Computational Study of Hemodynamic Changes Induced by Overlapping and Compacting of Stents and Flow Diverter in Cerebral Aneurysms

Abstract

두개 내 스텐트의 혈류변환효과는 Metal coverage rate (MCR) 와 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서는 두개 내 스텐트인 Enterprise, LVIS 및 혈류변환스텐트인 Pipeline 의 혈류변환효과를 MCR 변화의 측면에서 비교하였고, 스텐트를 중첩하거나 압축했을 때 발생하는 혈류변환효과의 변화를 전산유체역학을 이용하여 비교 분석하였다. 각 스텐트의 혈류변환효과를 비교하기 위해 직선의 모동맥에 형성된 구형의 이상적인 동맥류를 가정한 뒤 여기에 실제 스텐트를 기반으로 한 가상으로 생성된 스텐트를 설치하여 전산유체역학적 분석을 수행하였다. 첫째로, 단일 Enterprise, LVIS 및 Pipeline 의 혈류변환효과를 비교하였다. 둘째로, Enterprise 와 LVIS 를 순차적으로 중첩한 후 혈류변환효과의 변화를 Pipeline 과 비교하였다. 마지막으로, 스텐트의 압축에 따른 혈류변환효과의 변화를 비교하기 위해 단일 및 이중의 LVIS 및 단일 Pipeline 의 압축 전 후의 혈류변환효과를 비교하였다. 혈류변환효과의 정량적 분석을 위해 energy loss, average velocity, inflow rate 와 같은 혈류역학적 변수를 사용하였다. 단일 스텐트 간의 혈류변환효과 비교 결과 Enterprise, LVIS, Pipeline 순서로, MCR 이 높을수록 혈류변환효과가 우수한 것으로 확인되었다. 스텐트의 중첩효과의 실험에서는 삼중으로 중첩한 Enterprise 보다 압축하지 않은 단독 LVIS 에서 모든 혈류역학적 변수의 감소율이 높은 것으로 확인되었다. 또한, 압축하지 않은 두개의 LVIS 를 중첩한 경우 압축하지 않은 단일 Pipeline 만큼의 혈류변환효과가 확인되었다. 스텐트의 압축효과의 실험에서는 LVIS 와 Pipeline 모두 스텐트를 압축한 경우에서 압축하지 않은 경우에 비해 혈류변환효과가 우수한 것으로 확인되었다. 특히, 압축한 단일 LVIS 에서 압축하지 않은 이중의 LVIS 및 압축하지 않은 단일 Pipeline 만큼의 혈류변환효과가 있는 것으로 확인되었다. 이처럼 스텐트의 혈류변환효과는 MCR 과 상관성이 있는 것이 확인되었고, 스텐트의 중첩과 압축을 통해 두개 내 스텐트의 MCR 을 향상시켜 혈류변환스텐트 만큼의 혈류변환효과를 기대할 수 있다.

The flow diversion effect of an intracranial stent is closely related to its metal coverage rate (MCR). In this study, the flow diversion effects of Enterprise and low-profile visualized intraluminal support (LVIS) stents are compared with those of a Pipeline flow diverter, focusing on the MCR change. Moreover, the changes in the flow diversion effect caused by the additional manipulations of overlapping and compaction are verified using computational fluid dynamics (CFD) analysis. CFD analysis was performed using virtually generated stents mounted in an idealized aneurysm model. First, the flow diversion effects of single Enterprise, LVIS, and Pipeline devices were analyzed. The Enterprise and LVIS were sequentially overlapped and compared with a Pipeline, to evaluate the effect of stent overlapping. The effect of compacting a stent was evaluated by comparing the flow diversion effects of a single and two compacted LVIS with those of two overlapped, uncompacted LVIS and uncompacted and compacted Pipeline. Quantitative analysis was performed to evaluate the hemodynamic parameters of energy loss, average velocity, and inflow rate. Statistically significant correlations were observed between the reduction rates of the hemodynamic parameters and MCR. The single LVIS without compaction induced a reduction in all the hemodynamic parameters comparable to those of the three overlapped Enterprise. Moreover, the two overlapped, uncompacted LVIS showed a flow diversion effect as large as that induced by the single uncompacted Pipeline. Compacted stents induced a better flow diversion effect than uncompacted stents. The single compacted LVIS induced a flow diversion effect similar to that induced by the two uncompacted LVIS or single uncompacted Pipeline. The MCR of a stent correlates with its flow diversion effect. Overlapping and compaction can increase the MCR of an intracranial stent and achieve a flow diversion effect as large as that observed with a flow diverter.