血管形态对主动脉血流动力学的影响：一项基于统计形状分析和计算流体动力学（CFD）的研究

《Medical & Biological Engineering & Computing》：Effects of vessel morphology on aortic hemodynamics: a statistical shape and CFD investigation

　　本研究探讨胸主动脉（TA）形态与血流动力学之间的关联，采用统计形状模型（SSMs）结合计算流体动力学（CFD）模拟，创新纳入上述文血管，通过主成分分析降维，发现第一和第二SSM模式分别解释46.9%和22.4%方差，并与TA升部动脉瘤体积（Pr=0.69）及扭曲度（Pr=0.60）显著相关，建立形态-血流动力学分析新流程。

　　

摘要

在过去几年中，临床研究越来越关注通过统计形状模型（SSMs）提取的形态学特征与通过计算流体动力学（CFD）模拟得到的血流动力学特征之间的相关性，尤其是在心血管疾病领域。本研究探讨了胸主动脉（TA）中主动脉形态与血流动力学之间的关联。以往的研究常常由于软件在非刚性配准方面的限制而忽略主动脉上的血管，从而简化了几何结构。为了解决这一问题，本研究采用了一种新算法将这些血管纳入到TA的分析中。首先进行主成分分析以降低数据维度，随后进行自动CFD模拟，并分析几何参数与血流动力学参数之间的相关性。第一主成分（\(\varvec{\mathcal {M}}_{0}\)）和第二主成分（\(\varvec{\mathcal {M}}_{1}\)）分别解释了数据集中46.9%和22.4%的方差。研究发现：\(\varvec{\mathcal {M}}_{0}\)与升主动脉瘤体积之间存在显著相关性（Pr = 0.69），\(\varvec{\mathcal {M}}_{1}\)与主动脉迂曲度之间存在显著相关性（Pr = 0.60）。通过将\(\varvec{\mathcal {M}}_{0}\)和\(\varvec{\mathcal {M}}_{1}\)的标准差从-2变化到+2，生成了十种不同的TA形态，CFD模拟结果显示了壁面剪切应力（WSS）指标与TA形态之间的关联。本研究提出了一种新的分析方法，利用通过SSM生成的真实TA几何结构来研究几何特征与血流动力学特征之间的相关性。

图形摘要