，应用PED动脉瘤101个，52%完全治愈，36%改善，12%无变化。而在一项对FD效果的Meta分析中报道，动脉瘤完全栓塞率达到76%［17］。造成临床结果差异的原因与所用支架种类、置入策略有关，同时也与动脉瘤本身的形态学密切相关。Wu等［18］比较了FD在宽颈和窄颈动脉瘤中置入前后各血流动力学参数的变化，结果显示窄颈动脉瘤较宽颈动脉瘤的瘤颈处峰值流速下降更为显著。证明了不同形态的动脉瘤对FD置入的反应不同。
对理想模型的CFD研究虽然能够比较支架置入后的血流动力学变化，但不能与预后进行相关性分析，故不能很好地证实FD的有效性。只有结合影像随访结果的CFD分析，包括病例特异性模型及动物模型，才能获得更有说服力的研究结论。Kulcsar等［19］对8例应用FD的病例进行CFD 分析，比较术前与术后的瘤内血流速度、WSS及血流方式，发现在所有病例中瘤体内流速及WSS显著降低。继而对各病例通过影像学进行随访，其中7例在随访中完全愈合，1例在1年后未愈合并且流场特征未发生进一步变化。该研究提示，如果FD置入能将流速降低至相应阈值以下，就能够有效地促进瘤体内血栓的形成，并达到治愈的目的。Huang 等［6］将FD置入14只兔动脉瘤模型，比较FD置入前后的血流动力学
变化，同时在FD置入4周及3个月时进行影像学随访。结果显示，FD的置入能够有效降低动脉瘤WSS及瘤颈部入射流量，10个动脉瘤模型在随访中完全愈合，4个未完全愈合。愈合组较未愈合组的血流滞留时间增加量及入射流减少量更为明显。提示FD置入能够改善动脉瘤局部血流动力学，并且更长的血流滞留时间与更少的入射流量能够提供血栓形成的环境。
但也有对FD置入术后发生不良事件的相关报道，主要包括载瘤动脉血栓形成、分支或穿支动脉闭塞以及术后早期再出血等［20-21］。Brinjikji等［17］报道，FD置入后相关的致残率和病死率分别为5%和4%，术后发生蛛网膜下腔出血、脑实质出血及穿支事件的比例均为3%。由于FD孔率较低，若支架置入后覆盖载瘤动脉分支，与高孔率支架相比增加了分支闭塞的风险。针对这一问题，刘建民等［22］将金
属覆盖率30% 35%和45% 50%的FD置入兔腹主动脉后3个月行DSA检查，显示载瘤动脉及其各分支均血流通畅，提示FD对分支血流的影响不大。Dai等［23］的动物模型研究结果也显示，即使在多枚FD重叠的情况下，也不会导致穿支血管的闭塞。提示临床上穿支事件的发生可能与FD的覆盖率并无显著相关性。
在术后不良事件中，早期再出血是最为常见和致命的。Shobayashi等［24］比较PED置入前后的血流动力学特征，显示瘤体内血流速度虽下降了74%，但瘤体内压力仅下降了6．7%，未能有效降低动脉瘤破裂的风险。Hassan等［25］通过理想动脉瘤模型CFD分析，比较FD置入前后的瘤体内压力，结果显示
瘤壁周围的压力在FD置入后反而升高，认为可能增加颅内动脉瘤进一步增大或破裂的风险。但也有研究者对FD是否能改善血流动力学，降低出血风险持有不同的观点。Huang等［26］应用理想化动脉瘤模型比较FD置入前后血流动力学参数的变化，发现支架置入后血流速度峰值及对冲部位的WSS显著下降，认为FD的置入能降低出血风险。Huang等［6］在兔动脉瘤模型的CFD研究中，观察到FD置入后瘤内压力并无明显的变化。
是否联合弹簧圈填塞也是影响FD预后的重要因素之一。Siddiqui等［27］对2例PED病例进行临床随访，其中1例单纯使用PED，1例结合弹簧圈致密栓塞。单纯使用PED的患者发生早期致命性动脉瘤破裂，而联合弹簧圈致密栓塞的病例在术后发生了急性血栓栓塞。该研究认为，FD促进动脉瘤愈合是个慢性过程，不能有效地避免早期再出血，而致密弹簧圈栓塞会导致支架内急性血栓形成，FD辅以疏松弹簧圈栓塞可能是较合理的方案。另有研究者比较了单纯PED与单纯弹簧圈栓塞的效果，结果显示PED在不增加并发症率的同时，能够使动脉瘤更好地愈合［28］。
由于FD在临床上的应用时间尚短，缺乏对FD 置入后长期随访的大样本CFD研究。对FD应用的安全性及其对血流动力学的长期影响，有待进一步探讨，但FD已显现出在改善血流动力学中的优越性。
4展望
CFD分析技术的不断发展，为不同动脉瘤方案的血流动力学研究提供了条件。随着相关研究的不断
深入，我们发现，各种血管内方案虽均能改变血流动力学，但不同形态特征的动脉瘤对方案的反应并不相同。Wu等［18］比较FD在宽颈和窄颈动脉瘤中置入前后血流动力学参数，结果显示在宽颈和窄颈动脉瘤中，瘤颈处流速峰值均显著下降，而窄颈较宽颈下降更为显著，提示FD置入应根据动脉瘤的具体形态学特征进行个体化选择。在Kojima等［13］的相关研究中，SFD与PED在改善血流动力学方面也表现出不同的功效。因此，必须根据各病例的不同特点选择合适的方案，即个体化。Seshadhri等［29］对应用不同形态学的理想动脉瘤模型与不同方案进行匹配，为个体化的探索作了很好的尝试。他们认为对特定形态的动脉瘤模型，合理的支架置入能够更有效地改善血流动力学的状态。通过对不同形态动脉瘤及不同方案的血流动力学分析，必然能够为临床个体化方案的实施提供理论依据。但受制于目前CFD 分析的准确性和耗时性，尚不能广泛应用于临床个体化方案的选择。未来应努力发展更加快捷而准确的计算机模拟方法，使CFD真正成为辅助颅内动脉瘤诊治与器械研发的有力工具。
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(本文编辑：吴迪)
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