冠脉分叉病变及支架后再狭窄的血流动力学研究进展

全球每年约有100万例经皮冠脉介入(PCI)治疗患者,其中分叉病变约占20%,而其支架后再狭窄率高达30%。频繁的再狭窄不仅和支架与血管的变形、支架与血管顺应性不匹配有关,也和支架后局部血流动力学变化引起的内膜增生有关。文中回顾了分叉冠脉的血流动力学研究发展,分析了分叉病变的血流动力学因素研究现状,详细阐述了其支架后再狭窄相关的计算流体力学(CFD)研究进展。CFD研究为探讨分叉冠脉的血流动力学环境与斑块形成、支架植入术与支架后再狭窄之间的关系提供了很好的技术手段,对临床医生理解斑块形成、工程师改善支架结构设计技术起到一定的作用。     

支架内再狭窄的生物力学研究进展

支架介入已成为治疗心脑血管狭窄最有效的方式之一,但术后发生支架内再狭窄的问题却不可忽视。支架内再狭窄的发生,不仅与支架-血管间柔顺性失配以及支架对血管的机械性支撑引起的应力有关,而且与支架置入后血管内血流动力学环境变化引起的内膜增生有关。回顾了狭窄血管置入支架的生物力学研究历史和现状;特别从固体力学和血流动力学的角度,阐述了近年来学者对狭窄血管置入支架的生物力学数值模拟研究进展;并分析总结了支架内再狭窄的生物力学因素。从支架介入治疗过程来看,数值模拟技术可以为研究支架置入术和支架内再狭窄之间的关系提供很好的技术手段,对支架的设计以及介入治疗提供更加科学的指导。     

支架植入位置对狭窄血管段支架内再狭窄影响的力学分析

背景经皮冠状动脉介入作为治疗动脉粥样硬化等心血管疾病最有效的方式,近些年在临床上得到广泛应用,但血管晚期血栓和支架内再狭窄等问题却并没有得到彻底解决。研究表明,支架植入会使血管壁产生非生理性组织应力,支架植入后血管内血流动力学微环境的改变会诱发支架内再狭窄。支架植入位置的不同也会对血管内力学环境产生重要影响,但相关研究却少有报道。因此,深入了解支架植入不同位置对血管力学微环境的影响,对于临床上优化支架放置以及缓解支架内再狭窄有重要意义。方法采用有限元方法模拟了支架扩张过程中狭窄血管的力学响应,通过球囊损伤法构建了兔颈动脉狭窄模型,并根据支架与狭窄血管中心区域的相对位置构建了支架植入的近心、中心、远心三种模型,对术后血管内血流动力学特征进行了分析。随后将支架段血管划分为前、中、后三个区域,对三个区域内的血流动力学参数进行了与支架植入位置之间的等级相关性分析,探究了支架位置的变化对于支架不同区域血流动力学特征的影响,并通过血管形态学观察对计算结果进行了验证。结果(1)计算模拟结果显示,血管壁最大应力出现在支架前、后端,而低剪切应力、高震荡剪切等血流动力学特征主要出现在支架前端,在支架后端血流动力学特征不明显,因此支架前端血管出现再狭窄风险较高。(2)支架前端血流动力学特征与支架植入位置存在显著相关性(r_(TAWSS)=-0.718,r_(OSI)=0.898,r_(RRT)=0.818,P0.01)。随着支架位置向远心移动,即从近心模型到远心模型,支架前端血管内膜增厚的程度加重,而支架中后端血管内膜增厚无显著差异,表明支架位置的变化对支架前端血管重构产生显著影响。结论支架植入会显著改变血管内的力学环境,在支架前端形成促动脉硬化斑块新生的区域,随着支架位置的不断靠后,支架前端对支架内再狭窄的影响更加显著。因此,临床支架介入术中需对支架的放置做进一步优化。     

CD34抗体包被支架预防兔损伤动脉支架内狭窄

目的： 观察CD34抗体包被支架能否减少和预防球囊损伤动脉支架内狭窄。方法：①用明胶作为包被底物对支架进行包被，然后再包被CD34抗体。②复制股动脉损伤家兔模型，损伤后即刻于右侧植入普通支架，左侧植入抗体支架；45 d后，观察支架内最狭窄处的百分率、支架内和支架两端的血管新生内膜增生。结果：45 d 时，抗体包被支架内的最狭窄百分数明显低于普通侧支架（16.13±3.93 vs 47.03±11.89，P<0.05）；抗体包被支架段动脉血管新生内膜百分数明显低于普通支架段动脉血管（49.64±6.40 vs 66.83±6.00，P<0.05）；抗体包被支架远心端血管的新生内膜增生比普通支架远心端血管明显减轻。但两者的近心端动脉无明显差别。结论：CD34抗体包被支架能够有效减轻受损动脉支架内狭窄的发生。     

砷涂层支架置入后的血管组织相容性

背景:研究认为,三氧化二砷可以抑制血管平滑肌细胞的增殖,促进其凋亡,那么砷对血管平滑肌细胞的增生是否也有同样的抑制作用,砷涂层血管支架能否与血管组织相容,早期较好地被血管内膜覆盖或达到减少内膜过度增生的作用?目的:观察砷涂层血管支架的血管组织相容性。方法:取大耳白家兔14只,随机分为2组,分别在腹主动脉处植入砷涂层316 L不锈钢支架和316 L不锈钢裸支架,植入28 d后结扎支架部位血管的远端和近端,取下支架部位的血管行苏木精-伊红染色,光镜检查。结果与结论:①大体观察:支架处的血管外径稍大于相邻处血管的外径,呈扩张状态,无肉眼可见的血栓,切开支架,支架表面可见光滑的新生内膜形成,新生内膜表面光滑。②光镜观察:支架丝位于血管的中层,中层平滑肌被压,支架丝周边,血管内膜平滑肌增生,使血管内膜增厚。支架丝的血管腔面可见新生的血管内膜形成并覆盖支架丝,支架丝与血管组织之间可见一薄层黑色物质,为涂层药物砷及其化合物,证明砷涂层支架可以被血管组织覆盖,具有良好的血管组织相容性。     

支架治疗主动脉弓内侧动脉瘤的仿真研究

血管内支架是治疗主动脉弓动脉瘤的一种新技术。目前还没有人对具有局部突起的动脉瘤支架治疗血流动力学进行过研究。基于这样的事实,本仿真研究对主动脉弓内侧动脉瘤的支架治疗进行血流动力学分析。为便于比较,分别建立了有支架和无支架的主动脉弓动脉瘤模型。利用计算流体力学的方法对两个模型中的生理性血液流动进行了仿真。对流动情形、压力和壁面切应力分布进行了比较和分析,以便评价血管内支架对主动脉弓动脉瘤治疗的效果。结果表明,有支架的模型和无支架的模型,在瘤腔内的流动情形具有显著的不同。有支架模型瘤腔内的流动受到明显的抑制,特别是局部突起处的压力和壁面切应力大大地减小了。这些现象使我们有理由推断,血管内支架可以促进瘤腔内血栓的形成,并能减小动脉瘤破裂的危险。     

支架植入颅内蜿蜒型动脉瘤的血流动力学仿真

目的　构建蜿蜒型动脉瘤和弯曲支架三维有限元模型,研究支架植入动脉瘤后的血流动力学的变化。方法　通过CAD软件构建出几何实体模型,借助有限元软件利用计算流体力学方法,分别对无支架和有支架的蜿蜒型脑动脉瘤定常流动血流动力学进行数值模拟,分析在动脉瘤中植入内支架前后的瘤腔内流动情形、压力和壁面切应力分布的变化情况。结果　有支架动脉瘤模型上游瘤腔内的血流速度被大大削弱,圆顶突起处局部高压力明显减弱,在下游瘤腔沿壁面的压力也得到明显降低并且分布也均衡了很多,末端唇缘处局部高切应力消失了,出现的是较小且均衡的切应力。结论　有支架模型瘤腔内的流速明显减小,均衡的压力分布与瘤腔内减弱的流动速度是相互统一的,利于瘤腔内血栓的形成。     

基于有限元模拟的支架扩张、血流动力学及支架疲劳分析

目的利用有限元方法研究支架在狭窄血管内的扩张性能、支架内血流动力学状况和支架的疲劳寿命。方法采用ANSYS模拟支架在狭窄血管内的扩张过程,提取扩张后相关节点数据,建立血流动力学分析模型,并建立与之对应的简化模型,模拟分析支架内血流动力学状况。分别基于Goodman图表和累计损伤法,对支架的疲劳寿命进行评估。结果 (1)支架上绝大部分部位发生塑性变形,主要应力发生在镂空孔的角点。(2)支架附近流动紊乱,血流流入端的桥接支柱附近应力最高。(3)Goodman图表法表明该支架是安全的,累计损伤法表面支架在血流流入端桥接支柱所在的第2个横截面上累计损伤最大。结论有限元方法能有效地应用于支架扩张、支架内血流动力学以及支架的疲劳模拟仿真。     

冠状动脉支架涂层材料对置入后发生血管再狭窄的影响

目的:了解抗增殖作用药物涂层支架的种类和特点及其在临床应用中的有效性和亟待解决的问题。方法:作者以"冠状动脉内支架;心血管疾病;细胞增生;药物涂层;再狭窄"为检索词,在中国期刊全文数据库中,采用电子检索的方式进行文献检索。纳入与抗增殖作用药物涂层支架预防血管再狭窄有关的文章。排除Meta分析及重复性研究,共入选16篇文献。结果:经皮冠状动脉腔内成形和支架置入后的最突出问题是血管再狭窄。血栓、炎症和平滑肌增生是支架内再狭窄的3个重要阶段,其中血管内膜增生是再狭窄的最主要机制。目前最常用的抗增生药物为紫杉醇和雷帕霉素及其衍生物。雷帕霉素通过抑制内膜、平滑肌细胞等增生抑制血管内再狭窄发生发展,而紫杉醇通过促进内皮细胞和平滑肌细胞等凋亡抑制血管内再狭窄发生发展。结论:抗增殖药物涂层支架已成为当前最有希望降低再狭窄发生率的手段,但是血管再狭窄是一个多因素的复杂问题,药物涂层支架的研究和应用还处于探索阶段,正确地评价药物涂层支架将有赖于大样本的临床科学试验。     

主动脉多分支支架植入后的血流动力学仿真

目的在进行复杂的主动脉修复术中,需要对各个分支动脉同时进行修复。经常采用开放性手术或介入治疗的方式在体内植入含有分支动脉的分叉血管主动脉支架。分支支架的理念符合正常解剖结构的修复,有其本质上的优势。然而,在某些进行分叉血管支架植入术后的病人体内,分支血管中(主要包括肾动脉和肠系膜上动脉等)发生了再狭窄和血栓现象。本研究的目的是采用计算流体力学仿真的方式,研究血管内血液流动情况与血栓形成的关系。方法本文结合术后随访三位病人(其中一位已经出现血栓)的CT扫描数据,建立了主动脉段以及上述分支动脉的三维模型,根据用Fluent计算得到流场情况和各种与血栓形成相关的血流动力学参数(主要包括OSI、RRT、TAWSS等),对模型本身进行验证。结果通过对血栓案例和其他案例模型的计算,血栓案例模型的OSI、RRT等参数反应的流场情况与另外两个正常案例模型的情况明显不同。根据血栓病人案例的仿真结果对易形成血栓位置进行预测,与实际情况进行对比验证,发现其二者位置基本吻合。结论数值仿真方法可以用来评估主动脉多分支支架植入术后局部血栓形成的风险。