Az agyalapi aneurysmák életciklusa a hemodinamika tükrében

Hasonló dokumentumok
Koponyaűri aneurysmák morfológiájának, külső környezetének és áramlásdinamikájának összefüggései, valamint ezek hatásai a természetes kórlefolyásra

Artériás véráramlások modellezése

Koponya!ri aneurysmák hemodinamikai elemzése

Artériás véráramlások modellezése

Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

CFX számítások a BME NTI-ben

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

Technikai áttekintés SimDay H. Tóth Zsolt FEA üzletág igazgató

Sarkadi Margit1, Mezősi Emese2, Bajnok László2, Schmidt Erzsébet1, Szabó Zsuzsanna1, Szekeres Sarolta1, Dérczy Katalin3, Molnár Krisztián3,

Vérkeringés. A szív munkája

Térbeli struktúra elemzés szél keltette tavi áramlásokban. Szanyi Sándor BME VIT. MTA-MMT konferencia Budapest, június 21.

Biomechanika előadás: Háromdimenziós véráramlástani szimulációk

CEREBROVASZKULÁRIS KÓRKÉPEK

MAÉT, Szombathelyi Angiológiai Napok, június

Ejtési teszt modellezése a tervezés fázisában

A tremor elektrofiziológiai vizsgálata mozgászavarral járó kórképekben. Doktori tézisek. Dr. Farkas Zsuzsanna

Kiválósági ösztöndíjjal támogatott kutatások az Építőmérnöki Karon c. előadóülés

NOAC-kezelés pitvarfibrillációban. Thrombolysis, thrombectomia és kombinációja. Az ischaemiás kórképek szekunder prevenciója. A TIA új, szöveti alapú

A fenntartható geotermikus energiatermelés modellezéséhez szüksége bemenő paraméterek előállítása és ismertetése

SZIMULÁCIÓ ÉS MODELLEZÉS AZ ANSYS ALKALMAZÁSÁVAL

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

LEVEGŐZTETETT HOMOKFOGÓK KERESZTMETSZETI VIZSGÁLATA NUMERIKUS ÁRAMLÁSTANI SZIMULÁCIÓVAL

XVII. econ Konferencia és ANSYS Felhasználói Találkozó

Projektfeladatok 2014, tavaszi félév

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Szádfal szerkezet tervezés Adatbev.

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Az intervenciós neuroradiológia korszerű lehetőségei

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M4. számú mérés Testek ellenállástényezőjének mérése NPL típusú szélcsatornában

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Folyadékok és gázok áramlása

Modern Fizika Labor Fizika BSC

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

Távérzékelés a precíziós gazdálkodás szolgálatában : látvány vagy tudomány. Verőné Dr. Wojtaszek Malgorzata

Folyadékok és gázok áramlása

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Szívultrahang vizsgálatok gyermekkorban. Dr. Tölgyesi Andrea I. sz. Gyermekklinika Semmelweis Egyetem, Bp.

BME HDS CFD Tanszéki beszámoló

A központi idegrendszer ér-megbetegedései

DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI A HEMIPARETIKUS BETEGEK JÁRÁSÁNAK ÉS ÁLLÁSSTABILITÁSÁNAK HORVÁTH MÓNIKA

Nyírási lokalizáció és rendeződés szemcsés anyagokban (munkabeszámoló) Szabó Balázs

Endokrin betegek perioperatív ellátása Továbbképző tanfolyam

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

ACÉLÍVES (TH) ÜREGBIZTOSÍTÁS

Az alakítással bevitt energia hatása az ausztenit átalakulási hőmérsékletére

Érzelmi megterhelődés, lelki kiégés az egészségügyi dolgozók körében

Ábragyűjtemény levelező hallgatók számára

FÉLMEREV KAPCSOLATOK NUMERIKUS SZIMULÁCIÓJA

A PLAKK KÉPZŐDÉS FOLYAMATOS SENKI NEM TUD TÖKÉLETESEN FOGAT MOSNI, KIVÁLT KÉPEN JELENTŐS PARODONTÁLIS TAPADÁSVESZTESÉG UTÁNI ÁLLAPOTBAN

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

A személyzet egésztest dózisának a mérése és számítása az Intervenciós Kardiológián

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

AZ INTERVENCIÓS NEURORADIOLÓGIA SZEREPE AZ ISCHÉMIÁS STROKE PREVENCIÓJÁBAN ÉS KEZELÉSÉBEN

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Életvégi döntések az intenzív terápiában az újraélesztés etikai és jogi vonatkozásai

Fókuszált ultrahangvizsgálat gyermekkorban

Standardfejlesztési tevékenység

44 éves férfibeteg: ocularis stroke és stroke. - kazuisztika -

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

2008. év végére elkészült a csatorna felújítása, ezt követte 2009-ben a motor és a frekvenciaváltó üzembe helyezése.

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Radon leányelemek depozíciója és tisztulása a légzőrendszerből

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ INTERAKTÍV VIZSGAFELADATHOZ. Szonográfus szakasszisztens szakképesítés

Szádfal szerkezet ellenőrzés Adatbev.

A szárazmegmunkálás folyamatjellemzőinek és a megmunkált felület minőségének vizsgálata keményesztergálásnál

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

A Fıvárosi Vízmővek ZRt. vízellátó hálózatának mőtárgyainak vizsgálata

Korszerűség és széles körű alkalmazhatóság a Denti Implantációs Rendszerben

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ INTERAKTÍV VIZSGAFELADATHOZ. Szonográfus szakasszisztens szakképesítés

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

Végeselemes analízisen alapuló méretezési elvek az Eurocode 3 alapján. Dr. Dunai László egyetemi tanár BME, Hidak és Szerkezetek Tanszéke

Seven implantátumok klinikai és radiológiai vizsgálata. Az osseointegráció mértéke és a csont szintjének stabilitása. Elsődleges eredmények.

Függőleges és vízszintes vasalás hatása a téglafalazat nyírási ellenállására

Súlytámfal ellenőrzése

Pest megye önálló régióvá válása: a vállalkozások helyzete

3. Mérőeszközök és segédberendezések

DOKTORI (Ph.D.) ÉRTEKEZÉS DR. KOMAREK LEVENTE

Folyami hidrodinamikai modellezés

Szakmai nap Nagypontosságú megmunkálások Nagypontosságú keményesztergálással előállított alkatrészek felület integritása

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

Norvég Finanszírozási Mechanizmus által támogatott projekt HU-0115/NA/2008-3/ÖP-9 ÚJ TERÁPIÁS CÉLPONTOK AZONOSÍTÁSA GENOMIKAI MÓDSZEREKKEL

Középtávú kimenetel bifurkációs koszorúér-szűkületek crush stenteléssel történő intervencióját követően saját regiszterünk alapján

Mérési metodika és a műszer bemutatása

AZ ÉPÜLETEK ENERGETIKAI JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSA ENERGETIKAI SZÁMÍTÁS A HŐMÉRSÉKLETELOSZLÁS JELENTŐSÉGE

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

Fiatal férfi beteg sikeres kombinált neurointervenciós idegsebészeti-sugársebészet

Nagyon köszönöm a disszertáció alapvetően pozitív megítélését és a gondos bírálatot. A következőkben válaszolok a feltett kérdésekre.

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Konzulensek: Czeglédi Ádám Dr. Bojtár Imre

Az MKT Intervenciós Munkacsoportjának Továbbképző Kongresszusa

CFD alkalmazási lehetıségei a Mátrai Erımőnél Elıadás. Budapest, BME CFD workshop május 11. Egyed Antal

Átírás:

Az agyalapi aneurysmák életciklusa a hemodinamika tükrében Doktori tézisek dr. Kulcsár Zsolt Mihály Semmelweis Egyetem Szentágothai János Idegtudományi Doktori Iskola Témavezető: Dr. Szikora István, PhD, egyetemi magántanár Hivatalos Bírálók: Szigorlati bizottság: Dr. Dóczi Tamás, egyetemi tanár Dr. Bérczi Viktor egyetemi tanár Dr. Hüttl Kálmán, egyetemi tanár, elnök Dr. Kövér Ferenc, PhD, főorvos Dr. Ertsey Csaba, PhD, egyetemi adjunktus Budapest 2011

1. Bevezetés Az intracranialis aneurysmák az agyalapi ereken, elsősorban bifurkációkban, elágazódási pontokon vagy kanyarulatokban előforduló értágulatok. Ezen területek erőteljes hemodinamikai hatásoknak vannak kitéve, ami a hemodinamika meghatározó szerepére utal. A kórkép jelentősége abból a két egyszerű tényből adódik, hogy nem ritka betegségről van szó, továbbá, hogy ezen értágulatok a fejlődési folyamatuk során megrepedhetnek és subarachnoidealis vérzés (SAV) révén életet veszélyeztető állapotot idéznek elő. A felnőtt népesség kb. 2%-a hordoz aneurysmát, azonban ezen létező aneurysmák csupán egy része okoz subarachnoidealis vérzést, aminek incidenciája kb. 10 eset/100.000 lakos/évre tehető. A subarachnoidealis vérzést legjobb lenne elkerülni, erre azonban jelenleg korlátozottak a lehetőségeink. Ennek elvi módja az lenne, ha az aneurysmát hordozó egyéneket azonosítani tudnánk, továbbá a vérzési kockázatot pontosan fel lehetne mérni, majd minimálisra csökkenteni. Erre két lehetőségünk adódik. Primer prevencióval az aneurysmák kialakulását tudnánk megelőzni, ehhez azonban ismernünk kell a hagyományos kockázati tényezők mellett azokat a hemodinamikai elemeket is, amelyek kialakulásukat elindítják. A szekunder prevencióval pedig a már kialakult elváltozások életciklusát előrevetítve dönthetünk a megfigyelés, vagy az aktív kezelés mellett aszerint, hogy az aneurysma az előrejelzéseink szerint nyugalomban marad és nem vérzik, vagy magas vérzési rizikóval rendelkezik. Az aneurysmák életciklusában számos hemodinamikai és biológiai folyamat még ismeretlen. Munkánkban az összefüggésekre kerestük a választ. 2

2. Célkitűzések Jelen munka elsődleges célja az agyi érrendszeren ható hemodinamikai erők, és különösképpen az endothelialis felületi nyírófeszültség (WSS) hatásának elemzése az aneurysmák életciklusának függvényében, így az indukció fázisától egészen a stabilitás vagy a vérzés eléréséig. Ennek érdekében első lépésben áttekintettük a témához kapcsolódó, rendelkezésünkre álló eredményeket, amelyek a hemodinamikai erők biológiai hatásaira vonatkoznak, majd saját kutatásaink alapján keresünk választ a következő kérdésekre: 1. Mi a szerepe a fali nyírófeszültség (WSS) lokális eloszlásának az aneurysmaák kialakulásában? Állatkísérletes modellek alapján felvetődött, hogy az aneurysmák kialakulásának indukciójában jelentős szerepe van az endotheliumon ható kiugróan magas felületi WSS és ennek térbeli gradiense (SWSSG) együtthatásának, amit humán vizsgálatokban még nem sikerült igazolni. Az általunk kezelt és követett betegpopuláció adatait áttekintve megvizsgáltuk ezen tényezők szerepét valós humán aneurysmák kialakulásában. 2. Hogyan befolyásolja az aneurysma lokalizációja és morfológiája a benne zajló áramlásdinamikai tulajdonságokat? Erre az általunk kezelt betegpopulációból kiválasztott aneurysmák áramlásdinamikai elemzésével keresünk választ. 3. Milyen összefüggés van a hemodinamikai hatások biológiai és klinikai következményei között? Az összefügéseket a témával kapcsolatos szakirodalom adatait a saját eredményeinkkel összevetve kerestük. 3

3. Anyagok és módszerek 3.1. A célkitűzéseknek megfelelően a vizsgálatunk két alapvető részre tagolódott. Az első részben az aneurysmák indukciójának folyamatát vizsgáltuk. A három dimenziós angiográfia (3D-DSA) 2001-es bevezetése óta, az elmúlt tíz évben az Intézetünkben aneurysma diagnózisával vizsgált beteg, és aneurysma kulcsszó alatt végzett 3213 vizsgálat anyagát áttekintve három beteget találtunk alkalmasnak az elemzésre. A klinikai követés során ezen betegeknél aneurysma alakult ki egy olyan érszakaszon, ahol a korábban elvégzett vizsgálatok során, amely 3D-DSA-sorozatot is tartalmazott az adott artériáról, nem volt aneurysma kimutatható, vagy csak egy aneurysma kezdeményre emlékeztető parányi kiöblösödés volt ábrázolható. Az eredeti vizsgálatokat más anatómiai lokalizációban található vérzett vagy nem vérzett aneurysmák miatt végeztük. A vizsgálatban szereplő betegek klinikai kórtörténetét, kockázati tényezőit, valamint az eredeti angiográfia és a kifejlődött aneurysma kimutatása között eltelt időt rögzítettük az analízishez. A vizsgálat eredetisége és egyedisége az alacsony esetszám ellenére abból adódik, hogy az aneurysma képződés folyamatát igen nehéz teljesen felkészülve tetten érni, ui. ehhez számos tényezőnek, amelyek egy része teljesen esetleges, teljesülnie kell. Ezen feltételeknek köszönhetően a szakirodalomban a mai napig nem szerepel ehhez hasonló, valós eseteken alapuló vizsgálat. Az áramlásdinamikai szimulációkat mindhárom beteg esetében elvégeztük az aneurysma kialakulása előtti stádiumban, illetve két beteg esetében az aneurysma kimutatásakor elvégzett vizsgálat során nyert 3D angiográfia alapján is. 3.2. A vizsgálat második felében a már kialakult aneurysmák geometriájának hatását vizsgáltuk az aneurysmában zajló hemodinamikai folyamatokra. 4

Összesen 21 aneurysmát választottunk ki retrospektív módszerekkel a 3D adatbázisunkból olyan kritériumok alapján, hogy a sorozatban különböző morfológiájú és lokalizációjú aneurysmák (oldalfal és bifurkációban elhelyezkedő) egyaránt képviselve legyenek. Az áramlásdinamikai szimulációk értékelhetősége érdekében a kisméretű (<6 mm) aneurysmákat szándékosan kihagytuk az elemzésből. Az összes aneurysmát elemeztük két standard vetületben a hagyományos angiográfiák, a 3D rekontrukciós modellek és az áramlásdinamikai szimulációk alapján. Az adatbázisba minden modell esetében bekerült a beteg kórtörténetete, az aneurysma átmérője két különböző síkban, a zsák magassága/nyakátmérő (ún. aspect ratio) hányados, az aneurysma morfológiai besorolása, az aneurysma-szülőér közötti szög mérete, az áramlási paraméterek, és az aneurysma fala mentén szimulált nyomás- és felületi nyírófeszültség értékek. Az aneurysma két legnagyobb átmérőjét a 3D modelleken minden esetben két egymásra merőleges síkban mértük. Az aneurysmákat oldalfali vagy bifurkációs csoportba soroltuk a morfológiájuk alapján. Korábbi áramlásdinamikai vizsgálatainkból szerzett tapasztalataink alapján az oldalfal aneurysmákat tovább csoportosítottuk: az egyik csoportba kerültek azok, amelyek a szülőér falát annak csak fokális, nem kiterjedt részén érintették (ezeket egyoldali aneurysmáknak neveztük), míg a másik csoportba kerültek azok, amelyek a szülőeret teljes körfogatában érintették (körkörös típusok). Egyoldali típus Körkörös típus 5

A 3D rekonstrukciós modelleken meghatároztuk a szülőér utolsó, közvetlen aneurysma előtti szakaszának fő tengelyét, valamint az aneurysma két fő tengelyét (amelyek az aneurysma két legnagyobb átmérőjének feleltek meg) egymásra merőleges síkokban. Meghatároztuk a szülőér tengelye és az aneurysma tengelyei közötti szögeket. Ezek alapján párhuzamos típusúnak tekintettük azon aneurysmákat, amelyek axiális szöge 45 -nál kisebb volt mindkét síkban, míg azokat, amelyeknél az egyik axiális szög meghaladta a 45 -ot, merőleges típusnak neveztük. Merőleges típus Párhuzamos típus Az aneurysmán belüli áramlási formákat a következőképpen soroltuk be: szabályos vortex áramlásról beszéltünk abban az esetben, ha a beáramlás az aneurysma disztális nyakánál, a kiáramlás pedig a nyak proximalis részénél történt, és a zsákon belül egyetlen vortex mutatkozott; szabálytalan vortex áramlásnak minősült, ha a be- és kiáramlási zóna felcserélődött, és/vagy a zsákban több vortex is kialakult; sugárszerű ( jet-típusú ) áramlásról volt szó a sugárszerű beáramlás esetén. A felületi nyírófeszültséget vagy egyenletes eloszlásúnak tekintettük, vagy csúcsértékekkel jellemeztük a nyaki régióban vagy a zsák egyéb részein. 3.3. Áramlásdinamikai szimulációk Az eredeti, 3D rotációs angiográfiás sorozatok GE LCV+ (GE Healthcare) típusú digitális szubtrakciós angiográfiás berendezéssel készültek, a 6

felvételeket ezt követően Advantage Windows munkaállomáson rekonstruáltuk ADW 4.2 rekonstrukciós program, segítségével. A 3D képadatbázist ezután három dimenziós felszínné konvertáltuk. Ezt követően a kereskedelmi forgalomból elérhető ANSYS ICEM CFD 11.0 szoftver (ANSYS, Pennsylvania, USA) segítségével generáltunk tetraéderes hálót a felületnek megfelelően. Az áramlás megfelelő felbontása érdekében az érfal mentén prizmatikus elemeket hoztunk létre 5 rétegben. A háló mérete kb. 300.000 800.000 elemből állt. Az így elkészült hálót alkalmaztuk szimulációinkban, amelyeket az ANSYS CFX 10.0 vagy 11.0 (ANSYS) kereskedelemben hozzáférhető véges térfogatok elvén működő szoftver segítségével végeztünk. A szimulációk során a folyadékot Newtoninak és összenyomhatatlannak tekintettük, 1.050 kg/m 3 sűrűséggel és 0,003 kg/m s viszkozitással. Az érfalat és az aneurysmafalat merevnek tekintettük a számítási idő csökkentése érdekében. Az áramlást pulzatilisnak tekintettük, szintetikus beáramlási sebességfunkcióval. Az analitikus szívciklust 0.8 mp időtartamúnak határoztuk meg, ami szimulációnkban 0,01 vagy 0,02 s-os időlépésekből állt, aminek eredményeként egy ciklus 40 vagy 80 lépésből épült fel. Összesen 3 ciklust szimuláltunk annak érdekében, hogy a kezdeti tranziensek eltűnjenek. A beáramlási átlagsebesség a szívcikluson belül 1 és 0,37 m/s között változott, térbeli parabolikus eloszlással. A kiáramlási peremfeltételként állandó nyomást alkalmaztunk, amit egy művi rezisztencia előzött meg. A rezisztenciát porózus rétegként modelleztük, és csak azt a nyomásesést vettük figyelembe, ami a sebességgel lineárisan arányos. A kiáramlási peremfeltételeket a perifériás ellenállás jellege, és a kapillárisok szintjén lévő majdnem állandó nyomás alapján állítottuk be. A paramétereket úgy választottuk meg, hogy a vizsgált szegmentumokban lévő nyomás 80 és 120 Hgmm között változzék. Ezen módszer eredményeként a vizsgált 7

érszegmentumban a nyomás és az áramlási sebesség mezők azonos fázisban fluktuálnak. 4. Eredmények 4.1. Az aneurysma indukcióját meghatározó hemodinamikai környezet Az aneurysma kifejlődése előtti stádiumtól követve az aneurysmák természetes kórlefolyását, az aneurysmát még nem hordozó artériák 3D rekonstrukciója alapján áramlásdinamikai szimulációkat végeztünk olyan oldalfali- és elágazás szegmentumokon, amelyeken később aneurysma alakult ki. Az aneurysmák kialakulási helyének megfelelően kiugróan emelkedett felületi nyírófeszültséget és azt térben megelőző magas térbeli WSS-gradienst találtunk. Az eredményeink összecsengtek az állatkísérletes modellben talált eredményekkel, amelyek szerint az endotheliumon ható felületi nyírófeszültség és annak térbeli gradiense szerepet játszhat az aneurysma indukciójában. Az érintett érszakaszon, ahol később az aneurysma kifejlődött, mindemellett a felületi nyomás mindegyik esetben viszonylagosan magas volt. A felületi nyírófeszültség és az SWSSG kiugrása pontosan megfelelt a később kialakult aneurysma proximalis szélének. Minden beteg esetében, az érintett érszakaszon, az elsődleges megfigyeléstől számított két éven belül aneurysma alakult ki, amelyek közül egy subarachnoidealis vérzést okozott. 8

A jobb ACI oldalirányú DSA-képe a 2. esetben, amelyen az ACI supraclinoidealis szakaszán, a felső falon aneurysmának nyoma sem látszik (nyíl) (A). A felületi nyomáseloszlási (felső) és nyírófeszültség eloszlási térkép (alsó) szerint (B) jelentős hemodinamikai erők összpontosulnak az aneurysma későbbi lokalizációjának megfelelő felső carotis-falon (nyíl). Az előre meghatározott vonal mentén a diagramon kb. a 7-8-as pont szintjében látható egy kombinált, kiugróan magas SWSSG-t és WSS-t magába foglaló csúcs (nyilak) (C), ami megfelel a később kialakult aneurysma nyaki régiójának, amint az a 3D rekonstrukciós felvételen látható (D). A WSS értékek ezeken a pontokon legalább ötszörösen meghaladták a szülőérben mért átlagértéket. Kézenfekvő azt feltételezni, hogy az érfalban végbemenő kezdeti destruktív változások, mint a lamina elastica interna 9

szakadása (mint az aneurysma kialakulásának előfeltétele), az endothelsejtek pusztulása és a muscularis réteg elvékonyodása a hemodinamikai stressz hatások által leginkább érintett részeken jönnek létre. Amennyiben ezek a hatások egy viszonylag kis területre összpontosulnak, mint pl. az általunk tanulmányozott esetekben, ezen hemodinamikai tényezők biológiai hatásai felfokozottan jelentkezhetnek, nem adva lehetőséget az érfalnak a konstruktív, védekező átalakulásra. 4.2. Az aneurysma geometriájának hatása az aneurysmában uralkodó hemodinamikai viszonyokra A vizsgálatunk második részében az aneurysmák bizonyos geometriai tulajdonságait hoztuk összefüggésbe az áramlásdinamikai jellemzőkkel azzal a céllal, hogy jobban megérthessük azokat a hemodinamikai jellegzetességeket, amelyek aztán a betegség természetes lefolyását befolyásolhatják. Az egyoldali típusú öt vizsgált aneurysma közül négy esetében találtunk szabályos örvény áramlást, és a körkörös típusú 5 oldalfal aneurysmából négy esetében találtunk szabálytalan örvényáramot az aneurysma belsejében, továbbá a be- és kiáramlási zónák a szokványoshoz képest felcserélődtek, vagy egyéb komplex jelleget mutattak. Jelen megfigyeléseink azt sugallják, hogy a nyaknak szülőér tengelyére merőleges síkban mért mérete, vagyis azon tulajdonsága, hogy a szülőér körfogatából mekkora részt foglal magába, igen fontos szerepet játszik az aneurysmában kialakuló áramlási viszonyokra nézve. Ilyen esetben az aneurysma zsák nem feltétlenül szimmetrikusan helyezkedik el a szülőéren, és ha aszimmetrikus a pozíciója, az aneurysmán belül kialakuló örvény nem csak a szülőér fő tengelyével és értelemszerűen a szülőérben lévő 10

áramlási síkokkal párhuzamosan, hanem attól eltérő szögben, akár merőlegesen is kialakulhat. Másfelől az aneurysmákat a zsák fő tengelye és a szülőér fő tengelye közötti szög alapján osztályoztuk. Amint az várható volt, az összes oldalfal aneurysma merőleges típusba tartozott, azonban a bifurkációs aneurysmák nem mind tartoztak a párhuzamos típusok közé. A 11 bifurkációs aneurysma közül négy esetében az aneurysma fő tengelye jelentős mértékben eltért a szülőér fő tengelyétől. Az összes merőleges aneurysmában örvény típusú áramlást mutattak a szimulációk (szabályos vagy szabálytalan), beleértve a négy ilyen típusú bifurkációs aneurysmát is. Ezzel szemben az összes párhuzamos típusú aneurysmában (amelyek mindegyike bifurkációs aneurysma volt) sugár típusú áramlást találtunk. Az örvényáramot az aneurysmazsák előtt, a szülőérben áramló folyadék belső súrlódása tartja fenn, míg a sugáráram az aneurysmába direkt módon beáramló folyadéksugár következménye. Az eredményeink azt sugallják, hogy az aneurysmában kialakuló áramlás jellegét a szülőér és az aneurysma fő tengelye által bezárt szög határozza meg, és nem attól függ, hogy az aneurysma oldalfalon vagy bifurkációban helyezkedik-e el. Az a tény, hogy az általunk vizsgált oldalfal aneurysmákban nem találtunk sugár típusú áramlást, még nem jelenti azt, hogy ilyen típusú áramlás ilyen lokalizációban nem lehet jelen. Abban az esetben ugyanis, ha egy aneurysma egy éles kanyarulatban helyezkedik el, mint például egy széles nyakú aneurysma a. ophtalmica közvetlen eredésénél, könnyen előfordulhat, hogy az áramlás a zsákba sugár típusú lesz; ez viszont szintén összefüggésbe hozható a tengelyek közötti szögeltéréssel, és egy ilyen esetben is első sorban párhuzamos típusú morfológia vetíthető előre. Erőteljes összefüggést találtunk az áramlás jellege és a felületi nyomás eloszlása között: az összes, sugár típusú áramlással rendelkező aneurysma esetében a felületi nyomáseloszlás egyenetlennek mutatkozott az aneurysma fala mentén. Az örvény típusú áramlást mutató 14 aneurysma 11

közül 11-ben a nyomáseloszlás viszonylag egyenletes volt. Ez utóbbi csoportban az áramlásban adódó szabálytalanságok látszólag nem befolyásolták a felületi nyomáseloszlást. Ezen eredményünk jelentősége azonban vitatható. Az általunk vizsgált esetekben a nyomás eloszlása általában nem mutatott különleges egyenetlenségeket, és az adott esetekben mért csúcsértékek nem haladták meg a szülőérben meghatározott nyomásokat. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a nyomáseloszlás térbeli és időbeli egyenetlensége, vagy ezek kombinációja nem járulhat hozzá az aneurysma falának a fáradásához, és adott esetben a megrepedéséhez. Az öt vérzett aneurysma közül négynek volt párhuzamos tengelye, mutatott sugár típusú áramlást, és felületi nyomáskiugrást. 5. Következtetések 5.1. Jelen vizsgálat tehát alátámasztotta a bifurkációs aneurysma képződés állatkísérleti modelljében találtakat, miszerint a kis területen ható emelkedett WSS és ezt megelőző magas SWSSG együttesen az érfal szerkezetének a destrukciójához és aneurysma kialakulásához vezetett, és mindezt oldalfalaneurysmák esetére is érvényesnek találtuk. Az agyi aneurysmák természetes életciklusát vizsgálva elsőként sikerült a hemodinamika ezen jelentős szerepét igazolnunk az aneurysmák indukciójában. 5.2. Kimutattuk, hogy az aneurysma geometriája jelentős mértékben befolyásolja az aneurysmán belül alakuló áramlás jellegét. Amennyiben az aneurysma a szülőér körfogatának jelentős részét magába foglalja a nyak szintjén, a jellegzetesnek gondolt áramlási viszonyok megváltoznak, a be- és kiáramlási zóna felcserélődésével. Ennek jelentős szerepe lehet a kezelés 12

megtervezésében, ugyanis az endovascularis kezelés során egyik legfontosabb szempont a beáramlási zóna gátlása. 5.3. Az aneurysma/szülőér közötti szög volt a legfontosabb tényező az aneurysmán belüli áramlási viszonyok meghatározásában. A szülőérre merőleges tengelyű aneurysmák belső súrlódásból adódó ( shear driven flow ),örvény típusú áramlást mutattak függetlenül attól, hogy oldalfalon vagy bifurkációban helyezkedtek-e el. A szülőérrel párhuzamos tengelyűek viszont sugár típusú áramlással bírtak. A sugár típusú áramlás továbbá egyenetlen felületi nyomáseloszlásra hajlamosított, és nem zárható ki, hogy összefüggésben áll a vérzés kockázatával. Mindezen eredmények a primer és szekunder prevencióban, valamint a terápiás lépések megtervezésében nagyon fontos szerepet játszhatnak a nem túl távoli jövőben. 6. Saját publikációk jegyzéke 6.1. Az értekezés témájában megjelent saját publikációk: 1. Kulcsár Zs, Ugron A, Marosfői M, Berentei Z, Paál G, Szikora I. (2011): Hemodynamics of cerebral aneurysm initiation: the role of wall shear stress and spatial wall shear stress gradient. AJNR Am J Neuroradiol. 32(3):587-94. 2. Szikora I, Paál G, Ugron Á, Nasztanovics F, Marosfői M, Berentei Zs, Kulcsár Zs, Lee W, Bojtár I, Nyáry I. (2008). Impact of aneurysmal geometry on intraaneurysmal flow: a computerized flow simulation study. Neuroradiology. 50(5):411-21. 13

3. Kulcsár Zs, Berentei Z, Marosföi M, Vajda J, Szikora I. (2010): Thromboembolic complication induced stable occlusion of a ruptured basilar tip aneurysm. Case report and review of the literature. Interv Neuroradiol. 16(1):83-8. 6.2. Az értekezéshez fel nem használt, legfontosabb publikációk 1. Kulcsár Zs, Bonvin C, Pereira VM, Altrichter S, Yilmaz H, Lovblad KO, Sztajzel R, Rüfenacht DA (2009). Penumbra TM System: A Novel Mechanical Thrombectomy Device for Large Vessel Occlusions in Acute Stroke. AJNR Am J Neuroradiol. 31(4):628-33 2. Kulcsár Zs, Bonvin C, Lovblad KO, Gory B, Yilmaz H, Sztajzel R, Rufenacht D (2010): Use of the Enterprise Intracranial Stent for Revascularization of Large Vessel Occlusions in Acute Stroke. Klin Neuroradiol. 20(1): 54-60 3. Kulcsár Zs, Yilmaz H, Bonvin C, Lovblad KO, Rüfenacht DA (2010): Multiple Coaxial Catheter System for Reliable Access in Interventional Stroke Therapy., Cardiovasc Intervent Radiol. 33(6):1205-9. 4. Kulcsár Zs, Wetzel S., Augsburger L., Gruber A., Wanke I., Rüfenacht D (2010): Effect of flow diversion treatment on very small ruptured aneurysms. Neurosurgery. 67(3):789-93. 5. Kulcsár Zs, Ernemann U., Wetzel S.G., Bock A., Goericke S., Panagiotopoulos V., Forsting M., Ruefenacht D. A., Wanke I (2010): High-profile flow diverter (Silk) implantation in the basilar artery: efficacy in the treatment of aneurysms and the role of the perforators. Stroke.41(8):1690-6. 6. Kulcsár Zs et al (2011). Intraaneurysmal thrombosis as a possible cause of delayed aneurysm rupture after flow diversion treatment. AJNR Am J Neuroradiol.; 32(1):20-5. 14

6.3. Köszönetnyilvánítás Az elsődleges köszönet szakmai és szellemi mentoromat, Dr. Szikora Istvánt illeti meg, aki elindított a pályán és az elmúlt 10 évben folyamatosan támogatott szakmai és személyes döntéseim meghozatalában, segített céljaim elérésében. A jelen munka és a hozzá kapcsolódó kutatások nem készülhettek volna el a Budapesti Közgazdasági és Műszaki Egyetemen dolgozó mérnökcsapat nélkül, akik hazánkban elsőként vállalták fel az agyi érrendszerben zajló hemodinamikai folyamatok megértésére irányuló technikai kihívások megoldását, mindig nyitottak és készek voltak egy-egy elvetemült orvosszakmai feladvány megfejtésére. Hálásan köszönöm Bojtár Imre professzor úr, Paál György tanár úr, Ugron Ádám és Nasztanovics Ferenc doktoranduszok munkáját. Köszönettel tartozom továbbá az Országos Idegtudományi Intézetben dolgozó közvetlen kollégáimnak, dr. Berentei Zsoltnak és dr. Marosfői Miklósnak, akikkel együtt küzdöttük át magunkat a mindennapok feladatain. Köszönöm továbbá az intervenciós laborban dolgozó röntgen műtősasszinsztenseknek, Máttyus Szilvinek, Buday Katinak, Szeicher Magdolnának, Malik Áginak, Fehér Kingának, hogy pályakezdőként türelmesek voltak hozzám és tanítottak. Szerencsésnek mondhatom magam, hogy olyan személyiségek segítették szakmai tudásom és nézeteim alakulását, mint Nyáry István professzor úr, dr. Vajda János és Czirják Sándor tanár urak. 2007 szeptembere óta Svájcban dolgozom Rüfenacht Daniel professzor úr és Isabel Wanke professzor asszony irányítása alatt, akik mindketten sokat segítettek a szakmai nézeteim tágításában és támogatták 15

nemzetközi pályafutásom alakulását. Köszönöm továbbá Luca Augsburgernek az áramlásdinamikai szimulációk és a hemodinamika területén nyújtott szakmai segítségét. Köszönöm családom szeretetét. 16