模块化内嵌分支支架治疗主动脉弓病变的血流动力学特征研究

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主动脉弓部病变(Aortic Arch Pathologies,AAPs)包括主动脉弓动脉瘤、动脉粥样硬化、动脉夹层等,这些疾病极大地危害人体健康甚至危及生命。主动脉弓腔内修复技术在过去的十年中取得了很大的进展。模块化内嵌分支支架(Modular Inner Branched Stent Graft,MIBSG)是近年来研究者提出的一种治疗主动脉弓部病变的新型支架技术,已经应用于临床,且取得了良好的进展,但仍然缺乏针对该支架系统术后疗效和安全性深入的血流动力学分析,作为评价病情转归和判断预后的依据。本文通过分析主动脉弓动脉瘤患者术前和术后血流动力学参数,以及建立参数化支架模型,研究MIBSG腔内治疗主动脉弓病变的血流动力学特征。研究结果能够为模块化支架腔内治疗主动脉弓病变提供个性化诊疗,具有借鉴意义。主要工作及结论如下:(1)基于三位主动脉弓动脉瘤患者的临床CT数据,在Mimics建立术前和术后一周的血管模型,将其导入3-matic填充内部实体,重建血液。将三维模型导入COMSOL软件,定量研究流速、压力、Von Mises应力、时间平均壁面切应力(TAWSS)、位移、出口流量比等血流动力学参数在心动周期内的变化。结果表明植入MIBSG之后,动脉瘤区域流动情况得到改善,涡流减少。升主动脉分支支架的压力和Von Mises应力增大,第二模块入口的TAWSS增大,说明支架入口处有流阻。其中两例弓上分支的血流灌注率减小,说明血液流动与在体的支架形态有关。(2)通过COMSOL软件的CAD模块建立了MIBSG的参数化模型,求解血流和MIBSG相互作用的流固耦合模型,分析分支支架的分支角度和管径对支架内血流动力学特征影响。结果发现随着分支支架与主动脉弓支架之间的角度增大,分支内的血流量降低,分支内壁产生的Von Mises应力和位移增大。分支支架的管径减小,血流量灌注会显著下降,Von Mises应力和位移却先下降后上升。MIBSG的形态变化不仅影响分支支架的血流灌注率,还会影响支架受到的应力和产生的位移,分支管径对血流灌注率的影响更为显著。通过对三例主动脉弓动脉瘤患者治疗前后血流动力学的分析,可以看出其中两例弓上分支的血流灌注率减小,支架在体形态影响血流参数,对患者进一步随访调查,评估MIBSG技术的安全性和有效性。参数化支架的分支管径和角度改变后,血流速度分布和应力分布的改变,最终影响血流灌注率,其中分支管径对血流灌注率的影响更为显著。临床上使用该类型支架治疗主动脉弓部疾病前,在手术预案中根据实际情况充分考虑支架的走向和扭转。本论文工作对血管支架的释放具有指导作用。
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