多层叠放裸支架干预下B型主动脉夹层流固耦合数值模拟研究

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主动脉夹层是一种发病急、进展快、死亡率极高的心血管疾病。多层裸支架是一种新的胸主动脉腔内修复技术(TEVAR),可在促进假腔血栓化的同时保证分支动脉畅通。然而,多层裸支架术后主动脉假腔再膨大是其主要并发症之一,严重影响患者中长期生存率,加重患者经济负担。TEVAR术后主动脉再膨大是一个持续发展的病理过程,可能涉及复杂的血管壁生长和重塑行为。众所周知,壁面应力与流体对壁面的剪应力(WSS)等力学因素是调控血管生长和重塑的主要因素,因此,应力分析是研究术后主动脉壁再膨大的关键问题。多层裸支架干预下夹层假腔内的血流动力学状态非常复杂,所以,壁面应力分析需要考虑假腔内的血流动力学影响。目前,支架作用下血管壁应力状态的数值模拟主要是单纯的结构应力分析,而多层裸支架治疗主动脉夹层的研究以血流动力学分析为主,多层裸支架植入主动脉夹层的流固耦合分析还未有报告。本研究拟通过单向流固耦合提出一种可以同时评估假腔血流动力学和壁面应力等力学特征的方法,以期在考虑血流动力学影响的情况下,更加准确的计算术后假腔壁面的应力状态,进而探究假腔壁面应力状态的变化与主动脉夹层术后再膨大的关系。首先,本文提出一种基于理想主动脉夹层的单向流固耦合计算方法:根据假腔是否累及分支动脉将模型分为两类,建立多层裸支架作用下主动脉夹层的单向流固耦合数值仿真模型,进行血流动力学分析的同时考虑血流对壁面应力的影响;模拟不同手术策略干预下,术后假腔内的血流动力学和壁面应力状态特征,并对血栓形成前后的假腔壁面应力状态进行对比分析,该方法可用于分析多层裸支架干预后主动脉夹层假腔内的血流动力学和假腔壁面应力等生物力学特征。与此同时,通过参数分析阐述临床手术策略选择和假腔有无累及分支血管对假腔内血流动力学和壁面应力的影响。理想模型结果表明:忽略支架释放过程对假腔壁面应力的计算影响较小。仅用多层裸支架无法有效缩小假腔内的高流速、高壁面剪应力区域;仅用覆膜支架封堵近端入口,远端将维持高流速、高壁面剪应力区域;覆膜支架和多层裸支架联合使用会使假腔内出现最大范围的低流速和低剪应力区域,最大程度降低假腔内的压力和壁面应力。与有分支动脉模型相比,无分支动脉模型术后更易形成低流速、低壁面剪应力区域,但其术后即时假腔内血压更高。假腔内血栓的形成可大幅降低血栓覆盖区域的壁面应力。其次,本文根据已有病例的随访CT影像数据资料及病例真实的手术情况,建立病人手术前后不同时期的血流域、血管壁和多层裸支架几何模型,并对几何模型进行网格划分建立流固耦合仿真计算模型,依据基于理想模型所提出的单向流固耦合计算方法及流程对个体化模型进行单向流固耦合数值模拟计算,并结合CT影像数据对仿真计算结果进行分析讨论。得出如下结论:血栓的形成使血液无法直接冲击血管壁,进而使血栓覆盖区域的假腔壁面应力大幅降低。对于病例1来说,随访CT影像发现,其术后17个月与术后3个月图像相比,假腔出现膨大现象,这可能与术后3个月假腔部分血栓化导致假腔内的高应力区域未完全消除有关。对于病例2来说,由于假腔内只有一小部分区域形成血栓,血栓化率很低,假腔内的血液流动依旧比较充分,血液不可避免的会对假腔壁面造成冲击,随访CT影像发现该病例术后假腔出现了进一步扩大(即术后再膨大)的现象,从计算结果可见,血栓形成之后,假腔壁面的应力有所增大,这可能与假腔的再膨大现象有关。综上,本文所提出的计算方法可同时分析术后假腔内的血流动力学和壁面应力特征,为研究多层裸支架引发假腔血栓化及主动脉再膨大的力学机理提供支撑。
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