基于血流动力学模拟的心耳内血栓形成风险评估

房颤是临床上最常见的心率失常。中国的房颤患病率约为0.77%,而世界范围内发生房颤的概率接近总人口的0.4%到1%。发生房颤时,心耳的收缩能力降低并导致血液滞留,进而形成血栓,并引起脑卒中等疾病,带来生命危险。左心耳内血栓的形成与局部的血流动力学参数密切相关。本研究通过计算流体力学(CFD)数值模拟,分析了不同形态心耳内的血流动力学特性,建立了血流动力学参数与血栓形成的关联,为心耳内血栓形成的风险提供了多参数判据;进一步通过流固耦合数值模拟,采用血栓模型,首次直接预测心耳内血栓的形成过程。首先,对8名房颤患者(4名有血栓,4名无血栓)的心脏计算机断层扫描(CT)影像进行了三维重构,分析了心耳的分形维数。然后,采用非稳态数值模拟,计算了心房以及心耳内的血液流场,获得了一系列血流动力学参数,如时间平均壁面剪切应力(TAWSS)、震荡剪切指数(OSI)、相对停留时间(RTT)以及内皮细胞激活潜力(ECAP)。同时利用VOF(Volume-of-Fluid)模型,获得了5个心跳周期后残留血液体积分数和分布位置。结果发现,相比无血栓心耳,有血栓心耳的TAWSS在耳瓣等远端位置明显偏低,且RRT、ECAP较高,表明这些心耳内容易造成血液滞留并导致血栓的形成;所有心耳模型的OSI值都较高。同时也发现几乎所有残留的血液滞留在心耳的尖端部位,且有血栓心耳内残留血液的体积分数均高于无血栓心耳。有血栓组的患者心耳的血栓增长更为快速,血栓更为显著。本研究的结果为判断心耳内血栓形成风险大小提供了无创预测手段。