推进主动脉狭窄的评估：将流体-结构耦合模型与4D血流磁共振成像数据相验证

《Journal of Physiology》：Advancing aortic stenosis assessment: Validation of fluid–structure interaction models against 4D flow MRI data

基于 computed tomography 和 4D flow 磁共振成像数据，开发了五种患者预-TAVR 状态下的 aortic valve 液体-结构耦合模型，验证其可精准复现血流动力学特性，并首次实现血液驻留时间计算以评估血栓形成风险，为生物瓣设计提供跨模态数据验证框架。

　　

摘要

尽管计算模型在体外数据上得到了验证，但在体内环境中对这些模型的系统验证仍然非常有限。我们结合使用计算机断层扫描（CT）和4D流式磁共振成像（4D MRI）数据，为五名患者开发了特定于患者的主动脉瓣（AV）流体-结构相互作用模型，这些模型模拟了患者在经导管主动脉瓣置换手术前的状态。我们的计算模型经过了严格的4D流速测量验证，结果表明这些模型能够准确再现血流动态。此外，我们还展示了计算模型如何作为有价值的交叉验证工具，有助于减少体内数据的噪声和异常行为。重要的是，这些经过验证的模型使我们能够测量出对于全面理解主动脉狭窄（AS）及其治疗至关重要的额外关键参数：我们计算了血液在主动脉中的停留时间，从而提高了评估主动脉内血栓形成概率的准确性和个性化程度。这项研究代表了将计算机模拟（in silico）技术整合到实际临床应用中的一个重要步骤，为改进主动脉狭窄的诊断和下一代主动脉瓣生物假体的设计提供了坚实的基础。

要点

• 为五名患者开发了特定于患者的主动脉瓣流体-结构相互作用计算模型，这些患者处于经导管主动脉瓣置换手术前的状态。
• 采用了结合计算机模拟（in silico）模型和体内数据（包括CT和4D MRI）的协同方法。
• 引入了一种特定于患者的校准策略，通过利用体内血流数据以及患者特定的瓣膜和主动脉几何结构来确定主动脉瓣的杨氏模量。
• 计算模型经过了体内4D流速测量的验证，证明了它们能够准确再现血流动态。
• 强调了计算模型在交叉验证和减少体内数据噪声方面的潜力，提供了评估主动脉狭窄所需的额外关键生理参数，例如血液停留时间，这对血栓形成评估非常重要。

数据可用性声明

根据TURBULENT TAVI研究的临床研究方案，该研究的数据（“TURBULENT TAVI试点研究：Allegra瓣膜经导管主动脉瓣植入后实验室与临床湍流及平均动能的相关性”，卢塞恩州立医院，负责人：PD Dr. med. Stefan Toggweiler，项目编号2019-01344）不能公开获取。