计算流体力学在主动脉瓣二叶畸形临床外科治疗中的应用及意义

发布时间：2020-08-22 14:04

【摘要】：目的:主动脉瓣二叶畸形患者常合并主动脉瓣功能异常、升主动脉扩张、动脉瘤等并发症,甚至发生主动脉夹层,具有很高的病死率和死亡率。既往研究显示主动脉瓣二叶畸形合并升主动脉瘤及主动脉夹层与患者升主动脉血流异常有关,发病机制未完全阐明。因此,本文拟应用计算流体力学方法模拟主动脉瓣二叶畸形升主动脉血流:(1)观察主动脉瓣二叶畸形各分型血流特征差异及与主动脉扩张特点及手术选择;(2)对比主动脉瓣手术患者术前、术后升主动脉血流变化分析其与疾病预后关系;(3)进一步阐明主动脉瓣二叶畸形血流动力学异常改变与主动脉疾病发生关系。方法:选取2015年1月1日至2017年12月31日,于中国医科大学附属第一医院心脏外科住院治疗多普勒超声心动图和术中确诊为主动脉瓣二叶畸形患者15例作为研究对象,依据主动脉瓣手术方式将15例患者分为主动脉瓣修复手术组、非主动脉瓣修复手术组。对照组为5例升主动脉无扩张的主动脉瓣三叶瓣患者。收集患者术前胸主动脉CTA及术后住院期间复查的胸主动脉CTA,应用计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)方法模拟升主动脉血流,比较主动脉瓣二叶畸形各型升主动脉血流偏角、血流速度、壁面切应力(wall shear stress,WSS)及壁面压力。比较4例主动脉瓣修复手术患者及2例Wheat手术患者术前、术后升主动脉血流偏角、血流速度、WSS及壁面压力值。结果:BAV患者升主动脉内血流多样,主要为右手螺旋形偏心性血流,在RL型BAV中最为常见。BAV患者最常合并2型主动脉疾病(60%),常见于RL型BAV(46.7%),其次为3型主动脉疾病(40%)。RL型BAV患者S_2层面前点的血流速度及Lat型BAV患者S1层面前、后、左三个点及S_2层面前、右两点的血流速度明显低于对照组。BAV患者S_2层面后点血流速度与同层面主动脉直径呈正相关,S_1层面各点及S_2层面其他点与同层面直径无明显相关性。S_3和S_4层面各点与同层面直径呈明显负相关。RL型BAV患者WSS大于对照组,仅S_1、S_3层面前、右点,S_2层面右点,S_4全部点差异有明显意义,Lat型BAV患者仅S_3层面前、右两点明显高于对照组。BAV患者S_1层面前点WSS与同层面主动脉直径正相关,其他点及S_2层面各点与同层面相关性不显著,S_3和S_4层面各点与同层面主动脉直径呈明显负相关。BAV患者局部壁面压力高于对照组,变化范围明显增大(从24.35到37102.9 Pa)差异无统计学意义,BAV患者S_1、S_2层面中各点壁面压力与同层面主动脉直径呈明显正相关,S_3和S_4层面各点与同层面主动脉直径无相关性。主动脉瓣修复手术后RL型BAV患者近端升主动脉管壁局部WSS及血流速度较术前增大,远端及弓部WSS及速度减小,壁面压力及血流偏心程度减小。Wheat手术后患者(机械瓣、生物瓣各1例)升主动脉血流速度、WSS较术前增大,壁面压力减小。置换双叶机械瓣患者血流为双层流,置换生物瓣患者仍存在右手螺旋形血流。结论:主动脉瓣三叶瓣健康者升主动脉内血流为单向层流。BAV患者升主动脉内血流混乱,主要为右手螺旋形偏心性喷射血流。偏心程度、螺旋角度及血流速度与瓣叶分型有关,表现为异质性增大。BAV患者升主动脉近段局部管壁压力与血管扩张呈明显正相关,远端及弓部管壁局部WSS与血管扩张呈明显负相关。提示局部血流对管壁作用力异常是引起主动脉扩张的重要因素。管壁局部压力和WSS可能成为指导临床手术选择的重要参数。
【学位授予单位】：中国医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R654.2
【图文】：

DICOM格式,图像,留置针,碘海醇

后住院期间复查的胸主动脉 CTA，导入 Mimics型，然后将 3D 模型导入 ICEM CFD 软件中进行nt 软件中模拟血流进行分析。CTA二代双源 128 层 CT（SOMATOM FLASH Siem位、头先进入以备扫描，连接心电设备，于患者。先行屏气相定位，再行增强扫描。选择胸主速度经肘静脉 18G 留置针注入碘海醇（350mg后以相同速度注射 0.9%NaCl 注射液 40ml,同时当 CT 峰值达到 100HU 时自动触发扫描。扫描参，图像参考值为 120kv,471mAs，线管旋转速度的胸腹主 CTA 或冠脉 CTA 图像以 DICOM 格式输

胸主动脉

图 2 3D 重建胸主动脉将生成的胸主动脉 3D 模型应用 3-matic Medical 9.0 中的功能进行修剪，先对 3D 模型进行光滑（smooth）和缩减（reduce）面数量处理，应用标记（Mark）功能标记不良交通面并删除（delete），再应用修补（Fix）功能修补缺损，最后利用修剪（Trim）功能创建血流入口和出口。图 3 修饰后的 3D 重建胸主动脉2.2.3 网格化 3D 胸主动脉模型

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【参考文献】