来源：
唐浩(综述)梁春阳(审校)
(中国医院，北京)
随着人们生活水平的改善，健康意识的提高以及现代医疗水平的提高，越来越多的未破裂动脉瘤被偶然发现。然而对于无症状未破裂动脉瘤的是否应给予治疗、何时适合治疗，一直是一个比较有争议的话题。临床工作中，由于缺少定量的标准或指南来鉴定动脉瘤破裂的风险，仅凭借经验，依据动脉瘤的大小和位置进行判断，往往不能令人信服，也不够准确。近年来，工程科技上相当成熟的计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)已成为临床工作者的研究热点，可利用其来解释和说明传统实验难以完成的人体血流动力学问题，颅内动脉瘤的CFD研究就是一个很好的临床应用。
CFD是通过计算机以及相关临床数值的方法来求解流体力学的控制方程，实现对流体力学问题和指导性的。随后SteinmanDA等首先提出了基于病人影像学个体化建模，能更好的研究动脉瘤的进展情况和破裂与否的因素。CebralJR等口在此前研究的基础上进行了一系列的动脉瘤流体力学研究，他将动脉瘤内血流形式率先进行了分类与总结，选取了63例破裂与未破裂动脉瘤进行研究，通过对比发现在破裂的动脉瘤中，72存在复杂、不稳定的血流形式，8o％动脉瘤有小的冲击区域，76动脉瘤有小的流出道，并且有小的冲击区的动脉瘤与大冲击区动脉瘤相比，破裂的风险高3．6倍。然而该研究只是通过一个层面的剖面图定性的将血流分为稳定和其他两类，将冲击区和流人道定性分为大或小两种，并没有给出定量的数据。随后，CebralJR等[4将切应力等指标纳入了定量研究，认为破裂的动脉瘤流人道血流集中并且切应力较高。XiangJ等_5将动力学和形态学结合起来，研究了例破裂与未破裂动脉瘤，最后得出尺寸比(sizeratio，SR)是唯一独立的影响因素，而低的剪切力和高的最大剪切力、高振荡剪切力进行模拟和分析的科学。CFD的基础是对纳维一斯托克斯方程求解，而有限元分析法是求解的一种现代计算方法。在有限元分析的基础上，现已开发了大量的商业或开源的有限元软件，如Ansys、Corn—sol、Openform，它们广泛应用于工程计算领域，在大量实践的检验下已经相当成熟。
国外学者Tayor等_1]早在年就率先介绍了使用有限元方法模拟血管内的血流，他指出使用有限元方法能提供各种压力、流量、切应力等重要指标的标量、向量、张量定量值，而传统的实验方法不仅费时费力成本高，而且难以采集这些数据。Tayor在文中还提到实验模拟的步骤需要包括5个方面，即血管计算机建模、网格化、设置边界条件、求解设置、结果的处理，这些想法在今天看来是具有建设性是破裂的危险因素。上述是计算机流体力学在颅内动脉瘤方面早期研究的相关经典文献案例。目前，临床上对颅内动脉瘤的CFD相关研究进展，大致可分为四个方面，现综述如下。
1颅内动脉瘤CFD应用方法学上可靠性和可重复性研究
由于CFD是应用计算机软件对人体内真实的动脉瘤环境进行模拟仿真，其过程涉及诸多影响因素，如初始研究建模资料的选择，计算机断层摄影血管成像术(CTA)、磁共振血管成像(MRA)、数字减影血管造影(DSA)都能用于动脉瘤及血管的重建，高质量的旋转造影和三维重建技术不仅可以降低漏诊率，并且在描述动脉瘤形态、显示瘤颈与邻近血管关系并制定治疗方案方面优于普通DSA[6]。随着CT影像学技术的快速发展，有学者建议将多排CT作为颅内动脉瘤的术前检查和术后评估的一种无创的、准确性高的影像检查。但CTA检查时，由于局部容积效应可能导致动脉瘤颈扩大；CTA对于显示3nlm以下的动脉瘤仍不可靠，因此CTA阴性的蛛网膜下腔出血患者仍需进一步行脑血管DSA检查。基于DSA的CFD模型，但由于三维旋转血管成像(3RA)在一次成像过程中一般只包括前交通动脉二支供血动脉中的一支]，进行融合处理可能导致与动脉瘤实际情况发生偏离。而三维磁共振造影却能很好改善此缺点，但磁共振由于操作时间长、急诊患者难以配合等原因并不适于所有患者。
在影像学可重复性上，GeersAJ等[7对比了CTA和DSA的影像建模对CFD最终结果参数的影响，定量参数如剪切力指标有较大的区别，但是主要的血流形式特点基本一致，显示有较好的可重复性。SchneidersJJ等副对比了3DSA和2D-DSA的动脉瘤颈部数据，认为3DDSAi贝0量的瘤颈直径过大，并会对最后的动力学特点带来影响。RenY等将同一个患者MRA、CTA、DSA进行建模比较，结果显示基于三种影像学建模进行CFD计算，在描述主要的血流形式上没有差异，但是在进行具体指标定量分析时，需要说明是哪种影像学方法得出的结果。在CFD研究可靠性上，FordMD等叩将粒子成像测速(PIV)与CFD法测得的血流动力学状态进行对比，证明CFD与PIV有很好的一致性，CFD可较好的预测动脉瘤内血流。BergP等?将CFD和4DPC-MRI下的脑血流速度流场进行测量比较，证明两者有较好的一致性，并认为(D比MR1有着更好的时间空间分辨性。综合上述，每种影像学在动脉瘤成像上都有自己的适应区域和范围，选择最佳的方式还原动脉瘤的轮廓进行CFD建模是临床研究者的最优选择。
2对不同部位动脉瘤的CFD研究
ValenciaA等研究了20例侧壁动脉瘤患者的动脉瘤形态学和动力学指标，认为非球面指数(NSI)能很好地反映动脉瘤破裂的风险，动脉瘤底部低于2Pa的区域对应着NSI参数大于0．23时易破裂。SforzaDM等_1列研究了基底动脉瘤的血流特点，发现了破裂的基底动脉瘤有集中的流入区，小的冲击区和复杂的瘤内血流形式，在冲击区附近有高剪切力。LvN¨1等研究了破裂与未破裂的后交通动脉瘤，认为大的入射角和大的低剪切力面积是动脉瘤破裂的独立危险因素。
3对特殊类型动脉瘤的CFD研究
Sugiyama等。研究了同一载瘤动脉上2个相邻未破裂动脉瘤的CFD进展情况，证实进展动脉瘤有着不同的血流动力学和形态学特点和不同的生长形式，动脉瘤进展扩大的部位在流入区域有着高的剪切力或者是在瘤囊处低的剪切力处。IuG等对镜影动脉瘤CFD进行了研究，认为破裂的动脉瘤具有明显更低的剪切力、更高的振荡剪切力和低剪切力区域百分比。TianZ等{”；同样对镜影动脉瘤进行了研究，认为动脉瘤尺寸、尺寸比和大小比三个形态学指标，时间平均剪切力、低剪切力区域两个动力学参数指标，均与动脉瘤破裂相关。KonoK等等对一例即将破裂的动脉瘤患者的CFD进行研究，认为舒张末期低的剪切力和收缩期高的压力导致了动脉瘤的破裂。
4栓塞、分流装置、支架手术治疗前后的CFD对比
研究在有关动脉瘤破裂因素研究日益成熟的基础上，近年来有关于CFD应用于临床治疗的研究成为一种趋势。HoiY等(使用了CFD方法研究将不对称支架应用于动脉瘤治疗，认为不对称支架能减少流入血流，促进血流停滞，有益于栓塞。一项基于cFD的虚拟支架研究结果显示，当给定支架和血管的解剖结构以及速度边界条件后，CFD能精确的模拟动脉瘤内的流场，反映出不同支架的血流流畅特点【]。DamianoRJ等将CFD应用于血管分流装置的研究中，发现重叠的分流装置能降低流入血流的速率和动脉瘤囊的剪切力，CFD研究使用于复杂的瘤内环境，有助于判断血流动力学因素并有益于治疗。TangAY等]研究了分又处动脉瘤的栓塞治疗血流动力学影响，认为有大侧支的血管就血流动力学方面上有更大的风险。CFD的定量分析能较好地协助临床医师制定治疗计划，WangC等_2研究支架植入前后的动脉瘤血流、剪切力、压力的改变，认为植入后动脉瘤流速和剪切力下降，但收缩期峰值压力改变不显著。
国内CFD应用于动脉瘤的相关研究起步较晚，但发展较快。赵丛海等利用DSA图像构建的宽、窄颈动脉瘤模型进行了动脉瘤CFD流速和涡流的探索，认为应该先降低动脉瘤涡流的流速再进行栓塞。随后于红玉探讨了颅内动脉瘤手术前后CFD切应力变化与动脉瘤复发的关系，并认为术后若切应力降低则动脉瘤复发风险小。陈军研究了80例破裂与未破裂动脉瘤的差异，认为颅内破裂动脉瘤较未破裂动脉瘤具有较大的流速和小冲击区。在最近的几年，国内的CFD研究进步较大，HuP等提出的能量损耗，RenY等关于MRA、DSA、CTA进行CFD实验的可重复性探讨，WangC等关于支架植入后动力学改变等研究均在国外杂志发表。
近年来一系列报道开始对动脉瘤CFD研究的具体设置进行了讨论。CastroMA等比较了牛顿力学模型和Casson力学模型对结果可能带来的影响，结果两种假设条件下的模拟，数值上差异并不显著。EvjuO等研究了12例动脉瘤基于不同出口入口边界条件所造成的影响，但认为剪切力的测定基准和动脉瘤解剖和分类关系不大。PereiraVM等认为Womersley和Plugflow入口边界条件的选择会对CFD剪切力和振荡剪切力的分布带来差异。CFD结果中切应力指标来说，有学者认为低切应力与动脉瘤破裂有关口。，而有学者认为高切应力口。与动脉瘤破裂有关。Meng等就动脉瘤切应力与动脉瘤破裂进行了相关研究，他认为高或低切应力的动脉瘤都可能引起动脉瘤的破裂，低的切应力通过炎症细胞介导的途径引起大动脉瘤或粥样硬化型动脉瘤发生破裂；而高的切应力会通过内皮细胞介导的途径引起小动脉瘤或者动脉瘤的再破裂。
综合上述，CFD作为一种可以定量分析颅内动脉瘤内血流动力学和动脉瘤受力的方法学，受到越来越多的重视。因为大多数的研究主要涉及Tayor最开始提及的5个步骤，而大家所采用的方法、软件、及仿真水平存在差异，可能导致了结果的不同，具体反映就是最后有意义的形态和动力学指标定量上差异过大，定性上说法不一。CFD在颅内动脉瘤研究中很好的将工程结构力学与医学相结合，它是一门多学科的交叉科学，符合精准医疗的趋势，是一门定量的方法学工具，具有广阔的研究前景，是近期国内外的研究热点。但是由于其本质是数值模拟，受不同模拟方法影响，需要我们在研究时注意文献中提及的影响因素，在这基础上的实验才具有参考性。科学统一的参数标准，将排除诸多人为设置影响因素的干扰，至少使得结果的可比性大大增强，将会是国内外学者未来努力的方向，这也需要多学科的积极互动与协作。令人高兴的是，国内外的相关学者也认识到了统一标准的重要性，年开始的Challenge实验最新的二期结果显示在给定的参数设置和边界条件下，世界各地的CFD小组最终结果差异已经大为缩小。相信在不久的将来，CFD指标作为一项定量指标可较好的为判断未破裂动脉瘤的转归提供重要参考信息。
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