[Cardiovascular disease] Aneurysm _ part3

이전 포스터에서
뇌동맥류가 무엇인지
왜 발생하는지,
+촬영 방법에 대해서
알아 보았다.
이번 포스터에서는
대동맥류의
[Rupture 확률]
에 대해서
Hemoydnamics 관점
에서
알아보자.
이전 포스터에서 언급 했다 싶이,
인체의 모든 동맥류는
1. 분기점(혈액이 갈라지는 지점)
2. 꺽이는 부분
이 두 곳에서 자주 발생한다.
밑 그림을 보면, 혈관이 90도 꺽인 상횡에서
혈액이 흐르고 있다 (왼쪽 -> 오른쪽으로 흐름)

실제 aneurysm 환자의 동맥류 발생 이전의 혈관 모델링 모습.
왼쪽에서 부터, 검정색 선을 따라서
distance가 증가한다고 분석해본 결과
꺽이는 부분에서, 급격하게
wall shear stress(WSS) 감소
Wall shear stress Gradient(WSSG) 증가
(Acceleration zone -> Deceleration Zone)
함을 확인할 수 있다.
Plus,
Bifurcation flow
분기점에서도

(가장 왼쪽사진)
WSS가 감소
+ WSSG가 증가
지점에서
Aneurysm이 발생한 모습을 알 수 있다.
따라서, 유체역학적으로 분석 후,
WSS,WSSG를 기반으로,
aneurysm 혈관벽에 가해지는 힘 분석도 가능하므로,
총
2가지 분석이 가능해 진다.
(Cerebral Aneurysm 이 발생한 환자 기준으로)
1. Cerebral Aneurysm rupture possibility 측정
(Cerebral Aneurysm 이 발생하기 이전 환자 기준으로)
2. Cerebral Aneurysm occurance probability

그렇다면, 어떻게 두가지를 분석하는지
구체적인 과정을 살펴보자.
먼저, 지난 포스터에서 언급한
의료촬영을 가지고,
실제 환자의 혈관을 모델링한다.
(segmentation)
거기서 필요없는 부분제거하고,
Region of InterestI (ROI)
추 출

이후에, 관심 부분의 Mesh를 형성한후
Navier-Stokes Equation based
solver로 계산을 해주면
(solver가 어떤 종류가 있는지는
추후에 다른 포스터로 설명하겠습니다.)
꼭할께요..
유체의 흐름에 관한 정보를 알 수 있다.

그렇다면, 일단 유체역학적으로
터질 위험도를 측정하기 전에

실제 의사들은
Aneurysm이 있는 환자의
터질 위험도를 어떻게 판단하는 지를 알아보자.
1. 크기에 따른 파열 확률
< 5mm
: 파열 확률이
매우 낮음
(연간 파열 확률: 0.1~0.5%).
5~7mm
: 연간 파열 확률 약
1% 미만
.
7~10mm
: 연간 파열 확률 약
1~2%
.
10~25mm
: 연간 파열 확률이
3~5%
로 상승.

25mm
: 연간 파열 확률이
10% 이상
으로 매우 위험.
2. 형태에 따른 파열 확률

주머니 모양의 동맥류가 터질 확률이 높으며,
low-neck (혈관과 동맥류 연결 면적이 작을 경우)
터질 위험도가 커진다.
3. 기타 파열 위험 요인
이전 포스터에서 언급 했던 동맥류 발생 요소들이
그대로, 파열 위험 요인으로 속합니다.
고혈압, 흡연, 가족력(유전), 수면부족

다시 혈류역학으로 돌아오면

혈액의 이동은, 심장의 박동에 의하며,
심장의 박동은 주기가 있는
Pulsatile Flow 이다.
따라서, 한 싸이클 - 심장 1박동을 의미하며,
그때, 속도, Wall shear stress, pressure 등
모든 측정값들이 다르지만,
주기를 가진다는 것.
이제 진짜, 파손위험도를

(100% 정확한 인과관계는 아니지만,
인과관계가 어느정도 있다고 알려진
연구결과들)
[파손위험도 관련 인자]
1. High Oscillatory Shear Index(OSI)
-> High rupture possiblity
OSI = 한 싸이클동안, WSS의 표준편차
즉, 얼마나 변동이 심한지 나타내는 지표.
2. High Wall Shear Stress Gradient(WSSG)
-> High rupture possbility
혈관의 흐름을 x축이라고 하였을 때,
WSS의 그 축에 따른 변화량 = WSSG
3. Low WSS + High OSI
-> tirrger inflammatory - cell - mediated destructive
4. High WSS + positive WSSG
-> tirrger inflammatory - cell - mediated destructive
5. High Relative Residence Time(RRT)
-> High rupture possbility
동맥류에 혈액이 머무는 시간이 길수록,
= (recirculation or stagnation zone)
= 정체되있는 혈류일 수록, 동맥류에 머무는
혈류의 체류시간이 길다.
6. Low Shear Area Ratio(LSAR) 높을수록
, 터질 확률 증가.
한 펄스 싸이클에서,
하위 10% WSS 면적 (평균 wss대비) / 전체 동맥류 면적

[Aneurysm formation 관련 인자]
1. Low WSS + High OSI
-> tirrger inflammatory - cell - mediated destructive
2. High WSS + positive WSSG
-> tirrger inflammatory - cell - mediated destructive
3. High Aneurysm Formation Index(AFI)
한 싸이클동안,
AFI = [WSS 의 크기,방향] 의 변화
WSS avg 백터와 WSS가 방향이 다를수록
(사이 각도 theta - 90도에 가까울수록 - cos ~1에 가까울수록 )
즉, 혈류의 property가 급격하게 변화하는 지점
+ Turbulence flow
= 혈관 벽에서 혈류가 오래 머무르는 곳.
4.HIGH Gradient Oscillatory Number(GON)

전단응력의 방향과 크기가 얼마나,
불안정한지를 나타내는 지표이므로
클수록, Aneurysm formation 확률이 높아진다.

결론적으로, 혈관 벽에 가해지는 shear stress가 불규칙적(자주변함) 이거나, 너무 낮으면
-> 혈관 내피세포가 불안정한 혈류에 적응하지 못하여, 중막의 Elastin, Smooth Muscle cell 손상
+ 여러 다른 요인들(흡연, 수면부족, 잘못된 식습관, 유전) 들로 인한 염증작용
-> 으로 최종적으로 혈관벽이 탄성을 잃고, 그대로 늘어나는 현상이
동맥류 Aneurysm 인 것이다.