颈动脉斑块形成和支架内再狭窄的血流动力学研究

我国脑卒中发病率以每年平均8.7%的速度增长,比美国等发达国家高出一倍。据统计,15%的缺血性脑卒中是由于颈动脉狭窄而引起,狭窄处粥样斑块的稳定性影响脑卒中的发生,狭窄率不同引起的缺血性脑卒中类型和卒中部位也不同。目前,血管支架介入术已成为治疗缺血性脑卒中的主要手段之一,而支架内再狭窄是支架介入后最常见的并发症。血流动力学分布特性与颈动脉内粥样斑块的形成和支架内再狭窄之间有着密切的关系。准确获得一个心动周期内颈动脉模型和典型介入支架的颈动脉模型内血流动力学的分布情况,探索颈动脉内粥样斑块形成与发展和支架内再狭窄发生的机制,为脑卒中的早期预防与血管支架介入治疗和支架的设计提供理论参考。本文针对颈动脉粥样斑块性狭窄和支架介入治疗狭窄颈动脉后存在支架内再狭窄的问题,采用Pro/E5.0建立了与人体颈动脉几何参数一致的颈动脉模型,采用计算流体力学方法分别对不同狭窄率的颈动脉模型和典型的介入支架颈动脉模型内非牛顿血流进行了瞬态数值模拟,分析了狭窄率和支架连接筋截面形状对血流动力学参数分布特性的影响规律,揭示了血管壁对颈动脉内血流动力学研究中的作用机制;此外,对颈动脉模型进行了体外血流实验,并将实验结果与数值模拟结果进行了对比分析,验证了数值模拟方法的正确性。论文的主要研究结果如下:1、颈动脉存在局部狭窄后,狭窄率不同的颈动脉内血流动力学参数分布存在较大差异,狭窄率越大对颈动脉内血流分布影响越明显,粥样斑块进一步发展的概率明显增加。与狭窄率为0.05、0.1、0.2、0.3和0.4相比,狭窄率为0.5时,颈动脉狭窄部位附近低速涡流区面积最大,低壁面压力与低壁面切应力比例较大,管壁形变量和Von Mises应力均较大,促进了颈动脉粥样斑块的进一步发展。血液与颈动脉管壁耦合作用对颈动脉内血流动力学参数分布影响很大,血流动力学数值模拟时必须考虑颈动脉管壁的作用。2、支架介入治疗狭窄颈动脉后,连接筋截面形状不同的支架对颈内动脉中血流动力学参数分布影响不同。与C-S型和T-S型相比,R-S型内血流速度分布均匀,形成台阶流的面积较小,壁面压力变化量较小,正常壁面切应力比例最大,管壁形变量和Von Mises应力整体分布较均匀、变化幅度较小;R-S型在治疗颈内动脉狭窄中具有较好的血流动力学效果,支架内再狭窄率较小。血液、支架与颈动脉管壁耦合作用对介入支架的颈内动脉中血流动力学分布影响较小,其作用可忽略。3、颈动脉模型体外血流实验结果与数值模拟结果基本一致。颈动脉分叉与颈外动脉入口处均存在复杂血流分布,形成了低速涡流区,验证了文中所采用数值模拟方法的正确性。本文的研究为缺血性脑卒中的早期预防与支架介入治疗和支架的设计提供了理论参考。