应用于动脉粥样硬化的血流动力学参数
WSS 是血流动力学的重要参数，研究者通过进一步推导提出基于 WSS 的参数来描述 WSS 的不同特性，如时间平均 WSS( time-averaged WSS，TAWSS) 、 振荡剪切指数( oscillatory shear index，OSI) 、相对滞留时间( relative residence time，ＲＲT) 等。TAWSS 计算了在一个心动周期时间内 WSS 幅值的平均值。 OSI 是一个无量纲参数，衡量了 WSS 方向变化的程度，其取值范围为 0 ～ 0． 5，其中 0 表示稳定流，而 0. 5 表示高度振荡流。ＲＲT 的计算结合了 WSS 参数和 OSI 参数，描述血流的相对停留时间。 近几年，两个用于量化 WSS 多向特性的新参数被提出。第一个是横向 WSS，该参数计算了一个心动周期内垂直于 TAWSS 的 WSS 分量的时间平均值。第二个是轴向 WSS，其计算了一个心动周期内沿主血流方向( 在局部可认为是中心线切向量) 的 WSS 分量的时间平均值。这两个新参数在量化多向特性时所选取的参考方向不同，横向 WSS 选择的是 TAWSS 方向，而轴向 WSS 选择的是血流轴 向，这两个方向在血流方向均相同时是等效的，但是 在血流复杂的情况下，两个参数的值会有所不同。 Gallo 等发现，高横向 WSS 区域不会与低 WSS 和高 OSI 等参数区域相同，可以代表不同的血流动力学紊乱状态。
动脉粥样硬化微观生物学机制与 CFD 研究
从生物学机制来看，血流的剪切应力会改变血管内皮结构和功能，影响不同区域的基因表达。 动脉粥样硬化发展的主要特征之一是内皮功能障碍，包括白细胞和脂质的聚积、平滑肌细胞的迁移和增殖、细胞的纤维化和死亡。而血管壁上的内皮 细胞对血流产生的剪切应力十分敏感。在局灶性动脉粥样硬化发展的过程中，剪切应力通过血管内皮中的机械感受器，影响细胞内信号传导和生物分子的运输，激活多种信号通路和转录因子，从而促进内皮细胞炎性反应激活、改变基因表达和功能，是斑块发生发展中重要的生物力学因素。研究发现，低而振荡的 WSS 会造成内皮细胞一氧化氮生成和内皮细胞增殖的差异，表明低而振荡的 WSS 会影响生物学机制促使内皮功能障碍，引起早期动脉粥样硬化产生。
斑块形成和破裂与 CFD 研究
血液流动在动脉粥样硬化斑块的发生和发展中起着重要作用，其产生的高和低的 WSS 与病变的关系已被广泛研究。一方面，低的 WSS 是一种易形成动脉粥样硬化的血流动力学表型。WSS 的高振荡通常与低 WSS 相对应，可能会引起内膜壁增厚。2016 年，Cibis 等在对无症状颈动脉斑块的分析中发现，WSS 值与管壁厚度呈反比［低、中、 高 WSS 组的平均管壁厚度分别为( 1.49 ± 0.21) 、 ( 1. 33 ± 0.20) 、( 1.26 ± 0.21) mm］，证明了这一结论。
另一方面，高 WSS 会诱导易损斑块成分的形成，并且可能触发内皮细胞的分子机制，导致斑块破裂。斑块内出血被认为是判断斑块不稳定的特征之一。Dai 等将 54 例颈动脉粥样硬化患者分为斑块内出血组( 21 例) 和非斑块内出血组( 33 例) ，并按狭窄程度分为轻度 (＜50% ) 、中度( 50%～70% ) 和重度(＞70% ) 亚组，分析其血流动力学结果发现，在轻度狭窄和中度狭窄时，斑块内出血组的 WSS 最大值显著高于非斑块内出血组［轻度狭窄: ( 41.7 ± 18.4) Pa 比( 11.4 ± 7.2) Pa，P = 0.001; 中度狭窄: ( 85.0 ± 14.3) Pa 比 ( 39.8 ± 21.9) Pa，P = 0.002］，且 WSS 最大值与斑块内出血体积呈正相关( r = 0.763，P＜0.01) ，提示 WSS 最大值是动脉粥样硬化危险性诊断的一个潜在定量参数。
另一项针对颈总动脉和颈内动脉串联狭窄的研究在构建模型时，通过人为去除斑块，模拟单斑块和 健康血管情况，分析了串联斑块可能的形成原因，发现在健康无狭窄模型中，颈总动脉和分叉处存在高 OSI 和 ＲＲT，而在颈总动脉单一狭窄模型中，颈内动 脉分支处出现 OSI 和 ＲＲT 高的区域，推断颈总动脉部位的斑块更可能首先形成，并影响颈内动脉斑块的形成。
斑块成分与流体力学参数分布研究
动脉粥样硬化斑块的 CFD 研究可以根据斑块 周围的血流动力学参数分布，推断斑块的形成过程或预测未来的疾病风险。。Jing 等对 7 例 患者的 8 条颈内动脉进行评估发现，高 WSS 主要出现在斑块肩上，并分别在斑块丘顶部以及钙化区、血栓区和斑块最厚区域观察到最大 WSS。Sui 等计算分析了 14 条狭窄颈动脉的血流动力学结果，将斑块附近区域分为三部分: 斑块上游、斑块中心和斑块下游，发现流速和 WSS 值在斑块中心最高，在斑块下游侧最低; 压力值在斑块中心最低，在斑块上游侧最高，并且这三处位置的流速最小值和 WSS 最小值有显著差异( 均 P＜0.01) 。由于低 WSS 是动脉粥样硬化斑块形成的潜在因素之一，低 WSS 分布在远心端可能是疾病后期进程中远端斑块侵蚀和发展的原因之一。
总结
CFD 已成为头颈动脉粥样硬化疾病研究的主要方法之一，可以帮助研究者深入探索动脉粥样硬化斑块的形成、进展过程中的力学机制，辅助临床治疗。综上文献调研和研究，通过 CFD 方法得到的血流动力学参数与动脉粥样硬化斑块密切相关，并且血流动力学参数分布与斑块成分、血管几何特征密切相关，但单一因素无法对动脉粥样硬化进行客 观评估。因而在未来研究中，研究者可以综合影像学评估的几何特征、斑块成分特征和血流动力学参数特征信息，建立综合的多参数预测模型，对动脉粥样硬化斑块的易损性进行评估，并应用于临床研究中，筛选出高危因素，以减少卒中的发生。
文章出自中国脑血管病杂志，作者王安聪，北京理工大学生命学院。如有侵权，请联系删除。
