血流导向装置治疗未破裂中小型颈内动脉瘤对血流动力学的影响及短期疗效分析

李捷, 冯学成, 黄正威, 龙霄翱, 廖壮槟, 黄海飞

在2008年, 基于对治疗颅内动脉瘤观念认识的进步及材料的迭代, 第一篇关于血流导向装置（flow diverter, FD）治疗颅内动脉瘤的文献正式发表[1］, 从此以后神经介入医师有了更好的武器在重建血流动力学方向对动脉瘤进行治疗, 经过10余年的使用及经验积累, 多中心中长期的随访结果表明了使用FD对大型、超大型、多发及复杂动脉瘤进行治疗时, 其动脉瘤的中远期闭塞率、围手术期的并发症发生率及预后等方面明显优于传统的支架辅助弹簧圈栓塞治疗及开颅手术夹闭治疗[2-3］。而对于直径≤10 mm的中小型动脉瘤, 虽然使用单纯的FD支架治疗可以避免微导管、微导丝等在动脉瘤内操作, 从而减少了术中动脉瘤再破裂风险, 也减少了操作步骤及手术时间等, 但传统的支架辅助弹簧圈栓塞治疗动脉瘤的长期效果以及预后也让人比较满意, 使用FD治疗此类动脉瘤是否能得到更好的收益仍需循证医学的进一步研究及评估[4］, 特别是与传统的弹簧圈栓塞后动脉瘤能够即刻被闭塞不同, FD治疗动脉瘤是通过置入了网孔更密集的支架, 改变载瘤动脉的形态, 也改变了载瘤动脉内血流的冲击方向及力度, 使本该承受更大冲击力的动脉瘤得到了FD的保护及缓冲, 并且由于大部分入瘤的血流被导离动脉瘤, 使动脉瘤内血流流速明显减慢, 血栓得以形成, 通过瘤内血栓形成进而慢性闭塞动脉瘤[5-6］, 其闭塞过程相对缓慢, 而其后期的闭塞效果目前也缺乏有效的预测手段, 因此本研究对FD治疗中小型未破裂颈内动脉瘤前后进行计算流体力学模拟分析及血流动力学参数对比, 研究FD治疗后的血流动力学改变情况, 旨在为FD术后疗效预判提出参考依据, 同时对使用FD治疗中小型未破裂颈内动脉瘤的疗效及安全性进行总结分析。

1 资料与方法

1.1 一般资料共回顾性收集了2018年1月至2021年1月在广东医科大学附属医院神经外科应用FD治疗的未破裂中小型颈内动脉瘤（直径≤10 mm）病例32例（共35个动脉瘤）, 其中3例为串联多发动脉瘤, 均使用一个FD支架覆盖治疗。其中男性11例, 女性21例；年龄（51.7±11.8）岁, 范围为33～67岁；眼动脉段动脉瘤13个, 床突上段动脉瘤6个, 后交通动脉瘤16个；囊性动脉瘤22个, 梭形动脉瘤9个, 夹层动脉瘤4个。

1.2 纳入标准（1）所有病人术前均经计算机体层血管成像（CTA）或数字减影血管造影（DSA）证实有颈内动脉瘤, 动脉瘤最远至颈内动脉末端。（2）均为小型及中型（动脉瘤最大直径≤10 mm）的宽颈、囊状或梭形动脉瘤。（3）载瘤动脉的直径在2～5 mm之间（FD的各种适用直径范围）。（4）成人病人。

1.3 排除标准（1）有蛛网膜下腔出血病史或有其他证据表明动脉瘤已经或曾经破裂的。（2）由于其他疾病或原因导致不能接受至少6～12个月抗血小板治疗的。（3）有严重的其他脏器如心、肺、肝或肾等功能损害、感染性疾病等手术禁忌证而不能耐受手术者。（4）依从性差没能按要求完成随访的。本研究符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》相关要求, 病人及其近亲属均已签署手术知情同意书。

1.4 治疗方法所有病人术前均给予5 d的双抗治疗（波立维75 mg+拜阿司匹林100 mg, 每日1次）, 在气管插管全麻下进行介入治疗, 麻醉成功后行右侧股动脉穿刺, 置入7F 90 cm长鞘后予全身肝素化, 置入6F Navien指引导管至靠近动脉瘤近端, 使用微导丝的引导下, 将微导管送至患侧大脑中动脉M1段的末端, 必要时可送至M2段起始部, 再将微导丝回收, 根据载瘤动脉的直径及动脉瘤颈大小选择好合适尺寸的Pipeline支架（当载瘤动脉远端及近端直径不同时, 选择更大的直径, 其中一例由于远端及近端直径相差较大, 近端比远端大了1.9 mm, 因此采用了2个支架桥接治疗）, 支架长度可以选择比瘤颈最宽处再长约6～8 mm的, 然后边回撤微导管边释放支架, 回撤时要时刻留意支架展开情况, 支架头端打开后, 在动脉瘤远端至少3 mm铆钉位置, 继续缓慢释放支架, 释放过程使用抖送、加载等技术尽量使支架更好的贴壁, 部分支架在完全释放后贴壁不良采用了将微导丝塑成J型进行按摩, 均能达到完全贴壁, 有5个动脉瘤由于合并了子囊或形状严重不规则, 故在释放支架前, 将动脉瘤微导管在微导丝导引下进入动脉瘤内, 用弹簧圈疏松填塞后再释放支架, 所有病例支架释放以后均加用替罗非班抗血小板, 维持12～24 h, 术后拜阿司匹林100 mg+波立维75 mg, 每日1次, 持续3个月, 然后拜阿司匹林100 mg, 每日1次, 持续半年至1年。

1.5 模型建立方法与血流动力学参数采集所有病例在术前均采用CTA检查及DSA造影证实, 动脉瘤模型的建立依靠该院的320排640层西门子螺旋扫描CT扫描, 采集获得病人脑血管CTA的DICOM格式数据, 并将之导入3D MAX软件中, 通过设定对阈值进行选取, 再对所需血管进行空洞填充, 然后建立三维区域, 获得所需的动脉的建模图片, 再手动进行分割, 提取所需血管（主要是动脉瘤及其载瘤动脉的血管）模型, 再将所得的血管模型导入Geomagic软件中进行最后的修补, 然后模型以STL的格式输出文件, 最后再用ANSYS软件对模型进行网格划分, 然后根据每个病人的实际情况定义模型血管的载瘤动脉所在、血管的流入道、流出道及动脉瘤位置, 通过MATLAB软件结合每个病人的经颅多普勒超声参数进行计算, 得到及设定边界条件后, 使用Fluent软件进行非稳态的计算流体力学模拟, 使用Navier-stokes方程作为整个计算模拟的控制方程。本研究每次计算模拟3个完整的心动周期, 并对第3个心动周期的数据进行分析计算, 得到相关的血流动力学参数。同理, 在术后第2天复查CTA再获取及计算出术后的血流动力学参数。

1.6 血流动力学参数本研究通过计算流体力学纳入了术前及术后第2天的动脉瘤的瘤内平均壁面应切力（wall shear stress, WSS）, 低壁面应切力面积（percentage of low wall shear stress area, LSA）, 瘤内相对滞留时间（relative residence time, RRT）等3个血流动力学参数, 并在术前及术后第2天分别通过经颅多普勒超声采集了动脉瘤颈处的血流速度, 载瘤动脉的血流速度, 及双侧大脑中动脉的血流速度等4个血流动力学参数。其中, WSS是指在一个心动周期里整个动脉瘤壁受到血流压力的平均值, LSA是指动脉瘤壁上低于10%的载瘤动脉的壁面应切力的面积占总动脉瘤壁面积的百分比, RRT是指血流在血管壁周围的滞留时间。

1.7 疗效评价记录病人围手术期并发症情况, 并在术后6个月随访时用改良Rankin量表（mRS）评分评价病人的预后, mRS≤2分为预后良好。并采用O'Kelly-Marotta（OKM）分级[7］评估动脉瘤的闭塞程度, 在术后即刻根据造影情况及术后6个月根据复查的CTA或DSA进行OKM评估, A级为瘤体显影超过95%, B级为瘤体显影5%～95%, C级只有瘤颈部分显影, D级为完全闭塞, 瘤体完全不显影[8］。

1.8 统计学方法使用SPSS 19.0版统计学软件进行数据分析, 血流动力学参数以±s进行表示, 术前术后参数比较采用配对样本t检验, 以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 手术情况及即刻结果手术共用了33个Pipeline支架治疗了32例病人的35个动脉瘤, 其中24例单发动脉瘤及2例多发并联动脉瘤均采用了单个单纯的FD治疗, 未进行弹簧圈栓塞, 1例并联多发动脉瘤由于载瘤动脉近端及远端直径相差较大, 近端直径＞远端直径1.9 mm, 所以采用了2个Pipeline桥接释放治疗, 未进行弹簧圈栓塞, 有5个直径6～10 mm的动脉瘤, 由于合并了子囊或形状严重不规则, 所以给予了弹簧圈辅助疏松填塞。所有支架均成功释放, 且贴壁良好, 术后即时造影显示的闭塞程度OKM分级C级为5个（14.3%）, 均为结合弹簧圈栓塞的动脉瘤, 其余的单纯FD治疗的OKM分级 A级21个（60%）, B级9个（25.7%）。

2.2 并发症及随访情况术后均无动脉瘤破裂或颅内血肿等情况, 有2例（6.25%）在术后第2天停用替罗非班后出现对侧肢体肌力下降、言语不清等情况, 复查CT未见颅内出血及明显的新发梗死灶, CTA也未见明显的颅内血管闭塞, 考虑细小的穿支动脉闭塞或症状性脑血管痉挛, 予延长替罗非班至48 h, 并予扩容、尼膜地平解痉等治疗, 出院时神经功能症状明显好转, mRS评分达到1分。另有1例出现消化道出血, 2例出现股动脉穿刺点皮下血肿, 经治疗后均好转。6个月左右病人返院复查CTA或DSA, 结果显示OKM D级25个（71.4%）, C级6个（17.2%）, B级4个（11.4%）；mRS评分0分30例（93.75%）, 1分2例（6.25%）。其中有2例眼动脉瘤的眼动脉较前明显变细, 但颈外动脉的代偿明显增多, 病人视力视野测试无下降及变窄。

2.3 术前术后血流动力学参数分析对比结果术前及术后的血流动力学参数比较见表1, 术后动脉瘤内的WSS较术前明显下降（P＜0.001）, 而LSA较术前明显增大（P=0.011）, 而RRT则较术前明显延长（P=0.023）, 术后瘤颈处的血流速度明显较术前减慢（P＜0.001）, 但术后载瘤动脉的血流速度及患侧大脑中动脉的血流速度均较术前增快（P=0.015、0.021）, 而对侧大脑中动脉血流速度在术前术后无明显变化（P=0.623）。图1为一病例的术前（左侧）及术后（右侧）的WSS对比, 可见术前动脉瘤内高WSS（红黄色区域）在术后明显降低, 且LSA区域在术后较术前明显增大。图2为另一病例的血流速度流线图对比, 左侧为术前, 右侧为术后, 术前血流更为紊乱, 有涡流状态, 而术后血流速度除了较术前增快, 还更为平顺。

表1 未破裂中小型颈内动脉瘤32例术前术后血流动力学参数对比/±s

表1 未破裂中小型颈内动脉瘤32例术前术后血流动力学参数对比/±s

注：WSS为平均壁面应切力, LSA为低壁面应切力面积, RRT为瘤内相对滞留时间。

时间术前术后t值P值例数32 32 WSS/Pa 3.12±1.02 2.08±0.73 5.07＜0.001 LSA/%0.08±0.03 0.27±0.09 7.65 0.011 RRT/s 0.78±0.29 1.36±0.43 4.88 0.023瘤颈血流速度/（cm/s）22.51±7.68 13.34±5.29 13.55＜0.001载瘤动脉血流速度/（cm/s）101.25±13.48 117.43±18.92-8.30 0.015患侧M1血流速度/（cm/s）87.39±10.44 100.56±11.67 4.23 0.021对侧M1血流速度/（cm/s）92.16±8.19 90.69±9.22-0.45 0.623

图1 未破裂中小型颈内动脉瘤1例术前术后壁面应切力对比（左侧为术前, 右侧为术后）

图2 未破裂中小型颈内动脉瘤1例术前术后血流速度流线对比（左侧为术前, 右侧为术后）

3 讨论

虽然FD已经进入临床治疗颅内动脉瘤近13年, 但由于传统的普通支架辅助弹簧圈栓塞治疗直径小于10 mm的中小型动脉瘤已有较为良好的临床效果, 在长期随访中完全栓塞率能达到75%～82%[9］, 所以在早期它主要应用在治疗大型、巨大型或复杂的动脉瘤。但在普通支架结合弹簧圈治疗中小型时, 也常会面临一些艰难甚至危险的挑战, 例如动脉瘤的角度过于刁钻, 微导管进入瘤内困难；动脉瘤过小或微导管塑形不良, 微导管在动脉瘤内不稳定, 容易引起微导管或弹簧圈刺破动脉瘤导致再出血；多发串联动脉瘤治疗耗时耗力, 在射线中曝光时间过长等等, 因此使用操作步骤更简便的FD治疗也在被逐步尝试。

在本次研究中, 虽然所有的单纯FD治疗在即刻的栓塞程度上均只有OKM A级或B级, 表示单纯置入FD后, 动脉瘤仍会有完全或大部分的血流充盈, 但在6个月随访时, 已经有71.4%的动脉瘤达到了完全栓塞的D级, 17.2%的动脉瘤达到了超过95%的C级栓塞, 剩余的小部分动脉瘤也至少有B级的栓塞程度, 这表示在单纯的FD治疗的6个月时, 动脉瘤的完全栓塞率已经与传统的支架辅助弹簧圈相差无几[10］, 而且由于FD治疗动脉瘤主要是依靠改变载瘤动脉及动脉瘤的血流动力学, 使新生的血管内皮细胞覆盖动脉瘤颈, 时间较长, 所以其完全栓塞率仍会随时间的推移而增加。但同时需要注意的是因为单纯的FD治疗动脉瘤因术后即刻栓塞率低, 动脉瘤在短期内均有显影, 说明动脉瘤在短期内破裂的风险未必能很好的下降, 因此提示在面对破裂动脉瘤或某些存在短期内破裂风险增高的动脉瘤[11］, 例如瘤壁明显强化或动脉瘤短时间明显增大等情况, 单纯的FD治疗并不适宜, 此时仍需结合弹簧圈进行栓塞, 或改用普通的支架和弹簧圈对这些易破动脉瘤进行进一步治疗, 甚至开颅夹闭动脉瘤, 以提高即时的致密栓塞率, 达到能够马上降低动脉瘤破裂风险, 而国外一项多中心的回顾性分析中, 30例破裂的动脉瘤进行FD治疗, 严重的致残及致死率高达17%也说明了破裂动脉瘤使用单纯FD治疗的风险极高[12］。

另外, 本研究所有病人预后均为良好, mRS评分≤1分, 无颅内出血相关并发症, 也没有发生载瘤动脉闭塞或脑梗死情况, 仅有2例（6.25%）出现脑血管痉挛情况, 经解痉、抗血小板等治疗均恢复良好, 围手术期的并发症发生率低, 且不高于传统的支架辅助弹簧圈栓塞未破裂动脉瘤[13］, 这是考虑在面对未破裂动脉瘤的大多数情况下, 使用FD可以不用弹簧圈栓塞, 不需要用微导管进入弹簧圈内, 而且即使部分动脉瘤由于存在形态不规则、有子瘤或瘤壁强化明显等易破裂风险, 需要结合弹簧圈栓塞, 也无须致密栓塞, 这样就大大降低了术中动脉瘤破裂出血的风险, 也减少了操作时间, 不但降低了曝光时间, 也由于减少了在血管内操作, 降低了微导丝微导管长时间在血管内操作, 导致微血栓脱落等情况, 可以有效降低血管内血栓形成的风险等。而且在此次研究中也发现, FD并没有引起载瘤动脉的正常穿支或分支闭塞, 但有2例眼动脉瘤的病人在6个月复查造影时发现眼动脉明显变细, 同时进行颈外动脉造影可见颈外动脉向眼动脉代偿增多, 病人进行视力视野检查也并没有出现视力视野的损害, 这种情况说明在植入FD后仍然有概率导致所覆盖的分支血管变细, 这与FD上新生内膜过度增生有关[14］, 未来会不会引起分支血管完全闭塞仍需进一步观察, 但这种情况的慢性闭塞由于代偿良好, 均未见明显神经功能损害的情况发生[15］。

既往多项研究表明, WSS增高可能会导致动脉瘤更容易破裂出血[16-17］, 高WSS表示血流在瘤壁内摩擦力增大, 血管的内皮细胞在血流方向上产生纵向的拉伸力, 如果拉伸力足够大就会损害内皮细胞的功能, 使血管壁内弹力层退化[18］, 增加动脉瘤破裂风险。同时, 载瘤动脉WSS、LSA的异常变化也是引起动脉瘤壁退化, 导致动脉瘤发生的重要原因之一[19］。在本研究中, 我们对FD置入前后进行了计算血流动力学比较, 数据显示, 在FD置入后WSS较术前明显下降, 而LSA也较术前增大, 血流在瘤内的滞留时间RRT也较术前延长, 这是由于FD是一种高金属覆盖率的支架, 在其完全打开覆盖瘤颈后, 不但减少了血流对动脉瘤的冲击力量, 也使载瘤动脉内的血流重新分布, 将向动脉瘤冲击的血流导引向了远端血管, 从本研究中的术后动脉瘤颈处血流速度降低、载瘤动脉及远端的M1段血流速度增加也说明了FD重塑载瘤动脉内血流动力学的功能, 而瘤内WSS的下降、LSA的增大及RRT的延长, 均能导致瘤内血栓更容易形成[20］, 从而闭塞动脉瘤, 是提示动脉瘤治疗预后良好的关键证据。

虽然本次研究没有病例出现迟发性脑出血的情况, 但IntrePED的研究中仍有2.5%的病例出现迟发性脑出血的并发症[21］, 目前FD置入引起迟发性脑出血的确切原因虽然尚未明确, 但本次研究显示, 在置入FD后, 远端颅内血管的血流速度较术前增加, 且载瘤动脉血流速度也较前增加, 这估计与支架置入后金属支架会影响该部位的血管弹性及收缩舒张功能有关, 特别是一些巨大的动脉瘤本身就具有对部分血液的收容作用, FD置入后动脉瘤的收容功能也随之明显降低, 这些远端血管血流速度的增加及流量的增多, 均有增加迟发性脑出血的风险, 这也说明了在围手术期, 特别是术后, 对病人血压控制及监测的重要性。

本研究显示, FD置入后使动脉瘤内WSS降低, LSA增大, RRT增加, 同时使瘤颈处血流速度降低, 载瘤动脉及同侧大脑中动脉M1段流速增加, 治疗未破裂中小型动脉瘤的短期疗效良好, 闭塞率高, 并发症发生率低, 但长期的效果仍需继续随访观察及对更多病例进行统计分析验证。