Список сокращений

ВСА — внутренняя сонная артерия

ИА — интракраниальная аневризма

КТ-ангиография — компьютерная томография сосудов

ПМА — передняя мозговая артерия

СМА — средняя мозговая артерия

Vps — пиковая систолическая скорость

WSS — пристеночное напряжение сдвига (Wall shear stress)

По данным различных авторов, частота неразор-вавшихся интракраниальных аневризм (ИА) в популяции составляет в среднем 3,2% [1]. Оценка риска разрыва ИА и принятие решения об операции вызывают наибольшие трудности при выявлении так называемых «сложных» аневризм. Это понятие до сих пор является не вполне определенным [2]. Отсутствие общепринятых подходов в оценке сложности ИА заставляет определять риск разрыва у каждого пациента индивидуально. В то же время морфология аневризм не может не оказывать влияния на изменение локальной гемодинамики, включающей гемодинамику в самой аневризме и близлежащих сосудах. Изучение локальной гемодинамики возможно с помощью методов математического моделирования на основе построения трехмерных реконструкций. Для точной оценки риска разрыва ИА следует также учитывать состояние центральной гемодинамики пациента, в том числе наличие артериальной гипертонии [1]. Несмотря на то что большинство авторов согласны с тем, что элементом сложной аневризмы может считаться наличие сосуда, отходящего от купола или пришеечной части [3, 4], работы, посвященные анализу гемодинамики в подобных аневризмах, в настоящее время в литературе не представлены, что и определило цель нашего исследования.

Цель исследования — изучить гемодинамические особенности ИА с отходящим от их купола или шейки сосудом в зависимости от их строения и скорости кровотока в несущем сосуде.

Материал и методы

В ходе работы использованы DICOM данные компьютерной томографии сосудов (КТ-ангиографии) четырех пациентов (рис. 1). Аневризмы находились на разных участках виллизиева круга: в супраклиноидном отделе внутренней сонной артерии (ВСА), в области передней мозговой (ПМА) и передней соединительной артерии, а также в области бифуркации средней мозговой артерии (СМА).

Морфометрические показатели аневризм представлены в табл. 1.

Примечание. ПСА — передняя соединительная артерия; СМА — средняя мозговая артерия; ВСА — внутренняя сонная артерия.

Для создания трехмерных пациент-специфических моделей использовали аппаратно-программный комплекс «Гамма Мультивокс». С целью изучения влияния отходящего от аневризмы сосуда исходные модели ИА модифицированы: для всех аневризм выполнено виртуальное «удаление» отходящего сосуда. Кроме того, для исследования поведения гемодинамических параметров в зависимости от объема аневризмы модели аневризм пациентов 3 и 4 изменены в размере. Таким образом, построено 12 трехмерных моделей аневризм (рис. 2). Готовые модели экспортированы в модуль для решения задач гидродинамики ANSYS CFX, входящий в состав программного комплекса ANSYS Workbench 19 (ANSYS, Inc., США). Расчет производился путем численного интегрирования уравнений непрерывности и Навье—Стокса методом конечных элементов. В данном исследовании стенки сосудов считались жесткими, кровь — однородной несжимаемой ньютоновской жидкостью с постоянными плотностью 1060 кг/м³ и вязкостью 0,0039 Па∙с, что является допустимым при моделировании кровотока в относительно крупных и ригидных артериях головного мозга. Значения линейной скорости потока, подаваемого на вход модели, соответствовали значениям, получаемым при ультразвуковой допплерографии здорового человека. Значения пиковой систолической скорости (Vps) для ВСА, ПМА и СМА составили 100, 85 и 60 см/с соответственно. Кроме того, для оценки влияния патологического увеличения скорости потока для каждого случая проведен расчет с модифицированными значениями входной скорости (Vps=150 см/с). Время симуляции соответствовало трем сердечным циклам.

В процессе постобработки оценены распределения давлений, скоростей и пристеночных напряжений сдвига (Wall shear stress, WSS). Особенное внимание уделялось анализу изменения распределения WSS на куполе аневризмы, поскольку этот параметр регулирует функции эндотелия и играет значительную роль в процессе роста и разрыва ИА [5]. В окрестности областей с максимальными значениями WSS и давления оценена скорость роста этих показателей. С этой целью использовалась новая форма представления результатов анализа в виде графиков, по оси абсцисс которых обозначалась площадь исследуемого участка, а по оси ординат — значения гемодинамических показателей, достигаемые на данном участке. При этом высота описывает величину вариации гемодинамического параметра в окрестности точки максимума. При большей вариации параметра на участке стенки аневризмы она претерпевает более резкие изменения.

Результаты

При изучении характера изменения потока в полости аневризмы в результате виртуального «удаления» дополнительного сосуда выявлено, что для трех из четырех пациентов «удаление» сосуда не приводило к значительным изменениям характера потока крови (рис. 3). Резкое сокращение интенсивности потока наблюдалось только у пациента 3, причем вне зависимости от размера аневризматического мешка.

В соответствии с характером поведения потоков наблюдалось и изменение WSS (рис. 4). У пациентов 2 и 4 общая картина варьирования WSS на куполе аневризмы не изменялась после «удаления» сосуда. У пациента 3 в связи с резким сокращением потоков крови в полости аневризматического мешка отмечено и выраженное снижение значений WSS на его поверхности.

У пациента 1 также отмечено, что в точке гемодинамического удара, которая находилась близко к месту отхождения дополнительного сосуда, ранее высокие значения WSS, вызванные ускорением потока, стремящегося в относительно узкий сосуд, после его виртуального «удаления» снижались. Для всех моделей характерно то, что расположение точки максимального значения WSS практически не изменялось после виртуального «удаления» сосуда. Анализ скорости изменения WSS в окрестности этих точек выявил, что при снижении интенсивности потока в полости аневризмы наблюдается не только уменьшение абсолютных показателей, но и их вариации (рис. 5). Так, например, для пациента 3 в модели с исходной анатомией значения WSS на участке площадью 25 мм² варьировали от 6,2 до 15 Па. В результате «удаления» сосуда эта разница в 8,8 Па снижалась почти в 2 раза.

Моделирование ситуации с высокими значениями входной скорости потока (Vps=150 см/с), наблюдающейся, например, при гипертоническом кризе, выявило, что пристеночное напряжение сдвига в области гемодинамического удара не просто увеличивается в абсолютных значениях, но и характеризуется наиболее резким ростом. Так, у пациента 1 увеличение скорости входного потока приводило к тому, что на том же участке купола стенка аневризмы претерпевала более выраженные изменения WSS, чем при нормальной скорости потока (вариация WSS увеличилась в 2 раза: с 30 до 60 Па для модели с исходной анатомией и с 10 до 20 Па для модели с «виртуальным удалением» сосуда). Подобное изменение вариации пристеночного напряжения сдвига отмечено для всех 12 моделей (табл. 2).

В то же время изучение изменения давления при «удалении» сосуда показало, что для всех построенных моделей отмечалось увеличение значений давления на куполе аневризмы, однако его распределение в области гемодинамического удара варьировало в пределах 3—10%.

Обсуждение

В исследование, направленное на изучение влияния сосуда, отходящего от купола или шейки ИА, на локальную гемодинамику вошли модели четырех аневризм различной локализации и размеров. Выбор ИА, различающихся по своей геометрии и морфометрическим показателям, сделан авторами намеренно. Целью такого подхода является выявление в изменении гемодинамических показателей как общих для всех аневризм признаков, так и их индивидуальных особенностей, вызванных виртуальным «удалением» сосуда.

Эта ситуация может соответствовать интра-операционной в случае необходимости выполнения так называемого временного треппинга с наложением клипс не только на несущую артерию, но и на артерии, выходящие из купола или шейки аневризмы (эфферентные артерии). Это необходимо для работы в «сухом поле», а также на первом этапе хирургического вмешательства при выполнении анастомоза между артерией, отходящей от тела аневризмы (артерия-реципиент), и артерией-донором, когда аневризма продолжает заполняться кровью из несущего сосуда. В ходе работы выполнены гидродинамические расчеты для 12 трехмерных моделей аневризм, после чего проанализировано распределение таких гидродинамических показателей, как профиль скоростей, пристеночное напряжение сдвига (WSS) и давление на стенке ИА. После «удаления» сосуда изменение профиля скоростей было неоднозначным: на моделях пациентов 1, 2 и 4 это не приводило к значительному изменению направления и силы потока. В то же время на модели пациента 3, вне зависимости от размеров ИА, «удаление» сосуда приводило к резкому снижению интенсивности потока в полости аневризматического мешка, что определяло и снижение значений WSS. Данное наблюдение может быть объяснено тем, что проанализированные модели отличались диаметром сосуда, который подвергался удалению, относительно размера шейки аневризмы. У пациентов 1 и 2 сравнительно небольшая часть потока уходила в «удаляемую» артерию: площадь сечения отходящего сосуда была в 6,5 раз меньше площади просвета в области шейки, в то время как модель пациента 3 характеризовалась более широким просветом отходящего сосуда относительно шейки аневризмы.

Кроме того, важную роль, бесспорно, играет положение ИА относительно несущего сосуда: из-за бифуркационного расположения аневризмы у пациента 4 поток в полости аневризматического мешка после «удаления» сосуда практически не изменялся. В результате этого наблюдалось одинаковое напряжение сдвига у моделей с сосудом и без него. Таким образом, при выборе тактики лечения ИА, на куполе или шейке которой есть дополнительный сосуд, необходимо учитывать не только анатомические особенности ИА, но и ее гемодинамический портрет.

Интересным результатом работы является выявление поведения напряжения сдвига в области гемодинамического удара при высоких скоростях входного потока, имитирующих артериальную гипертонию или ангиоспазм. На всех моделях увеличение скорости потока в несущем сосуде приводило не только к увеличению значения WSS в точке максимума, но и к увеличению вариации значений в окрестности этой точки. На небольшом участке купола аневризмы WSS могло резко возрасти, почти в 3 раза, по сравнению с остальной частью аневризмы. Выявленная закономерность может объяснять тот факт, что разрыв аневризм чаще всего наблюдается на фоне повышенного давления: именно в этой ситуации стенка ИА испытывает максимальный перепад WSS. Поведение давления на всех моделях имело сходные тенденции: «удаление» сосуда во всех случаях приводило к его незначительному возрастанию, однако оно носило более равномерный характер.

Заключение

Результаты исследования позволяют заключить, что наличие сосуда, отходящего от шейки или купола интракраниальных аневризм, обусловливает отнесение их к группе «сложных» не только из-за трудностей выполнения хирургического вмешательства, но и в силу того, что наличие дополнительной сосудистой ветви и ее выключение из кровотока могут оказывать значительное влияние на изменение параметров локальной гемодинамики. Характер этих изменений может определяться такими факторами, как диаметр отходящего от аневризмы сосуда и расположение аневризмы относительно несущего сосуда. В меньшей степени подвержены изменениям гемодинамические показатели бифуркационных интракраниальных аневризм: виртуальное «удаление» сосуда оказывало незначительное влияние на стенку шейки и купола аневризматического мешка, находящегося на пути потока из несущего сосуда. В латеральных интракраниальных аневризмах поведение профиля скоростей и пристеночного напряжения сдвига отличалось бо́льшим разнообразием, для объяснения которого необходимо учитывать всю совокупность местных и системных факторов.

Дальнейшие исследования в этом направлении помогут выявить закономерности, необходимые в принятии таких интраоперационных решений, как последовательность наложения и снятия временных клипс, а также могут быть полезными при планировании типа операции (реваскуляризация, сложное клипирование или комбинированное вмешательство) в хирургии сложных аневризм.

Участие авторов

Концепция и дизайн исследования — А.Г., В.К., Н.П.

Сбор и обработка материала — Е.Г., Н.П.

Написание текста — Д.Д., Е.Г., Е.Б.

Редактирование — А.Г., В.К., Н.П.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Комментарий

Работа посвящена исследованию гемодинамики в аневризме у пациентов с неразорвавшимися аневризмами. Авторы исследовали локальную гемодинамику в ситуациях, когда сосуд отходил от шейки или тела (в терминологии авторов — купола) аневризмы. Безусловно, такие аневризмы относятся к сложным в отношении тактики хирургического лечения. В то же время риски, возникающие при естественном течении таких аневризм, до конца не изучены и исследования в этом направлении, особенно с использованием методов компьютерного моделирования, достаточно интересны и востребованы. Часть работы, посвященная поведению напряжения сдвига в области гемодинамического удара при высоких скоростях входного потока, подтверждает известную информацию о том, что артериальная гипертония и вазоспазм сопряжены с более высоким риском разрыва аневризмы.

Не совсем ясна модель исследования, касающаяся «виртуального удаления сосуда». Для чего это делается? Возможно, это имеет значение для больших и гигантских аневризм с признаками тромбирования, в которых после разрыва и кровоизлияния или самопроизвольно может произойти тромбирование отходящей от аневризмы ветви. Такая ситуация, помимо возможных ишемических нарушений, может привести к изменениям гемодинамики в аневризме и обусловить ее полный тромбоз, или, наоборот, ее увеличение и разрыв.

Для ответа на эти вопросы, бесспорно, требуются дальнейшие исследования в этом направлении, которые, возможно, помогут выявить критерии более точного прогноза риска естественного течения сложных интракраниальных аневризм, включающих устья питающих мозг артерий.

Ю.В. Пилипенко (Москва)