载瘤动脉的曲率及血流动力学对虹吸段动脉瘤的影响

张美乐 于广浩 李星江 薛培源 尚芮竹 陈广新 魏秀芳

[摘要]目的分析载瘤动脉的曲率及血流动力学对虹吸段动脉瘤的影响。方法选取牡丹江医学院附属红旗医院2017年1月至2021年5月诊断为单侧虹吸段动脉瘤患者的CT血管造影（CTA）图像45例，分成患侧的载瘤动脉组（n=45）与对侧正常颈内动脉的对照组（n=45）。利用MIMICS软件测量载瘤动脉组与对照组的曲率，分别记为K1和K2。利用ANSYS软件分析时间平均壁面切应力（TAWSS）、时间平均壁面切应力梯度（TAWSSG）及震荡剪切指数（OSI）等血流动力学参数。结果K1平均值为（0.25±0.05）/mm，K平均值为（0.19±0.05）/mm，差异有统计学意义（7=12.259，P<0.01）。载瘤动脉组血管内侧壁较对照组有更高的TAWSS、TAWSSG及OSI。结论颈内动脉虹吸段的曲率越大，越易促進动脉瘤的形成，同时大曲率载瘤动脉的内侧壁TAWSS、TAWSSG及OSI也明显升高，为诊断虹吸段动脉瘤提供重要的参考依据。

[关键词]载瘤动脉;曲率;血流动力学;动脉瘤

[中图分类号]R651    [文献标识码]A    [文章编号]2095-0616（2022）01-0171-04

Impact of curvature and hemodynamics of the parent arteries on aneurysm of the siphon segment

ZHANG Meile1    YU Guanghao1    LI Xingjiang1    XUE Peiyuan1    SHANG Ruizhu1    CHEN Guangxin1    WEI Xiufang2

l.Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157000，China;2.Department of Nuclear Magnetic Resonance，Hongqi Hospital Affiliated to Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157011，China

[Abstract]Objective To analyze the impact of curvature and hemodynamics of the parent arteries on the aneurysm of the siphon segment. Methods A total of 45 CT angiography （CTA）images of patients diagnosed with aneurysm on the unilateral siphon segment from January 2017 to May 2021 at Hongqi Hospital Affiliated to Mudanjiang Medical University were selected and divided into the group of parent arteries on the affected side （n=45）and the control group of normal internal carotid artery on the contralateral side （n=45）. The curvatures of the parent arteries group and the control group were measured using Materialise's Interactive Medical Image Control System （MIMICS）Software and were recorded as K and K，respectively. Hemodynamic parameters such as time-averaged wall shear stress magnitude （TAWSS），time average wall shear stress grade （TAWSSG）and oscillatory shear index （OSI）were analyzed using ANSYS software. Results The mean value of K was （0.25±0.05）/mm and the mean value of K was （0.19±0.05）/mm，with statistically significant differences （t=12.259，P<0.01）. The medial wall of the vessels in the parent arteries group had higher TAWSS，TAWSSG and OSI than those in the control group. Conclusion The larger the curvature of the siphon segment of the internal carotid artery，the more likely it is to promote the formation of aneurysm，and also the TAWSS，TAWSSG and OSI of the medial wall were significantly increasedin the parent arteries with large curvature，which provides an important reference basis for the diagnosis of aneurysm of the siphon segment.

[Keywords]Parent arteries;Curvature;Hemodynamics;Aneurysm

颅内动脉瘤（intracranial aneurysm，IA）是局部血管壁薄弱扩张形成的囊状突起，若破裂可引起蛛网膜下腔出血，首次破裂的病死率为20%～30%，再次破裂的病死率则高达60%[1]。颈内动脉虹吸部位置较深，毗邻结构复杂，动脉瘤的生长若压迫邻近结构，将影响患者的生活质量，同时也加大了手术治疗的难度。本研究通过定量测量载瘤动脉的曲率及对血流动力学参数的分析，探究其对动脉瘤形成、发展及破裂的影响，对颈内动脉虹吸段动脉瘤的筛查及早期干预提供参考依据。

1    资料与方法

1.1    一般资料

纳入标准：回顾性收集2017年1月至2021年5月在牡丹江医学院附属红旗医院经CT血管造影（CT angiography，CTA）检查或三维数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）或手术确诊仅为单侧颈内动脉虹吸段动脉瘤者。排除标准：①患血管畸形、颅脑肿瘤及梗死等会影响颅内动脉血流者;②诊断为严重动脉粥样硬化以及颈内动脉狭窄或闭塞者;③双侧或颅内其他部位动脉瘤者;④已发生蛛网膜下腔出血者;⑤无法满足计算流体力学分析要求者。按照上述标准，共有45例患者纳入本研究，发病年龄43～77岁，平均（60.5±8.67）岁，43～70岁40例（88.9%），70岁以上5例（11.1%），男13例（28.9%），女32例（71.1%），病灶在左侧23例病1.1%），右侧22例病8.9%）。分成患侧的载瘤动脉组（n=45）与对侧正常颈内动脉的对照组（n=45）。

1.2    检查方法

CTA检查：采用东芝64排CT扫描系统（TSX- 101A），将非离子型对比剂优维显经患者的肘正中静脉注入，速度为3～4 ml/s，剂量为2 ml/kg，管电流300 mAs，管电压120 kV，层厚1 mm，设置重建间隔为0.5 mm，螺距为3.5。

1.3    曲率测量

使用MIMICS 21.0软件导入采集的动脉瘤DICOM格式文件。采用阈值分割、区域增长等算法，获得动脉瘤3D模型。取血管的中心线，并在动脉瘤所在部位取点计算曲率，载瘤动脉组曲率命名为K，对照组曲率命名为K，测量曲率时，在载瘤动脉及健侧血管上分别取10个点（A点）组成一组，每组数据重复测量3次取平均值，见图1。

1.4    血流动力学模型建立

以STL格式将上述的颈内动脉虹吸段动脉瘤模型导入ANSYS软件，不可压缩的Navier-Stokes方程為控制流动的方程[2]，假设血管壁为刚性，血液为牛顿流体，黏性系数为0.0035 Pa/s，密度为1060 kg/m。颈内动脉入口处血流速度为0.1 m/s，出口处的压力为0，将数据导出到Tecplot软件中代入编写的子程序获得血流动力学参数分布图。

1.5    统计学分析

2    结果

2.1    左右两侧发病率的比较

对于发病部位统计，左侧23例（51.1%），右侧22例（48.9%），双侧发病率差异无统计学意义（χ=0.044，P=0.833）。

2.2    两组曲率比较

载瘤动脉组的曲率大于对照组（图2），K平均值为（0.25±0.05）/mm，K平均值为（0.19±0.05）/mm，差异有统计学意义（t=12.259，P<0.01）。

2.3    两组血流动力学参数比较

图3～5所示颜色越偏蓝表示数值越小，越偏红则表示数值越大，载瘤动脉侧的时间平均壁面切应力（time-average wall shear stress，TAWSS）、时间平均壁面切应力梯度（time-average wall shear stress gradient，TAWSSG）及震荡剪切指数（oscillatory shear index，OSl）更大，表明载瘤动脉组颈内动脉虹吸段弯曲部位的内侧壁较对照组具有更大的TAWSS、TAWSSG及OSI。

3    讨论

IA好发于血管弯曲及分叉处。年龄、吸烟、高血压、高脂血症、形态学及血流动力学等都与动脉瘤的发展相关[3-6]。WSS和压力是两种作用于血管壁的力，压力垂直于血管壁，而WSS是平行于血管壁的摩擦力。TAWSS表示WSS的时间平均值，TAWSSG是TAWSS梯度向量的切向分量。OSI是描述WSS在向量方向上变化的一个参数。曲率半径R的倒数即为曲率K，用来描述弯曲程度。本研究认为，弯曲程度越大，血流冲击管壁的各个方向，引起近端WSS波动，内皮细胞感受其变化后激活并分泌核因子κB（NF-κB），并诱导产生单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）而启动了一条正反馈通路，即NF-κB诱导产生环氧化酶2，将花生四烯酸转化为前列腺素，并结合前列腺素受体再次激活NF-κB，调节TGF-β在巨噬细胞中的分泌，进而对I、II型胶原蛋白的转录产生影响，细胞毒性和促炎物质在内皮细胞壁积累导致细胞功能受损，引起退化性的血管壁重塑进而诱发动脉瘤的形成[7-12]，同时大曲率载瘤动脉的内侧壁TAWSS、TAWSSG及OSI也明显升高。

赵俊等[13]将颈内动脉弯曲程度分为迂曲、折曲和襻曲三类来探究其与动脉瘤的关系。而本研究是利用微分定义的曲率来客观定量地表明弯曲程度对虹吸段动脉瘤的影响。Lauric等[14]利用10例动脉瘤患者的计算流体力学衍生模型模拟曲率半径3～5 mm的变化，但此衍生模型过于理想化。其次，本研究选取同一虹吸段动脉瘤患者的患侧和健侧颈内动脉的曲率为研究对象，可以更好控制吸烟、高血脂等风险因素。另外，DSA检查因其有创及花费高等故难以用作常规筛查。本研究通过虹吸段曲率增大这一特征来预测颈内动脉虹吸段动脉瘤的形成，对曲率增大的人群提供按时复查的建议。但本研究也存在一定局限性，由于是单中心的回顾性研究，样本量相对较小，接下来将增加样本量及血流参数进一步证明。

综上所述，颈内动脉虹吸段的曲率越大，越易促进动脉瘤的形成，同时大曲率载瘤动脉的内侧壁TAWSS、TAWSSG及OSI也明显升高，为影像医师早期筛查可疑病变提供依据，也使外科手术的术前评估结果更加完善。

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