计算流体动力学在预测血管内主动脉修复术后人工瓣膜内血栓形成及负担方面的应用：一项双中心回顾性研究

《Annals of Vascular Surgery》：Computational fluid dynamics predicting intraprosthetic thrombus formation and burden following endovascular aortic repair: a two-center retrospective study

本研究通过结合术前术后CTA影像及CFD模拟，评估血流动力学参数（如RRT_max、OSI_max）和形态学参数对EVAR术后内漏血栓形成及血栓负荷的预测价值。结果显示，CFD参数显著相关于IPT形成（AUC 0.8604），且与血栓负荷呈强正相关（R2=0.63），而单纯形态学参数预测效能有限。结论强调CFD血流动力学指标在术后监测中的重要性。

　　

刘宇|朱志南|刘婷华|谢帅|盛昌|刘帅|吴凯敏|钟云|邱洁华|王伟

中南大学湘雅医院血管外科，中国湖南省长沙市开福区湘雅路87号

摘要

目的

本研究旨在通过结合计算机断层扫描血管造影（CTA）和计算流体动力学（CFD）技术，评估血管内瘤修复术（EVAR）后的形态学和血流动力学参数对支架内血栓（IPT）形成及血栓负荷的预测价值。

方法

在这项双中心回顾性病例对照研究中，分析了2019年至2024年间接受EVAR治疗的76名患者，其中38名患者出现IPT，另外38名患者通过风险集抽样方法作为对照组。形态学参数来自术前和术后的CTA图像，血流动力学指标则基于刚性壁假设下的CFD模拟得出。采用逻辑回归和ROC分析方法评估影响IPT形成的因素。血栓负荷分为轻度（<50%）和重度（≥50%），并进一步通过有序逻辑回归和线性回归分析这些因素的关联。

结果

研究结果显示，IPT患者具有更大的髂动脉角度，且髂动脉瘤及支架着陆区更为常见。血流动力学参数中，最大相对驻留时间（RRT_max）、最大振荡剪切指数（OSI_max）及其平均值（RRT_mean和OSI_mean）以及降低的平均时间平均壁剪应力（TAWSS_mean）与IPT形成显著相关。RRT_max在预测IPT形成方面具有最高的预测价值（AUC 0.8604，95% CI 0.7865～0.9343；P < 0.0001），并且与血栓负荷呈强正相关（R² = 0.63；P < 0.001）。相比之下，单纯的解剖学特征与IPT的形成和严重程度无独立关联。

结论

基于CFD的血流动力学参数，尤其是RRT_max，在预测EVAR术后IPT形成和血栓负荷方面优于传统的解剖学指标，支持其在术后监测中的应用。

引言

自Parodi首次引入血管内瘤修复术（EVAR）以来，该方法在围手术期死亡率和并发症发生率方面已被广泛接受，并与传统外科手术方法进行了大量比较。(1) 由于EVAR术后并发症（如内漏、移位和支架内血栓（IPT）的发生率相对较高，因此对其随访要求更为严格。(2, 3, 4)

EVAR术后IPT的发生率在15.6%至28.2%之间，而肢体移植物闭塞（LGO）的发生率为3.1%至7.4%。(5, 6) 研究表明，壁血栓的体积往往会逐渐增加，可能导致移植物闭塞。(7) 鉴于移植物植入后的形态基本保持不变，通过早期术后CTA早期预测IPT的形成及其进展至LGO在理论上是可行的且至关重要的。目前，IPT的术后检测主要依赖于常规的随访CTA。然而，定期CTA扫描的时间可能与血栓实际形成的时间并不一致。Perini的一项荟萃分析发现，术后CTA检测IPT并不能显著预测血栓栓塞事件。(8)

尽管多项研究已经确定了EVAR术后IPT的高风险因素，但大多数研究仅关注术前解剖学形态，而忽略了内移植物植入后的动态变化。(9, 10, 11, 12, 13) 此外，仅依赖静态解剖学参数无法全面反映支架移植物内的复杂血流动力学环境，而这被认为是血栓形成和进展的关键决定因素。(12) 鉴于血栓负荷与临床管理策略和患者预后的密切关系，准确评估和预测血栓范围具有重要的临床意义。因此，迫切需要能够整合植入后形态变化和血流动力学条件的预测工具，以便及时干预并改善EVAR后的预后。

基于患者特定CTA数据的计算流体动力学（CFD）已成为描述血流异常模式和量化血流动力学力量的强大工具。(14) 尽管CFD在EVAR术后IPT中的应用仍有限，但其衍生的血流动力学参数在多种血栓性血管疾病（包括冠状动脉疾病、颈动脉粥样硬化和髂总动脉瘤血栓形成）中显示出显著的预测价值。(15, 16) 这些发现表明，基于CFD的分析可以提供关于内移植物内血栓形成机制的宝贵见解，并有助于识别仅通过解剖学评估无法发现的早期IPT形成指标。

为了识别有效的早期预测IPT形成和血栓负荷的指标，我们进行了结合术前和术后CTA与CFD模拟的回顾性研究。我们假设血流动力学建模可能对EVAR后的血栓形成和负荷具有更强的预测价值。

研究方案

这是一项经过湘雅医院和南昌大学第二附属医院伦理委员会批准的回顾性病例对照研究（研究编号：2024030373）。该研究遵循《赫尔辛基宣言》的原则，并遵循STROBE声明中提供的病例对照研究指南。(17)

患者于2019年至2024年间在湖南省湘雅医院血管外科接受了EVAR治疗。

基线特征

如图2所示，根据预定义的纳入和排除标准，回顾性分析了2019年1月至2024年6月期间在两个中心接受EVAR治疗的697名患者和287名患者。最终，38名被诊断为支架内血栓的患者被纳入IPT组。通过1:1倾向评分匹配，从剩余符合条件的患者中选取了38名患者组成非IPT组。

讨论

在这项双中心回顾性研究中，我们观察到IPT组患者的外髂动脉（EIA）着陆区更为常见，内移植物角度指数（EAI）也显著高于非IPT组。此外，通过对术后支架形态进行有限元分割并随后进行计算流体动力学（CFD）模拟，发现IPT组的血流动力学参数（包括最大相对驻留时间RRT_max、最大振荡剪切指数OSI_max及其平均值RRT_mean和OSI_mean）以及降低的平均时间平均壁剪应力TAWSS_mean均显著升高。

结论

本研究证明，通过CFD模拟量化的血流动力学异常与EVAR术后支架内血栓的形成和负荷显著相关。在所有评估的参数中，RRT_max是预测血栓存在和严重程度的最可靠指标。相比之下，植入后的解剖学变化单独评估时的预测价值有限。这些发现强调了结合患者特定血流动力学参数的重要性。

伦理声明

本研究已获得湘雅医院和南昌大学第二附属医院伦理委员会的批准（研究编号：2024030373）。

研究注册唯一识别编号（UIN）

注册机构名称： ClinicalTrials.gov

注册机构名称： 计算流体动力学预测EVAR术后支架内血栓形成和进展

UIN： NCT06701773

作者贡献

刘宇和TH.L.：概念提出；刘宇和ZN.J.：数据整理；刘宇：数据分析；吴凯敏：资金筹集；刘宇、谢帅、常胜、苏珊、刘帅和KM.W.：研究实施；刘宇和TH.L.：方法学设计；邹志勇：软件开发；吴伟和JH.Q.：监督；刘宇：数据可视化；刘宇：初稿撰写；刘宇、吴伟和JH.Q.：审稿与编辑。所有作者均参与了稿件的审阅、修订和最终批准。

利益冲突声明

作者声明没有潜在的利益冲突。

CRediT作者贡献声明

刘宇：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、研究实施、数据分析、概念提出 朱志南：数据整理 刘婷华：方法学设计、概念提出 谢帅：研究实施 盛昌：研究实施 刘帅：研究实施 吴凯敏：研究实施 钟云：软件开发 邱洁华：撰写——审稿与编辑、监督 王伟：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向相应作者索取。由于隐私或伦理限制，这些数据不对外公开。

致谢

作者感谢中南大学机械与电气工程学院的陶虎和裴文莉在研究过程中的指导。