基于患者特异性数字孪生模型的胸主动脉腔内修复术血流动力学变化研究：升主动脉CFD分析

　　本研究针对胸主动脉腔内修复术(TEVAR)对升主动脉血流动力学的影响机制不明问题，采用患者特异性数字孪生模型结合计算流体力学(CFD)技术，对5例患者术前术后进行对比分析。结果显示TEVAR显著降低时间平均壁面剪切力(TAWSS)风险区域(平均减少23.55%)和相对停留时间(RRT)(平均降低32.62%)，同时发现冠状动脉灌注增加现象。该研究为评估TEVAR术后血流动力学改变提供了创新性量化依据。

　　

胸主动脉疾病严重威胁人类健康，而胸主动脉腔内修复术(TEVAR)作为微创治疗手段已被国际指南推荐用于高风险患者。随着腔内技术和影像学的发展，TEVAR的应用范围已从胸腹段扩展到主动脉弓和升主动脉区域。然而，TEVAR术后长期效果仍存在争议，特别是其对心脏和主动脉的血流动力学影响机制尚不明确。既往研究表明支架植入会导致血管几何形态改变，与逆行性A型主动脉夹层等并发症相关，但关于TEVAR对升主动脉根部血流动力学及冠状动脉灌注影响的研究仍属空白。

为解决这一关键问题，意大利热那亚大学医院联合圣多纳托科研医院的研究团队创新性地采用患者特异性数字孪生(digital twin)技术，结合计算流体力学(CFD)模拟，在《Computers in Biology and Medicine》发表了这项前瞻性研究。研究纳入5例胸主动脉疾病患者(3女2男，平均71岁)，通过整合术前术后心脏CT血管造影、心电图等临床数据，构建个性化数字模型。主要技术包括：基于深度学习的三维血管分割、Taubin算法表面平滑处理、SimVascular求解Navier-Stokes方程、采用3-element Windkessel模型设置边界条件，重点分析时间平均壁面剪切力(TAWSS)、振荡剪切指数(OSI)和相对停留时间(RRT)等血流动力学参数。

研究结果部分，几何参数分析显示支架植入后主动脉根部和小几何变化轻微，但存在个体差异。在血流动力学方面，所有患者术后均观察到显著变化：低TAWSS(<0.4 Pa)风险区域平均减少23.55%(±22.40)，支架植入区降幅更达29.16%(±26.51)；而高OSI(>0.25)区域在支架内平均增加5.23%(±4.30)。最具临床意义的是RRT值平均降低32.62%(±15.97)，提示TEVAR可降低动脉粥样硬化风险。血流模式分析发现，术后降主动脉流速增加，但支架末端出现血流扰动；冠状动脉灌注量在3/5患者中增加，舒张期主动脉根部血流再循环模式发生显著改变。

讨论部分指出，该研究首次系统评估TEVAR对升主动脉根部的血流动力学影响，发现尽管几何重塑有限，但能显著改善血流模式。RRT值的普遍降低为TEVAR降低动脉粥样硬化风险提供了量化证据，而冠状动脉灌注增加的现象挑战了既往关于支架增加主动脉僵硬度会导致冠脉灌注减少的理论假设。研究创新点在于采用真实患者数据驱动的数字孪生模型，克服了传统CFD研究使用标准化边界条件的局限性。

该研究的临床意义在于为TEVAR术后血流动力学评估建立了新范式，数字孪生技术可辅助预测手术效果、优化治疗方案。局限性包括样本量较小、未考虑血管壁弹性等。未来研究将扩大样本量，采用大涡模拟(LES)提高湍流计算精度，并探索流体-结构耦合(FSI)分析。这项开创性工作为理解TEVAR的血流动力学效应提供了重要基础，其方法学框架可扩展应用于其他心血管介入治疗的评估。