نقش دینامیک سیال و التهاب در تشکیل آنوریسم داخل جمجمه

گروه علوم و مهندسی مواد (A. S. T.) ، موسسه فناوری ماساچوست ، کمبریج ، MA ؛بخش علوم و فناوری بهداشت (A. S. T. ، E. R. E.) ، انستیتوی فناوری ماساچوست ، کمبریج ، MA و بخش قلبی عروقی ، گروه پزشکی (E. R. E.) Brigham and Women ، Boston ، MA ؛گروه نورورادیولوژی مداخله ای ، نورولوژیک Hôpital Pier Wertheimer ، Bron ، France (F. T.) و Institut Des Neuroscience Cognitives ، CNRS ، Bron ، France (F. T.)

آدرس مکاتبات: Elazer R. Edelman ، MD ، دکترا ، بخش علوم و فناوری بهداشت ، موسسه فناوری ماساچوست ، 45 Carleton ST Room E25-438 ، Cambridge ، MA ، 02142 ، تلفن: 617-253-1569 ، نمابر: 617-253-2514 ، ude. tim@ere

نسخه نهایی ویرایش شده ناشر این مقاله در گردش موجود است

خلاصه

ظهور التهاب به عنوان واسطه اصلی آنوریسموژنز فرصت های جدیدی را برای درک فرآیندهای اساسی توسعه آنوریسم های داخل جمجمه (IA) فراهم می کند. التهاب تأثیرات سه گانه تغییرات در جریان محلی ، خصوصیات مکانیکی دیوار و واسطه های بیوشیمیایی را متحد می کند و راه های جدیدی را برای ساختن ابزارهای پیش بینی کننده قوی باز می کند. این بررسی در مورد تأثیر آبشار التهابی در حین تشکیل آنوریسم های داخل جمجمه و تغییرات مورفولوژیکی ، ساختاری و مکانیکی مرتبط با آن به ویژه در تنظیم اختلال عملکرد اندوتلیال ناشی از جریان بحث می کند.

واژه های کلیدی: آنوریسم داخل جمجمه ، مکانیک ، بازسازی ، التهاب ، پویایی سیال محاسباتی

نمای کلی از بیماری

آنوریسم های داخل جمجمه پویا اما ساکت هستند و به همین ترتیب شیوع واقعی آنها مشخص نیست و اولین تظاهرات ممکن است فاجعه بار باشد. مرگ و میر و عوارض زیاد است: پارگی آنوریسم ناگهانی و در عوارض جانبی وی ویرانگر است. خونریزی سابراچنوئید (SAH) یک نتیجه شایع از پارگی IA است که در آن رخ می دهد~1/10،000 1 در جمعیت عمومی ، ترجمه می شود~30،000 مورد جدید سالانه ، فقط در ایالات متحده. دوازده درصد از این بیماران قبل از توجه پزشکی می میرند ، 40 ٪ از بیماران بستری در طی یک ماه می میرند و بیش از یک سوم بازماندگان با نقص عصبی دائمی 2 باقی مانده اند. با این حال ، شروع ، انتشار و پارگی آنوریسم ضعیف است و مانع از درمان بهینه می شود.

سه گزینه برای مدیریت IA بدون وقفه در دسترس است: پیگیری نظارت شده ، قطع جراحی یا انسداد اندوواسکولار. مشاهده و نظارت بر این فرض می کند که یک علامت پیشین یا آستانه ابعادی بحرانی برای بی ثبات سازی وجود دارد و قبل از خرابی فاجعه بار ، زمان کافی برای هشدار وجود دارد - اما ممکن است درست باشد. اولین شواهد بالینی از بی ثبات سازی IA ممکن است پارگی کامل باشد و مشخص نیست که آیا اندازه به تنهایی یا میزان تغییر بعدی تعیین کننده است. همبستگی تصاویر آناتومیک استاتیک و ارائه بالینی با تجربه گذشته چالش برانگیز و مبهم است. در عین حال مداخلات جراحی و اندوواسکولار بدون عوارض قابل توجهی نیستند. مطالعه بین المللی آنوریسم داخل جمجمه 3 (ISUIA) مداخلات را توصیه می کند که IA بیش از 7 میلی متر قطر باشد اما تصاویر پی در پی به ندرت به دلیل بار تحمیل شده بر بیمار و/یا اجرای LAX پیگیری های دوره ای بدست می آیند. بنابراین بینش مکانیکی کمی برای پیش بینی سرنوشت IA از اصول اول مانند تغییر در ابعاد شریانی ، ویژگی های جریان و غیره و مجموعه داده های تجربی محدود برای مقایسه وجود دارد. تصمیمات بالینی غالباً در مواجهه با داده های پراکنده و مقایسه با ضایعات محمول یا شرایط بالینی قابل اجرا ، و انتخاب های درمانی باعث ایجاد تجارت بین خطرات رویه ای و احتمال SAH می شود. درک منشاء و فیزیولوژی IA و به ویژه نقش در حال ظهور التهاب و تعامل با نیروهای مکانیکی و جریان ضروری است.

خصوصیات مکانیکی و جریان آنوریسم داخل جمجمه

درک فعلی از تاریخ طبیعی IA ، از جمله رشد و پارگی و تا حدی کمتر ، کلید مکانیکی دیواره عروقی را در نظر بگیرید. رشد در نظر گرفته می شود که ناشی از ترکیبی از تکثیر سلولی و جابجایی دیواره است در حالی که پارگی هنگامی رخ می دهد که تنش ناشی از فشار خون بیش از استحکام دیواره آنوریسمال باشد ، نتیجه تخریب دیواره. علاوه بر این ، مقادیر کمی از خصوصیات مکانیکی برای شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مورد نیاز است.

طول عمر آنوریسم را می توان به سه مرحله جداگانه تقسیم کرد: شروع ، رشد و پارگی. در هر یک از این مراحل ، جریان خون از طریق تبدیل محرکهای مکانیکی به سیگنالینگ بیولوژیکی 4 ، 5 نقش مهمی ایفا می کند. ماهیت کانونی ضایعات ، که ترجیحاً در bifurcations یا منحنی های تیز 6 قرار دارد ، از نقش همودینامیک در زیست شناسی IA پشتیبانی می کند. جریان یک فرآیند اصلی در بسیاری از مؤلفه های تشکیل آنوریسم است. جریان تعیین می کند که سلولهای التهابی در کجا چسبیده اند و چگونه اندوتلیوم و سلولهای اندوتلیال آن به التهاب موضعی 7-9 پاسخ می دهند. اندوتلیوم سطح بین سطحی اصلی با خون جاری است و سلولهای اندوتلیال سنسورهای برتر برشی از بالا و کرنش از زیر 10 هستند. یک اندوتلیوم دست نخورده و جریان لامینار نزدیک به پارابولیک "طبیعی" از طریق ترشح کنترل شده از آرایه ای از عوامل ضد ترومبوتیک و ضد التهابی ، هموستاز عروقی را بیمه می کند. با این حال ، این تعادل شکننده را می توان با محرکهای خارجی که جریان را تغییر داده و به دیواره کشتی آسیب می رساند ، خارج شود. برتری IA در شکاف ها و بخش هایی با انحنای بزرگ با الگوهای جریان آشفته که توسط نوسانات بزرگ در استرس برشی مشخص می شود ، ارتباط دارد. ماهیت کانونی تظاهرات IA از نقش جریان به عنوان نیروی محرک التهاب پشتیبانی می کند. هنگامی که به آنوریسم عروقی اعمال می شود ، ما تصور می کنیم که جریان های محافظت کننده آنوریسم و حالت های دیواری با وجود تعداد زیادی از سلولهای التهابی در گردش ، هموستاز عروقی را در سراسر درخت مغزی حفظ می کنند ، در حالی که شکل موج های مستعد آنوریسم مسئول بازسازی و التهاب هستند. شروع IA تعامل پیچیده ای از مکانیک ، دینامیک سیال و زیست شناسی است. تغییرات در استرس برشی ممکن است مورد نیاز باشد اما برای توضیح پاتوژنز IA کافی نیست. در عوض ، ما اختلالات جریان آناتومیکی محور در عروق مغزی را محرک می دانیم که بر روی بستر ناهمگونی ژنتیکی عمل می کند و بر سایر نشانه های محیطی قرار می گیرد تا بر سینتیک پیشرفت بیماری تأثیر بگذارد.

خون فشار و فشار برشی دیواره را روی لومن اعمال می کند (شکل 1) ، اما فشار اوج به تنهایی برای توضیح شروع آنوریسم های داخل جمجمه کافی نیست. فشار اضافی اعمال شده برای IA از جت جت فقط است~1 میلی متر جیوه ، 1-2 ٪ از فشار اوج 11. در این بررسی ، ما در مورد پیامدهای بیولوژیکی تغییرات فشار در تشکیل IA بحث نخواهیم کرد. سایر خصوصیات بدنی جریان ، مانند استرس برشی دیواری (WSS) یا شیب WSS باید نقش داشته باشد ، مشابه سایر بیماریهای قلبی عروقی به عنوان مثال. هیپرپلازی انتیما 12. سلولهای اندوتلیوم عروقی به جریان 13 ، 14 محرک مکانیکی تبدیل به فرآیندهای بیولوژیکی پاسخ می دهند. بنابراین ، اندازه گیری یا تخمین خصوصیات بدنی جریان مغزی برای مطالعه IA بسیار مهم است. با این حال ، جعبه ابزار محقق در مقابل اندازه گیری های داخل بدن از جریان محدود است. تصویربرداری رزونانس مغناطیسی فاز-کنتراست (PC-MRI) امکان اندازه گیری زمینه های سرعت را فراهم می کند ، اما وضوح مکانی و زمانی آن بسیار کم است تا عملاً WSS 15 را محاسبه کند. دینامیک سیال محاسباتی می تواند تصویربرداری و داده های فیزیولوژیکی را تقویت کند تا یک روش مناسب برای تعیین کمیت پارامترهای جریان خاص بیمار فراهم شود. ترکیبی از تصویربرداری متوالی و شبیه سازی جریان خون می تواند برای ردیابی مناطق رشد استفاده شود. با گذشت سالها ، روشهای CFD با دقت و قدرت به دست آمده است و پیشرفت از هندسه 2D ایده آل 16 به مشکلات خاص بیمار با دیوارهای غیر سفت و سخت را امکان پذیر می کند.

جریان و استرس برشی دیواری.

خون جاری دو نوع استرس را روی بستر عروق اعمال می کند: فشار ، که به لومن طبیعی عمل می کند و می تواند بر فیزیولوژی اندوتلیوم و تنش سلولهای عضلانی صاف (SMC) و استرس برشی دیواری یا استرس برشی اندوتلیال تأثیر بگذارد. تنش برشی دیواری با نیروی در واحد واحد اعمال شده توسط خون در جهت مماس به دیوار مطابقت دارد. همچنین به عنوان محصول ویسکوزیته ، اصطکاک بین لایه های جریان با سرعت های مختلف و میزان برشی تعریف شده است. به طور کلی و هنگامی که جریان پارابولیک بر جریان خون حاکم است می تواند به عنوان یک سری خطوط جریان موازی در نظر گرفته شود که سرعت آن در خط مرکزی و صفر در دیوارها حداکثر است. تغییر سرعت به طور معکوس ، حداکثر در دیوارها و صفر در خط مرکزی دنبال می شود. نرخ برشی میزان تغییر سرعت را به عنوان فاصله از دیوار توصیف می کند. استرس برشی دیواری و میزان محاسبه شده از مشتق سرعت در طول حوزه سیال به ویژه در مطالعه بیماری های عروقی جالب است زیرا EC به تغییرات در WSS پاسخ می دهد ، فنوتیپ های مختلف و فرآیندهای بیولوژیکی را انتخاب می کند.

دینامیک سیالات محاسباتی

دینامیک سیالات محاسباتی در دهه 1930 به عنوان شاخه ای از مکانیک های سیال برای حل مشکلات بسیار پیچیده برای راه حل های تحلیلی پدیدار شد. CFD مبتنی بر تقسیم استراتژیک یک دامنه سیال به عناصر کوچک ، معمولاً چهار ضلعی یا هگزاترون است. معادلات که مکانیک سیال را در هر عنصر تعریف می کنند ، عناصر همسایه را با شرایط مرزی برای معادلات حالت خود فراهم می کنند و در صورت اتصال ، نمای یکپارچه از پویایی سیال سیستم را ارائه می دهند. کیفیت نتایج به پارامترهای زیادی از جمله استراتژی پارتیشن بندی و تعداد عناصر مورد استفاده برای تقسیم دامنه سیال (مش ، شکل 2) ، شرایط مرزی اصلی ، الگوریتم مورد استفاده برای حل معادلات و زمان بین هر محاسبه بستگی دارد.، در مورد یک شبیه سازی وابسته به زمان. همانطور که بعداً در این بخش به تفصیل مورد بحث قرار گرفت ، هندسه عروق ، شرایط مرزی سیال ، قوانین سازنده ای که استحکام و خون رگ را توصیف می کند ، به طور جمعی میزان دقت محلول را تعیین می کند و باید مراقبت های اضافی را برای تولید راه حلی انجام داد. با سطح درک پدیده بیولوژیکی مورد مطالعه مطابقت دارد.

نمونه مش تولید شده برای تجزیه و تحلیل دینامیک سیال محاسباتی در یک مدل IA مرز سفت و سخت. اندازه عناصر مش ، ترتیب و توپولوژی دقت محلول و همگرایی و سرعت الگوریتم حل را شرط می کند. در اینجا ما از چهار ضلعی در مرکز لومن و هگزاترون های کوچکتر در حاشیه استفاده می کنیم تا تغییرات کوچکتر در نزدیکی لایه مرز سیال را به خود اختصاص دهیم.

مدل سازی جریان خون آنوریسم داخل جمجمه به تأیید و توضیح نقش همودینامیک در پاتوژنز IA کمک کرده است - هرچند که باید کارهای زیادی انجام شود. آگاهی از خصوصیات مکانیکی IA برای دور زدن استفاده از مرزهای سفت و سخت در شبیه سازی های کلاسیک مورد نیاز است ، اما تعداد کمی از داده های مربوطه در دسترس است. تا به امروز ، هیچ روشی نمی تواند به طور قابل اعتماد خصوصیات مکانیکی دیواره آنوریسم را در داخل بدن اندازه گیری کند. گرفتن خصوصیات مکانیکی ضایعات مغزی عروق سابق به دلیل ضرورت دستکاری 18 کوچک ، بسیار ناهمسانگرد ، و نمونه های بافت تازه انسان از در دسترس بودن محدود به همان اندازه چالش برانگیز است - حفظ با تثبیت برای تجزیه و تحلیل بعدی گزینه ای نیست زیرا خواص مکانیکی بافت در آن اصلاح می شودپردازشعلاوه بر این ، اگرچه نقشه ای از ضخامت نمونه برای ترجمه نیرو به استرس لازم است ، اما هیچ روش معتبری برای نقشه برداری ضخامت در داخل بدن وجود ندارد ، که در فضا متفاوت است - از 16 تا 500 میکرون در حالت تخلیه نشده 19 ، 20 - و زماندر طول پیشرفت بیماری.

تعداد کمی از مطالعات منتشر شده از خصوصیات مکانیکی IA 18 ، 21-23 گزارش کرده اند. مواردی که به طور کلی در آزمایشات تنش یک محوره یا دو محوره برای اندازه گیری استرس بحرانی بافت گزارش کرده اند. مک دونالد و همکاران. رفتار هر برگه کلاژن را در IA اندازه گیری کرد تا ارزشهای جهانی را استنباط کند. آنها کار را در رابطه با تحریکات کلاژن با خصوصیات مکانیکی پارچه 24 سازگار کردند و ناهمسانگردی قابل توجهی را گزارش کردند. با این حال ، رابطه مرتبط با استرس بحرانی به تجمع از آزمایشات روی بافت اسکار ، که احتمالاً برای آنوریسم ها دقیق نیست. علاوه بر این نمونه های بافت از کالبد شکافی به دست آمد (جدول 1). مخلوط کردن منبع بافت-تازه و پس از مرگ-و حفظ پس از رزکت ، دقت مطالعه را کاهش می دهد زیرا بافت به سرعت یکپارچگی مکانیکی خود را از دست می دهد 25. در مقایسه ، مونسون و همکاران. 26 خواص مکانیکی شریان های مغزی سالم را در هر دو بار استاتیک و پویا یک محوره بررسی کرده و استرس بحرانی 3. 68 مگاپاسکال را گزارش کرده است. علیرغم نتایج متغیر ، گزارش شده است که استرس اشک دیواره آنوریسم پایین تر از شریان های سالم است و مطابق با شهود است. فوندوس ضعیف تر از گردن 27 احتمالاً به دلیل برتری کلاژن نابالغ 28 است. با این حال ، خصوصیات تجربی گسترده رفتار مکانیکی یک گروه بزرگ آنوریسم داخل جمجمه ای انجام می شود.

میز 1

خلاصه نتایج تجربی برای خواص آنوریسم داخل جمجمه

قابلیت اطمینان CFD با مقایسه نتایج شبیه سازی با اشکال مختلف اندازه گیری های تجربی ارزیابی شده است. فورد و همکاران. 29 اندازه گیری سرعت سرعت جریان خون در فانتوم با سرعت تصویر ذرات را اندازه گیری کرد و با پیش بینی های CFD توافق خوبی پیدا کرد ، اگرچه شبیه سازی تمایل به بیش از حد سرعت دارد. به طور مشابه ، هولنگل و همکاران. 30 توافق کیفی خوب پیش بینی های CFD با آنژیوگرافی رزونانس مغناطیسی فاز (PC-MRA) و سرعت لیزر داپلر ، اما تفاوت های کمی با PC-MRA ، به ویژه در مناطق جریان پیچیده گزارش شده است. آنژیوگرافی مجازی به عنوان اعتبار غیر مستقیم CFD 31 ، 32 پیشنهاد شد. فورد و همکاران. 31 خطای بین آنژیوگرام های مجازی و واقعی در بیماران سالم را ثبت کرد و با وجود معادلات جداشده جریان و انتشار ، مدل پرفروش برای 80 ٪ پیکسل های موجود در کیسه کمتر از 10 ٪ خطا را به همراه داشت.

هیچ اجماعی در مورد اینکه آیا شروع IA برای WSS بالا یا پایین قابل توصیف است ، و همچنین توافق در مورد نوع WSS که باعث رشد ضایعه می شود و در جایی که این روند آغاز می شود ، وجود ندارد. بیشتر شبیه سازی ها تأیید می کنند که میانگین WSS در بخش های عروقی قبل از آنوریسم افزایش می یابد و پس از تشکیل آنوریسم 4 ، 33 ، 34 در IA سقوط می کند. شبیه سازی در 17 بیمار مبتلا به IA تقریباً سه برابر WSS پایین تر در کیسه نسبت به شریان والدین یافت. به طور مشابه ، شبیه سازی عروق که در آن آنوریسم عملاً کاهش یافته است ، الگوی جریان چرخشی با WSS کم 35 را در مقایسه با بقیه شریان نشان داد. این مطالعه تفسیر شده است که نشان می دهد WSS پایین مسئول شروع ضایعه IA است. با این حال ، بیشتر آنوریسم ها در نقاط شاخه شریانی یا شریان های خمیده شکل می گیرند ، که به استرس برشی قابل توجه می پردازند و تجزیه و تحلیل داده های تجربی از مفهوم WSS کم به تنهایی به عنوان علیت 6 مخالف است. تجزیه و تحلیل CFD از شکافهای شریانی کاروتید جراحی در سگها مقادیر زیادی از WSS 36 را نشان داد. حیوانات پس از دو ماه قربانی شدند و تجزیه و تحلیل بافت شناسی ویژگی های مشترکی را با مورفولوژی آنوریسم - بازسازی مخرب - نشان داد که از نقش WSS بالا در پیدایش حمایت می کند. Cebral و همکاران. 37 مشاهده كرد كه بیشتر بلوب ها در مناطقی با بالاترین WSS ایجاد می شوند. یو و همکاران. 38 گزارش داد که آنوریسم های پاره شده دارای همان مقادیر حداکثر IA هستند و SAC عمدتاً در معرض استرس برشی کم است - 48-59 ٪ از میانگین استرس برشی شریانی ، به استثنای آنوریسم. علاوه بر این ، آنها مشاهده کردند که مساحت کیسه در زیر WSS کم (

پارامترها و حساسیت شبیه سازی جریان در IA

همانطور که اشاره شد ، ارتباط کلی CFD به تعریف شرایط مرزی بستگی دارد: هندسه توصیف دیواره شریانی ، شرایط جریان و خروج و مدل مورد استفاده برای توصیف رفتار خون. CFD ابزاری است و نباید انتظار داشت که دقت شبیه سازی بیشتر از دقت مقادیر ورودی یا مدلهای سازنده باشد. روش CFD برای مدل سازی IA با بازسازی هندسه لومن به دست آمده از طیف وسیعی از روشهای تصویربرداری پزشکی آغاز می شود. استاندارد طلا آنژیوگرافی چرخشی سه بعدی (3DRA) است که نقشه های کنتراست مغز و لومن عروقی را تولید می کند. آنژیوگرافی اغلب در کنسرت با عوامل کنتراست مبتنی بر ید استفاده می شود که باعث افزایش کیفیت و تضاد تصاویر می شود. از نرم افزار برای تقسیم و جمع آوری تصاویر پی در پی استفاده می شود و سپس حجم را تمیز و صاف می کند. ظریف ترین مراحل در تنظیم تجزیه و تحلیل CFD به اندازه کافی دامنه سیال و تجویز شرایط مرزی سیال است. نمونه مش استفاده شده برای محاسبه خصوصیات بدنی در شاخه های ICA یک بیمار با آنوریسم شریان مغزی میانی را مشاهده کنید (شکل 2 ، IA نشان داده نشده است). یک مش ایده آل باید به اندازه کافی خوب باشد به گونه ای که افزایش تعداد عناصر بر حل مشکل تأثیر نمی گذارد. روشها و اطلاعات دقیق در روش عناصر محدود توسط K. J. Bathe 39 در دسترس است. دقت و ارتباط شکل موج/نرخ جریان تحمیل شده در ورودی ها و رسانه ها موضوع بحث است. گزینه ها شامل PC-MRI ، داپلر یا سونوگرافی داخل عروقی (IVUS) است. MRI دقیق ترین اطلاعات را ارائه می دهد زیرا نقشه ای از سرعت را در یک بخش از شریان به دست می آورد ، اما زمان تشخیص را گسترش می دهد ، بنابراین همیشه در دسترس نیست. از طرف دیگر ، می توان پروفایل های Womersley را در ورودی از شکل موج سرعت جریان محاسبه کرد ، که مطابق با محلول تحلیلی شکل موج خاص در یک لوله است. سطح مقطع لوله به منظور متناسب با اندازه شریان تغذیه اندازه گیری شده است.

چهار حوزه اصلی نیاز به تعریف برای درک کامل همودینامیک IA - در کاهش نظم حساسیت به مدل سازی 40 دارند: هندسه شریانی ، شرایط مرزی سیال ، فرض دیواره سفت و سخت و توصیف فیزیک خون.

بازسازی هندسه شریانی بسیار مهم است زیرا تصاویر واقعی به ندرت مرز تمیز بین بافت و خون را ترسیم می کنند. بنابراین ، تقسیم بندی و هموار سازی تصویر به قضاوت اپراتور واگذار می شود. این مهمتر از این است که این ملاحظات هندسه را یخ زده و بر نتایج بعدی تأثیر می گذارد. شرایط مرزی سیال شامل ارزیابی ورودی های جریان و رسانه ها است. از نظر کلاسیک ، ورودی ها با مشخص کردن سرعت یا سرعت جریان در یک مقطع ، شبیه سازی را هدایت می کنند ، در حالی که رسانه ها از طریق تنظیم فشار خروج ، تداوم جریان را بیمه می کنند. اختلاف نظر در مورد اینکه آیا این داده ها باید از همان بیمار اندازه گیری شوند یا در بیماران مختلف اندازه گیری شده و مقیاس بندی شده و در مورد میزان دقت مورد نیاز اندازه گیری شوند ، باقی مانده است. در حالت ایده آل ، PC-MRI در اندازه گیری های ورودی و فشار در خروجی ، در همان بیمار ، باید برای دقت حداکثر استفاده شود. تفاوت در میانگین مکانی مقادیر WSS حاصل از یک شکل موج حجمی حجمی باستانی در مقایسه با داده های خاص بیمار ممکن است به اندازه 30 ٪ 42 ، 43 باشد. اندازه نمونه این مطالعه 6 مورد بود ، و نتایج کلی با شکل موجهای باستانی بیش از حد WSS را بیش از حد ارزیابی کرد~15 ٪با این حال ، PC-MRI یک پاناسه نیست ، بسیار وابسته به پارامترهای مشخص شده برای کسب و دامنه سرعت هایی است که می توان ردیابی کرد ، محدود است. بنابراین ، جریانهای ناهمگن از عدم اطمینان بیشتری برخوردار هستند و ممکن است نیاز به برون یابی توزیع سرعت در نزدیکی دیوار داشته باشد. خوشبختانه ، ویژگی های تغییر جریان در حالی که در عروق ایجاد می شود ، باعث کاهش وابستگی آن به شرایط مرزی به دور از ورودی می شود. در نتیجه ، نگه داشتن طول کافی قبل از منطقه مورد علاقه 44 مهم است. آنوریسم ها اغلب در طول سنبله ضربان قلب به عنوان مثال پارگی می کنند. فعالیت بدنی 45. در نتیجه ، پیشنهاد شد که شبیه سازی با سرعت جریان حجمی بالاتر انجام شود ، که نشان داده شده است که الگوهای جریان و مقادیر WSS 46 را اصلاح می کند.

بسیاری از جراحان مغز و اعصاب از گسترش چرخه ای حفره IA در طول چرخه قلبی و ناهمگونی در ضخامت دیواره IA خبر داده اند. اگر توسط چشم انسان تشخیص داده شود ، تغییر در هندسه باید برای تأثیرگذاری بر خصوصیات محاسبه شده از فرضیات جریان و در عین حال کلاسیک و شرایط مرزی ممکن است در مدل سازی چنین تغییر شکل ها دخالت داشته باشد. تغییر شکل قابل توجهی در سیستم های مدل 17 ، 47 پیکربندی شده با مرزهای الاستیک تشخیص داده شد. مرزهای سفت و سخت استرس برشی را در IA و با تعریف تغییر شکل کاهش می دهد. این نتایج به عنوان اثبات مفهوم تعامل ساختار سیال (FSI) در IA جالب است ، اما نیاز به اعتبار سنجی دارند زیرا آنها به داده های مکانیک دیواره نامشخص و انتخاب دلخواه ضخامت IA متکی هستند. شبیه سازی FSI زن و شوهر CFD (مایعات) و سازه های جامد (ساختارهای دیواری و دور و دو قطبی).

پارامترهای خون به طور مشابه با وابستگی به فرض مملو از آن هستند. خون یک مایع چسبناک است که با فیزیک کلاسیک نیوتنی شرح داده شده است ، اما مناسب تر با مدلهای پیچیده تر در نظر گرفته می شود. تقریب Carreau-Yasuda یا Casson یک چارچوب کلی تر را ارائه می دهد و باعث می شود ویسکوزیته با نرخ برشی متفاوت باشد. اثرات رئولوژیکی بسته به هندسه می تواند مهم باشد. مدل های نیوتنی می توانند نتایج شبیه سازی 48 ، 49 را تخریب کنند ، در حالی که مدل های کاسون هزینه محاسباتی را به میزان قابل توجهی بار نمی آورند.

روند CFD ایجاد ارتباط فیزیولوژیکی و پیچیدگی اضافی به مدل ها و شرایط مرزی ، به ویژه ، برای دور زدن فرض دیواره سفت و سخت است. FSI مدلی از تغییر شکل دیوار را در نظر می گیرد تا به طور مداوم در مدل مکانیکی شریان تکرار شود تا جریان هندسه جریان یابد - پالس های جریان باعث اتساع عروق می شوند. چالش هایی که باقی مانده است ، به دست آوردن داده های آزمایشی دقیق تر و مناسب تر در مورد مکانیک و توپولوژی خاص بیمار از دیوار برای هدایت مدل های پیشنهادی است.

بنابراین ، ارزیابی جریان برای درک شروع ، توسعه و پارگی آنوریسم های داخل جمجمه ضروری است. CFD به دلیل کمبود تصویربرداری کافی در داخل بدن ابزاری ارزشمند است که می تواند پارامترهای جریان مانند WSS را اندازه گیری کند ، اما به عنوان یک ابزار حساس ، نیاز به انتخاب دقیق شرایط مرزی دارد. دقت CFD باید با سطح درک مورد نیاز مطابقت داشته باشد. فرآیندهای مکانیکی عمومی ، مانند انتقال مکانیک ، فقط به دقت و میانگین کم نیاز دارند ، زیرا آنها به دنبال دستیابی به نتیجه گیری جهانی هستند. مشکلات خاص مورد ، مانند پارگی ، در مقابل به سطح جزئیات وابسته است (شکل 3). ما معتقدیم که تجزیه و تحلیل دقیق CFD ارزشمند است و برای توصیف بیشتر مکانیسمی که منجر به شروع IA و بزرگ شدن در شرایط آزمایشگاهی می شود ، بهترین استفاده خواهد بود.