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背景:椎-基底动脉系统是脑组织供血的重要血管之一,主要为脑干、小脑及双侧大脑半球后1/3供血。双侧椎动脉(vertebral artery,VA)主要发自于锁骨下动脉,于C6水平入横突孔,穿行于上6颈椎横突孔内,经枕大孔入颅;在脑桥前下合并为基底动脉,其寰枢段走行弯曲,周围解剖结构复杂。深入研究椎动脉的相关形态及血流动力学,对提高后循环缺血诊断和治疗具有重要的临床意义。 目的:(1)利用多排螺旋CT(multi-slice spiral CT angiography,MSCTA)进行正常椎动脉血管成像及相关解剖测量。(2)构建椎动脉颅外段在中立位、头颈部左右旋转后及寰枢关节脱位后有限元模型,并进行血流模拟,探讨旋转、脱位后椎动脉血流动力学变化特点。 方法:(1)随机选取本院PACS中2013年1月-2014年4月期间行头颈64层螺旋CTA检查者椎动脉无明显病变者162例,其中男性79例,女性83例,年龄30-79岁,平均年龄53.52±11.44岁(3045岁47例,46-60岁70例,61-79岁45例)。采用AW4.6工作站进行三维成像,对椎动脉颅外段(extracranial partof vertebral artery,EVA)相关解剖结构进行测量。成像方法包括最大密度投影(maximum intensity project MIP)法,容积重建法(volume rendering VR)及多平面重组(multi planar reconstruction MPR)。(2)从本院PACS中选择1例双侧椎动脉无明显异常患者,1例寰枢关节明显脱位患者,1例寰枢关节明显左旋转患者,1例寰枢关节明显右旋转患者,获取其行64层螺旋CT的DICOM图像。在mimics15(试用版)上建立双侧椎动脉寰枢段三维实体模型,在3 matric7.0软件中建立管壁实体模型,对实体模型网格划分后,采用ansys+fluent软件进行血流模拟与仿真。观察不同形态下,椎动脉寰枢段血流动力学的变化。 结果:(1) MSCTA三维图像直观显示了椎动脉颅外段及周围骨性结构。(2)各年龄组左右两侧椎动脉颅外段长度、起始端直径以及起始端与锁骨下动脉内侧夹角测量值:30-45岁组中男性右侧188.27±11.91mm、129.20±14.60°、4.10±0.59mm,左侧191.77±14.75mm、141.28±19.25°、4.11±0.78mm;女性右侧174.00±6.67mm、123.97±14.40°、3.80±0.53mm,左侧178.05±10.34mm、147.61±16.85°、3.96±0.76mm。46-60岁组中男性右侧191.28±17.46mm、127.59±16.20°、4.04±0.79mm,左侧193.86±14.88mm、137.21±15.59°、4.13±0.55mm,女性右侧178.07±12.43mm、128.99±15.55°、3.89±0.62mm,左侧182.59±15.90mm、134.60±17.33°、3.8240.69mm。61-79岁组男性右侧189.42±18.90mm、134.05±15.50°、4.04±0.83,左侧196.79±14.46mm、133.92±18.97°、3.98±0.75mm,女性右侧176.52±10.65mm、131.81±13.93°、3.75±0.74mm,左侧180.24±12.41mm、132.15±16.24°、4.25±0.73mm。双侧椎动脉颅外段长度差异在不同年龄组组内均有显著性统计学意义(P<0.01),46-60岁组中左侧椎动脉起始端直径差异有统计学意义(P<0.05),其他各测量值间无统计学差异性;30-45岁组与46-60岁女性双侧椎动脉颅外段长度差异具有统计学意义(P<005),30-45岁组与61-79岁组男性右侧椎动脉颅外段长度差异具有统计学意义(P<0.05),30-45岁组与61-79岁组女性右侧椎动脉长度差异具有统计学意义(P<0.05)。(3)构建的中立位、左右旋转位及寰枢关节不全脱位状态下椎动脉颅外段的有限元模型具有良好的解剖学形态,并与实体模型一致。(4)模拟展示了头颈部中立位、左旋转、右旋转、寰枢关节不全脱位的椎动脉颅外形态及血流动力学特点,椎动脉颅外段在寰枢椎(C1、C2)处弯曲度大,血管内外侧速度、剪切力、管壁压力数据变化最为明显,左右侧椎动脉所测的数据存在差异。 结论:(1) MSCTA三维成像显示椎动脉及其周围骨性结构清楚,有利于解剖参数的测量;为研究椎动脉及周围结构提供了新的手段。(2)椎动脉颅外段长度在不同年龄组性别之间存在明显差异,且男性长度大于女性,随着年龄的增长双侧椎动脉颅外段长度有变长的趋势。双侧椎动脉发自于锁骨下动脉的位置存在明显差异,左侧椎动脉主要起始于锁骨下动脉管腔中间1/3,右侧椎动脉主要起始部起始于锁骨下动脉后侧1/3。双侧侧椎动脉颅外段最大径及最小径位置未见明显差异。(3)中立位、寰枢关节脱位后,双侧椎动脉颅外段形态未见明显变化,双侧血流动力学随弯曲度改变而改变,弯曲度大的阶段血流动力学改变明显,左右侧比较未见明显差异;头颈部明显左旋后左侧椎动脉颅外段第一弯曲处形态改变较右侧明显,血流动力学改变较右侧明显;头颈部明显右旋后,右侧椎动脉颅外段第一弯曲处形态改变较左侧明显,血流动力学改变较左侧明显。(4)基于MSCTA扫描数据进行椎动脉建模,其方法简单、实用,模拟椎动脉不同形态下的血流动力学改变为后循环缺血的诊断提供了新的手段。