动脉旁路移植与药物洗脱支架的血流动力学数值研究.pdfVIP

动脉旁路移植和药物洗脱支架的血流动力学数值研究 1 1 2，1 2 蒋文涛 郑庭辉 樊瑜波 邓小燕 （1 四川大学应用力学系 生物力学工程实验室，成都 610065 ， 2 北京航空航天大学 生物工程系，北京100083） 动脉粥样硬化是一种常见的心脑血管疾病，具有较强的病灶性，主要发生在动脉血管 的弯曲和分叉处。尽管其形成机理目前尚不清楚，但已有研究表明其发生和发展与局部的 血流动力学环境具有密切关系。动脉旁路移植和支架介入治疗是治疗动脉粥样硬化疾病的 两类主要手术方法，但是术后的再狭窄一直是影响其疗效的重要因素。为此，人们试图通 过改变局部的血流动力学环境来达到延缓和降低术后再狭窄的目的，并因此开展了大量研 究。本文主要总结和回顾近年来课题组围绕动脉旁路移植和药物洗脱支架所开展的相关血 流动力学数值研究。 1 动脉旁路移植的血流动力学数值研究 针对基于螺旋流动理论的新型（S 型）动脉旁路移植方法，比较了具有45o 吻合角的S 型旁路移植和三种不同吻合角度（30o o o ，45 ，60 ）的传统单侧移植方法在下游吻合口处的 血流动力学差异。结果发现，S 型旁路移植在下游吻合口处出现了显著的螺旋流动，与相 同吻合角度的传统旁路移植方法比较，S 型旁路移植宿主动脉管壁上的低壁面切应力分布 显著减少。进一步的分析了传统移植方法常用的Miller 袖口和 Taylor 补丁对 S 型旁路移 植的血流动力学影响，结果显示，这两类补丁均对对吻合口处的血流动力学环境具有改善 作用，比较而言，采用Taylor 补丁可以更好的改善吻合口的流场特性。 尽管大口径人造血管（ 6mm）用以替代人体大中动脉方面已较为成功，但冠状动脉以 及外周动脉旁路移植等所需的小口径人造血管（直径≤6 mm）的临床效果还不尽人意, 存在 术后急性血栓堵塞和再狭窄等问题。因此迫切需要针对小口径人造血管进行改进，为临床 提供更加完善的小口径移植血管供体。为此，基于螺旋流动理论，研究了螺旋型小口径人 造血管在定常流动和生理脉动流动下的血流动力学分布。结果显示，螺旋移植管能够通过 三维旋转流动提高近壁面血流速度以及壁面剪切力，但同时引起了大的压力降损失，一方 面导致血液阻力增加，从而可能导致对下游的灌注不够，引发血管再狭窄，另一方可能造 成移植管塌陷。通过对采用螺旋管的旁路移植的研究则发现，尽管压力降损失了16%，但OSI 和 WSS 等参数在下游吻合口的主动脉中均明显改善，这表明螺旋型小口径人造血管作为传 统小口径人造血管的替代在血流动力学方面具有显著优势。 2 药物洗脱支架的血流动力学数值研究 药物洗脱支架（DES）由于在传统裸支架表面包裹了一层含抑制再狭窄药物的多聚体， 植入后在病变部位逐渐缓释以预防再狭窄，使再狭窄率降至5%-10%，被称为冠心病介入治 疗史上的第三个里程碑。然而，DES 的设计并非完善，在是否增加了全因死亡和心肌梗死 率等方面仍存在较大争议。已有研究表明，血流动力学参数对药物的释放和沉积会产生显 著影响。 针对药物洗脱支架植入弯曲冠脉血管后的药物浓度场分布规律，采用数值方法研究了 不同药物释放率情况下的药物洗脱支架植入弯曲冠脉后的药物浓度场和壁面切应力的分布 情况。结果表明：血管的弯曲和支架的植入对药物扩散的浓度场有较大影响。药物释放速 率的改变对浓度分布规律没有影响。但由于流场分布的不均匀，弯曲冠脉血管内侧的药物 浓度高于外侧，下游的浓度高于上游。外侧支架附近的血管壁上出现低切应力区，加上低 的药物浓度分布，使得这些位置（特别是上游区域）成为再狭窄萌发的高危险区。结果提 示我们，如果根据植入支架所处位置的流场分布特点，有意识对支架表面载药量的分配分 布进行合理的优化，适当增加上游和外侧药物涂层的浓度，减少下游和内侧涂层的浓度， 充分利用流动带来的上游药物浓度,使得血管壁附近的药物浓度分布更加均匀合理，这将既 节省药量，又有利于抑制内膜增生。 针对药物洗脱支架结构的不同，研究了不同连接筋数量对药物洗脱支架（DES ）血流 动力学的影响。结果发现，6 连接筋模型的低壁面切应力区域面积大于3 连接筋模型，低 药物浓度区域面积则低于3 连接筋模型；6 连接筋模型中再狭窄萌发的