血流动力学参数预测颅内动脉瘤夹闭术中破裂的价值

袁璞,徐瀚,聂文臣,高明明,朱宗锦,刘保华,刘厚强

(徐州医科大学附属宿迁医院神经外科,江苏宿迁223800)

颅内动脉瘤破裂是造成自发性蛛网膜下腔出血的主要原因,占70%～85%[1]。开颅动脉瘤夹闭术是治疗颅内动脉瘤的重要方法,然而术中可能存在动脉瘤破裂的风险,造成预后不良[2]。既往研究显示,动脉瘤的形态、血流动力学特点、瘤壁炎症和某些临床因素(性别、年龄、高血压史、吸烟史和绝经史)是颅内动脉瘤术中破裂的危险因素[3]。血流动力学在评估动脉瘤破裂风险中的具体作用尚不清楚,例如壁面切应力(wall shear stress,WSS)是否会增加破裂风险,既往研究结论并不一致[4]。本文探讨血流动力学参数预测颅内动脉瘤夹闭术中破裂的价值,旨在为临床诊治提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2015年1月至2019年1月收治的夹闭术中颅内动脉瘤破裂患者48例(破裂组)。纳入标准:①CTA或DSA证实为颅内动脉瘤;②临床资料完整;③均行开颅夹闭术治疗。排除标准:①颅内多发动脉瘤;②麻醉或者开颅过程中发生动脉瘤破裂;③合并脑肿瘤或非动脉瘤性脑血管疾病。其中,男性20例,女性28例;年龄34～65岁,平均年龄(56.32±6.32)岁。以同期行颅内动脉瘤夹闭术中未破裂的48例患者为对照(未破裂组),除术中动脉瘤未破裂外,其余纳入和排除标准均与破裂组一致。未破裂组中,男性19例,女性29例;年龄36～63岁,平均年龄(56.01±4.19)岁。

1.2 血流动力学参数

收集患者术前CT血管成像图,采用流体力学工作站(型号Dell Precision 7510 Workstation,美国Dell)分析血流动力学,用Autodesk Meshmixer软件对图片进行平滑和细化处理,随后将图导入ANSYS ICEM CFD 14.0软件,定义血管树感兴趣区域:瘤体部分、载瘤血管部分、其他血管部分、入口和出口平面。随后划分有限元网格(100～150万),将结果继续导入ANSYSCFX-Pre 14.0软件,定义血管壁边界条件和血流的流体性质等。最后用ANSYS CFXSolver 14.0软件获得血流动力学数据。共模拟三个心动周期,将最后一个心动周期的数据导出进行分析。本研究分析以下5个参数:①WSS:血液在血管内流动时作用于血管表面的摩擦力,该指标与动脉瘤发生、生长和破裂密切相关[5];②低壁面切应力面积比(percentage of low WSS area,LSA):动脉瘤壁上低于10%载瘤动脉平均WSS的区域占整个动脉瘤壁面积的比值;③剪切震荡指数(oscillatory shear index,OSI):用于评价心动周期中WSS的方向变化;④相对阻滞时间(relative residence time,RRT):反映血流在血管壁周围停滞的时间,可认为综合反映WSS和OSI;⑤血管壁平均压力(pressure average,PA)。

1.3 统计学方法

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析;计量资料用x±s表示,数据比较采用独立样本t检验;计数资料比较采用χ2卡方检验。夹闭术中颅内动脉瘤破裂影响因素分析采用Logistic回归分析;采用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)分析血流动力学参数预测术中动脉瘤破裂的价值,计算曲线下面积(area under curve,AUC)。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 临床特征比较

两组患者临床特征比较见表1。破裂组瘤体颈比值、WSS和OSI均高于未破裂组,差异均有统计学意义(P＜0.05),而两组患者年龄、性别、合并高血压、糖尿病、吸烟史、脑动脉硬化、动脉瘤位置、瘤颈宽度、瘤体垂直高度、LSA、RRT及PA比较,差异均无统计学意义(P＞0.05)。

2.2 夹闭术中颅内动脉瘤破裂影响因素分析

对多项临床特征、颅内动脉瘤形态学因素及血液动力学参数进行单因素分析,结果显示夹闭术中颅内动脉瘤破裂与瘤体颈比值(P=0.001)、WSS(P=0.005)以及OSI(P=0.000)有关,见表1。多因素Logistic回归分析结果显示,瘤体颈比值、WSS及OSI是夹闭术中颅内动脉瘤破裂的独立影响因素,见表2。

表1 两组患者临床特征比较

表2 夹闭术中颅内动脉瘤破裂Logistic多因素分析

2.3 血流动力学参数预测颅内动脉瘤破裂的价值

ROC曲线分析显示,OSI、WSS和瘤体颈比值预测动脉瘤破裂的AUC分别为0.880(95%CI:0.701～0.923,P＜0.05)、0.821(95%CI:685～0.869,P＜0.05)、0.732(95%CI:0.624～0.798,P＜0.05),显示其预测价值较好(图1)。当OSI、WSS、瘤体颈比值三个指标联合时,AUC可提高至0.912(95%CI:0.755～0.972,P＜0.05)。

图1 各指标预测夹闭术中颅内动脉瘤破裂的ROC曲线

3 讨 论

随着神经外科技术的不断发展,夹闭术中动脉瘤破裂的风险已经明显降低,但是夹闭术中对动脉瘤破裂风险的预测和评估仍是临床关注的重点,对指导手术操作和减少手术并发症有着重要意义。影响颅内动脉瘤破裂的因素较多,包括动脉瘤形态、血流动力学和组织病理学等因素[3,6]。本研究结果显示,瘤体颈比值、WSS和OSI是夹闭术中颅内动脉瘤破裂的独立影响因素。

形态学因素是影响动脉瘤发展和破裂的重要因素。瘤体颈比值是动脉瘤体积与瘤颈的比值。既往研究发现,瘤体积越大,瘤颈越窄,流入动脉瘤内的血液越缓慢,而低速血流易引起动脉瘤破裂[7]。本研究未发现瘤颈宽度、瘤垂直高度与瘤体破裂有关,与吴俊等报道一致[8]。而陈丽芳等[9]发现,最大瘤体瘤深/载瘤动脉直径是前交通动脉微小动脉瘤破裂的独立危险因素,可较为准确地判断动脉瘤状态。研究结果的差异可能与动脉瘤的位置及大小有关。血流动力学因素与动脉瘤发生、发展及破裂密切相关[10]。本研究分析了WSS、LSA、OSI、RRT以及PA共五个血流动力学参数,结果显示,WSS和OSI是夹闭术中颅内动脉瘤破裂的独立影响因素。WSS是血液在血管内流动时作用于血管表面的摩擦力,WSS越大,瘤体破裂的风险越高。高WSS可以损伤血管内皮,使内弹力层断裂,促发血管重塑和退行性变,该指标与动脉瘤发生、生长和破裂密切相关[5]。另外,低WSS也可能与动脉瘤破裂的风险有关,低WSS可导致动脉粥样硬化性炎症浸润和瘤壁结构破坏[11]。因此,临床上应密切关注WSS异常患者。OSI为剪切震荡指数,可用于评价心动周期中WSS的方向变化。OSI越大,血流的流动方向越不稳定,甚至会出现回流现象。本研究显示,破裂组OSI明显高于未破裂组,与既往报道一致[8,12]。本研究ROC曲线分析显示,WSS和OSI预测夹闭术中颅内动脉瘤破裂的价值较高,AUC均高于0.7。

本研究提示,临床上应特别注意瘤体颈比值、WSS和OSI较高的患者。术中应先行显露载瘤动脉近端并进行临时阻断;在血管游离过程中注意避免损伤动脉瘤;结合动脉瘤的形态学特点,对可能需要行血运重建的动脉瘤,开颅前应做好血管搭桥的准备。

本研究的局限性在于:①排除了麻醉或者开颅过程中发生动脉瘤破裂的患者,样本量较小,因此对部分结果的解释需要谨慎;②本研究为回顾性研究,可能存在选择偏倚和回忆偏倚;③未分析分子生物学指标和详细的动脉瘤形态学指标。

综上所述,血流动力学参数WSS和OSI对预测夹闭术中颅内动脉瘤破裂有一定价值。