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医工结合再登顶！鼓楼医院 PMEG 治疗复杂主动脉夹层的血流动力学研究

仿真圈

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作者 |血动力仿真仿真秀优秀讲师

首发 |仿真秀APP

导读：随着血管腔内技术的飞速发展，经内科医生改良内膜移植（PMEG）作为一种治疗累及内脏动脉复杂主动脉夹层的创新技术，正逐渐展现出其独特的临床价值。然而，手术如何精准改善血流动力学环境、降低远期并发症风险，其内在机制仍需深入探索。

传统临床评估多依赖影像学随访，难以量化分析术后血流动力学的细微变化。为突破这一局限，南京大学医学院、鼓楼医院血管外科团队联合苏州大学机电工程学院人工器官技术实验室，开展了一项开创性的血流动力学研究。

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研究团队基于6例复杂主动脉夹层患者PMEG手术前后的CTA影像数据，成功构建了12个患者特异性的全主动脉三维模型。通过引入三元Windkessel模型（3EWM）边界条件，模拟真实生理状态下的血流动力学环境，系统分析了时间平均壁切应力（TAWSS）、相对停留时间（RRT）及内皮细胞激活电位（ECAP）等关键指标。

研究结果令人振奋，PMEG术后，患者内脏动脉血流速度显著提升，主动脉壁面异常应力与血栓形成风险指标均明显降低。这一发现不仅从生物力学角度证实了PMEG技术的优越性，更为其临床推广提供了坚实的理论支撑，标志着复杂主动脉夹层治疗迈入精准化、个体化新阶段。

研究亮点与方法

患者特异性模型重建：基于6例患者术前、术后CTA影像，构建12个个体化全主动脉三维模型，精准还原复杂主动脉夹层解剖结构。
生理级边界条件模拟：采用文献时变体积流量与三元Windkessel模型（3EWM）出口边界，真实复现主动脉血流动力学环境。
多指标量化评估体系：同步分析时间平均壁切应力（TAWSS）、相对停留时间（RRT）、内皮细胞激活电位（ECAP）及内脏动脉流速，全面评价PMEG疗效。
临床-力学双重验证：研究结果与临床回顾及1年随访数据高度吻合，证实PMEG可恢复内脏供血、降低破裂与血栓风险，为技术推广提供理论支撑。

图1所有内脏分支和PMEG位置的受试者数据显示：(A)接受PMEG治疗的患者的CTA(图中左三图：例1，右三图：例4)。在PMEG治疗前，例1为胸主动脉夹层，接受TEVAR治疗，但远端夹层未处理，例4为原发性腹主动脉夹层(PAAD)。两种类型的患者在腹主动脉附近都有相似的血管结构：FLS局限于腹主动脉，随访1年的CTA显示，患者没有任何类型的内漏，也没有分支支架闭塞或分离。(B)加厚TL-FL边界以促进内膜瓣重建的过程。(C)Case2的PMEG前和PMEG后的特定患者模型，以及为增加模拟的稳健性而生成的平滑模型。

图2.Case1的计算域和网格，在主动脉入口的局部网格显示五个边界层。内脏区域用红色线框标记，定义为TLS的CA和LRA之间的区域。PMEG前、后腹主动脉分别以蓝色部分显示FL和腹主动脉。

图3.边界条件：(A)入口速度分布；(B)温德克塞尔RCR出口边界条件

在PMEG治疗前，4例患者(例1、2、3和5)患有胸主动脉夹层，并接受了TEVAR治疗，但远端夹层未治疗，其余2例(例4和6)为原发性腹主动脉夹层(PAAD)(对照)。图1a)。主动脉夹层患者TL和FL之间的内膜瓣(如图1(B)所示，AD的2D CT切片上所示的模糊线)太薄，无法使用模拟图像正确处理。术前CTA和术后3个月的CTA用于重建模型，如图1B所示。因此，每个患者包括PMEG前后的两个模型进行比较，如图1C所示。为了比较术前和术后的血流动力学参数，将内脏区域分开，定义为TLS的CA和LRA之间的区域，并在图2中用红色线框标记。如图3所示，从文献中提取的时变体积流量应用于每个模型的入口处，周期为1 S

研究结果

图4A显示了收缩峰值时的流线。如图4A所示，在所有的术前模型中，FLS中的血流是缓慢的、漩涡的而且混乱，大多局限在撕裂远端附近，而FLS的上部没有血流运动，血液基本上是停滞的。相反，由于FLS的存在，主动脉管腔变薄，血流速度明显加快。在术后模型中，主动脉内的血流模式稳定，没有明显的血流干扰，与术后腹主动脉相比，血流速度减慢。

图4.血流模式：(A)血流在收缩峰处呈流线型，在PMEG前和PMEG后的模型之间，FLS中的混沌流动被放大和框定。显示内脏分支的位置，红色流线表示血流速度快；(B)内脏动脉、CA、SMA、RRA、LRA的血流速度。除CA外，其余内脏动脉血流速度均有不同程度的增加(P<0.01)，P<0.01，P<0.01，P<0.05，P<0.05，除CA外，其余内脏动脉血流速度均有不同程度增加(P<0.05)，P<0.05，P<0.05

压力等值线如图5A所示，从主动脉根部入口到双侧髂动脉出口，压力逐渐降低。与前交叉韧带的高压相比，术前模型前交叉韧带内的压力显著降低。与术前模型相比，术后模型的主动脉入口压普遍降低，说明PMEG能有效地降低患者的高血压。

图5.压力：(A)压力等值线，从主动脉根部入口至双侧髂动脉出口压力逐渐降低，术后模型的主动脉入口压力均低于术前模型。(2)所有模型术后的压降(主动脉根部与主动脉内脏区壁的压差)均低于术前(P=0.003)。

TAWSS是评价动脉系统血栓形成和破裂风险的常用血流动力学参数。图6A显示，在所有PMEG前模型中，尽管TAWSS在远端撕裂处较高，但TAWSS在所有PMEG前模型的FL中普遍较低，尤其是在上半部。内脏部位动脉壁呈高TAWSS状态，提示有较大的破裂风险。这一现象在PMEG后得到改善，腹主动脉壁的TAWSS显著降低，仅在分支交界处有较高值。术后模型内脏部位的TAWSS值在图6B中均有不同程度的下降(P=0.017)，其中以病例3下降最明显，仅为5.5dynes/cm~2。相反，如图6C所示，对于所有PMEG前模型，FL的平均TAWSS非常低，在2dynes/cm2以内，这表明FL总体上容易发生血栓。术后模型远端裂口用支架覆盖后，与传统手术方式的比较

图6.TAWSS：(A)TAWSS等值线，内脏区域用红线框标记，在术前模型中，该位置有更多的红色区域分布，表明TAWSS较高。术后模型组术后腹主动脉用黑线框标记，(B)术后模型内脏部位的平均TAWSS均有不同程度的降低(P=0.017)。(C)FL的平均TAWSS，由于术后模型中没有FL，所以收集术后腹主动脉的TAWSS值进行比较。术后模型值显著高于术后模型(P=0.002)。

近年来，RRT和ECAP被广泛应用于评价主动脉夹层FL和耳部阑尾的血栓形成情况。如图7A和图B所示。从RRT和ECAP的等高线可以发现，这两个参数具有相似的分布。与上述低TAWSS区域相一致，术前模型的FLS内RRT和ECAP显著高于其他部位，进一步证明了FLS内血栓形成的高风险。在术后模型中，FLS被支架覆盖，术后腹主动脉的RRT和ECAP显著降低。壁面平均RRT和ECAP如图7C和D所示。可以观察到术后模型RRT和ECAP较术前显著降低。

图7RRT和ECAP：(A)RRT等值线；(B)ECAP等值线；(C)PMEG前FL和PMEG后腹主动脉壁平均RRT；(D)PMEG前FL和PMEG后腹主动脉壁平均ECAP。术后RRT和ECAP均较术前显著降低。值得注意的是，ECAP的下降幅度大于RRT(PRRT0.02和PECAP=0.003)，这意味着它对预测术后腹主动脉支架内血栓形成更敏感。

写在最后

从上文来看，该研究通过构建患者特异性的血流动力学模型，首次量化评估了PMEG技术治疗复杂主动脉夹层的疗效。研究证实，PMEG不仅能显著改善内脏动脉的血供，还能有效降低主动脉破裂、动脉瘤形成及血栓形成的风险。这一成果为复杂主动脉夹层的精准治疗提供了重要的理论依据，并为未来个性化支架方案的制定奠定了基础。

原文：Jiang X, Xiang G, Du G, et al. A hemodynamic an alysis of fenestrated physician-modified endograft repair for complicated aortic dissections involving the visceral arteries[J]. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 2023, 242: 107785.

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