临床随机试验已经证明再灌注治疗在前循环大动脉闭塞急性缺血性脑梗死（acute ischemic stroke，AIS）中的安全性和有效性^[1,2,3,4,5]。再灌注后出血是再灌注治疗最严重的并发症之一，可导致病人预后不良甚至死亡^[6]，有研究表明其发生率高达46.1 %^[5]。因此术前评估术后出血风险对于临床制定更为安全有效的治疗方案尤为重要。前期研究已表明血糖、血压、NIHSS评分、年龄、中性粒细胞比例、Alberta卒中项目早期CT评分(alberta stroke program early CT score，ASPECTS)、再通治疗时间及侧支循环情况等危险因素与再灌注治疗后出血相关^[6,7]。SEDAN^[8]、SYARTING-SICH^[7]等模型基于人口统计学、临床特征及入院平扫CT的初步影像学表现可用来预测脑梗静脉溶栓后症状性颅内出血转化。然而，全脑和局部的血流动力学变化可能在再灌注治疗后出血转化中起着重要作用^[9]。头颅CT灌注成像（computed tomography perfusion imaging，CTP）和MR灌注加权成像（magnetic resonance perfusion weighted imaging，PWI)可间接反映颅脑的血流动力学，有研究^[10,11]基于CTP或PWI探究其是否可预测再灌注治疗后出血转化。但CTP及PWI不能直接获得诸如WSS等的血流动力学参数^[9]。目前已有基于计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD）的方法探究症状性颅内动脉粥样硬化狭窄的血流动力学与卒中再发的相关性^[12]的研究，发现高WSS更易导致缺血性卒中再发。然而，鲜有研究基于CFD探究血流动力学与再灌注后出血的关系。因此，本研究基于CFD，初步探讨前循环大动脉闭塞引起的急性缺血性脑卒中的血流动力学与再灌注治疗后出血转化的关系。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       回顾性搜集自2017年1月至2018年3月在南京市第一医院神经内科住院治疗的急性缺血性脑卒中患者共38例，男25例，女13例，年龄48~ 89岁，平均(70.4±10.6)岁。纳入标准：(1)临床确诊的急性缺血性脑卒中患者，治疗前CT平扫证实无脑出血；(2)发病在6 h以内，符合中国急性缺血性脑卒中诊治指南2018标准并进行标准治疗；(3）入院MRA证实大脑中动脉近端闭塞（M1段及M2近段）；(4）年龄≥18岁；(5) mRS< 2分；(6) NIHSS评分>5。排除标准：(1) MRI证实有颅内出血、肿瘤、颅内感染、血管畸形等其他脑梗死之外的其他疾病；(2)体内安装心脏起搏器或血管内支架等MRI禁忌证的患者；(3）影像学资料质量不合格；(4)一般临床资料和（或）实验室数据不完整。本研究已获得伦理委员会批准。

1.2　研究方法

       收集患者一般临床资料，包括性别、年龄、高血压、糖尿病、高脂血症、冠心病、房颤、饮酒史、吸烟史、入院血压、空腹血糖、总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、同型半胱氨酸。所有入院患者头颅CT平扫检查后接受标准静脉溶栓治疗，在发病12 h内完成MRI检查证实存在大脑中动脉近端闭塞并接受血管内介入治疗，48 h内复查CT和（或) MRI，根据海德堡出血分类诊断颅内出血转化的分型^[13]，由2名高年资放射科医师分别判读并取得阅片一致性。

       所有患者均在Philips医疗系统的3.0 T MRI扫描仪（Ingenia, Philips Medical Systems, Netherlands）进行成像，扫描基线与前后联合平行。扫描序列包括T1WI、T2WI、液体衰减反转恢复(FLAIR)、扩散加权成像(diffusion weight imaging，DWI)、MRA。扫描参数如下：T1WI (TR 2000 ms，TE 20 ms)，T2WI (TR 3000 ms，TE 80 ms)，FLAIR [TR 7000 ms，TE 120 ms，视野（FOV) 230 mm×199 mm×130 mm，矩阵328× 210]，DWI (TR 2245 ms，TE 90 ms，FOV 210 mm× 210 mm×118 mm，矩阵140×109，b值1000 s/mm²) ，MRA (TR 22 ms，TE 3.45 ms，FOV 240 mm×196 mm，矩阵400×232，层厚1.5 mm)。

1.3　图像后处理

       基于头颅MRA图像重建急性脑梗患者特异性颅内血管模型，主要包括颈内动脉颅内段，大脑中动脉及大脑前动脉A1段。具体步骤如下：进行阈值分割原始数据处理，选择一个合适的灰度范围，尽可能包含所有的感兴趣区（region of interest，ROI)，通过segmentation功能保有与ROI相连接的区域，剔除不相关区域，利用Fill功能手动调整不需要的细小分支及可能出现的血管空洞现象，再借助Edit in 3D功能对锯齿边缘进行平滑处理，平滑滤波后得到最终模型，将最终血管模型转换为STL (stereolithography）格式并输出到Workbench （版本15.0，ANSYS Inc.)。在具体的划分过程中，物理模型采用CFD，求解器为Fluent；网格划分的方法采用四面体网格(tetrahedrons)，划分算法采用Patch Independents。本研究中选择全局最大单元尺寸（max element size）为0.4 mm，特征角（feature angle）为12° ；网格加密单元最大尺寸为0.5 mm，最小尺寸为0.2 mm。平均而言，每个模型的网格由15万个节点和85万个元素组成。将划分后的网格文件以Mesh格式导出，用以在Fluent中进行计算。

       边界条件的设定如下：将血液作为不可压缩的黏性牛顿流体(ρ= 1056 kg/m³，μ= 0.0035 Pa·s）处理，并且假定血管壁是无滑动刚性壁面。雷诺数在入口处的范围是500~ 750。使用Fluent 15.0版（ANSYS Inc.）进行非稳态CFD模拟，该软件使用有限元体积法来求解Navier-Stokes方程。其连续性方程和动量方程分别为：

       式中P为血压，v代表血流速度，血液密度ρ= 1056 kg/m³，τ为剪切力，血液的黏度系数μ=0.0035 Pa·s。

       通过相位对比（phase contrast，PC) MRA测得健康志愿者在颈内动脉（internal carotid artery，ICA）中的血液流量波形图。根据入口处血流流量，假设血管半径恒定不变，入口处的平均血液速度如下：

       式其中d是入口直径，t是时间，v_mean是平均速度。如果血流入口不在颈内动脉上，则会对波形进行缩放以模拟生理实际流速。当模型只有一个出口时，使用权重为1的流出边界。如果有两个出口，则基于不同血管的正常生理血流分布率设定合适的流量关系。出口条件定义为患者入院血压。在CFD计算过程中，当连续性残差小于10^-4，速度分量残差小于5.0×10^-5时，视为满足收敛条件。

       本研究共纳入3个定量血流动力学参数。具体参数包括压力（pressure)、壁剪切应力（wall shear stress，WSS)、壁切应力梯度（WSS gradient，WSSG，在血流方向上，壁切应力大小变化的一个参数）。计算血管闭塞处的血流动力学相对变化值，即分别获得大脑中动脉起始处及闭塞处管壁的血压、WSS及WSSG，闭塞处管壁定义为最靠近闭塞处正常管径的管壁，如图1。将大脑中动脉起始处／闭塞处管壁的血压、WSS及WSSG分别记作Rpressure、RWSS和RWSSG。

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图1  未出血组与出血组典型患者血流动力学图。A、B为大脑中动脉M1段急性闭塞患者（60岁男性），于6 h内行再灌注治疗，术后复查未出血。A和B分别为WSS和pressure伪彩图。Rpressure和RWSS分别为1.0和19.8(白箭表示大脑中动脉起始处；黄箭表示闭塞处）；C、D为大脑中动脉M1段急性闭塞患者（83岁女性），于6 h内行再灌注治疗，术后复查脑出血。C和D分别为WSS和pressure伪彩图。Rpressure和RWSSS分别为1.0和125.2(白箭表示大脑中动脉起始处；黄箭表示闭塞处)
Fig. 1  Hemodynamic diagram of typical patients in the non-bleeding group and bleeding groups. A, B and C, D: Patients with acute occlusion of the middle cerebral artery M1 segment was underwent reperfusion therapy within 6 hours, no bleeding and bleeding were observed after procedure, respectively (A and B: 60-year-old, male. C and D: 83-year-old, female). A and C: WSS pseudo color maps. B and D: pressure pseudo color maps. A and B: Rpressure and RWSS were 1.0 and 19.8, respectively. C and D: Rpressure and RWSS were 1.0 and 125.2, respectively. (white arrows indicated the beginning of the middle cerebral artery. yellow arrows indicated normal diameter of occlusion) .

1.4　统计分析

       所有的统计学分析都是基于SPSS 19.0软件。通过Kolmogorov-Smirnov检验以评估定量数据的正态性。对于正态分布的数据，定量变量表示为平均值±标准差，而对于非正态分布的数据则表示为中间数和四分位间距（inter-quartile range，IQR)。分类变量表示为频率或百分比，使用Fisher精确法分析差异。对于正态分布的数据，使用独立样本t检验进行两组之间的比较。通过独立样本非参数检验用于分析非正态分布的数据。相关性分析研究脑梗再灌注治疗后出血转化的相关因素。P<0.05为差异具有统计学意义。

2　结果

       共38例患者纳入组内进行分析，患者的平均年龄为70.4±10.6岁（48~ 89岁），34.2％的患者为女性。其中出血组17例，未出血组21例。根据海德堡出血分类，17例患者中有6 (35.3%）例为2型出血；5 (29.4%)例为1c型出血；分别有3例（17.6%)、2例（11.8%）及1例(5.9%）为1b、1a及3b型出血。表1为两组患者的人口学资料，其中出血组较未出血组，高血压患者更多(P=0.008)，入院收缩压[(149.1±23.9) mm Hg与(139.3±16.3) mm Hg比较，P=0.024］及舒张压［(90.2± 16.7) mm Hg与（87.7±8.5) mm Hg比较，P=0.008］更高，血浆同型半胱氨酸更高[(16.6±11.1) µmol/L与(13.2±3.5) µmol/L比较，P=0.024]，差异均有统计学意义(P<0.05)，其余人口学资料无显著性差异(P > 0.05)。表2为两组患者的血流动力学特征，出血组较未出血组，RWSS和RWSSG更高（680.9、52.5与19.8、1.5比较，P=0.01；419.6、79.9与25.7、1.2比较，P=0.007)，Rpressure无显著性差异(P>0.05)。图1为出血组与未出血组典型患者血流动力学图。相关性分析结果显示高血压(r=-0.428，P=0.007)、RWSS (r=-0.341，P=0.036）与脑梗再灌注治疗后出血转化有统计学差异，且成负相关。

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表1  出血组与未出血组的人口学资料
Tab. 1  Demographic data in the bleeding group and non-bleeding groups

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表2  出血组与未出血组的血流动力学比较
Tab. 2  The comparison of hemodynamics between bleeding group and non-bleeding group

3　讨论

       本研究结果显示，高血压及局部血管内RWSS与大脑中动脉闭塞急性缺血性脑卒中患者再灌注治疗后出血转化有关，且入院时高血压及再灌注治疗前局部血管内高RWSS更可能导致再灌注治疗后出血转化。

       急性缺血性脑卒中是高血压的主要并发症之一，且血压是急性缺血性脑卒中主要的预后因素之一^[14,15]。诸多研究结果表明增高的收缩压及舒张压均会增加症状性颅内出血及死亡的风险^[15]。本研究结果显示高血压患者在出血组中更多，且出血组入院收缩压和舒张压较未出血组更高，与之前研究一致，相关性分析显示入院收缩压和舒张压没有统计学差异，这可能是由于样本量较小的缘故。有研究进一步指出，急性缺血性脑卒中患者强化降压治疗可减低颅内出血风险，然而并不能改善患者预后^[16]。这可能与侧支循环的形成有关。再灌注时血压的快速下降使得侧支循环形成欠佳，导致缺血半暗带区的低灌注，进而导致患者预后不良。因此，维持合适的血压水平对于患者预后至关重要。

       血压改变及侧支循环形成均会引起颅内整体或局部血流动力学改变。然而，由于颅内血管直径小、曲折且位置较深，颅内血流动力学变化难以通过有创性影像技术测量。CTP及MRP作为无创性检查技术，可以测量出脑内血流动力学变化，但其不能直接量化血流动力学参数，诸如WSS等参数^[9]。因此，基于计算流体动力学的血管模型可以作为新的颅内血流动力学变化研究方法。已有学者基于计算流体动力学研究冠心病及颅内动脉粥样硬化相关性卒中^{[12, 17]}。Leng等^[12]基于计算流体动力学研究症状性颅内动脉粥样硬化狭窄与卒中再发的风险，结果发现高WSS的患者再发性缺血性卒中的发病率更高，可能与高WSS导致血管内皮细胞功能障碍的长期过程有关。本研究结果显示出血组中RWSS较未出血组更高，这一结果表明大脑中动脉起始处与闭塞处管壁WSS梯度越大，再灌注治疗后脑出血风险越高。脑梗死本身引起毛细血管内皮细胞肿胀，内皮细胞间紧密连接打开，导致血脑屏障渗透性增加，而再灌注过程中血管自身调节功能丧失，诱导氧自由基、炎症反应、细胞因子产生和反应性充血，进一步导致血脑屏障破坏^[18]，较差的侧支循环形成则进一步加重局部缺血，诱导血管内皮细胞功能障碍引起血脑屏障破坏^[19]。动脉壁的WSS是内皮细胞功能和表型的重要决定因素，低WSS状态可通过内皮功能障碍和生化介质的激活促进动脉粥样硬化和炎症的进展^[20]。因此，大脑中动脉起始处与闭塞处管壁WSS梯度越大，可能反映血管内皮细胞功能障碍，血脑屏障破坏程度越高，预示再灌注后出血风险越高。本研究结果显示两组间Rpressure无统计学差异，这一结果表明脑梗死后出血与血管壁局部压力梯度无关。但是本研究中出血组高血压患者多于未出血组，血压高代表顺行血流的增加和高灌注^[12]，这可能意味着脑梗后出血与整体血压有关，而与血管壁局部压力无关。

       本研究结果显示出血组较未出血组血浆同型半胱氨酸水平更高，与前期研究一致^[21]。血浆内过多的同型半胱氨酸可通过氧化应激损伤血管内皮细胞，进而影响血管通透性^[22]。相关性分析显示没有统计学意义，可能是由于研究样本量较少。

       研究表明血糖、NIHSS评分、年龄等因素与再灌注治疗后出血相关^[6,7]，然而本研究显示两组之间血糖、NIHSS评分、年龄没有显示出统计学差异，可能由于本研究仅纳入大脑中动脉闭塞而非所有的急性缺血性脑卒中患者，可能造成了一定的选择偏倚，此外研究样本量较少可能造成了一定的影响。

       本研究存在以下不足：(1)研究患者数量较少，且局部血管内高RWSS对出血转化的预测价值还有待大样本量研究来验证其结论；(2）由于样本量有限，未考虑治疗后颅内出血类型对结果的影响，未来需要更多样本量进行亚组间比较；(3)由于研究方法的局限性，未从解剖学上评估侧支循环，可以在以后的研究中采用MR灌注成像弥补这一不足；(4)由于本研究样本量较少，没有进行Logistic回归分析以建立风险预测模型，可在以后的研究中扩大样本量进行进一步的研究。

       综上所述，高血压及局部血管内高RWSS与大脑中动脉闭塞急性缺血性脑卒中患者再灌注治疗后出血转化有关，且高血压及再灌注治疗前局部血管内高RWSS更可能导致再灌注治疗后出血转化；基于CFD模型可直接获得大脑中动脉闭塞急性缺血性脑卒中患者局部血管内的血流动力学参数，可能为临床对出血转化的研究提供一个新的角度，但其价值还有待进一步验证。