支架置入术对颅内动脉瘤血流动力学参数影响的研究进展

王超 李勐 李泽福

颅内动脉瘤的治疗手段主要包括手术夹闭和血管内介入治疗，血管内介入治疗主要包括单纯弹簧圈栓塞和支架辅助弹簧圈栓塞。有研究报道，与单纯弹簧圈栓塞相比，支架辅助弹簧圈栓塞技术具有更高的栓塞率(28.5%比11.5%，P=0.014)[1]。支架置入术除可防止弹簧圈膨出，且具有一定的血流导向作用，在治疗颅内宽颈、夹层等复杂动脉瘤方面，其效果较为突出[2-3]。在目前影像学技术条件下，直接观察支架置入术后动脉瘤内血流动力学变化具有一定的局限性，而数值模拟研究可重复应用于血流动力学的评估，其可控性强，可用于比较不同类型支架对血流动力学的影响[4-5]。笔者通过文献回顾，对支架置入术对颅内动脉瘤血流动力学影响机制的研究现状及相关进展综述如下。

1 支架对血流的影响

1.1 材质及顺应性

支架的材料以镍钛合金为多，与其他材质，如不锈钢、钛金属等比较，其生物相容性较好，并且变形能力较强，具有“形态记忆”的优势，能更好地适应血管形态的变化，具较好的抗腐蚀强度[6]。支架的顺应性是指支架的弯曲能力。人体血管不仅有弯曲变形，还有扭转变形，因此需要支架具有较高的顺应性，以置入扭曲变形的血管[7]。评估支架顺应性的重要指标是支架硬度，硬度过高，支架在穿过复杂迂曲血管时的难度增加，并且支架在血管内的促凝性和组织反应性还可致血管内皮损伤。

1.2 支架网孔

支架网孔主要有网孔开环与闭环。在传统支架中，Enterprise、Solitaire支架是闭环设计，Neuroform支架是开环设计。开环设计支架的顺应性较高，其贴壁效果较好，但对于曲率较大的血管，其可突入支架内腔，使血管内更易形成血栓，阻碍载瘤动脉的重建。闭环设计支架的顺应性虽不能完全与血管壁贴合，但其较好地规避了支架在置入曲率较大血管时突入支架内腔的缺点[7-8]。Nam等[6]对3种支架的血流动力学进行分析，结果显示，“之”字形网孔+半闭环设计支架的动脉瘤内平均压力降低幅度较平行线形闭环支架和“之”字形网孔闭环支架更加明显(81%比48%和77%)。Kim等[9]对颅内动脉瘤进行血流动力学分析，结果显示，相对于环形网孔设计，当支架同时满足矩形网孔和网孔率为84.98%时，动脉瘤内血流速度和壁面切应力(wall shear stress，WSS)降低作用最大；对于相同的支架网孔设计，随着网孔率的降低，对动脉瘤内血流动力学的影响增大。网孔率是支架网孔与整个支架圆柱体表面积之比[10]。Bouillot等[11]应用多次延迟、粒子成像测速(particle imaging velocimetry，PIV)和计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)技术对动脉瘤血流动力学进行研究，结果显示，随着支架网孔率的降低，动脉瘤内血流速度逐渐降低。Augsburger等[12]对高网孔率Neuroform支架和低网孔率血流导向装置进行了PIV验证，发现血流导向装置对动脉瘤产生的影响更大，动脉瘤内流速和涡流区域降低了23%～52%，而Neuroform支架仅降低了14%～19%，提示高网孔率的Enterprise支架和低网孔率的血流导向装置，需要低网孔率来降低动脉瘤内的血流速度。另有研究报道，较低网孔率会使支架和血管壁之间的生物兼容性变差[13]，同时可影响穿支血管的血流，导致穿支血管闭塞及后续脑梗死的发生，也会使支架的弹性变差，影响支架的顺应性，不利于支架的置入及通过形态复杂的载瘤动脉，故支架网孔率的范围应在60%～86%[14-15]。因此，我们在选择支架时还应充分考虑穿支血管和支架顺应性。Lieber等[16]将同一支架的网孔率与支架网丝直径相结合分析支架置入对侧方单个动脉瘤血流动力学的影响，表明当支架的网孔率保持一致时，随着网丝直径的减小，网丝数量的增加，支架对动脉瘤内血流平均流速的影响越明显。

1.3 金属覆盖率

金属覆盖率是支架网丝与整个支架圆柱体的表面积之比。目前使用的支架中，新型LVIS支架的金属覆盖率约23%，较Enterprise支架(约8%)高，但较Pipeline支架(30%～35%)稍低[17]。Kojima等[18]通过比较Enterprise、Silk、Pipeline支架置入对颅内动脉瘤血流动力学的影响，显示动脉瘤内血流速度降低的程度分别为7.8%、23.2%、30.6%，即支架置入所致动脉瘤内血流速度降低的程度与支架金属覆盖率呈正比。Wang等[17]通过CFD技术比较不同支架对动脉瘤内血流动力学的影响，表明单枚LVIS支架产生的血流导向作用大于双枚Enterprise支架，但小于单枚Pipeline支架(WSS分别降低了39.96%、30.51%和51.08%)，而双LVIS支架的血流导向作用大于单枚Pipeline支架(WSS分别降低了63.88%和51.08%)，提示该变化趋势与支架金属覆盖率大小相关。然而，金属覆盖率并非影响颅内动脉血流动力学的唯一因素。Xiang等[19]对3例具有两个相邻动脉瘤患者置入单枚Pipeline支架后的血流动力学进行分析，其中1例含颈内动脉眼段Ⅲa和Ⅲb动脉瘤患者中，Ⅲa动脉瘤置入支架后的平均血流速度、流速率、WSS分别降低了38.0%、28.4%和50.9%，相邻Ⅲb动脉瘤的平均血流速度、流速率、WSS分别降低了77.7%、53.0%和84.4%，提示相邻两个动脉瘤均受Pipeline支架相同金属覆盖率的影响，但血流动力学存在较大的差异。

支架自身因素可对颅内动脉瘤血流动力学产生影响，临床应用以具有较高顺应性的镍钛合金为主；支架网孔开环和闭环设计各有利弊，随着支架网孔率的增加或金属覆盖率的减少，其对颅内动脉瘤血流动力学参数的影响则越小。

2 载瘤动脉对血流动力学的影响

2.1 载瘤动脉的曲率

支架治疗前，颅内动脉瘤的血流动力学与血管的曲率存在一定的关系。Niimi等[20]对体外玻璃动脉瘤模型应用激光多普勒技术对血流速度进行测定，提示外侧壁曲率一致的动脉瘤，其内血流速度增加，破裂风险将高于内侧壁。 Meng等[21]在狗(低曲率直血管)和兔(高曲率弯曲血管)动脉瘤模型体内分别置入Wallstent支架，表明随着载瘤动脉曲率的增加，支架对动脉瘤内血流动力学(涡流、WSS和冲击域)的影响越小。

2.2 载瘤动脉扩张

Ionita等[22]在置入血流导向装置的动物实验中首次观察到支架置入后可致载瘤动脉扩张。Saatci等[23]报道，当使用Enterprise和Solitaire支架辅助弹簧圈治疗前交通动脉动脉瘤时，全脑血管造影显示载瘤动脉扩张，类似的影像学征象在Neuroform、Zilver和Leo支架也得到证实。因此，支架引起的载瘤动脉扩张逐渐受到人们的关注。Mut和Cebral[24]通过对模拟不同直径的血流导向装置(无扩张、支架直径较载瘤动脉直径大0.5 mm、支架直径较载瘤动脉直径大1.0 mm)进行血流动力学分析，表明支架置入后动脉瘤内的入射血流速率降低，且随着支架直径的增加，动脉瘤内血流速度降低程度越小(分别为65%、33%、26%)。Mori等[25]用计算机重建的侧方动脉瘤模型进行研究，发现载瘤动脉仅扩张了6%，但动脉瘤内血流速度却有超过22%的改变。Mori等[26]应用VMTK软件模拟实际人动脉瘤模型，并对其进行血流动力学分析，表明载瘤动脉扩张，动脉瘤的入射血流速率降低，但支架在其中所起的作用较小；同时，载瘤动脉扩张后动脉瘤WSS和WSS震荡因子也相应降低，因此，支架固然有一定的血流导向作用，但载瘤动脉扩张的作用可能更大。然而，支架置入所致的载瘤动脉扩张并非一次性达到扩张的直径。Zhao等[27]在猪动脉瘤模型中，经股动脉置入1枚直径8 mm的镍钛材质自膨支架，应用血管造影技术观察载瘤动脉扩张情况，结果显示，6个月后支架才达到了最大直径。

2.3 载瘤动脉矫直

虽然支架和血管壁均具有一定的弹性，但支架本身作为一种刚性垂直的结构，当其置入迂曲的血管后，支架通过对血管壁的矫直作用，使载瘤动脉的曲率逐渐降低，即支架使血管成角增加，而动脉瘤内的血流速度和WSS也会随着血管曲率的降低而降低[28]。该类曲率改变主要发生于血管分叉处动脉瘤的治疗过程中。Gao等[29]通过对31例接受支架治疗患者进行1～6个月的短期和≥7个月MR血管成像或DSA随访，其中14例接受Neuroform支架，17例患者接受Enterprise支架，结果显示，短期随访中支架对血管曲率的降低作用更明显，且与动脉瘤部位有关，其作用大小依次为前交通动脉动脉瘤>大脑中动脉瘤>基底动脉瘤>颈内动脉瘤，同时激光雕刻的闭环Enterprise支架较开环Neuroform支架作用更明显，主要原因可能是Enterprise的硬度高于Neuroform支架。在支架对血管曲率的影响及动脉瘤内血流动力学的进一步研究中，显示随着随访时间的延长，双侧基底动脉P1段血管成角逐渐降低，血管曲率的改变使术前高WSS区域减小；支架致载瘤动脉曲率减小，从而使冲击域的方向发生改变，且面积减小，同时动脉瘤压力有所降低[30-31]。虽然支架对血管曲率的影响主要发生在分叉处动脉瘤，但对侧方动脉瘤也存在一定的影响。Kono等[32]对16例经Enterprise支架治疗的椎动脉侧方动脉瘤进行血流动力学分析，观察支架自身和血管曲率改变对动脉瘤内血流动力学的作用，表明支架置入及血管曲率减小均可使动脉瘤内冲击域的压力和直径降低。

支架置入后，载瘤动脉扩张程度越大、矫直作用越强，对颅内动脉瘤内血流动力学的影响越小。

3 支架置入操作的影响

在临床脑血管病介入治疗过程中，支架置入受操作者影响较大，尤其对于血流导向装置，由于其具有较高的顺应性，可通过应用其可压缩性改变网孔密度，从而有选择性的释放。Ma等[4]应用推拉技术改变Pipeline支架在动脉瘤口部的金属覆盖率并进行CFD测定，结果显示，当动脉瘤口处金属覆盖率为50%或36%，侧方动脉瘤内血流速度可分别降低62%或50%，梭形动脉瘤内血流速度分别降低57%或36%。因此，我们通过提高动脉瘤口处Pipeline支架金属覆盖率，而达到有效降低动脉瘤内血流速度的作用，避免载瘤动脉周围分支血管闭塞。Xiang等[5]分析Pipeline支架在动脉瘤颈处无压缩或最大压缩对动脉瘤内血流动力学的影响，结果显示，最大压缩置入后动脉瘤内血流速度降至术前的29%，而无压缩则是67%；最大压缩的动脉瘤内血流周转时间是术前的237%，而无压缩却只有134%，其他血流动力学因素(涡流、WSS震荡因子)也均显示最大压缩的优势。同时，除在动脉瘤内因血流速度降低诱导产生的红色血栓外，在支架网孔附近检测到较高的WSS，该结果提示有白色血栓形成的可能，共同促进了动脉瘤的修复。

在支架置入过程中，通过增加动脉瘤颈部支架局部的金属覆盖率，可提高对颅内动脉瘤内血流动力学的影响。

4 支架治疗方案选择的影响

关于动脉瘤治疗方案的选择，单纯支架辅助弹簧圈栓塞很难解决分叉部动脉瘤，而需更多的支架治疗方案。以基底动脉顶端动脉瘤为例，主要有4种：(1)半Y形支架，即将支架从基底动脉覆盖至一侧大脑后动脉；(2)Y形支架，即通过置入第1枚半Y形支架的网孔，再置入另1枚半Y形支架至对侧大脑后动脉；(3)横跨型支架，即将支架从一侧大脑后动脉置入至另一侧大脑后动脉，完全覆盖动脉瘤口；(4)T形支架，即改良的Y形支架，其核心是实现Y形结构的两枚支架间不重合，置入第1枚半Y形支架后，第2枚支架不与第1枚支架重合，直接置入对侧大脑后动脉，并与第1枚支架相接。大脑中动脉分叉部动脉瘤，主要应用半Y形、Y形和T形支架，而对于前交通动脉动脉瘤，除半Y形支架，还有X形支架，即将支架从一侧的A1段覆盖至对侧的A2段；通过置入的第1枚支架的网孔，从对侧A1段至同侧A2段再置入另1枚支架[6，24，33]。Babiker等[33]应用CFD和PIV技术验证性评估了3种支架治疗方案，即1个Neuroform的半Y形支架、2个Neuroform组合的Y形支架和1个Enterprise的横跨型支架，3种支架治疗方案对基底动脉顶端动脉瘤影响的研究结果显示，Y形支架在动脉瘤颈处血流速度降低的程度最大，而横跨型支架在动脉瘤内血流速度降低的程度最大。Cito等[34]应用CFD和PIV技术验证性评估了5种支架治疗方案，分别为2个Neuroform组合的Y形支架、2个Enterprise组合的Y形支架、1个Neuroform和1个Enterprise组合的Y形支架、1个Enterprise和1个Neuroform组合的Y形支架及1个Enterprise的横跨型支架，5种支架治疗方案对前交通动脉动脉瘤影响的研究结果显示，支架可降低动脉瘤内流速率的范围在70%～80%，而第1种治疗方案效果最佳。

综上所述，支架本身、载瘤动脉、支架置入操作和支架治疗方案等均对颅内动脉瘤血流动力学参数有一定的影响，并促进颅内动脉瘤向治愈方向转归，但对其血流动力学研究仍存在一定的局限性。血流动力学计算中边界条件的设置以通用参数为主，而并非“个体化”参数(血压、动脉血流速度等)的应用。除常用的血流速度、WSS、压力等，还要引入WSS振荡因子、WSS梯度等新指标，这些指标具有重要的潜在价值，可使研究的证据更加充分。通过研究不同支架辅助栓塞患者术前、术后及随访中动脉瘤血流动力学各参数的改变，探讨这些参数的变化与动脉瘤栓塞术后转归(复发、出血、治愈等)的关系，从定性和半定量研究，发展为定量研究，并依此最终建立的术前血流动力学评估系统将更有助于协助临床医师选择最佳的介入治疗方案，从而改善临床预后。