Background: Intracranial aneurysms (IAs) pose a high risk of spontaneous subarachnoid hemorrhage. In the most complex cases, the only way to exclude the aneurysm from the circulation is to perform a high-flow extracranial-to-intracranial bypass, thus creating a new bloodstream. This avoids severe ischemic complications; however, it requires careful consideration of individual anatomy and hemodynamic parameters. Computational fluid dynamics (CFD) can be of great help in planning such a surgery by creating 3D patient-specific models of cerebral circulation.
Objective: Assessment of the perspectivity of high-flow extracranial-to-intracranial bypass planning using computational modeling.
Material and methods: In this research work, we have applied the CFD methods to a patient with a giant thrombosed IA of the internal carotid artery (ICA). Preoperative CTA images and Gamma Multivox workstation were used to create a 3D model with current geometry and three additional models: Normal anatomy (no IA), Occlusion (with ligated ICA), Virtual bypass (with bypass and ligated ICA). The postoperative data were also available. Boundary conditions were based on PC-MRI measurements. Calculation of hemodynamics was conducted with a finite element package ANSYS Workbench 19.
Results: The results demonstrated an increase in the blood flow on the affected side by more than 70% after the virtual surgery and uniformity of flow distribution between the affected and contralateral sides, indicating that the treatment is likely to be efficient. Later, postoperative data confirmed that.
Conclusion: The study showed that virtual preoperative CFD modeling could significantly simplify and improve surgical planning.
Наличие интракраниальных аневризм (ИА) сопряжено с высоким риском субарахноидального кровоизлияния. В наиболее сложных случаях единственным способом выключения аневризмы из кровотока является реваскуляризация пораженного бассейна путем создания обходного высокопоточного экстра-интракраниального шунта. Данный подход позволяет избежать тяжелых ишемических осложнений, однако необходим тщательный учет индивидуальных анатомических и гемодинамических параметров пациента. Вычислительная гидродинамика (computational fluid dynamics — CFD) может оказать существенную помощь в планировании подобных операций, позволяя создавать пациентспецифичные трехмерные модели мозгового кровообращения.
Цель исследования: Оценить возможности планирования обходного высокопоточного экстра-интракраниального шунтирования с помощью средств компьютерного моделирования.
Материал и методы: В настоящем исследовании мы применили методы компьютерного моделирования в случае пациента с гигантской тромбированной ИА внутренней сонной артерии (ВСА). На основании данных предоперационной компьютерной томографической ангиографии (КТА) построена 3D-модель церебральных артерий пациента с текущей геометрией и три дополнительные модели: «Нормальная анатомия» (без ИА), «Окклюзия» (с лигированной ВСА), «Виртуальное шунтирование» (с шунтированием и лигированной ВСА). Кроме того, построена модель, основанная на послеоперационных данных. Скорости кровотока, используемые в качестве граничных условий, измерены с помощью фазово-контрастной магнитно-резонансной томографии. Расчет гемодинамики проведен в конечно-элементном программном комплексе ANSYS Workbench 19.
Результаты: Продемонстрировано увеличение кровотока на пораженной стороне более чем на 70% после виртуальной операции, а также достижение равномерности распределения кровотока между пораженной и контралатеральной сторонами, что указывает на предположительную эффективность лечения. Результаты моделирования совпали с послеоперационными данными.
Заключение: Исследование показало, что виртуальное предоперационное CFD-моделирование может значительно упростить планирование операции и повысить эффективность хирургического лечения.
Keywords: EC-IC bypass; bypass surgery; cerebral circulation; complex aneurysms; computational fluid dynamics; hemodynamic analysis; intracranial aneurysms; preoperative planning.