颅内动脉瘤的病理和计算流体力学研究

发布时间：2019-05-22 10:22

【摘要】：正文：颅内动脉瘤（Intracranial aneurysms，IAs）是当颅内动脉壁薄弱不足以抵挡血流动力学压力和膨胀时，颅内动脉发生的病理性扩张，，是几何形态学、血流动力学和病理生理学三者相互动态作用的结果。血流动力学在IAs的起源、发展和破裂中扮演着关键性角色，但因其本质的异质性和复杂性，既往的研究结果和结论矛盾不一，各参数的作用效应及潜在机制依然存在较大争议。本研究利用一组临床患者IAs样本、病理标本和DSA影像数据，将组织病理学和计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）仿真研究方法相结合，探索和求证IAs发展过程中不同病理学变化背后的的血流动力学特征及机制，并利用3D数字化模型消减重构技术，仿真还原IAs发生、发展的动态过程，探索与其起源和生长破裂风险相关的血流动力学因素和潜在作用机制。有助于进一步了解IAs的本质特征和发展规律，也为血流动力学CFD工具在临床评估、治疗决策、新治疗方法引入和器械改进等方面的实际应用提供更多可靠依据。本研究共分五部分：第一部分颅内动脉瘤病理表型特征分类及分布分析收集临床手术夹闭切除的IAs标本，总结不同的病理特征、表型分类和空间分布规律。结果发现：颅内动脉瘤的病理表型和分布有很大的异质性，本文将其分为I型薄壁型，以内皮细胞、血管平滑肌细胞的死亡及基质变薄等破坏退化性改变为主；II型厚壁型，破坏与增生共存，以增生重构与异质性改变为主。不同病理表型分布部位因瘤体大小、形态及瘤周血管形态差异而不同。不同病理表型决定了IAs发展中稳定还是破裂的命运。第二部分颅内动脉瘤3D数字化模型的构建及血流动力学参数分布特征分析利用MIMICS、ANSYS、CFX等3D建模和仿真工具，测量和分析IAs血流动力学参数和特征。本文分析了压力、剪切力、速度、湍流动能、涡漩拉伸张力等不同参数及梯度、向量等的分布规律和特征。结果发现，瘤颈和瘤顶部位高压力、低剪切力及相关梯度和向量在IAs起源和生长破裂机制中起着重要作用。IAs的发生、发展和破裂可能是特定部位多个血流动力学因素共同作用的结果。第三部分颅内动脉瘤不同病理表型的血流动力学特征研究本文将IAs相应部位血流动力学特征与病理表型观察结果相互印证，总结不同病理表型IAs的血流动力学特征，研究IAs病理表型和血流动力学的相互作用关系。结果证实，退化薄壁型和增生厚壁型两种不同病理表型IAs的血流动力学特征不同，是不同的血流动力学机制作用所致的不同病理生理过程。第四部分CFD数字消减仿真研究IAs生长相关的血流动力学特征和机制利用数字消减方法，从动脉瘤上消减子瘤或分叶，模拟还原生长前的IAs血流动力学微环境，探索与IAs生长相关的血流动力学特征和作用机制。结果表明，瘤体的生长倾向、生长部位及方向与血流动力学因素有关。子瘤或分叶生长区靠近血流冲击侧的边缘区，较高的壁压力、较大的剪切力梯度和与生长方向一致的剪切力向量，这三者可能是诱发IAs继续生长的主要血流动力学因素。不同IAs的生长机制有所不同，是不同几何形态下多个血流动力学因素共同作用的结果。第五部分CFD数字消减仿真研究IAs起源相关的血流动力学特征和机制利用数字消减方法完全消除动脉瘤，模拟还原IAs起源生发前的“正常”血管形态，探索与IAs起源相关的血流动力学特征和作用机制。结果表明，IAs初始生发区域的起源点位于血流冲击区更远侧的边缘区域、以及与分支血管交界的移行区。高压力梯度、高剪切力梯度以及与生发部位一致的向量，可能在动脉瘤的起源中扮演着核心角色。其他因素如压力、剪切力、速度、湍流动能、涡流分散度和涡流拉伸张力等，在不同IAs的起源中起着协同作用。
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【学位授予单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R743

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