血管内动脉瘤修复术后I型内漏及人工血管内血栓的血流动力学特征：一项计算流体动力学研究

本研究通过整合患者特异性CT血管造影和计算流体动力学模型，分析EVAR术后Type I endoleak（T1EL）和intra-prosthetic thrombus（IPT）的血流特征，发现T1EL患者近端或远端密封区呈现复杂流动模式与压力梯度差异，而IPT患者存在低壁面剪切应力区域和较高驻留时间，导致血小板聚集。研究提出helicity、TAWSS、OSI等血流动力学指标可作为解剖学评估的补充，并指出交叉肢架构可能影响血流动力学，增加血栓风险，提供初步临床指导。

文俊|袁飞|李文瑞|黄清源|李海蕾|冯海|刘明远

西南科技大学计算机科学与技术学院，中国绵阳621010

摘要

背景

对于腹主动脉瘤（AAA），由于内血管瘤修复（EVAR）的侵入性较小，因此是首选治疗方法。然而，I型内漏（T1EL）和人工血管内血栓（IPT）等并发症仍然存在。虽然当前的风险预测通常包括解剖学评估，但这些特定并发症相关的术后血流动力学环境仍缺乏研究。

方法

本研究将患者特定的计算机断层扫描（CT）血管造影与基于计算流体动力学（CFD）的血栓生长模型相结合，分析了12名患者术后的几何结构，这些患者被分为三组：T1EL组、IPT组和无并发症组（对照组）。关键的血流动力学指标包括流动模式、壁面剪切应力（WSS）、螺旋度、压力梯度以及预测的血栓分布。

结果

T1EL组患者的流动模式复杂，在近端或远端密封区域附近存在明显的压力梯度。IPT组在移植物肢体内的时间平均壁面剪切应力（TAWSS）显著较低，相对驻留时间（RRT）较高，这促进了血小板聚集。CFD模拟显示不同组之间的潜在血栓形成空间分布存在差异。具体而言，T1EL病例表现出更强的三维螺旋流动特征，而IPT病例的旋转流动较弱。值得注意的是，移植物几何结构分析表明，跨肢配置引起了与标准配置不同的流动扰动。

结论

通过结合患者特定的生物力学和血栓建模，本研究提供了关于EVAR术后并发症不同流动特征的新见解。它强调了血流动力学指标——螺旋度、TAWSS、振荡剪切指数（OSI）、RRT和内皮细胞激活潜力（ECAP）——作为补充解剖学评估的潜在定量指标。研究结果还表明，跨肢移植物配置可能会调节流动动力学，从而可能增加血栓风险，这为临床实践提供了初步指导，但需要进一步验证。

引言

自1991年引入内血管瘤修复（EVAR）以来，由于其侵入性较低且恢复较快，它逐渐成为腹主动脉瘤（AAA）的首选治疗方法[1,2]。多项研究表明，与开放手术（OR）相比，EVAR显著降低了围手术期死亡率，但长期并发症的风险较高，因此需要密切的术后监测[2]。事实上，长期随访发现EVAR仍与某些并发症相关，如I型内漏（T1EL）、人工血管内血栓（IPT）和继发性主动脉扩张，这些并发症使患者管理变得复杂，通常需要额外的干预[3,4]。

目前，EVAR术后并发症的风险预测主要基于静态解剖学因素，如动脉瘤直径、颈部长度和形态[5]。尽管术后监测通常使用动态成像（例如，对比增强CT或双功超声）来检测并发症，但术前风险分层仍主要基于解剖学。然而，这些方法无法量化特定的术后血流动力学变化，如局部流动扰动或剪切应力变化，从而限制了其预测准确性。近年来，计算流体动力学（CFD）和血流动力学建模的进步为理解EVAR相关并发症开辟了新的途径[6,7]。通过构建患者特定模型，研究人员可以模拟术前和术后的血流模式、压力分布以及修复部位的壁面剪切应力，从而更精确地描述与并发症相关的血流动力学环境[8,9]。

先前的研究已经确立了血流动力学在血管病理学中的重要性。例如，Takehara等人分析了术前AAA患者，发现扩张段的非扩张近端主动脉相比具有较低的峰值壁面剪切应力（WSS）和较高的振荡剪切指数（OSI）[8]。至关重要的是，支架-移植物植入彻底改变了这种天然生理状态，引入了新的几何约束和流动表面特性（ePTFE或PET），这些特性与天然血管壁不同。

除了天然血管生物学外，植入的分叉假体的空间配置，特别是其迂曲度和弯曲程度，已被确定为血栓形成的核心几何决定因素[10]。此外，CFD建模的范围已扩展到评估各种内血管装置，展示了个性化框架如何显著调节不同解剖区域的局部速度和剪切环境[11]。

因此，了解EVAR术后的具体血流动力学环境至关重要，因为移植物内的局部流动扰动和低壁面剪切应力区域分别与T1EL和IPT的发展有关[6,12,13]。

然而，关于患者特定EVAR病例的全面比较研究仍然有限。尽管最近的CFD研究已经从理想化几何模型发展到患者特定模型，但很少有研究同时使用血栓生长模型来研究T1EL和IPT的不同血流动力学特征。这种先进建模方法在其他血管病理学中的实用性已经得到证明；例如，最近结合流体-结构相互作用和血栓生长模型的数值研究成功量化了颈动脉网状结构的几何变化如何影响长期血栓风险[14]。此外，开发可靠的临床适用模型面临许多挑战——包括计算成本和标准化血流动力学指标的需求[15]。这些障碍阻碍了CFD的广泛临床应用，目前EVAR术后并发症的预测仍然主要依赖于有限的静态解剖学因素。

鉴于这些不足，本研究旨在通过结合流动分析和我们之前的血栓生长预测模型[16,17]，分析不同EVAR术后并发症（特别是T1EL和IPT）的血流动力学特征。我们将患者特定的术后CT数据集整合到CFD分析中，以比较有并发症和无并发症患者之间的不同流动环境。通过这种方法，我们希望提高高风险血流动力学特征的早期识别，并为临床医生提供制定个性化干预策略的科学依据（包括对移植物配置的考虑），最终改善患者的治疗效果和生活质量。

研究人群

回顾性地收集了12个匿名EVAR术后CTA数据集，并将其分为三组（每组4例；见图1B）：无并发症（对照组）、I型内漏（T1EL）和人工血管内血栓（IPT）。观察到T1EL主要发生在近端或远端密封区域，而IPT主要局限于双侧移植物肢体内。

如表1所总结的，患者的平均年龄约为66岁，且主要为男性。

流动模式和速度分布

图2显示了三个患者组在心动周期两个关键时刻的3D流线图。在收缩期峰值（T1）时，观察到血流模式的显著差异（图2A）。T1EL组（P5–P8）整体表现出复杂的流动模式，远端髂动脉处的速度较低（表明局部流动分离）。相比之下，IPT组（P1–P4）在支架-主动脉连接处显示出多个高速度射流。

讨论

尽管EVAR为AAA提供了明显的短期益处，但长期随访显示，I型内漏（T1EL）、支架迁移和移植物肢体内血栓等并发症仍然发生，通常需要进一步的干预[30]。现有的EVAR术后风险预测主要基于静态解剖学，这可能无法充分解释动态流动变化和特定的血流动力学环境[31]。先前的研究表明，血流动力学在血管病理学中起着关键作用。

局限性

本研究存在几个局限性。首先，样本量较小（12名患者），这限制了统计功效，可能无法捕捉到实际中的全部解剖学和血流动力学变异；需要更大规模的多中心研究。其次，由于模拟基于术后几何结构，观察到的流动异常可能是并发症的相关特征，而不仅仅是其唯一的前兆。需要前瞻性纵向研究来确定因果关系。

第三，我们

结论

总之，本研究通过患者特定的CFD和血栓建模，研究了不同EVAR并发症相关的血流动力学特征。分析得出以下关键发现：（1）I型内漏（T1EL）和人工血管内血栓（IPT）表现出不同的流动特征：T1EL的特点是整个移植物腔内的流动复杂性较高和振荡剪切较大，而IPT则与局部低剪切停滞区域相关。（2）观察到的

数据可用性

研究中提出的原始贡献包含在文章/补充材料中，进一步咨询可联系相应作者。

作者贡献

J.W.和M.L.参与了概念构思。W.L.和H.L.参与了方法学研究。J.W., F.Y.和Q.H.参与了正式分析。F.Y.和Q.H.参与了数据整理。M.L.参与了调查、监督和项目管理。J.W.和M.L.参与了初稿撰写。H.F.参与了审稿和编辑以及资金获取。所有作者都审阅了手稿。

资助

本研究部分得到了四川省科技教育联合基金项目[No.2024NSFSC2038]、北京自然科学基金[F252068]、北京Nova计划[20230484308和20250484813]、北京自然科学基金-大兴创新联合基金[L246033]、北京友谊医院青年精英计划[YYQCJH2022-9]以及涪江实验室核医学人工智能研究中心建设项目（No. 2023ZYDF074]的支持。

伦理声明

本研究遵循赫尔辛基宣言进行，并获得了北京友谊医院伦理审查委员会（No. 2021-P2-040-01）的批准。由于采用回顾性设计和匿名数据，因此免除了患者的同意。

补充材料

请参阅补充材料，其中包含网状独立性验证（补充文件1）、IPT组模型出口的R_p–C–R_d参数（补充文件2）以及设置

CRediT作者贡献声明

文俊：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，正式分析，概念构思。袁飞：撰写 – 审稿与编辑，正式分析，数据整理。李文瑞：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究。黄清源：正式分析，数据整理。李海蕾：方法学研究。冯海：撰写 – 审稿与编辑，资金获取。刘明远：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，监督，项目管理，调查，概念构思。