王超 李勐 李澤福

顱內(nèi)動脈瘤的治療手段主要包括手術(shù)夾閉和血管內(nèi)介入治療，血管內(nèi)介入治療主要包括單純彈簧圈栓塞和支架輔助彈簧圈栓塞。有研究報道，與單純彈簧圈栓塞相比，支架輔助彈簧圈栓塞技術(shù)具有更高的栓塞率(28.5%比11.5%，P=0.014)[1]。支架置入術(shù)除可防止彈簧圈膨出，且具有一定的血流導(dǎo)向作用，在治療顱內(nèi)寬頸、夾層等復(fù)雜動脈瘤方面，其效果較為突出[2-3]。在目前影像學(xué)技術(shù)條件下，直接觀察支架置入術(shù)后動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)變化具有一定的局限性，而數(shù)值模擬研究可重復(fù)應(yīng)用于血流動力學(xué)的評估，其可控性強，可用于比較不同類型支架對血流動力學(xué)的影響[4-5]。筆者通過文獻(xiàn)回顧，對支架置入術(shù)對顱內(nèi)動脈瘤血流動力學(xué)影響機制的研究現(xiàn)狀及相關(guān)進(jìn)展綜述如下。

1 支架對血流的影響

1.1 材質(zhì)及順應(yīng)性

支架的材料以鎳鈦合金為多，與其他材質(zhì)，如不銹鋼、鈦金屬等比較，其生物相容性較好，并且變形能力較強，具有“形態(tài)記憶”的優(yōu)勢，能更好地適應(yīng)血管形態(tài)的變化，具較好的抗腐蝕強度[6]。支架的順應(yīng)性是指支架的彎曲能力。人體血管不僅有彎曲變形，還有扭轉(zhuǎn)變形，因此需要支架具有較高的順應(yīng)性，以置入扭曲變形的血管[7]。評估支架順應(yīng)性的重要指標(biāo)是支架硬度，硬度過高，支架在穿過復(fù)雜迂曲血管時的難度增加，并且支架在血管內(nèi)的促凝性和組織反應(yīng)性還可致血管內(nèi)皮損傷。

1.2 支架網(wǎng)孔

支架網(wǎng)孔主要有網(wǎng)孔開環(huán)與閉環(huán)。在傳統(tǒng)支架中，Enterprise、Solitaire支架是閉環(huán)設(shè)計，Neuroform支架是開環(huán)設(shè)計。開環(huán)設(shè)計支架的順應(yīng)性較高，其貼壁效果較好，但對于曲率較大的血管，其可突入支架內(nèi)腔，使血管內(nèi)更易形成血栓，阻礙載瘤動脈的重建。閉環(huán)設(shè)計支架的順應(yīng)性雖不能完全與血管壁貼合，但其較好地規(guī)避了支架在置入曲率較大血管時突入支架內(nèi)腔的缺點[7-8]。Nam等[6]對3種支架的血流動力學(xué)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，“之”字形網(wǎng)孔+半閉環(huán)設(shè)計支架的動脈瘤內(nèi)平均壓力降低幅度較平行線形閉環(huán)支架和“之”字形網(wǎng)孔閉環(huán)支架更加明顯(81%比48%和77%)。Kim等[9]對顱內(nèi)動脈瘤進(jìn)行血流動力學(xué)分析，結(jié)果顯示，相對于環(huán)形網(wǎng)孔設(shè)計，當(dāng)支架同時滿足矩形網(wǎng)孔和網(wǎng)孔率為84.98%時，動脈瘤內(nèi)血流速度和壁面切應(yīng)力(wall shear stress，WSS)降低作用最大；對于相同的支架網(wǎng)孔設(shè)計，隨著網(wǎng)孔率的降低，對動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)的影響增大。網(wǎng)孔率是支架網(wǎng)孔與整個支架圓柱體表面積之比[10]。Bouillot等[11]應(yīng)用多次延遲、粒子成像測速(particle imaging velocimetry，PIV)和計算流體力學(xué)(computational fluid dynamics，CFD)技術(shù)對動脈瘤血流動力學(xué)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，隨著支架網(wǎng)孔率的降低，動脈瘤內(nèi)血流速度逐漸降低。Augsburger等[12]對高網(wǎng)孔率Neuroform支架和低網(wǎng)孔率血流導(dǎo)向裝置進(jìn)行了PIV驗證，發(fā)現(xiàn)血流導(dǎo)向裝置對動脈瘤產(chǎn)生的影響更大，動脈瘤內(nèi)流速和渦流區(qū)域降低了23%～52%，而Neuroform支架僅降低了14%～19%，提示高網(wǎng)孔率的Enterprise支架和低網(wǎng)孔率的血流導(dǎo)向裝置，需要低網(wǎng)孔率來降低動脈瘤內(nèi)的血流速度。另有研究報道，較低網(wǎng)孔率會使支架和血管壁之間的生物兼容性變差[13]，同時可影響穿支血管的血流，導(dǎo)致穿支血管閉塞及后續(xù)腦梗死的發(fā)生，也會使支架的彈性變差，影響支架的順應(yīng)性，不利于支架的置入及通過形態(tài)復(fù)雜的載瘤動脈，故支架網(wǎng)孔率的范圍應(yīng)在60%～86%[14-15]。因此，我們在選擇支架時還應(yīng)充分考慮穿支血管和支架順應(yīng)性。Lieber等[16]將同一支架的網(wǎng)孔率與支架網(wǎng)絲直徑相結(jié)合分析支架置入對側(cè)方單個動脈瘤血流動力學(xué)的影響，表明當(dāng)支架的網(wǎng)孔率保持一致時，隨著網(wǎng)絲直徑的減小，網(wǎng)絲數(shù)量的增加，支架對動脈瘤內(nèi)血流平均流速的影響越明顯。

1.3 金屬覆蓋率

金屬覆蓋率是支架網(wǎng)絲與整個支架圓柱體的表面積之比。目前使用的支架中，新型LVIS支架的金屬覆蓋率約23%，較Enterprise支架(約8%)高，但較Pipeline支架(30%～35%)稍低[17]。Kojima等[18]通過比較Enterprise、Silk、Pipeline支架置入對顱內(nèi)動脈瘤血流動力學(xué)的影響，顯示動脈瘤內(nèi)血流速度降低的程度分別為7.8%、23.2%、30.6%，即支架置入所致動脈瘤內(nèi)血流速度降低的程度與支架金屬覆蓋率呈正比。Wang等[17]通過CFD技術(shù)比較不同支架對動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)的影響，表明單枚LVIS支架產(chǎn)生的血流導(dǎo)向作用大于雙枚Enterprise支架，但小于單枚Pipeline支架(WSS分別降低了39.96%、30.51%和51.08%)，而雙LVIS支架的血流導(dǎo)向作用大于單枚Pipeline支架(WSS分別降低了63.88%和51.08%)，提示該變化趨勢與支架金屬覆蓋率大小相關(guān)。然而，金屬覆蓋率并非影響顱內(nèi)動脈血流動力學(xué)的唯一因素。Xiang等[19]對3例具有兩個相鄰動脈瘤患者置入單枚Pipeline支架后的血流動力學(xué)進(jìn)行分析，其中1例含頸內(nèi)動脈眼段Ⅲa和Ⅲb動脈瘤患者中，Ⅲa動脈瘤置入支架后的平均血流速度、流速率、WSS分別降低了38.0%、28.4%和50.9%，相鄰Ⅲb動脈瘤的平均血流速度、流速率、WSS分別降低了77.7%、53.0%和84.4%，提示相鄰兩個動脈瘤均受Pipeline支架相同金屬覆蓋率的影響，但血流動力學(xué)存在較大的差異。

支架自身因素可對顱內(nèi)動脈瘤血流動力學(xué)產(chǎn)生影響，臨床應(yīng)用以具有較高順應(yīng)性的鎳鈦合金為主；支架網(wǎng)孔開環(huán)和閉環(huán)設(shè)計各有利弊，隨著支架網(wǎng)孔率的增加或金屬覆蓋率的減少，其對顱內(nèi)動脈瘤血流動力學(xué)參數(shù)的影響則越小。

2 載瘤動脈對血流動力學(xué)的影響

2.1 載瘤動脈的曲率

支架治療前，顱內(nèi)動脈瘤的血流動力學(xué)與血管的曲率存在一定的關(guān)系。Niimi等[20]對體外玻璃動脈瘤模型應(yīng)用激光多普勒技術(shù)對血流速度進(jìn)行測定，提示外側(cè)壁曲率一致的動脈瘤，其內(nèi)血流速度增加，破裂風(fēng)險將高于內(nèi)側(cè)壁。 Meng等[21]在狗(低曲率直血管)和兔(高曲率彎曲血管)動脈瘤模型體內(nèi)分別置入Wallstent支架，表明隨著載瘤動脈曲率的增加，支架對動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)(渦流、WSS和沖擊域)的影響越小。

2.2 載瘤動脈擴張

Ionita等[22]在置入血流導(dǎo)向裝置的動物實驗中首次觀察到支架置入后可致載瘤動脈擴張。Saatci等[23]報道，當(dāng)使用Enterprise和Solitaire支架輔助彈簧圈治療前交通動脈動脈瘤時，全腦血管造影顯示載瘤動脈擴張，類似的影像學(xué)征象在Neuroform、Zilver和Leo支架也得到證實。因此，支架引起的載瘤動脈擴張逐漸受到人們的關(guān)注。Mut和Cebral[24]通過對模擬不同直徑的血流導(dǎo)向裝置(無擴張、支架直徑較載瘤動脈直徑大0.5 mm、支架直徑較載瘤動脈直徑大1.0 mm)進(jìn)行血流動力學(xué)分析，表明支架置入后動脈瘤內(nèi)的入射血流速率降低，且隨著支架直徑的增加，動脈瘤內(nèi)血流速度降低程度越小(分別為65%、33%、26%)。Mori等[25]用計算機重建的側(cè)方動脈瘤模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)載瘤動脈僅擴張了6%，但動脈瘤內(nèi)血流速度卻有超過22%的改變。Mori等[26]應(yīng)用VMTK軟件模擬實際人動脈瘤模型，并對其進(jìn)行血流動力學(xué)分析，表明載瘤動脈擴張，動脈瘤的入射血流速率降低，但支架在其中所起的作用較??；同時，載瘤動脈擴張后動脈瘤WSS和WSS震蕩因子也相應(yīng)降低，因此，支架固然有一定的血流導(dǎo)向作用，但載瘤動脈擴張的作用可能更大。然而，支架置入所致的載瘤動脈擴張并非一次性達(dá)到擴張的直徑。Zhao等[27]在豬動脈瘤模型中，經(jīng)股動脈置入1枚直徑8 mm的鎳鈦材質(zhì)自膨支架，應(yīng)用血管造影技術(shù)觀察載瘤動脈擴張情況，結(jié)果顯示，6個月后支架才達(dá)到了最大直徑。

2.3 載瘤動脈矯直

雖然支架和血管壁均具有一定的彈性，但支架本身作為一種剛性垂直的結(jié)構(gòu)，當(dāng)其置入迂曲的血管后，支架通過對血管壁的矯直作用，使載瘤動脈的曲率逐漸降低，即支架使血管成角增加，而動脈瘤內(nèi)的血流速度和WSS也會隨著血管曲率的降低而降低[28]。該類曲率改變主要發(fā)生于血管分叉處動脈瘤的治療過程中。Gao等[29]通過對31例接受支架治療患者進(jìn)行1～6個月的短期和≥7個月MR血管成像或DSA隨訪，其中14例接受Neuroform支架，17例患者接受Enterprise支架，結(jié)果顯示，短期隨訪中支架對血管曲率的降低作用更明顯，且與動脈瘤部位有關(guān)，其作用大小依次為前交通動脈動脈瘤>大腦中動脈瘤>基底動脈瘤>頸內(nèi)動脈瘤，同時激光雕刻的閉環(huán)Enterprise支架較開環(huán)Neuroform支架作用更明顯，主要原因可能是Enterprise的硬度高于Neuroform支架。在支架對血管曲率的影響及動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)的進(jìn)一步研究中，顯示隨著隨訪時間的延長，雙側(cè)基底動脈P1段血管成角逐漸降低，血管曲率的改變使術(shù)前高WSS區(qū)域減小；支架致載瘤動脈曲率減小，從而使沖擊域的方向發(fā)生改變，且面積減小，同時動脈瘤壓力有所降低[30-31]。雖然支架對血管曲率的影響主要發(fā)生在分叉處動脈瘤，但對側(cè)方動脈瘤也存在一定的影響。Kono等[32]對16例經(jīng)Enterprise支架治療的椎動脈側(cè)方動脈瘤進(jìn)行血流動力學(xué)分析，觀察支架自身和血管曲率改變對動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)的作用，表明支架置入及血管曲率減小均可使動脈瘤內(nèi)沖擊域的壓力和直徑降低。

支架置入后，載瘤動脈擴張程度越大、矯直作用越強，對顱內(nèi)動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)的影響越小。

3 支架置入操作的影響

在臨床腦血管病介入治療過程中，支架置入受操作者影響較大，尤其對于血流導(dǎo)向裝置，由于其具有較高的順應(yīng)性，可通過應(yīng)用其可壓縮性改變網(wǎng)孔密度，從而有選擇性的釋放。Ma等[4]應(yīng)用推拉技術(shù)改變Pipeline支架在動脈瘤口部的金屬覆蓋率并進(jìn)行CFD測定，結(jié)果顯示，當(dāng)動脈瘤口處金屬覆蓋率為50%或36%，側(cè)方動脈瘤內(nèi)血流速度可分別降低62%或50%，梭形動脈瘤內(nèi)血流速度分別降低57%或36%。因此，我們通過提高動脈瘤口處Pipeline支架金屬覆蓋率，而達(dá)到有效降低動脈瘤內(nèi)血流速度的作用，避免載瘤動脈周圍分支血管閉塞。Xiang等[5]分析Pipeline支架在動脈瘤頸處無壓縮或最大壓縮對動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)的影響，結(jié)果顯示，最大壓縮置入后動脈瘤內(nèi)血流速度降至術(shù)前的29%，而無壓縮則是67%；最大壓縮的動脈瘤內(nèi)血流周轉(zhuǎn)時間是術(shù)前的237%，而無壓縮卻只有134%，其他血流動力學(xué)因素(渦流、WSS震蕩因子)也均顯示最大壓縮的優(yōu)勢。同時，除在動脈瘤內(nèi)因血流速度降低誘導(dǎo)產(chǎn)生的紅色血栓外，在支架網(wǎng)孔附近檢測到較高的WSS，該結(jié)果提示有白色血栓形成的可能，共同促進(jìn)了動脈瘤的修復(fù)。

在支架置入過程中，通過增加動脈瘤頸部支架局部的金屬覆蓋率，可提高對顱內(nèi)動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)的影響。

4 支架治療方案選擇的影響

關(guān)于動脈瘤治療方案的選擇，單純支架輔助彈簧圈栓塞很難解決分叉部動脈瘤，而需更多的支架治療方案。以基底動脈頂端動脈瘤為例，主要有4種：(1)半Y形支架，即將支架從基底動脈覆蓋至一側(cè)大腦后動脈；(2)Y形支架，即通過置入第1枚半Y形支架的網(wǎng)孔，再置入另1枚半Y形支架至對側(cè)大腦后動脈；(3)橫跨型支架，即將支架從一側(cè)大腦后動脈置入至另一側(cè)大腦后動脈，完全覆蓋動脈瘤口；(4)T形支架，即改良的Y形支架，其核心是實現(xiàn)Y形結(jié)構(gòu)的兩枚支架間不重合，置入第1枚半Y形支架后，第2枚支架不與第1枚支架重合，直接置入對側(cè)大腦后動脈，并與第1枚支架相接。大腦中動脈分叉部動脈瘤，主要應(yīng)用半Y形、Y形和T形支架，而對于前交通動脈動脈瘤，除半Y形支架，還有X形支架，即將支架從一側(cè)的A1段覆蓋至對側(cè)的A2段；通過置入的第1枚支架的網(wǎng)孔，從對側(cè)A1段至同側(cè)A2段再置入另1枚支架[6，24，33]。Babiker等[33]應(yīng)用CFD和PIV技術(shù)驗證性評估了3種支架治療方案，即1個Neuroform的半Y形支架、2個Neuroform組合的Y形支架和1個Enterprise的橫跨型支架，3種支架治療方案對基底動脈頂端動脈瘤影響的研究結(jié)果顯示，Y形支架在動脈瘤頸處血流速度降低的程度最大，而橫跨型支架在動脈瘤內(nèi)血流速度降低的程度最大。Cito等[34]應(yīng)用CFD和PIV技術(shù)驗證性評估了5種支架治療方案，分別為2個Neuroform組合的Y形支架、2個Enterprise組合的Y形支架、1個Neuroform和1個Enterprise組合的Y形支架、1個Enterprise和1個Neuroform組合的Y形支架及1個Enterprise的橫跨型支架，5種支架治療方案對前交通動脈動脈瘤影響的研究結(jié)果顯示，支架可降低動脈瘤內(nèi)流速率的范圍在70%～80%，而第1種治療方案效果最佳。

綜上所述，支架本身、載瘤動脈、支架置入操作和支架治療方案等均對顱內(nèi)動脈瘤血流動力學(xué)參數(shù)有一定的影響，并促進(jìn)顱內(nèi)動脈瘤向治愈方向轉(zhuǎn)歸，但對其血流動力學(xué)研究仍存在一定的局限性。血流動力學(xué)計算中邊界條件的設(shè)置以通用參數(shù)為主，而并非“個體化”參數(shù)(血壓、動脈血流速度等)的應(yīng)用。除常用的血流速度、WSS、壓力等，還要引入WSS振蕩因子、WSS梯度等新指標(biāo)，這些指標(biāo)具有重要的潛在價值，可使研究的證據(jù)更加充分。通過研究不同支架輔助栓塞患者術(shù)前、術(shù)后及隨訪中動脈瘤血流動力學(xué)各參數(shù)的改變，探討這些參數(shù)的變化與動脈瘤栓塞術(shù)后轉(zhuǎn)歸(復(fù)發(fā)、出血、治愈等)的關(guān)系，從定性和半定量研究，發(fā)展為定量研究，并依此最終建立的術(shù)前血流動力學(xué)評估系統(tǒng)將更有助于協(xié)助臨床醫(yī)師選擇最佳的介入治療方案，從而改善臨床預(yù)后。