非侵入式腦灌注壓評估：CT影像與CFD輔助主動脈弓手術術前規劃

利用 CT 影像處理與 CFD 模擬，非侵入式評估腦灌注壓（CPP），輔助主動脈弓手術術前規劃單側或雙側前向腦灌注方案，提高術前決策精準度。

 

選擇性前向腦灌注（SACP）概述

選擇性前向腦灌注（Selective Antegrade Cerebral Perfusion, SACP）是一種在主動脈弓手術中保護大腦灌注的術式，常於中度低溫循環停止期間使用。SACP 透過導管直接灌注供血腦部的動脈，可分為雙側 SACP（bSACP）或單側 SACP（uSACP）。目前尚無共識何時選用雙側或單側，因雙側可能增加栓塞風險，而單側可能導致對側腦半球灌注不足。

本研究提出一種新方法，用於術前預測 SACP 過程中腦灌注壓（Cerebral Perfusion Pressure, CPP），協助臨床醫師判斷最佳 SACP 方案。此方法在五名主動脈弓手術適應症患者中進行可行性測試（平均年齡 65 ± 7 歲，3 名男性），並以術前 CTA 與 4D 流量 MRI 評估患者特定動脈解剖及血流。

 

血流模擬與邊界條件設定

術前模擬中，進出血流（Qin / Qout）依據 MRI 測量的血流量設定，並以同時測量的平均動脈壓（MAP）作為從主動脈弓延伸動脈的參考壓力。術中模擬中，右鎖骨下動脈（SA）進流由心肺機器產生的壓力 Pin 決定，而出流則由公式計算的 Pout 確定。對於 bSACP，左頸總動脈（CCA）進流則以 M4 設備測量的 QCCA L 血流量設定。

透過這些邊界條件，計算流體力學（CFD）模擬能夠預測 SACP 過程中對側腦半球的 CPP，並與術中測得壓力進行比較。

 

Simpleware 軟體在患者特定模型中的應用

研究使用 Synopsys Simpleware ScanIP 軟體，從患者 CTA 影像中分割出血管樹模型，包括主動脈弓及其延伸至 Willis 環（CoW）及腦動脈的分支。影像進行各向同性內插（voxel 0.3 或 0.3125 mm），並應用雙邊濾波以降低背景噪音。

初步分割採用閾值法檢測動脈壁，再透過梯度平滑與局部表面校正（Local Surface Correction）濾波，手動分離干擾組織，最終使用 Smart Mask Smoothing 進行局部體積與拓撲保持的平滑處理。該方法能精準建立患者特定血管模型，用於術前 CPP 預測。

 

研究結果與臨床意義

使用新方法預測的 CPP 與術中測量結果高度一致，無論是 uSACP（中位誤差 2.4 mmHg，範圍 −0.2–18.0 mmHg）或 bSACP（中位誤差 0.8 mmHg，範圍 −3.3–5.4 mmHg）。預測結果對側腦半球 CPP 的準確性最受側支血管大小影響。

本研究證明，基於術前影像與部分術中數據建立的患者特定模型，可用於術前選擇最佳 SACP 方案，為主動脈弓手術提供標準化、可重複的腦灌注壓評估方法，並為後續大規模臨床研究提供依據。

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