结合计算流体力学与三维光学相干断层成像评价冠心病支架治疗后的局部血流动力学

Drug-eluting stent (DES) has been widely used in clinical treatment. However, late and very late stent thrombosis has raised many concerns on the long-term safety of DES. Incomplete endothelialisation of the stent struts seems to be the common morphologic finding in late and very late DES thrombosis, while key parameters of local vascular hemodynamics such as flow and shear stress are assumed to be closely related to the endothelialisation process. However, in vivo methods for accurate assessment of flow and shear stress after stent implantation are currently lacking. How to optimize flow and shear stress pattern during stent implantation remains an open question. Main research points include: 1) Design a new method for 3-dimensional fusion of intracoronary optical coherence tomography (OCT) and X-ray coronary angiography, by which the geometrical distortions of OCT imaging can be corrected, and subsequently the reconstruction of coronary tree and the implanted stents in high accuracy; 2) realize flow simulation including stent struts using computational fluid dynamics, and propose a standardized method that can be applied in clinical routine for hemodynamical analysis.

药物洗脱支架（DES）广泛地应用于临床治疗，但植入后发生的晚期及晚晚期支架血栓使得DES远期安全性倍受关注。现有研究发现晚期及晚晚期支架血栓通常伴随着支架表面未内皮化的现象，而血流与剪切力等关键局部血流动力学参数被普遍假设与支架表面内皮化的过程紧密相关。然而，目前在线准确评估支架植入后的血流与剪切力的方法缺乏，如何在治疗中优化血流与剪切力达到最佳治疗效果仍有待探索。本研究旨在：1）设计一个三维融合腔内光学相干断层成像（OCT）与X射线造影的新方法，矫正OCT成像的几何变形，重建高精度的冠状动脉树与实际植入扩张后的支架；2）基于计算流体力学实现支架植入后的血流仿真，提出适用于实际临床采集数据的规范化局部血流动力学定量分析方法。

本项目针对定量评估冠心病患者支架植入后局部血流动力学环境的关键问题展开研究，旨在解决基于实际临床X射线冠脉造影影像与腔内OCT影像的高精度冠状动脉树与支架三维重建，实现支架植入后血流仿真与剪切力计算，建立规范化的分析方法与流程。本项目完成冠脉造影与OCT影像的融合与植入支架的三维重建，实现了耦合冠脉树与支架模型的血流仿真研究，在支架尺寸分辨率水平上精准地分析支架结构对血流动力学参数的影响，提示血流动力学仿真中融合支架结构的必要性，并为准确评估支架植入后的血流分析提供了规范化分析方法。证明了该方法分析实际临床病例的可行性，并且发现支架结构、支架梁厚度、血流量大小、后处理区域大小等参数均会显著影响到冠脉剪切力计算结果，尤其在分支开口处。同时，我们通过开展前瞻性临床研究，验证了基于冠脉造影影像计算出个体化血流的准确性，为血流仿真及血流动力学参数的评估提供了准确的血流边界条件。最后，利用本研究提出的规范化分析方法，我们探索了新一代生物可吸收支架植入后的血流动力学环境和内膜修复、支架表面内皮化的关联，初步发现血管支架段上内膜完全覆盖的支架剪切力显著低于内膜未覆盖的支架区域，位于分支开口处的支架，所接触到的剪切力及其空间不均匀性显著高于非分叉开口处血管段支架等现象。本研究的完成为准确评估支架植入后的血流与剪切力提供了方法与规范化分析流程，保证了在体局部血流动力学评估的准确性以及后续支架治疗疗效研究的科学性。