Численное исследование влияния стеноза внутренних сонных артерий на гемодинамику артерий виллизиевого круга
Автор: Доль А.В., Иванов Д.В., Бахметьев А.С., Киреев С.И., Майстренко Д.Н., Гудзь А.А.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 4 (94) т.25, 2021 года.
Бесплатный доступ
Современные авторы утверждают, что стеноз сонных артерий приводит к изменению кровотока в виллизиевом круге, что может способствовать формированию аневризм. Было обнаружено, что до 3,2 % пациентов со стенозом сонных артерий имеют ассоциированные аневризмы сосудов головного мозга. Более того, известно, что выполнение хирургического вмешательства по удалению стенозов сонных артерий может привести к уменьшению размеров аневризм головного мозга или их полному исчезновению. В связи с этим возникает проблема изучения влияния стеноза сонных артерий на развитие аневризм сосудов головного мозга человека. В работе выполнено биомеханическое исследование гемодинамики передней соединительной и задней соединительной артерий для различных вариантов строения виллизиевого круга в сочетании с атеросклеротическими бляшками сонных артерий. На основании данных компьютерной ангиографии было построено и проанализировано 45 моделей виллизиевого круга и сонных артерий с различной степенью стеноза и локализацией атеросклеротических бляшек. Численное моделирование нестационарного кровотока в виллизиевом круге и сонных артериях проводилось в Ansys CFX . Были проанализированы касательные напряжения на стенках передней и задней соединительных артерий, а также массовые кровотоки по этим артериям. Оценивалось влияние степени стеноза сонных артерий, а также их сочетания с патологиями в виллизиевом круге на изменение касательных напряжений на стенке и массовых кровотоков в соединительных артериях. Выявлены наиболее опасные сочетания стенозов сонных артерий и типов артериального круга головного мозга, повышающие риск развития аневризм соединительных артерий.
Windkessel, кровоток, виллизиев круг, гемодинамика, сонная артерия, виндкессель, атеросклероз, граничные условия
Короткий адрес: https://sciup.org/146282397
IDR: 146282397 | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2021.4.01
Список литературы Численное исследование влияния стеноза внутренних сонных артерий на гемодинамику артерий виллизиевого круга
- Доль А.В., Иванов Д.В. Разработка программы полуавтоматической сегментации изображений для создания трехмерных моделей сосудов головного мозга // Российский журнал биомеханики. - 2017. -Т. 21, № 4. - С. 448-460. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2017.4.12
- Доль А.В., Иванов Д.В., Бахметьев А.С., Майстренко Д.Н., Единова М.В., Рыкова А.Ю. Граничные условия на выходах при численном моделировании гемодинамики сонной артерии // Российский журнал биомеханики. - 2021. - Т. 25, № 1. - С. 20-31. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2021.1.02
- Иванов Д.В. Исследование артерий виллизиевого круга человека в норме и при патологии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. -2010. - Т. 10, вып. 1. - С. 35-44.
- Иванов Д.В., Доль А.В., Кузык Ю.И. Биомеханические основы прогнозирования протекания каротидного атеросклероза // Российский журнал биомеханики. - 2017. - Т. 21, № 1. - С. 29-40. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2017.1.03
- Alnaes M.S., Isaksen J., Mardal K.A. Computation of hemodynamics in the circle of Willis // Stroke. -2007. - Vol. 38, no. 9. - P. 2500-2505. DOI: 10.1161/STR0KEAHA.107.482471
- Andrews B.T., Edwards M.S., Gannon P. Acutely thrombosed aneurysm of the middle cerebral artery presenting as intracranial hemorrhage in a 3-year-old child. Case report // J. Neurosurg. - 1094. - Vol. 60, no. 6. - P. 1303-1307. DOI: 10.3171/jns.1984.60.6.1303
- Arambepola P.K., McEvoy S.D., Bulsara K.R. De novo aneurysm formation after carotid artery occlusion for cerebral aneurysms // Skull Base. - 2010. - Vol. 20, no. 6. - P. 405-408. DOI: 10.1055/s-0030-1253578
- Ballotta E., Da Giau G., Manara R., Baracchini C. Extracranial severe carotid stenosis and incidental intracranial aneurysms // Ann. Vasc. Surg. - 2006. - Vol. 20, no, 1. - P. 5-8. DOI: 10.1007/s10016-005-5438-3
- Banga P.V., Varga A., Csobay-Novak C., Kolossvary M., Szanto E., Oderich G.S., Entz L., Sotonyi P. Incomplete circle of Willis is associated with a higher incidence of neurologic events during carotid eversion endarterectomy without shunting // Journal of Vascular Surgery. - 2018. - Vol. 68, no. 6. - P. 1-8. DOI: 10.1016/j.jvs.2018.03.429
- Cantore G., Santoro A., Da Pian R. Spontaneous occlusion of supraclinoid aneurysms after the creation of extra-intracranial bypasses using long grafts: Report of two cases // Neurosurgery. - 1999. - Vol. 44, no. 1. P. - 216-219. DOI: 10.1097/00006123-199901000-00132
- Cebral J.R., Castroa M., Sotoa O., Lohnera R., Yimb P.J., Alperin N. Finite Element Modeling of the Circle of Willis from Magnetic Resonance Data // Medical Imaging. - 2003. - Vol. 5031. - P. 11-21. DOI: 10.1117/12.480317
- Feigin V.L., Rinkel G.J., Lawes C.M., Algra A., Bennett D.A., Anderson C.S. Risk factors for subarachnoid hemorrhage: an updated systematic review of epidemiological studies // Stroke. - 2005. - Vol. 36, no. 12. -P. 2773-2780. DOI: 10.1161/01.STR.0000190838.02954.e8
- Ferrandez A., David T., Bamford J., Scott J., Guthrie A. Computational models of blood flow in the Circle of Willis // Comp. Meth. Biomech. Biomed. - 2000. - Vol. 4, no. 1. - P. 1-26. DOI: 10.1080/10255840008907996
- Goksu E.O., Kog P., Kugukseymen E., Unal A., Geng F., Gencer E.S., Yaman A. The association of the circle of Willis anomaly and risk of stroke in patients with carotid artery disease // Arquivos de Neuro-Psiquiatria. - 2017. - Vol. 75, no. 7. - P. 429-432. DOI: 10.1590/0004-282X20170054
- Haque R., Kellner C., Solomon R.A. Spontaneous thrombosis of a giant fusiform aneurysm following extracranial-intracranial bypass surgery // J. Neurosurg. - 2009. - Vol. 110, no. 3. - P. 469-474. DOI: 10.3171/2007.12.17653
- Housepian E.M., Pool J.L. A systematic analysis of intracranial aneurysms from the autopsy file of the Presbyterian Hospital, 1914 to 1956 // J. Neuropathol. Exp. Neurol. - 1958. - Vol. 17, no. 3. - P. 409-423. DOI: 10.1097/00005072-195807000-00001
- Ivanov D., Dol A., Pavlova O., Aristambekova A. Modeling of human circle of willis with and without aneurisms // Acta of Bioengineering and Biomechanics. - 2014. - Vol. 16, no. 2. - P. 121-129.
- Johansson E., Aviv R. I., Fox A.J. Atherosclerotic ICA stenosis coinciding with ICA asymmetry associated with Circle of Willis variations can mimic near-occlusion // Neuroradiology. - 2020. - Vol. 62, no. 1. -P. 101-104. DOI: 10.1007/s00234-019-02309-7
- Kwak H.S., Hwang S.B., Chung G.H., Lee S.Y. Pattern of circle of Willis between normal subject and patients with carotid atherosclerotic plaque // Neurology. - 2012. - Vol. 20, no. 1. - P. 7-14.
- Li Y., Payner T.D., Cohen-Gadol A.A. Spontaneous regression of an intracranial aneurysm after carotid endarterectomy // Surg. Neurol. Int. - 2012. - Vol. 3, no. 6. DOI: 10.4103/2152-7806.97168
- Lin W., Ma X., Deng D., Li Y. Hemodynamics in the Circle of Willis with Internal Carotid Artery Stenosis under Cervical Rotatory Manipulation: A Finite Element Analysis // Medical Science Monitor. - 2015. -Vol. 21. - P. 1820-1826. DOI: 10.12659/MSM.892822
- Milton R.C. An extended table of critical values for the Mann-Whitney (Wilcoxon) two-sample statistic // Journal of the American Statistical Association. - 1964. - Vol. 59. - P. 925-934.
- Qiao Y., Fan J., Ding Y., Luo P.K., Zhu T. A primary computational fluid dynamics study of pre- and post-TEVAR with intentional left subclavian artery coverage in a type B aortic dissection // J. Biomech. Eng. -2019. - Vol. 141. DOI: 10.1115/1.4043881
- Senn P., Krauss J.K., Remonda L., Godoy N., Schroth G. The formation and regression of a flow-related cerebral artery aneurysm // Clin. Neurol. Neurosurg. - 2000. - Vol. 102, no. 3. - P. 168-172. DOI: 10.1016/s0303-8467(00)00085-8
- Shin H.P., Lee S.H., Koh J.S. Asymptomatic penetration of the oculomotor nerve by a de novo aneurysm associated with severe atherosclerotic stenosis of the supraclinoid internal carotid artery // J. Korean Neurosurg. Soc. - 2014. - Vol. 56, no. 1. - P. 48-50. DOI: 10.3340/jkns.2014.56.1.48
- Suh B.Y., Yun W.S., Kwun W.H. Carotid artery revascularization in patients with concomitant carotid artery stenosis and asymptomatic unruptured intracranial artery aneurysm // Ann. Vasc. Surg. - 2011. -Vol. 25, no. 5 - P. 651-655. DOI: 10.1016/j.avsg.2011.02.015
- Thubrikar M.J. Vascular mechanics and pathology. - N.Y.: Springer Science+Business media, 2007. -494 p.
- Varga A., Di Leo G., Mihaly Z., Panajotu A., Sotonyi P. Association of circle of Willis variants and carotid plaque morphology with cerebral infracts in carotid endarterectomy subjects // European Society of Radiology. - 2019. - P. 1-19. DOI: 10.26044/ecr2019/C-1137
- Westerhof N., Lankhaar J.-W., Westerhof B.E. The arterial Windkessel // Med. Biol. Eng. Comput. -2009. - Vol. 47, no. 2. - P. 131-141. DOI: 10.1007/s11517-008-0359-2
- Zhou C., Yuan C., Li R., Wang W., Li C., Zhao X. Association between incomplete circle of Willis and carotid vulnerable atherosclerotic plaques a chinese atherosclerosis risk evaluation study // Arterioscler Thromb. Vasc. Biol. - 2018. - Vol. 38, no. 11. - P. 2744-2749. DOI: 10.1161/ATVBAHA.118.311797
- Zhu G., Yuan Q., Yang J., Yeo J.H. The role of the circle of Willis in internal carotid artery stenosis and anatomical variations: a computational study based on a patient-specific three-dimensional model // BioMed. Eng. OnLine. - 2015. - Vol. 14, no. 107. DOI: 10.1186/s12938-015-0105-6
