复合型形态学特征联合流体力学对肾下型腹主动脉瘤破裂风险的评估.pdf

影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑复合型形态学特征联合流体力学对肾下型腹主动脉瘤破裂风险的评估徐健陈凯王相权肖华伟王铃吴鹏揖摘要铱目的探讨复合型几何形态学特征对腹主动脉瘤（AAA）破裂风险的影响，并进行流体力学分析。方法回顾性收集 2019 年 6 月2023 年 8 月行 CTA 检查的 AAA 未破裂患者 25 例（完整组）和同期检查进行性别和年龄 1颐1 配比的 AAA 破裂患者 25 例（破裂组）。比较两组患者之间 AAA 的形态学特征，筛选 AAA 破裂风险的影响因素，并进行流体力学分析。结果破裂组和完整组的瘤体最大直径（Dmax）、瘤颈直径（Dneck）、瘤体最大直径/健康主动脉直径（Dmax/DAO）、瘤体最大直径/瘤颈直径（Dmax/Dneck）、标准化动脉瘤范围（Lnor）分别为（5.92依1.50）cm 和（3.67依0.68）cm、（2.38依0.50）cm 和（2.06依0.03）cm、（2.54依0.67）和（1.56依0.34）、（2.53依0.62）和（1.81依0.38）、（22.73依11.08）和（10.78依4.59）；破裂组的形态学指标量值均高于完整组，其差异均具有统计学意义（t=6.947、2.563、6.567、4.952、4.982，P 均约0.05）。其中 Dmax和 Dmax/DAO是 AAA 破裂风险的独立影响因素（OR 分别为 1.824、4.039，95%CI 分别为 1.459耀6.251 和 3.261耀9.155，P约0.05）。包含复合型形态学特征的多变量新模型对破裂风险分类的准确性高于仅包含 Dmax的常规模型（94%比 88%）。破裂组和完整组 AAA 分别表现为芋型和域型血流模式，并且破裂组 AAA 的低壁剪切力面积大于完整动脉瘤（73.9 cm2比 67.8 cm2）。结论结合形态学特征 Dmax、Dmax/DAO和流体力学的血流模式和低壁剪切力面积有助于评估 AAA 的破裂风险。揖关键词铱体层摄影术，X 线计算机；CT 血管造影术；腹主动脉瘤；壁剪切力揖中图分类号铱R814.42；R543.1揖文献标识码铱A揖文章编号铱1005-8001(2024)02-0102-06Efficacy of geometric characteristics and hemodynamics for evaluating the risk of abdominal aortic aneurysm ruptureXUJian,CHEN Kai,WANG Xiangquan,XIAO Huawei,WANG Ling,WU Peng.Department of Radiology,Zhejiang Provincial PeoplesHospital,Zhejiang 310014,ChinaCorresponding author:WU Peng,Email:hzxj_揖粤遭泽贼则葬糟贼铱韵遭躁藻糟贼蚤增藻To investigate the efficacy of geometric characteristics and hemodynamics for evaluating the risk ofabdominal aortic aneurysm(AAA)rupture.MethodsTwenty-five patients with intact AAAs(iAAA group)and 25 patients withruptured AAAs(rAAA group)from June 2019 to August 2023 were matched 1颐1 with covariates of gender and age.Geometriccharacteristics,risk factors for rupture,and hemodynamics of the AAAs were analyzed.ResultsThe maximal AAA diameter(Dmax:(5.92依1.50)cm,t=6.947,P0.05,diameter of AAA neckDneck:(2.38依0.50)cm,t=2.563,P0.05,the ratio of Dmaxto diameter of normalaorta(Dmax/DAO:2.54依0.67,t=6.567,P0.05),Dmax/Dneck(2.53依0.62,t=6.567,P0.05),and normalized length of AAA(Lnor:22.73依11.08,t=4.982,P0.05)in rAAA group were significantly greater than that of iAAA group(3.67依0.68)cm,(2.06依0.03)cm,1.56依0.34,1.81依0.38,10.78依4.59.Multivariate logistic analysis showed that Dmax(OR=1.824,95%CI:1.459-6.251)and Dmax/DAO(OR=4.039,95%CI:3.261-9.155)were significant risk predictors for AAA rupture.The multivariate model using integratedgeometric features had higher accuracy(94%)than conventional Dmax(88%)for predicting the risk of AAA rupture.rAAA had type 芋and iAAA had type 域 blood flow patterns.rAAA had greater area of low wall shear stress(73.9 cm2)than iAAA(67.8 cm2).ConclusionEvaluation of AAA rupture risk is improved by geometric characteristics of Dmaxand Dmax/DAOcombined with blood flowpattern and area of low wall shear stress.揖运藻赠 憎燥则凿泽铱 Tomography,X-ray computed;Computed tomography angiography;Abdominal aortic aneurysm;Wall shear stress阅韵陨院员园援猿怨远怨 辕 躁援蚤泽泽灶援员园园缘原愿园园员援圆园24援02援园04基金项目院浙江省卫生健康科技计划项目渊2021KY474冤作者单位院310014 浙江杭州袁浙江省人民医院放射科渊徐健尧王相权尧肖华伟尧王铃冤曰215021 江苏苏州袁苏州大学机电工程学院渊陈凯冤曰211189 江苏南京袁东南大学机械工程学院尧江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室渊吴鹏冤通信作者院吴鹏袁Email:hzxj_窑心血管影像学窑102影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑腹主动脉瘤渊abdominal aortic aneurysm袁AAA冤是腹主动脉局部扩张袁AAA 多无症状袁一旦破裂病死率高达 80%咱1暂遥 目前袁评估 AAA 破裂风险时袁通常将 AAA 修复阈值认定为最大径大于等于 5.5 cm渊男性冤或 5.0 cm渊女性冤咱2,3暂遥 但最大径并不是破裂风险的唯一影响因素咱4-6暂遥 除最大径外袁AAA 的发生伴随一系列其他的几何形态学咱4,5,7,8暂和血流环境的改变咱6,9-12暂袁而这些形态学的综合作用和血流的变化潜在影响 AAA 的破裂遥 因此袁将最大径以外的 AAA 几何形态学特征加以整合袁并结合生物力学分析破裂风险袁可能更契合临床实际遥本研究尝试在 AAA 最大径常规评估指标的基础上袁增加复合型几何形态学指标筛选 AAA 破裂的影响因素袁并加以生物力学分析袁比较破裂与未破裂 AAA形态学和生物力学的差异遥1资料与方法1.1一般资料连续收集 2019 年 6 月要2023 年 8 月于浙江省人民医院行胸腹/腹主动脉 CTA 检查袁并符合纳入标准的患者共 179 例袁排除 86 例遥纳入标准院CT确 诊 AAA曰 临 床 资 料 完 整 曰CT 血 管 造 影 渊CTangiography袁CTA冤图像满足后处理渊包括生物力学分析前三维建模冤和形态学影像评估要求遥排除标准院CTA 影像资料不完整或缺失渊3 例冤曰肾上型或肾旁型 AAA渊2 例冤曰囊状动脉瘤渊1 例冤曰感染性动脉瘤渊0 例冤曰合并夹层动脉瘤渊5 例冤曰腹主动脉腔内修复术或开放性手术史渊75 例冤遥 本研究获得浙江省人民医院伦理委员会批准渊审批编号 2023-423冤袁并豁免知情同意书遥根据临床表现和 CTA 征象判别袁AAA 破裂患者 29 例袁均在 CTA 检查后行急诊手术曰未破裂患者为 64 例袁年度 CTA 监测两次以上且维持稳定遥以年龄渊依2 岁冤和性别为控制变量袁将破裂和完整动脉瘤病例按照 1颐1 配比进行分组遥 最终共 50 例患者纳入本研究袁破裂组渊ruptured AAA袁rAAA 组冤和完整组渊intact AAA袁iAAA 组冤各 25 例遥 所有患者中袁 男 38 例袁 女 12 例袁 年龄 54耀89 岁袁 平均渊72.22依8.60冤岁曰体重指数渊body mass index袁BMI冤19.11耀28.31 kg/m2袁平均 BMI渊23.04依1.87冤 kg/m2遥从电子病历系统中收集患者的人口学和流行病学资料遥 记录患者的性别尧年龄尧身高尧体重以及相关基础疾病袁包括高血压尧糖尿病尧吸烟尧血脂异 常尧慢性阻塞性肺部疾病渊chronic obstructivepulmonary disease袁COPD冤尧冠心病渊coronary arterydisease袁CAD冤尧心房纤维颤动渊atrial fibrillation袁AF冤尧脑卒中尧外周动脉疾病渊peripheral arterial disease袁PAD冤尧慢性肾功能不全渊chronic renal failure袁CRF冤遥1.2成像方案使用佳能渊Acquilion One袁Canon冤320 排 CT 和西门子双源 CT渊SOMATOM Force袁Siemens冤遥 患者取仰卧位袁足先进袁扫描方向为顺血流袁扫描范围为从动脉弓上渊胸腹主动脉 CTA冤或横膈上 1 cm渊腹主动脉 CTA冤至耻骨联合下缘遥 具体成像参数如下院管电压 80耀120 kV曰使用管电流自动调制技术渊Sure Exposure 3D 和 Care Dose 4D冤袁mAs 为90耀235曰 探测器组合分别为 160伊0.5 mm尧192伊0.6 mm曰螺距分别为 0.89尧1.2曰 重建卷积核分别为 FC08尧BV40曰 图像层厚/层间隔分别为 0.5 mm/0.5 mm尧0.75 mm/0.70 mm遥于右侧上肢浅静脉建立静脉通路袁 使用双筒高压注射器袁 以 3.5耀4.5 mL/s 流率注射非离子型碘对比剂渊350 mg I/mL冤0.7 mL/kg袁随后同速注射生理盐水 30 mL遥 使用对比剂团注追踪自动触发扫描技术袁监测兴趣区置于降主动脉袁避开斑块和钙化袁触发阈值为 100 HU袁阈值后 6 s 启动扫描遥1.3AAA 几何形态学特征量化横断面图像自动传送至后处理工作站渊Singo.via VB40冤袁由两位 5 年以上经验的医师利用血管和 MM 阅片工作流对图像进行多平面尧 曲面和容积重建后处理袁 在图像交互显示的基础上进行各径线的测量袁 获取 AAA 几何形态学指标的定量值遥所有测量值均取两位医师平均值为最终结果遥各几何形态学指标测量方法院 滑拉腹主动脉曲面图像上横向定位线至腹腔干水平袁 在该定位线的横断面上测量腹主动脉最大直径作为健康主动脉直径渊diameter of aorta袁DAO冤遥 滑动瘤颈曲面图像上的定位线至瘤颈中轴线的中心位置袁 在相对应的中轴线正交断面图像上测量瘤颈最大直径作为瘤颈中心层面直径渊diameter of AAA neck袁Dneck冤遥360毅旋转瘤体曲面图像袁并在曲面图像上滑动正交横断面的定位线袁通过对应横断面上的量值显示袁 其最大值作为瘤体的最大直径渊maximaldiameter袁Dmax冤遥 在瘤体起始端设定测量起始位置袁103影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑下拉血管长度测量工具至瘤体末端袁软件自动显示的长度作为瘤腔中心线范围渊length of center lineof AAA袁Lcen冤遥 在容积重建图像上袁人工识别瘤体的起始位置袁以此为测量起始点袁选用长度测量工具袁并直线下至瘤体终末端袁其显示的长度作为瘤体直线范围渊length of z-axial line of AAA袁Lline冤遥 在前述的 Dmax层面袁 测量瘤腔中心至瘤壁的最大距离渊maximal distance from the wall to sac center of AAA袁Dmaxc冤和最小距离渊minimal distance from the wall tosac center of AAA袁Dminc冤遥 利用前述的相应测量数值分别计算瘤体最大直径与健康主动脉直径比值渊Dmax/DAO冤尧 瘤体最大直径与瘤颈直径比值渊Dmax/Dneck冤尧标准化动脉瘤范围渊normalized length of AAA袁Lnor=Lline伊Dmax/Dneck冤尧瘤体曲率渊Lcen/Lline冤尧偏心指数渊Dmaxc/Dminc冤咱11,13暂遥1.4流体力学分析随机从破裂组和完整组中各选取 1 例 CTA影像资料遥 使用 Mimics 软件完成 CT 数据的 AAA三维建模袁并通过 Ansys ICEM 对三维模型进行网格片划分遥血液被认为是不可压缩的牛顿流体遥血液的密度和动态黏度分别定义为 1050 kg/m3和3.5伊10-3kg/m 窑 s咱10暂遥 利用 ANSYS FLUENT渊20.0版冤对纳维斯托克方程进行求解袁 得到数值解遥 AAA瘤体力学分析获取血流模式尧 平均壁剪切力渊averaged wall shear stress袁WSSave冤尧 最大壁剪切力渊maximal wall shear stress袁WSSmax冤尧 低壁剪切力面积渊areas of low wall shear stress袁AlowWSS冤尧动脉瘤压降渊吟P=瘤体入口处压力-瘤体出口处压力冤尧最大冲击压力渊maximal impingement pressure袁Pmax冤和冲击压力增量渊impingement pressure increase袁Pimp=瘤体最大压力-瘤体入口处压力冤流体力学参数咱6暂遥血流模式划分为 3 种类型院玉型袁多漩涡非螺旋的主流通道曰域型袁单漩涡非螺旋主流通道曰芋型袁螺旋涡的螺旋主流通道咱6暂遥1.5统计学分析数据分析使用 SPSS 26.0 统计软件包遥 连续变量资料使用 Shapiro-Wilk 进行正态性检验袁 正态分布表示为均数依标准差渊曾 依 泽冤袁偏态分布表示为中位数渊四分位间距冤咱M渊Q1袁Q3冤暂曰计数资料用频数或百分比表示遥 使用 t 检验尧Mann-Whitney U检验或卡方检验比较两组基线资料和几何形态学指标量值的差异遥 使用二元 Logistic 回归分析筛选影响 AAA 破裂的几何形态学因素及其影响权重遥建立仅以最大径作为自变量的单变量常规模型袁以及以最大径和单因素筛选后的复合指标为自变量的多变量新模型袁分析两种模型对破裂风险评估的一致性遥 P约0.05 为差异具有统计学意义遥2结果2.1一般资料比较所有患者均顺利完成 CTA 检查以及几何形态学的影像定量评估遥 iAAA 组和 rAAA 组出现附壁血栓的比例分别为 31.6%渊6/19冤和 13.64%渊3/22冤袁差异无统计学意义渊x2=0.542袁P跃0.05冤遥iAAA 组和 rAAA 组患者一般资料无统计学差异渊P跃0.05冤渊表 1冤遥2.2几何形态学单因素分析iAAA 组和 rAAA 组 DAO尧偏心指数和瘤体曲率的差异均无统计学意义渊t=0.162尧1.228袁Z=1.228袁P跃0.05冤遥 但 rAAA 组的 Dneck尧Dmax尧Dmax/DAO尧Dmax/Dneck尧Lnor分别较完整组高约 15.53%尧61.31%尧62.82%尧39.78%尧110.85%袁差异均具有统计学意义渊P约0.05冤渊表 2冤遥2.3破裂风险的模型和分类准确性仅将 Dmax纳入自变量的单变量常规二元逻辑回 归模型 显示袁Dmax影响破裂风险的 OR 值为5.660袁95%CI院2.396耀13.369渊P约0.05冤遥 将单因素一般资料年龄/岁男性（%）BMI/（kg/m2）高血压糖尿病吸烟血脂异常COPD冠心病AF脑卒中PADCRF完整组72.40依8.8319（76.00%）72.04依8.5418（72.00%）5（20.00%）8（32.00%）12（48.00%）2（8.00%）4（16.00%）4（16.00%）4（16.00%）6（24.00%）2（8.00%）破裂组72.04依8.5419（76.00%）22.70依1.7418（72.00%）2（8.00%）10（40%）15（60.00%）2（8.00%）6（24.00%）2（8.00%）3（12.00%）5（20.00%）3（12.00%）统计量0.147b0.000a1.231b0.000a0.664a0.317a0.725a0.000a0.500a0.200a0.000a0.117a0.000aP 值0.8841.0000.2241.0000.4150.5560.3951.0000.4800.6551.0000.7731.000表 1AAA 完整组和破裂组患者一般资料比较（曾依泽）、n（%）注院BMI院体重指数曰COPD院慢性阻塞性肺部疾病曰AF院心房纤维颤动曰PAD院外周动脉疾病曰CRF院慢性肾功能不全遥a院卡方检验曰b院独立样本t检验遥104影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑形态学指标DAODneckDmaxDmax/DAODmax/DneckLnor瘤体曲率偏心指数完整组2.38依0.372.06依0.033.67依0.681.56依0.341.81依0.3810.78依4.591.11（1.08,1.23）0.28依0.16破裂组2.36依0.292.38依0.505.92依1.502.54依0.672.53依0.6222.73依11.081.17（1.11,1.25）0.34依0.18统计量0.162a2.563a6.947a6.567a4.952a4.982a-0.787b1.228aP 值0.8720.0140.0000.0000.0000.0000.4310.225表 2AAA 完整组和破裂组患者瘤体几何形态学单因素分析（曾 依 泽）、M（Q1，Q3）注院DAO院健康主动脉直径曰Dneck院瘤颈直径曰Dmax院腹主动脉瘤最大直径曰Dmax/DAO院腹主动脉瘤最大直径/健康主动脉曰Dmax/Dneck院腹主动脉瘤瘤体横断面最大直径/瘤颈直径曰Lnor院 标准化动脉瘤范围遥a院独立样本 t 检验曰b院Mann-Whitney U 检验遥分析中具有统计学差异的几何形态学指标袁Dneck尧Dmax尧Dmax/DAO尧Dmax/Dneck和 Lnor与 AAA 是否破裂进行二元逻辑回归分析遥 在包含几何形态学复合指标的多变量新模型中袁除 Dmax外渊OR=1.824袁95%CI院1.459耀6.251袁P约0.05冤袁Dmax/DAO也是 AAA 破裂的独立影响因素渊OR=4.039曰95%CI院3.261耀9.155袁P约0.05冤袁而 Dneck尧Dmax/Dneck和 Lnor量值的增加袁并不加大 AAA 的破裂风险渊图 1冤遥根据预测概率 50%袁 患者被分类为破裂和完整 AAA遥 仅包含 Dmax的单变量常规模型的正确分类 AAA 完整和破裂均为 88%袁 总体百分比为88.0%曰纳入复合型形态学指标的多变量新模型的正确分类 AAA 完整和破裂分别为 96%和 92%袁总体百分比为 94%遥2.4流体力学参数定量经对随机选取的两例 AAA 患者的流体力学分析袁完整和破裂 AAA 血流模式分别为域型和芋型曰rAAA 的 WSSave尧WSSmax尧AlowWSS尧吟P尧Pmax尧Pimp均高于 iAAA袁分别为 0.278 Pa 比 0.154 Pa尧3.596 Pa 比0.667 Pa尧73.9 cm2比 67.8 cm2尧42.52 比 7.364尧44.56 Pa 比 6.567 Pa尧2.038 Pa 比 0.79 7Pa遥 两例AAA 的流体力学分析云图见图 2尧3遥3讨论本研究构建了包含几何形态学复合指标的新模型评估 AAA 破裂风险袁 并进行流体力学分析遥结果显示袁Dmax和 Dmax/DAO是 AAA 破裂风险的独立影响因素曰流体力学分析显示袁芋型血流模式及相对较高的流体力学参数可能增加了 AAA 破裂风险遥3.1形态学特征对 AAA 破裂风险的影响AAA 破裂伴随多种形态学特征的变化咱8,11,14,15暂遥在本研究结果中袁这些变化对 AAA 破裂风险的影响体现在形态学特征量值的增加遥 这些量值的增加契合瘤壁强度下降而导致瘤体破裂的病理过程咱17暂遥因此袁量值的增加可能增加 AAA 的破裂风险遥 在复合指标上袁本研究结果与 Chisci 等咱9暂的研究相似咱14-16暂袁提示比值可能是更好的 AAA 破裂风险个体化评估指标遥但与 Muluk 等咱14暂的研究不同袁笔者并未发现瘤体曲率和偏心指数增加导致 AAA 的图 1包含最大直径和几何形态学复合指标的二元 Logistic 回归分析，Dmax和 Dmax/DAO是腹主动脉瘤破裂风险的独立影响因素，Dneck、Dmax/Dneck和 Lnor并不显著影响腹主动脉瘤破裂风险。1105影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑咱员暂图 2男，62 岁，完整动脉瘤。a)域型血流模式；b)WSS 分布云图，最大瘤壁剪切力 0.667Pa；c)瘤壁冲击压力云图，最大冲击压力 6.567 Pa。图 3男，58 岁，破裂动脉瘤。a)芋型血流模式；b)WSS 分布云图，最大瘤壁剪切力3.596 Pa；c)瘤壁冲击压力云图，瘤壁最大冲击压力 44.56 Pa（参见封面彩图）。2b2a2c3b3a3c破裂风险上升遥 其原因可能在于该研究形态学特征量值的获取基于内部开发软件咱14暂袁并且两项研究之间样本量差异也可能是原因之一遥 在多因素分析中袁 笔者发现袁 除 Dmax外袁Dmax/DAO也是 AAA破裂风险的独立影响因素袁 并且影响权重高于Dmax遥该结果表明袁使用 Dmax/DAO复合指标可能更有利于评估 AAA 破裂风险袁 同时也揭示了 AAA 破裂风险受多种因素影响遥 此外袁笔者还发现袁包含复合指标的多变量新模型的分类准确性相对较高袁能更好地预测 AAA 破裂风险遥 因此袁在 Dmax基础上增加复合型形态学特征预测 AAA 破裂风险袁对于 AAA 患者的定期监测和择期手术患者的选择具重要的意义遥3.2AAA 的流体力学分析除几何形态学外袁流体力学的变化也是 AAA破裂的重要影响因素咱6,9,10,17暂遥 与 Qiu 等咱10暂的研究相似袁 本研究流体力学分析显示袁rAAA 表现为芋型血流模式袁 并且 WSSmax尧AlowWSS尧吟P较 iAAA 增高遥 分析其原因袁尽管较高的 WSS 有利于 AAA 的保护咱9暂袁但其保护作用可能不及血流模式改变和AlowWSS的增加对瘤壁破裂的促进作用袁并且较高的冲击压力渊Pmax和 Pimp冤和吟P更是加速了瘤壁破裂的进展遥因此袁结合形态学和流体力学参数有助于AAA 破裂风险的个体化评估遥本研究有一些局限性院首先袁本研究是单中心回顾性的设计袁可能存在病例选择偏倚曰其次袁本研究未包括肾上型或肾旁型 AAA尧 囊状动脉瘤袁这类动脉瘤破裂风险的评估尚需进行专项研究曰最后袁本研究样本量较小袁多因素逻辑回归新模型能更好预测 AAA 破裂的结果袁需要增加样本量进一步验证遥综上所述袁除 Dmax外袁Dmax/DAO也是腹主动脉瘤破裂风险的独立影响因素曰包含腹主动脉瘤复合型形态学特征的多变量新模型可提高腹主动脉瘤分类的准确性袁 几何形态学与流体力学分析相结合有助于腹主动脉瘤破裂风险的个体化评估遥4参考文献ALTOBELLI E,RAPACCHIETTA L,PROFETA V F,et al.Risk factors for abdominal aortic aneurysm in population-basedstudies:a systematic review and meta-analysis咱J暂.Int J EnvironRes Public Health,2018,15(12):2805.106影像诊断与介入放射学 圆园24 年第 33 卷第 2 期窑窑WANHAINEN A,VERZINI F,VAN HERZEELE I,et al.Editor爷s Choice-European Society for 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