烟雾病血管三维重建及其血流动力学分析

作     者：宋一羽 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈建锋

授予年度：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100204[医学-神经病学] 10[医学] 

主      题：烟雾病 STA-MCA吻合术 大脑动脉环 三维重建 血流动力学 

摘      要：烟雾病(Moyamoya Disease,MMD)是一种慢性进展性颅内动脉狭窄或闭塞性疾病,又称自发性大脑动脉环闭塞症或脑血管“烟雾病。其确切病因尚未明确。在临床上,患者主要表现为脑出血和脑缺血两种症状。目前还没有一种治疗方法可以阻止或逆转烟雾病的颅内动脉病变,而外科血管重建术能有效改善脑血流动力学并降低中风风险,是烟雾病患者的首选治疗方式。 近年来,无创医学成像技术结合计算机流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)广泛应用于血流动力学的研究。尽管人们对MMD病因的潜在机制知之甚少,但已知的血流动力学损害和应激在疾病进展和中风中起着重要作用。并且这些血流动力学变化与手术预后效果之间存在着紧密联系。CFD仿真技术可以模拟整个血流环境的三维流场,提供临床上较为关注的血流动力学参数指标,为手术治疗提供有价值的信息参考。 然而由于MMD脑血管网环境的复杂性以及当前医学影像技术对微小狭窄动脉成像分辨率的限制,重建MMD血管的三维几何形状变得异常困难,使得计算流体动力学尚未在这类特殊脑血管病模拟仿真中得到广泛应用。此外,目前关于烟雾病血流动力学研究大多集中在病理分析,对于血管重建术及血管解剖变异对MMD血流动力学的影响缺乏深入探讨。因此,亟需开展此类血流动力学研究以帮助探索MMD手术中血运重建的机制,为临床诊断与治疗提供一定的理论指导。 本文基于血流动力学理论及患者临床数据,利用三维重建技术构建了MMD大脑动脉环(Circle of Willis,CoW)以及搭桥动脉的三维几何模型,运用CFD技术完成对重建模型的血流动力学数值模拟研究。针对缺血型烟雾病STA-MCA搭桥术进行仿真研究,深入剖析了血流动力学参数变化与患者预后效果的关系。此外,还进一步分析了烟雾病CoW解剖变异对血流动力学的影响。 本文主要研究工作和成果如下: 1、基于真实患者的CT血管造影(CT Angiography,CTA)医学图像数据,重建出不同铃木分期患者的CoW几何模型。采用高斯滤波器对CTA图像数据进行滤波处理,得到滤波之后较高分辨率的血管图像。随后对大脑CTA图像数据进行分割和轮廓计算,构建出患者CoW模型。在此基础上,对CoW血管壁进行进一步地平滑完善处理,实现了烟雾病患者大脑动脉环的三维可视化。 2、对缺血型烟雾病患者颞浅动脉-大脑中动脉搭桥术进行仿真研究。利用CFD技术对重建的CoW环几何模型进行血流动力学分析,对比手术前后壁面压力、血液流速及壁面切应力等血流动力学参数的变化,并与临床影像技术获得的灌注参数进行对比,从血流动力学的角度分析患者手术预后效果。 3、建立不同结构的CoW模型,分析CoW解剖结构的变异对血流动力学的影响。在患者已有的CoW模型基础上,重建了完整组和不完整组的CoW模型,并分别建立了对应不同狭窄程度的模型,随后对比分析CoW解剖构型对MMD患者脑血流分布特性和侧支循环能力的影响。这一研究不仅有助于我们更全面理解烟雾病CoW侧支循环机制,并为脑血管疾病的早期诊断和手术前规划提供了有价值的参考。