基于医学影像的脑动静脉畸形血液动力学的建模和仿真研究

脑动静脉畸形是一种常见的脑血管疾病，是一种异常的短路血管组织。大量血液不经过正常组织的毛细血管床而直接从动脉流入静脉，导致畸形区附近会出现脑组织血液灌注不足（称为"盗血"现象）而使神经系统受到渐进式损伤。脑动静脉畸形还存在很高的破裂风险，而破裂导致的颅内出血又高的致残率和致死率。本课题对3D-DSA图像采用分割等图像处理方法，获得脑动静脉畸形几何模型。对畸形区建立一个多孔介质模型并利用PC-MRI技术测量脑动静脉畸形的供血动脉的流量，从而建立具有病人特异性的脑动静脉畸形生物流体力学模型。对20例脑动静脉畸形病人建立具有病人特异性的模型并对其血液流动进行数值模拟，分析"盗血"和脑动静脉畸形破裂与血液动力学参数间的定量关系。通过对栓塞后脑AVM中血液流动的数值模拟研究，分析栓塞后"正常灌注压突破"的血液动力学机理并通过流量和压力等参数比较各种栓塞方案的优劣，为临床脑动静脉畸形的治疗提供帮助。

脑动静脉畸形是脑血管床中某处动静脉之间异常直接交通而形成的畸形血管组织，这些异常的血管使血液直接从压力较高的动脉系统流入压力较低的静脉系统。由于大量的血液从正常的血管床被压入畸形病灶区中，这样该畸形区血管容易发生扩张并有可能导致其破裂。脑AVM有68%以上会发生破裂出血，从而严重威胁病人生命。本课题组利用对有关脑动静脉畸形的以下3个问题进行研究：建立具有病人特异性的脑动静脉畸形的生物流体力学模型；分析脑动静脉畸形破裂的血液动力学机理；分析多种不同的栓塞方案在改善血液灌注和降低破裂风险方面的优劣。目前该课题取得了以下成果.（1）.通过对三维医学影像进行分割等图像处理，将脑动静脉畸形分供学动脉、引流静脉和畸形团区三部分，建立具有病人特异性的脑AVM 的三维几何模型；以三维几何模型为基础，通过利用多孔介质为病灶区域建模，从而获得了具有病人特异性的脑动静脉畸形的生物流体力学模型；.（2）.以几何模型为基础，通过经颅多普勒超声和压力导管测量的流量和压力数据作为供血动脉和引流静脉的边界条件，建立脑动静脉畸形的计算血液动力学模型，并数值模拟脑动静脉畸形区域的血液流动。.（3）.利用计算模型，模拟了不同栓塞方案下的脑动静脉畸形病灶区的血液流动；通过分析病灶区域的流速、压力、壁面切应力等参数的变化，发现对于具有多个供血动脉的脑动静脉畸形病人，栓塞方案的不同所造成压力和流速的分布有显著地差异。为了降低由于压力和流速变化显著变化引起动静脉畸形的破裂，栓塞治疗时应该尽量选择先栓塞靠近引流静脉的供血动脉，然后再栓塞离引流静脉较远的供血动脉，这一研究结果与临床上所采取的治疗策略一致。