基于医学影像及多生理参数耦合模拟全肺血流动力学在肺高压评估中的虚拟预测研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81771934
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2805.生物医学系统建模及仿真
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Pulmonary hemodynamics is a key factor in the treatment of congenital heart disease (CHD) for surgical design, therapy timing decision and postoperative recovery. Although the studies of pulmonary hemodynamics and the technique of medical treatment were improved over the years, it is still a challenge to avoid the happen of pulmonary hypertension associated with CHD (PH-CHD), which is caused by abnormal hemodynamics of pulmonary circulation. Based on our previous studies, we found if we could know the relationship between pulmonary hemodynamics and PH-CHD, it will be effective to prevent and control the occurrence and development of PH-CHD. ..In previous studies, we investigated the hemodynamic characteristics of pulmonary arteries, the aerodynamic features of trachea and clinical diagnosis of pulmonary hypertension by using the methodologies of medical image-based computational simulation, in-vitro fluid experiments and clinical follow-up researches. According to these studies, we propose to set up a new medical image-based computational simulation system by coupling the analysis of hemodynamics and aerodynamics with considering multiple physiological elements for the three-dimensional investigation of pulmonary circulation. The study will improve the understanding of hemodynamic characteristics and pathological mechanisms of PH-CHD. Based on the relationship between the specific markers related to the injury of pulmonary vascular endothelial and local hemodynamic characteristics, we also expect to establish a noninvasive evaluation method for the diagnosis and prediction of pulmonary hypertension. This will provide more hemodynamic information for patient-specific diagnosis and treatment of PH-CHD.
肺循环血流动力学是先心病手术治疗时机、方式选择及术后恢复的决定性因素。因先心病引起肺血流动力学改变导致的肺高压是先心病治疗中一大难题。准确了解、掌握和预测肺血流变化与肺高压之间的关系,可以有效预防、控制肺高压发生、发展。前期研究中,本团队利用计算血流动力学模拟、流体实验及临床研究,已充分掌握先心病相关肺血流动力学特性及肺高压临床诊疗。在此基础上,本项目拟通过计算血流动力学与计算气流动力学联合仿真,建立基于医学影像及多生理参数耦合模拟全三维肺血流动力学计算研究体系,用以分析肺高压不同病理病因下血流动力学变化机制、表现形式及规律。结合肺血管内皮损伤特异性标志物与血流动力学改变之间的内在联系,构建个体化无创肺高压预测评估方法,为其防治及改善提供参考。

结项摘要

先天性心脏病相关性肺高压(Pulmonary hypertension related to congenital heart disease, PH-CHD)是肺循环血流动力学异常所致的一种疾病,长期异常的肺血流动破坏血管内皮细胞结构和功能,使肺血管发生不可逆性病变,甚至导致右心衰竭和死亡。因此,明确PH-CHD患儿肺循环血流动力学特性,有助于揭示影响PH-CHD发生发展的血流动力学机制,从而从根源上控制、改善和治疗PH-CHD。本课题利用计算流体力学构建肺循环血流动力学计算研究体系,探索不同病理病变及发展阶段下肺循环血流动力学特性,并结合肺血管内皮损伤,探索其相互之间的联系,寻找可用于PH-CHD无创性诊断评估的方法,以期为临床诊疗提供参考。.课题按照研究计划顺利开展,研究结果显示PH-CHD患儿主肺动脉增粗,肺动脉入口流量和分支流速升高,血管壁面切应力(Wall shear stress, WSS), 体表面积标准化能量损失(Normalized energy loss, N-EL)在不同病程PH-CHD模型中存在明显差异,N-EL与肺血管直径及流量密切相关,并且在PH-CHD的诊断中价值较高(AUC = 0.90, p = 0.002, 敏感性80%,特异性90%,Cutoff值66.91 mW/m2)。此外,PH-CHD患儿外周血循环内皮细胞(Circulating endothelial cells, CECs)和内皮素-1(Endothelin-1, ET-1)明显高于正常组和PH-CHD疑似组,外周血内皮型一氧化氮合酶(Endothelial nitric oxide,eNOS)在PH-CHD确诊组和疑似组明显升高,与正常组有统计学差异。PH-CHD不可逆组外周血CECs明显高于可逆性组;ET-1和eNOS在两组间无明显统计学差异。ROC曲线显示危险分层评分对PH-CHD诊断价值较高(AUC = 0.770, p = 0.002, 敏感性100%,特异性62.2%,Cutoff值0.088‰)。研究结果表明这些血流动力学因素与PH-CHD进展密切相关,是其临床无创性评估的潜在血流动力学指标。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
小儿心脏术后体外膜氧合支持预后分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国体外循环杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈曦;张明杰;王丽平;庞亚昌;刘佳琪;王伟;杨寅愉;徐卓明
  • 通讯作者:
    徐卓明
Assessment of Reversibility in Pulmonary Hypertension Related to Congenital Heart Disease by Using Biomarkers and Clinical Features
利用生物标志物和临床特征评估先天性心脏病相关肺动脉高压的可逆性
  • DOI:
    10.32604/chd.2022.018452
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Congenital Heart Disease
  • 影响因子:
    0.3
  • 作者:
    Liping Wang;Mingjie Zhang;Xi Chen;Yachang Pang;Jiaqi Liu;Zhuoming Xu
  • 通讯作者:
    Zhuoming Xu
单心室患儿肠道菌群结构特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    临床小儿外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙崇蕊;张明杰;徐卓明
  • 通讯作者:
    徐卓明
Characteristics of Pulmonary Vascular Remodeling in a Porcine Model of Shunt-Associated Pulmonary Arterial Hypertension
分流相关肺动脉高压猪模型肺血管重塑的特征
  • DOI:
    10.1007/s00246-019-02275-0
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    PEDIATRIC CARDIOLOGY
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Wang,Liping;Guo,Linlin;Xu,Zhuoming
  • 通讯作者:
    Xu,Zhuoming
先天性心脏病相关性肺动脉高压血流动力学特异性研究
  • DOI:
    10.16156/j.1004-7220.2020.03.003
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    医用生物力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王丽平;刘金龙;张明杰;沈娟亚;仝志荣;徐卓明
  • 通讯作者:
    徐卓明

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其他文献

Risk factors of cardiac surgery in the low birth weight neonates
低出生体重儿心脏手术的危险因素
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1001-4497.2007.02.004
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱丽敏;李书闻;陈玲;史珍英;周燕萍;徐志伟;刘锦纷;苏肇伉;徐卓明;侯嘉
  • 通讯作者:
    侯嘉
早期液体负平衡对右室增大性先天性心脏病术后早期恢复的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国小儿急救医学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    龚霄雷;朱丽敏;李春香;柳立平;徐卓明
  • 通讯作者:
    徐卓明
室间隔缺损患儿合理手术年龄的探索
  • DOI:
    10.13498/j.cnki.chin.j.ecc.2019.03.12
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国体外循环杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄坚鹄;王伟;于新迪;张海波;徐卓明;蔡及明
  • 通讯作者:
    蔡及明
聚合酶链反应检测病原菌在儿童先天性心脏病术后呼吸机相关性肺炎中的应用价值
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国小儿急救医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李春香;干池;龚霄雷;徐卓明;曹清;朱丽敏
  • 通讯作者:
    朱丽敏
体外膜肺氧合在新生儿复杂先天性心脏病术后救治中的效果分析
  • DOI:
    10.13498/j.cnki.chin.j.ecc.2018.01.03
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国体外循环杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于新迪;杨寅愉;沈佳;张明杰;刘玉洁;张蔚;王伟;朱德明;徐卓明;张海波
  • 通讯作者:
    张海波

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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