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脑动脉瘤是脑内动脉的异常膨出，约每30名成年人中就有1人发生。其形成、生长和破裂均与局部血流异常有关，这类异常通常被称为紊乱性或不利性血流动力学；然而，常用的血流动力学指标与病理之间的关联结论彼此矛盾，且缺乏统一的机制性解释。基于壁面切应力与近壁涡量之间具有理论依据的联系，我们提出假设：基于拓扑学的近壁流动描述能够以可重复的方式将“不利性血流动力学”这一概念加以操作化。受大气龙卷风现象的启发，我们试图建立一种具有原则性的近壁相干流体结构分类体系，并探讨其潜在的机械生物学和临床意义。利用解剖结构真实的几何模型中的高保真计算流体力学模拟，我们识别出一些近壁相干流体结构，其组织形式与研究充分的大气现象相呼应：类似龙卷风的柱状旋转核心；类似下击暴流的无旋转壁面冲击射流及其切向外流；类似弧云的切向涡结构；以及混合构型。这些发生于动脉瘤腔面表面的“龙卷风样”事件可通过壁面切应力拓扑加以识别，这与壁面切应力在理论上与近壁涡量运动学的联系相一致。利用4D血流磁共振成像，在体内也独立观察到了这些龙卷风样现象及其在动脉瘤壁面上留下的印记。通过将大气物理学中的概念引入血管生物力学，这一基于拓扑学的框架为描述近壁血流动力学提供了一种统一的机制性语言，能够将复杂血流解析为可解释且可重复的相干流体结构，实现标准化的血流动力学表型分析，并支持对动脉瘤及其他心血管疾病开展假设驱动的研究；在这些疾病中，更高程度的流体力学特异性与可解释性有望加强机械生物学与临床风险之间的联系。
脑动脉瘤是脑内动脉壁的异常囊状膨出，约见于每30名成人中的1人。其发生、增长和破裂均与局部血流异常有关，这类异常通常被称为受扰动或有害血流动力学。然而，常用的血流动力学指标与病理之间的关联结论相互矛盾，且缺乏统一的机制性解释。基于壁面切应力与近壁涡量之间具有理论依据的联系，我们提出假设：基于拓扑学的近壁流动描述能够以一种可重复的方式将“有害血流动力学”这一概念操作化。受大气龙卷风现象的启发，我们旨在建立一种原则明确的近壁相干流体结构分类体系，以揭示其潜在的机械生物学和临床意义。
利用解剖结构逼真的几何模型中的高保真计算流体力学模拟，我们识别出了一类相干近壁流体结构，其组织形式映射出研究较为充分的大气现象：类似龙卷风的柱状旋转核心；类似下击暴流的无旋转、撞击壁面的射流及其切向外流；类似滚轴云的切向涡旋；以及这些结构的混合构型。动脉瘤腔面上的这些“龙卷风样事件”可由壁面切应力拓扑加以识别，这与壁面切应力在理论上与近壁涡量运动学相联系的观点一致。利用四维血流磁共振成像，我们进一步在体内独立观察到了这些龙卷风样现象及其在动脉瘤壁面上的印记。
通过将大气物理学中的概念引入血管生物力学，这一基于拓扑的框架为描述近壁血流动力学提供了统一的机制性语言，能够将复杂血流解析为可解释且可重复识别的相干流体结构，推动血流动力学表型的标准化，并支持针对动脉瘤及其他心血管疾病的假设驱动研究；在这些疾病中，更高程度的流体力学特异性与可解释性有望加强机械生物学与临床风险之间的联系。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.07.743435v1?rss=1
🏷️ 脑动脉瘤 血流动力学 计算流体力学 壁面切应力 4D血流MRI 近壁相干结构
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