二叶式主动脉瓣人群经导管主动脉瓣置换术后冠状动脉窦口阻塞的生物力学机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11802227
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1001.生物固体力学与生物流体力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Coronary ostia obstruction is a life-threatening complication of transcatheter aortic valve replacement (TAVR),and have a higher incidence among patients with the bicuspid aortic valve (BAV). However, the complex aortic root structures of BAV population and the lack of clinical data makes it very difficult to perform accurate preoperative CO risk assessment. In view of the above issues, this study intends to first generate a database of BAV aortic root models and their corresponding postoperative CO risks through data-driven parametric modelling and numerical simulation processes. Then the machine learning based on Probabilistic Neural Network (PNN) will be utilized to analyze the database to reveal the relationship between the morphology of the aortic root and the high incidence of CO, clarify the underlying biomechanical mechanism, and establish a risk assessment model. Finally, an in-vitro TAVR test platform will be built to carry out the in-vitro experimental validation of the simulation results and risk assessment model. The successful implementation of this project will not only help to identify the risk factors that cause the high incidence of CO among BAV population after TAVR but also provides a scientific basis for further improving the risk assessment for TAVR. At the same time, the results from this study are of great significance to further improve the TAVR preoperative risk assessment system and promote the apply of precision medicine strategies in the relevant clinical diagnosis and treatment activities.
冠状动脉窦口阻塞(CO)是二叶式主动脉瓣(BAV)人群经导管主动脉瓣置换(TAVR)术后高发的一种严重并发症,然而BAV人群主动脉根部复杂的解剖学形态以及临床数据的缺乏使得对该人群CO风险的术前评估极为困难。针对上述问题,本研究拟首先通过数据驱动的BAV人群TAVR参数化数值仿真流程,形成包括大量不同形态BAV主动脉根模型及相应术后CO风险数据的样本库,克服数据不足的限制;其后借助概率神经网络(PNN)对上述样本进行机器学习,明确BAV人群CO高发的生物力学机理,形成基于主动脉根形态参数的风险评估模型;最后建立针对BAV人群的TAVR模拟实验平台,对上述仿真结果及风险预测模型开展实验验证。本项目的顺利实施不仅将有助于明确BAV人群TAVR术后CO高发的生物力学机理及风险因素,为该人群CO术前风险评估提供科学依据;亦对进一步完善TAVR术前风险评估体系,实现相关疾病的精准医疗具有重要意义。

结项摘要

受人工瓣膜置入的影响,经导管主动脉瓣置换(TAVR)可能造成冠状动脉血流动力学环境发生改变,甚至导致冠状动脉窦口阻塞(CO)等围手术期并发症。然而主动脉瓣疾病患者主动脉根部复杂的解剖学形态使得对相关并发症风险的术前评估极为困难。本项目围绕上述问题,针对TAVR人工瓣膜置入对冠状动脉血流动力学的影响机制开展了研究。主要研究内容包括:基于患者影像数据实现主动脉根的自动分割、三维重建并形成个体化主动脉根模型数据库;在个体化主动脉根模型数据库的基础上开展数值仿真研究,阐明人工瓣膜置入对于冠状动脉血流动力学的影响机制;构建TAVR体外流动实验平台并对仿真结果开展实验验证。在本项目资助下,发展了主动脉根自动分割、三维重建及关键参数测量方法,实现了基于CT影像的高效、精准的主动脉根自动分割与三维重建,并在此基础上实现了瓣环直径、瓣环面积及冠状动脉开口高度等关键参数的自动测量分析;开展了人工心脏瓣膜对于下游血流动力学影响的数值仿真研究,明确了人工瓣膜置入对下游升主动脉及冠状动脉内血流影响的关键因素;建成了TAVR脉动流体外实验平台,为本研究相关仿真结果的验证提供了基础,亦为相关临床疾病的手术训练、术前评估和规划以及器械测试提供了平台保障;形成了主动脉狭窄患者的主动脉根三维模型数据库,包含超过100例个体化主动脉根三维模型,为进一步开展主动脉瓣膜疾病的相关研究提供了数据基础。本项目的研究将加深对于TAVR对于冠状动脉血流动力学影响机制的认识,促进TAVR术前风险评估体系的进一步完善。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
In vitro Assessment of the Impacts of Leaflet Design on the Hemodynamic Characteristics of ePTFE Pulmonary Prosthetic Valves
瓣叶设计对 ePTFE 人工肺动脉瓣血流动力学特性影响的体外评估
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2019.00477
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Frontiers in Bioengineering and Biotechnology
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhu Guangyu;Wei Yuan;Yuan Qi;Cai Li;Nakao Masakazu;Yeo Joon Hock
  • 通讯作者:
    Yeo Joon Hock
Numerical investigation of the effects of prosthetic aortic valve design on aortic hemodynamic characteristics
人工主动脉瓣设计对主动脉血流动力学特性影响的数值研究
  • DOI:
    10.3390/app10041396
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhu Guangyu;Huang Hai;Su Yali;Yeo Joon Hock;Shen Xiaoqin;Yang Chengfu
  • 通讯作者:
    Yang Chengfu
Surrogate models based on machine learning methods for parameter estimation of left ventricular myocardium.
基于机器学习方法的左心室心肌参数估计替代模型
  • DOI:
    10.1098/rsos.201121
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Royal Society open science
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Cai L;Ren L;Wang Y;Xie W;Zhu G;Gao H
  • 通讯作者:
    Gao H
Impacts of Internal Carotid Artery Revascularization on Flow in Anterior Communicating Artery Aneurysm: A Preliminary Multiscale Numerical Investigation
颈内动脉血运重建对前交通动脉瘤血流的影响:初步多尺度数值研究
  • DOI:
    10.3390/app9194143
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhu Guang-Yu;Wei Yuan;Su Ya-Li;Yuan Qi;Yang Cheng-Fu
  • 通讯作者:
    Yang Cheng-Fu
基于卷积神经网络的颅内动脉瘤CTA影像判别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    医用生物力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卫渊;朱光宇;颜格;杨健
  • 通讯作者:
    杨健

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其他文献

颈内动脉狭窄时Willis环的血液动力学数值模拟
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    袁奇;朱光宇;刘伟阳;杨健;陈珍
  • 通讯作者:
    陈珍
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中国 ADS 质子直线加速器低 b 光束的电容式光束位置监视器
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Chinese Physics C
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张雍;武军霞;朱光宇;贾欢;薛纵横;郑海;谢宏明;康新才;何源;李林;Jean Claude Denard
  • 通讯作者:
    Jean Claude Denard
兔颈动脉粥样硬化模型的构建及MR成像的初步实验
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    朱光宇;麦筱莉;朱斌;滕皋军;李国昭;陈骏
  • 通讯作者:
    陈骏
对磁粒子标记内皮祖细胞移植至兔颈动脉粥样硬化模型局部行磁共振活体成像的可行性
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    滕皋军;石红剑;马占龙;麦筱莉;朱光宇;陈骏;李保新
  • 通讯作者:
    李保新
活性炭去除饮用水中溴酸盐的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁金凤;王楚亚;刘宇心;冯萃娟;朱光宇;魏莱
  • 通讯作者:
    魏莱

其他文献

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朱光宇的其他基金

经导管三尖瓣置换并发症的生物力学机理研究
  • 批准号:
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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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