关键词:
主动脉缩窄
临床研究
基础研究
影像学
主动脉缩窄
医工结合
流体力学
生理学
诊断学
人工智能
主动脉缩窄
统计分析
Python
图像识别
摘要:
第一部分:儿童主动脉缩窄的临床特征调查与分析
背景:主动脉缩窄(Coarctation of Aorta,CoA)是复杂先天性心脏病的代表。复杂先天性心脏病的诊疗水平是评估国家区域心血管学科临床水平的标准。CoA诊断主要依靠CTA,治疗以外科手术为主。临床存在诊断分型不统一,治疗方案不统一。
方法:收集2013年1月1日-2023年5月31日重庆医科大学附属儿童医院就诊的主动脉弓病变患者治疗信息和离体组织信息。调取主动脉弓影像学资料。设立115例CoA手术组,50例非手术组,50例对照组。测量主动脉相关直径。依据高宽比A/T值将对照组与CoA组主动脉弓形态定义为哥特式弓、城墙式弓、罗马式弓。
结果:我院近十年主动脉疾病486例。术后再狭窄率11.7%,再干预4.3%,死亡率4.7%。CoA的发生和维甲酸缺乏有关。手术组和非手术组对照组形态构成比不同。将手术组115例患者依据A/T值分为哥特式弓(n=58)、城墙式弓(n=27)及罗马式弓(n=37)三组。三组患者性别、年龄、体重等临床资料差异无统计学意义(p>0.05)。三组D1/AOA、D2/AOA差异无统计学意义(p>0.05),三组D3/AOA差异有统计学意义(p<0.05),其中,哥特式弓组D3/AOA小于罗马式弓组和城墙垛组,差异均有统计学意义(p<0.05)。
结论:哥特式主动脉弓在CoA中常见,哥特形态弓对主动脉峡部及降主动脉的发育造成不良影响。形态学描述依然不能对手术方案的选择提供直接的数据。CoA术后死亡率和并发症发生率高,需要加强围术期规划。
第二部分:主动脉缩窄的流体力学构建与分型研究
背景:现有的CoA诊断标准基于影像学几何学计算,分类不能提示相应的治疗方式选择。如何术前检查分型设计手术能减少并发症是临床热点问题。流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)医工结合研究可以揭示循环系统的生理规律和CoA的症状病因。临床需要能解释症状的检查方法,需要和治疗对应的疾病分类方式。
方法:选取四组临床和随访数据:手术组36例三种手术方式各12例、非手术组24例、正常组24例和前瞻组24例。医工结合优化CoA生理学虚拟参数后。首先应用CFD研究不同组别流体学差异。然后应用CFD参数对不同治疗方式无并发症CoA的分型。最后随机对照研究验证CFD诊断CoA分型和治疗预后关联,并修正。
结果:CoA生理模型入口压力为右上肢有创平均动脉压,流速为彩超测得。血液密度1050kg/m3,运动黏性系数0.0035Pa·s,37℃绝热,非牛顿流体。管道内层流,无滑移的刚性壁。手术组CFD压差52.2±8.5mm Hg,血压拐点距离13.9±6.7mm Hg,和非手术组正常组差异具有统计学意义;端端吻合术组血压拐点距离6.70±2.15mm Hg,和端侧吻合术组补片手术组差异具有统计学意义。CFD随机对照研究术前诊断判断无并发症治疗方式的准确率91.7%。
结论:CFD诊断分型:Ⅰ型主动脉梗阻ΔP>50mm Hg,L<20mm,建议切除后端端吻合;Ⅱ型主动脉阻塞ΔP>50mm Hg,L>20mm,建议切除后补片扩大术;Ⅲ型主动脉瘀滞ΔP<50mm Hg,L>20mm,建议球囊扩张、支架和非手术治疗。CFD工具可用于CoA术前评估;CFD分型可对应无并发症的治疗方式。
第三部分:基于人工智能的流体力学对主动脉缩窄诊疗的应用价值
背景:探讨提出的智能图像处理方法在主动脉缩窄CTA血管成像诊断中的应用,基于诊断结果,明确其对主动脉缩窄诊断的价值。
方法:选取53名患有主动脉缩窄的儿童和40名未患有主动脉缩窄的儿童作为研究对象。对所有研究对象行CT血管造影检查,并利用图像后处理技术、Mimics 19.0、Geomagic wrap 2021、Ug12.0软件完成主动脉三维重建和图像资料的获取,随后主要通过图像分割和轮廓检测两种智能图像处理技术测量主动脉的最小直径。升主动脉的最小直径、近弓直径、远弓直径、远端直径和近端直径、用手动和智能方法分别测量了升主动脉、近弓、远弓、峡部和降主动脉的最小直径。收集智能和手工测量的数据,并使用Wilcoxon signed-rank tests对其进行分析。以手术诊断结果作为诊断“金标准”,使用准确率、灵敏度、特异度和AUC评估两种测量方式对CoA的诊断结果,并使用Kappa检验分析智能诊断结果与金标准的一致性。对CFD数据图像识别及分类。
结果:无论是否患有CoA,使用两种测量方法测量大多数部位的最小直径都有显著差异(p<0.05)。结果显示:使用智能方法和手动方法做出的诊断结果接近。同时,与人工测量相比,智能测量方法在诊断CoA时获得了更高的准确性、特异性和ROC曲线下的面积(Area Und