颅内动脉瘤形态学及血流动力学特征预测破裂风险的临床意义

沈健 周海航 郁龚杰 田和平 钟琦 沈建国

颅内动脉瘤是神经外科常见的脑血管疾病之一。随着健康筛查的普及和高精度成像技术的发展，未破裂颅内动脉瘤的检出率逐渐升高。未破裂颅内动脉瘤患者往往长期无症状生存，一旦破裂引起颅内出血，可出现较高的致残率及致死率[1]。因此，评估颅内动脉瘤破裂风险并给予及时处理非常重要。目前国内外主要通过颅内动脉瘤大小来评估颅内动脉瘤破裂风险[2]。近年来研究发现，颅内动脉瘤破裂与血流动力学特征密切相关[3]，但该研究结论仍存在争议。因此，本文对颅内动脉瘤形态学及血流动力学特征预测破裂风险的临床意义作一探讨，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选取嘉兴市第二医院2018 年6 月至2021 年10 月收治的24 例颅内囊性动脉瘤患者为研究对象，均经全脑血管数字减影造影检查明确诊断。其中男10 例，女14 例；年龄22～79（54.0±11.2）岁；BMI（22.0±4.0）kg/m2；合并高血压14 例，糖尿病5 例，高脂血症3 例，心脏病1 例；颅内动脉瘤破裂出血11 例，未破裂13 例。颅内动脉瘤有、无破裂患者在性别、年龄、吸烟史、饮酒史、基础疾病等方面比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。本研究经本院医学伦理委员会审查通过（批准文号：jxey-2016012），所有患者签署知情同意书。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 方法

1.2.1 颅内动脉瘤形态学分析 所有患者行全脑血管数字减影造影检查，利用3D 工作站对颅内动脉瘤进行三维重建和形态学参数检测，相关参数主要有：（1）高宽比（aspect ratio，AR），即动脉瘤高度（动脉瘤顶部到颈平面的最大垂直距离）与动脉瘤颈的比值；（2）动脉瘤高与载瘤动脉直径之比（size ratio，SR），即动脉瘤直径与载瘤动脉直径的比值，计算方式见图1；（3）入射角：即载瘤动脉长轴与动脉瘤直径沿血流方向的夹角[4-7]。

图1 SR 计算方式

1.2.2 血流动力学分析 将3D 血管模型的有限元文件进行分割，去除血管的热传导和压缩效应影响，采用美国CD Adapco 公司Star-CCM+连续介质力学数值技术对脉动流条件下不可压缩Navier-Stokes方程进行数值求解，从而得出3 个血流动力学参数，即壁面剪应力（wall shear stress，WSS）、振荡剪切因子（oscillation shear index，OSI）、相对滞留时间（relative retention time，RRT）[8]。

1.3 统计学处理 采用SPSS 22.0 统计软件。符合正态分布的计量资料以表示，组间比较采用两独立样本t 检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，组间比较采用Mann-Whitney U 检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者颅内动脉瘤形态学参数比较 破裂组患者AR、SR 及入射角均明显高于未破裂组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表2。

表2 两组患者颅内动脉瘤形态学参数比较

2.2 两组患者颅内动脉瘤血流动力学参数比较破裂组患者WSS 明显低于未破裂组，而OSI、RRT均明显高于未破裂组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表3。

表3 两组患者颅内动脉瘤血流动力学参数比较

3 讨论

对于颅内动脉瘤破裂风险的预测，一直是国内外脑血管病领域的研究热点。既往研究多通过动脉瘤大小评估破裂出血的风险，但临床实际中经常发现破裂出血的动脉瘤直径低于危险预测值。近年来，随着检查手段的进步和计算机流体力学技术的不断发展，动脉瘤其他形态学参数和血流动力学参数在预测颅内动脉瘤破裂风险中的应用越来越多。相关研究表明，SR、AR、入射角是动脉瘤破裂的独立危险因素；WSS、OSI、RRT 在动脉瘤破裂风险评估中具有重要作用[3]。因此，本研究对颅内动脉瘤形态学及血流动力学特征预测破裂风险的临床意义作一探讨。

在颅内动脉瘤形态学相关研究中，Dhar 等[5]首先提出SR 概念，并将动脉瘤破裂的阈值设定为2.05。研究表明，SR 增加是颅内动脉瘤破裂的重要血流动力学特征[9]。Shojima 等[10]发现动脉瘤的绝对大小并非动脉瘤破裂的决定性因素，而SR 却是动脉瘤破裂的重要预测指标。Passerini 等[11]利用计算机软件对动脉瘤的血流动力学进行模拟，结果发现入射角越大，流入动脉瘤腔内的血流越多，RRT 越长，动脉瘤腔内涡流越多，易形成复杂的血流动力学变化，使瘤壁特别是瘤顶遭受更大的动能冲击。本研究结果发现，破裂组患者AR、SR 及入射角均明显高于未破裂组，差异均有统计学意义。相较于其他更复杂的计算机模型，这些参数的潜在好处是可以通过血管造影检查进行可靠计算，且能够较好地预测颅内动脉瘤破裂的风险，指导临床治疗方案的选择。

关于各项血流动力学参数，WSS 是由血液流动引起的血管壁上的切线摩擦应力，对颅内动脉瘤的发生、发展起着重要作用；OSI 测量心脏循环过程中WSS 的方向变化；而RRT 反映血液在血管壁附近的停留时间[12]。研究表明，患者血管通过机械感受器转换生物信号内皮细胞调节基因的表达[13]。一项血管壁的细胞功能体外研究发现，当内皮细胞处于低振荡状态时流体剪切应力，动脉粥样硬化和促炎信号通路被激活[14]。有学者发现，低WSS 和高OSI 与动脉瘤破裂有关[15]。在低WSS 和高OSI 状态下，内皮细胞表面黏附分子表达上调，从而增加内皮细胞的通透性，促进炎症细胞浸润和动脉粥样硬化形成[16]。因此，低WSS 可能通过某个血流动力学驱动的生物通路导致颅内动脉瘤破裂。本研究结果也发现，破裂组患者WSS 明显低于未破裂组，而OSI、RRT 均明显高于未破裂组，与上述研究结果一致。

综上所述，颅内动脉瘤形态学参数AR、SR、入射角结合血流动力学参数WSS、OSI、RRT 有助于评估破裂风险，但其准确性有待进一步长期随访观察。