使用体积生长重构理论量化肺动脉高压下小鼠心脏的生长重构

目的肺动脉高压(PAH)为一种进展迅速且致命性高的疾病,其中右心室衰竭是导致PAH患者死亡的主要原因。本研究旨在通过开发一套基于实验数据的心脏生长与重塑(G&R)模型,为理解PAH条件下右心室(RV)衰竭提供生物力学判据。方法通过个体化多尺度生物力学数值模拟,对大鼠心脏在PAH环境下的不良生长与重塑过程进行了深入分析。首先,基于超声成像数据,重建了包含左心室(LV)和RV解剖结构的大鼠心脏模型。随后,通过改进的大变形微分同胚度量映射(LDDMM)框架对RV和LV在不同阶段的结构变化进行了定量评估。最终,通过体积生长模型对LDDMM预测的G&R张量进行了验证,并对其与生物力学因素间的相关性进行了分析。结果本研究成功量化了PAH条件下患病心脏相对于对照心脏的生长张量。结果显示G&R主要发生在心肌纤维方向、透壁方向及第三正交方向,且剪切组分相对很小。生长量与相应的心肌应变高度相关。利用运动学心脏生长模型,估计的生长张量能够解释患病心脏观测到的84.3%几何变化。结论本研究开发的方法不仅能够利用稀疏的体内图像精准量化心脏的G&R,而且从生物力学角度为揭示触发右心室衰竭的潜在机制提供了重要见解,为心脏疾病的精准诊断和治疗策略的优化贡献了新的科学依据。