冠状动脉搭桥,也叫冠状动脉旁路移植术是一种缓解心绞痛减少冠心病死亡风险的手术。该手术利用患者自身的血管对冠状动脉进行搭桥,以绕过冠脉粥样硬化狭窄部,从而提高冠脉灌注,增加心肌氧供。冠状动脉搭桥手术后的血流动力学环境,对短期及中长期的手术效果均有直接的影响。采用静脉桥进行冠脉搭桥,手术的局部位置可能出现危险性血流动力学因素,导致手术部位的血管内膜增生,进而引起术后血管再狭窄或者其它移植管病变等临床症状,影响着手术的长期有效性。相比于静脉桥,乳内动脉搭桥的长期有效性更好。但当乳内动脉桥被吻合到一个狭窄程度不严重的冠脉时,桥内可能出现一种特有的被称为线性征的现象,即贯穿整个乳内动脉桥的狭窄,进而导致乳内动脉桥的失效。然而,冠脉搭桥的手术规划长期以来主要依靠临床医生的经验,缺乏以血流动力学证据为基础的手术决策机制。冠脉结构和病变的病人个性化程度都很高,具有临床意义的手术决策机制应当针对不同病人做出不同手术决策。为此,本研究基于冠脉标准16段结构设计了通用的,并能够实现结构和参数个性化的冠脉集中参数模型,在此基础上又建立了冠脉集中参数模型与病人个性化冠脉三维模型相耦合的几何多尺度模型。基于这两种模型建立了冠状动脉搭桥手术规划的血流动力学研究方法,预测患者手术后的血流动力学环境及其对短期及中长期手术效果的影响,为临床手术规划提供建议和参考。论文的研究内容包括以下几个方面:(1)静脉桥的血流动力学研究本研究针对静脉桥的手术决策,利用病人个性化几何多尺度模型主要做了两个方面的研究:第一,分析比较了普通搭桥、Y型桥和序贯桥的局部血流动力学特点;第二,研究了冠脉搭桥手术中预防性搭桥的必要性。研究结果显示普通搭桥、序贯桥和Y型桥三种搭桥方式的桥流量、冠脉灌注量等短期效果没有显著差异。但是,通过比较三种搭桥方式低壁面切应力(WSS)与高振荡剪切系数(OSI)的分布可以看出,Y型桥和普通搭桥会出现更大面积的低壁面切应力区域,因此认为序贯桥的长期有效性比Y型桥和普通搭桥更好。如果术中进行预防性搭桥,会有一部分血液通过不狭窄冠脉向下游灌注,导致桥血管出现大面积的低WSS的分布。因此,从血流动力学的角度不建议预防性的为不狭窄的分支进行搭桥。(2)乳内动脉桥的血流动力学研究本研究讨论了乳内动脉桥吻合到中度狭窄血管时的血流动力学特点,及其与冠脉和桥血管之间竞争流的关系,还比较了乳内动脉桥与静脉桥血流动力学的区别。研究显示,高振荡剪切系数(OSI)是乳内动脉桥线性征的主要血流动力学特征,而低壁面切应力(WSS)的影响在乳内动脉桥的线性征中并不起到主要的作用。(3)基于集中参数模型的手术规划软件本研究基于冠脉集中参数模型设计开发了冠脉搭桥手术规划软件。该软件可以根据病人信息个性化修正冠脉集中参数模型中的参数,并能够根据医生设计的不同的手术方式构建相对应的术后集中参数模型,最后集中显示这些集中参数模型的桥流量、灌注量、桥血管平均壁面切应力及振荡剪切系数等仿真结果,医生可以直观的根据这些仿真结果预测不同手术方式的术后短期及长期手术效果。本研究的重点是基于血流动力学证据的冠状动脉搭桥术的手术规划。研究结果为临床中静脉桥手术的中长期效果的优化提供了方法和借鉴,阐明了乳内动脉桥线性征的血流动力学特点,并进一步为临床手术中判断乳内动脉桥竞争流程度及出现线性征的几率提供了参考。并开发了一种满足临床通用性和个性化要求的手术规划软件系统。总而言之,本研究为临床冠脉搭桥的手术规划提供了理论依据和参考,对促进冠状动脉搭桥血流动力学手术规划的临床应用具有理论意义和潜在的应用价值。