引言：

脑动脉瘤破裂主要发生在薄壁区（TWA），TWA的预测有助于评估破裂的风险并选择合适的治疗策略。血流动力学参数（CHP）通过加权的WSS和OSI标准化方案实现，通过术中图像定量颜色分析的验证，表明CHP对预测未破裂脑动脉瘤的薄壁区具有临床意义。

【REF：Cho KC，et al. Biomed Res Int. 2018 Sep 20;2018:3047181. DOI: 10.1155/2018/3047181. ECollection 2018.】

背景

动脉瘤性自发性蛛网膜下腔出血是相当致命的，具有高发病率和致死率，脑动脉瘤的薄壁区域（thin-walled area，TWA）是破裂的高风险部位，因此预测薄壁区对评估动脉瘤破裂风险及选择合适的治疗非常重要。计算机流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）分析已应用于动脉瘤的生成机制、破裂风险的研究，将CFD分析结果与动脉瘤术中图像进行比较，将提高TWA预测的可靠性，然而关于血流动力学参数能最准确地预测薄壁区尚存争议。近期，韩国关东大学神经外科Kwang-Chun Cho等在2018年6月的《Biomed Research International》杂志上，报道运用计算机血流动力学结合术中图像的定量颜色分析研究未破裂动脉瘤瘤壁状况，发现经过加权后的WSS和OSI标准化方案是判断瘤壁薄弱的重要因素，动脉瘤破裂主要发生在薄壁区。

方法

主要应用ANSYS Fluent软件对19例患者21个未破裂脑动脉瘤的DSA数据进行CFD分析。首先对壁剪切力（WSS）和振荡剪切指数（OSI）进行标准化处理，标准化CHP是标准化WSS和标准化OSI的一种加权平均值。Delta E被用来客观地量化术中图像的颜色差异。

公式1，ω1和ω2分别为标准化WSS和标准化OSI的权重指数。

结果

动脉瘤图像上的红色区域亮度差异（△Em）结果显示，△Em的最大值出现在临床医生认为最危险的红色区域。21例动脉瘤的△Em值比较结果提示，高危险区域△Em明显高于低危险区域(P<0.01)。

图1. 术中图像的改良Delta E（ΔEm）的演示。

（左）蓝色圆圈是一个参考区域；黑色和黄色圆圈分别是危险性较小和危险性较大的区域；（右）计算所选区域相对于参考区域的ΔEm。

表1. 高与低危险区域的血流动力学参数比较。

WSS和OSI比压力更具预测性(表1)。低WSS和高OSI可直接预测TWA，分别对应17例和7例红色区域，而压力与图像中红色区域无关(图2)。CFD分析结果表明，与压力相比WSS和OSI对TWA的预测性更强，分别为P<0.001、P=0.187、P=0.970。

图2. 术中图像与血流动力学参数的比较

表2. 加权因子对在高危险和低危险区综合血流动力学参数的影响

在所有21例动脉瘤病例中，对高危险和低危险区域均进行CHP（标准化WSS，OSI）研究。随着ω1的增加，CHP之间的差异增大，p值降低（表2）。无论权重因素的如何组合，低危险区域的CHP值几乎相同。

21例病例中，17例CHP最高值与术中图像显示TWA结果一致（81%），高CHP值的位置与高△Em值的位置对应良好（P<0.001），CHP低危险区与△Em低危险区吻合较好(P<0.01)。在不匹配的病例中，动脉瘤中观察到存在严重的动脉粥样硬化，同时CFD模型与术中图像存在的几何差异以及邻近结构对局部造成影响（图3）。

图3. 典型的非相关性病例

（CHP与ΔEm相关性差。第1-2行：严重动脉粥样硬化变化，第3行，周围环境的影响结构；第4行：动脉瘤的几何结构不同）

讨论

脑动脉瘤壁的组织学研究表明，动脉瘤壁的重塑过程导致动脉瘤破裂前壁逐渐变薄。虽然破裂风险与包括TWAs在内的一系列复杂因素有关，但我们通过对血流动力学机制的研究，认为TWA是潜在的破裂区域。CHP最高值预测与TWA结果一致度达81%，CHP高值区与△Em高值区吻合较好。

本研究的局限性：

1、CFD分析中的边界条件并不是针对个体患者；

2、纳入研究的病例数相对较少；

3、CFD分析本身具有技术局限性。

比如假设血管抽象为一防滑刚性壁。在分析动脉瘤破裂时应考虑血管的弹性，采用本研究提出的流固耦合(FSI)技术可以分析血管壁弹性，有助于评估动脉瘤的破裂风险，并为脑动脉瘤患者选择更合适的治疗策略。尽管存在一些局限性，本研究可能为预测脑动脉瘤破裂风险提供一种潜在的临床方法。

结论

本研究提出了一种标准化的WSS和OSI新方案，经术中图像验证经过加权处理后能通过CFD分析来预测未破裂脑动脉瘤的TWA区域。