Hemodynamické změny ve čtyřech aneurysmatech vedoucí k jejich ruptuře v průběhu sledování

Download PDF English version

Authors: A. Sejkorová ¹; H. Švihlová ²; O. Petr ³; K. D. Dennis ⁴; S. Uthamaraj ⁴; G. Lanzino ⁵; M. Sameš ¹; D. Dragomir-Daescu ⁶; A. Hejčl ^1,7,8
Authors‘ workplace: Department of Neurosurgery, J. E. Purkyně University, Masaryk Hospital, Ústí nad Labem, Czech Republic ¹; Mathematical Institute of Charles University, Prague, Czech Republic ²; Department of Neurosurgery, Medical University Innsbruck, Innsbruck, Austria ³; Division of Engineering, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA ⁴; Department of Neurological Surgery, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA ⁵; Department of Physiology and, Biomedical Engineering, Mayo Clinic, Rochester, MN, USA ⁶; International Clinical Research Center, St. Anne’s University Hospital, Brno, Czech Republic ⁷; Institute of Experimental Medicine, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, Czech Republic ⁸
Published in: Cesk Slov Neurol N 2020; 83/116(6): 621-626
Category: Original Paper
doi: https://doi.org/10.48095/cccsnn2020621

Overview

Hemodynamické parametry hrají významnou roli ve vývoji intrakraniálních aneurysmat a jejich změny v průběhu dlouhodobého sledování mohou vést ke zvýšení rizika ruptury či k samotné ruptuře aneurysmat. Definování těchto změn by významně přispělo k pochopení vývoje a ruptury aneurysmatu. V této jedinečné práci jsou analyzována data čtyř incidentálních neprasklých intrakraniálních aneurysmat u čtyřech pacientů, kteří byli sledování v průměru po dobu 5 let až do chvíle ruptury aneurysmatu. Bylo provedeno matematické modelování hemodynamiky z dostupných dvou až tří angiografických vyšetření od každého pacienta, získaných během sledování, a změny hodnot hemodynamických parametrů byly analyzovány. Až na jedno, původně fusiformní, disekující aneurysma, velikost tří aneurysmat byla popsána na vyšetření MRA jako stacionární. Hodnoty minimálního smykového napětí se významně snížily a velikost oblasti s minimálním smykovým napětím ve vaku aneurysmat se významně zvýšily v průběhu času a výsledky naznačily podíl snižujících se hodnot smykového tření a rostoucí oblasti nízkého smykového napětí v průběhu času na zvyšování rizika ruptury aneurysmatu. K přesnému posouzení rizika ruptury aneurysmatu pomocí matematického modelování hemodynamiky, je nutné analyzovat více než dva modely aneurysmat a zaměřit se na signifikantní změny v hodnotách hemodynamických veličin.

Klíčová slova:

aneurysma – matematické modelování hemodynamiky – oblast nízkého smykového napětí – smykové napětí

Sources

1. Cebral JR, Mut F, Weir J et al. Association of hemodynamic characteristics and cerebral aneurysm rupture. AJNR Am J Neuroradiol 2011; 32 (2): 264–270. doi: 10.3174/ajnr.A2274.

2. Qiu T, Jin G, Xing H et al. Association between hemodynamics, morphology, and rupture risk of intracranial aneurysms: a computational fluid modeling study. Neurol Sci 2017; 38 (6): 1009–1018. doi: 10.1007/s10072-017-2904-y.

3. Soldozy S, Norat P, Elsarrag M et al. The biophysical role of hemodynamics in the pathogenesis of cerebral aneurysm formation and rupture. Neurosurg Focus 2019; 47 (1): E11. doi: 10.3171/2019.4.focus19232.

4. Frösen J, Piippo A, Paetau A et al. Remodeling of saccular cerebral artery aneurysm wall is associated with rupture. Stroke 2004; 35 (10): 2287–2293. doi: 10.1161/01.STR.0000140636.30204.da.

5. Cebral JR, Detmer F, Chung BJ et al. Local hemodynamic conditions associated with focal changes in the intracranial aneurysm wall. AJNR Am J Neuroradiol 2019; 40 (3): 510–516. doi: 10.3174/ajnr.A5970.

6. Staarmann B, Smith M, Prestigiacomo CJ. Shear stress and aneurysms: a review. Neurosurg Focus 2019; 47 (1): E2. doi: 10.3171/2019.4.focus19225.

7. Skodvin TO, Evju O, Helland CA et al. Rupture prediction of intracranial aneurysms: a nationwide matched case-control study of hemodynamics at the time of diagnosis. J Neurosurg 2017; 129 (4): 854–860. doi: 10.3171/2017.5.JNS17195.

8. Juvela S, Porras M, Heiskanen O. Natural history of unruptured intracranial aneurysms: a long-term follow-up study. J Neurosurg 1993; 79 (2): 174–182. doi: 10.3171/jns.1993.79.2.0174.

9. Hodis S, Kargar S, Kallmes DF et al. Artery length sensitivity in patient-specific cerebral aneurysm simulations. AJNR Am J Neuroradiol 2015; 36 (4): 737–743. doi: 10.3174/ajnr.A4179.

10. Hodis S, Uthamaraj S, Smith AL et al. Grid convergence errors in hemodynamic solution of patient-specific cerebral aneurysms. J Biomech 2012; 45 (16): 2907–2913. doi: 10.1016/j.jbiomech.2012.07.030.

11. Womersley JR. Method for the calculation of velocity, rate of flow and viscous drag in arteries when the pressure gradient is known. J Physiol 1955; 127 (3): 553–563. doi: 10.1113/jphysiol.1955.sp005276.

12. Hodis S, Zamir M. Pulse wave velocity as a diagnostic Index: the pitfalls of tethering versus stiffening of the arterial wall. J Biomech 2011; 44 (7): 1367–1373. doi: 10.1016/j.jbiomech.2010.12.029.

13. Hodis S, Zamir M. Mechanical events within the arterial wall under the forces of pulsatile flow: a review. J Mech Behav Biomed Mater 2011; 4 (8): 1595–1602. doi: 10.1016/j.jmbbm.2011.01.005.

14. Xiang J, Natarajan SK, Tremmel M et al. Hemodynamic-morphologic discriminants for intracranial aneurysm rupture. Stroke 2011; 42 (1): 144–152. doi: 10.1161/STROKEAHA.110.592923.

15. Mut F, Lohner R, Chien AC et al. Computational hemodynamics framework for the analysis of cerebral aneurysms. Int J Numer Method Biomed Eng 2011; 27 (6): 822–839. doi: 10.1002/cnm.1424.

16. Cebral JR, Castro MA, Burgess JE et al. Characterization of cerebral aneurysms for assessing risk of rupture by using patient-specific computational hemodynamics models. AJNR Am J Neuroradiol 2005; 26 (10): 2550–2559.

17. Cebral JR, Mut F, Weir J et al. Quantitative characterization of the hemodynamic environment in ruptured and unruptured brain aneurysms. AJNR Am J Neuroradiol 2011; 32 (1): 145–151. doi: 10.3174/ajnr.A2419.

18. Liu J, Xiang J, Zhang Y et al. Morphologic and hemodynamic analysis of paraclinoid aneurysms: ruptured versus unruptured. J NeuroIntervent Surg 2014; 6 (9): 658–663. doi: 10.1136/neurintsurg-2013-010946.

19. Berg P, Beuing O. Multiple intracranial aneurysms: a direct hemodynamic comparison between ruptured and unruptured vessel malformations. Int J Comput Assist Radiol Surg 2017; 13 (1): 83–93. doi: 10.1007/s11548-017-1643-0.

20. Chien A, Sayre J. Morphologic and hemodynamic risk factors in ruptured aneurysms imaged before and after rupture. AJNR Am J Neuroradiol 2014; 35 (11): 2130–2135. doi: 10.3174/ajnr.A4016.

21. Chien A, Castro MA, Tateshima S et al. Quantitative hemodynamic analysis of brain aneurysms at different locations. AJNR Am J Neuroradiol 2009; 30 (8): 1507–1512. doi: 10.3174/ajnr.A1600.

22. Boussel L, Rayz V, McCulloch C et al. Aneurysm growth occurs at region of low wall shear stress. Stroke 2008; 39 (11): 2997–3002. doi: 10.1161/STROKEAHA.108.521617.

23. Dolan JM, Kolega J, Meng H. High wall shear stress and spatial gradients in vascular pathology: a review. Ann Biomed Eng 2013; 41 (7): 1411–1427. doi: 10.1007/s10439-012-0695-0.

24. Kadasi LM, Dent WC, Malek AM. Colocalization of thin-walled dome regions with low hemodynamic wall shear stress in unruptured cerebral aneurysms. J Neurosurg 2013; 119 (1): 172–179. doi: 10.3171/2013.2.jns12968.

25. Zhou G, Zhu Y, Yin Y et al. Association of wall shear stress with intracranial aneurysm rupture: systematic review and meta-analysis. Sci Rep 2017; 7 (1): 5331–5331. doi: 10.1038/s41598-017-05886-w.

26. Shojima M, Oshima M, Takagi K et al. Magnitude and role of wall shear stress on cerebral aneurysm. Stroke 2004; 35 (11): 2500–2505. doi: 10.1161/01.STR.0000144648.89172.0f.

27. Meng H, Tutino VM, Xiang J et al. High wss or low wss? Complex interactions of hemodynamics with intracranial aneurysm initiation, growth, and rupture: toward a unifying hypothesis. AJNR Am J Neuroradiol 2014; 35 (7): 1254–1262. doi: 10.3174/ajnr.A3558.

28. Investigators TU. The natural course of unruptured cerebral aneurysms in a Japanese cohort. N Engl J Med 2012; 366 (26): 2474–2482. doi: 10.1056/NEJMoa1113260.

29. Takao H, Murayama Y, Ishibashi T et al. CFD reveals hemodynamic differences between unruptured and ruptured intracranial aneurysms during observation. Stroke 2012; 43: A2731. doi: 10.1161/str.43.suppl1.A2731.

30. Berg P, Saalfeld S, Voß S et al. A review on the reliability of hemodynamic modeling in intracranial aneurysms: why computational fluid dynamics alone cannot solve the equation. Neurosurg Focus 2019; 47 (1): E15. doi: 10.3171/2019.4.focus19181.

31. Steinman DA, Pereira VM. How patient specific are patient-specific computational models of cerebral aneurysms? An overview of sources of error and variability. Neurosurg Focus 2019; 47 (1): E14. doi: 10.3171/ 2019.4.focus1912.