Исследование гемодинамических паттернов кровотока при аортальном стенозе с использованием комбинированного подхода 4D Flow MRI-CFD

Введение

Аортальный стеноз (АС) приводит к изменению супраклапанных потоков крови, что может вызывать повреждение мембран эритроцитов (RBC). В данной статье исследуются специфические паттерны кровотока у пациента с тяжелым АС и их восстановление при нормальном кровотоке с использованием комбинированной методологии 4D Flow MRI и вычислительной гидродинамики (CFD).

Цель

Исследование гемодинамических особенностей кровотока при аортальном стенозе с применением комбинированного подхода 4D Flow MRI-CFD для выявления патологических изменений и их влияния на эритроциты.

Методы

Вычислительные модели аорты были созданы на основе данных in-vivo медицинской визуализации. Временные и пространственные граничные условия, полученные из 4D Flow MRI, были применены для пациента с АС и здорового субъекта. После валидации in-silico результатов с данными in-vivo, в CFD-модели для пациента с АС был установлен здоровый профиль кровотока.

• Сравнение патологического и здорового кровотока по характеристикам: напряжения сдвига на RBC и геликальность.
• Оценка точности модели 4D Flow MRI-CFD.

Результаты

Точность модели подтверждена высокой степенью соответствия между in-vivo и in-silico данными (R² = 0.9). В патологическом состоянии выявлена зона повышенного напряжения сдвига в поздней систоле, увеличенная на 125% по сравнению со здоровым кровотоком. Физиологическая бигеликальная структура с преобладанием правых спиралей исчезла, уступив место левой спирали и увеличению турбулентной кинетической энергии.

Выводы

Валидированная модель 4D Flow MRI-CFD выявила значительные различия между кровотоком при АС и здоровым состоянием. Измененные турбулентные и спиральные структуры могут быть причиной повышенных, потенциально повреждающих сил, действующих на RBC при АС.

Термины и сокращения

• АС — аортальный стеноз.
• RBC — red blood cell (эритроцит).
• CFD — computational fluid dynamics (вычислительная гидродинамика).
• 4D Flow MRI — четырехмерная магнитно-резонансная томография кровотока.
• In-silico — компьютерное моделирование.
• In-vivo — исследования внутри живого организма.