基于心脏磁共振成像的右心室修复手术数值模拟与优化设计及其软件实现

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11171030
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    45.0万
  • 负责人：
    杨淳
  • 依托单位：
    北京师范大学
  • 学科分类：
    A0604.生物与生命科学中的数学
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

本项目主要研究先天性心脏病中的法洛四联症(TOF)患者根治术后的再手术治疗的模型建立、数值模拟与软件实现。以患者心脏磁共振(CMR)成像及相关临床数据为基础，建立针对个体的三维心脏流固耦合模型。模拟TOF根治术后由于右心功能不全需要进行再手术的患者的不同手术方案，包括传统的肺动脉瓣置换和新型的右心室重塑手术方案，通过数值模拟对照研究，提出有针对性的优化手术方案，从而达到提高右心室术后功能的目的。我们的心脏模型为各向异性心肌材料的左右心室双层结构模型，包括TOF根治术后的陈旧疤痕与右心室补片，同时耦合了右心室内的血液流动模型，能够模拟心脏的主动收缩及周期循环。计算可以获得丰富的心脏及血流数据，评估不同补片对右心室功能修复的效果，以寻求最优的手术模式，为临床应用提供参考与技术支持。我们将同时开发有友好用户界面的应用软件，实现从CMR数据到数值模拟结果分析的整个工作流程的软件化。

结项摘要

心血管疾病严重威胁人类健康。本项目基于心血管疾病患者的医学临床数据开展数值模拟研究。主要的研究工作包括几个方面：第一部分是心脏问题的研究，我们建立了基于心脏磁共振数据的肺动脉瓣置换手术(PVR)、新型的band及actuator嵌入手术数值模拟模型；通过16位患者的PVR手术模型，提出了可以用右心室壁应力预测PVR手术效果的结论；我们开展了对左心室心肌缺血性梗死问题的研究，针对患者个体的超声心动图数据建立了10组左心室模型，比较正常的与有梗塞的左心室的差异，利用数值模拟确定心室材料特性，进一步的可以根据心脏的收缩情况和心肌软硬度的变化判断心梗的发生。第二部分是基于心脏冠状动脉血管内超声（IVUS）数据的模型建立、数值模拟与粥样斑块易损性评估分析。我们建立了14位患者的冠状动脉随心脏搏动周期性形变的流固耦合数值模拟模型，从切片分析、发展追踪等多个角度进行了研究分析。我们的主要结果有：血管壁厚WT与血管最大主应力PWS负相关，与血液最大剪切应力FSS正相关，WT与PWS的组合可以用来最优的预测以血管壁厚增量WTI度量的斑块生长。此外我们提出了应力因子stress index,可以和形态学因子morphological index一起用于量化评估斑块的易损性。第三部分是从医学临床数据到数值模拟结果分析这一整个研究流程的软件实现。我们将研究过程划分为前期处理、模型建立、数据提取、数据分析四个相互衔接的部分，分别建立了各自的处理程序模块。我们的数值模拟工作以医学临床数据为基础，以应用于临床，成为诊断、治疗及手术的辅助工具为目的，有着重大的应用意义。

项目成果

期刊论文数量（25）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（12）
专利数量（0）
IVUS-based FSI models for human coronary plaque progression study: components, correlation and predictive analysis.
基于 IVUS 的 FSI 模型用于人类冠状动脉斑块进展研究：成分、相关性和预测分析
  • DOI：
    10.1007/s10439-014-1118-1
  • 发表时间：
    2015-01
  • 期刊：
    ANNALS OF BIOMEDICAL ENGINEERING
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Wang, Liang;Wu, Zheyang;Yang, Chun;Zheng, Jie;Bach, Richard;Muccigrosso, David;Billiar, Kristen;Maehara, Akiko;Mintz, Gary S.;Tang, Dalin
  • 通讯作者：
    Tang, Dalin
Using 3D echo-based modeling to quantify in vivo ventricle material properties: a multi-patient study
使用基于 3D 回波的建模来量化体内心室材料特性：一项多患者研究
  • DOI：
    10.1016/j.proeng.2015.11.267
  • 发表时间：
    2015-01-01
  • 期刊：
    FRONTIERS IN FLUID MECHANICS RESEARCH
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Fan, Longling;Yao, Jing;Tang, Dalin
  • 通讯作者：
    Tang, Dalin
Human Coronary Plaque Thickness Correlated Positively with Flow Shear Stress and Negatively with Plaque Wall Stress: an IVUS-Based Fluid-Structure Interaction Multi-Patient Study
人体冠状动脉斑块厚度与流动剪切应力呈正相关，与斑块壁应力呈负相关：一项基于 IVUS 的流固相互作用多患者研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    BioMedical Engineering OnLine
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Jian Zhu;Genshan Ma;Akiko Maehara;Gary S. Mintz
  • 通讯作者：
    Gary S. Mintz
Image-based modeling and precision medicine: patient-specific carotid and coronary plaque assessment and predictions.
基于图像的建模和精准医学：患者特异性颈动脉和冠状动脉斑块评估和预测
  • DOI：
    10.1109/tbme.2013.2242891
  • 发表时间：
    2013-03
  • 期刊：
    IEEE transactions on bio-medical engineering
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Tang D;Yang C;Zheng J;Canton G;Bach RG;Hatsukami TS;Wang L;Yang D;Billiar KL;Yuan C
  • 通讯作者：
    Yuan C
Using Contracting Band to Improve Right Ventricle Ejection Fraction for Patients with Repaired Tetralogy of Fallot, a Modeling Study Using Patient-Specific CMR-Based Two-Layer Anisotropic Models of Human Right and Left Ventricles
使用收缩带改善法洛四联症修复患者的右心室射血分数，一项使用基于患者特异性 CMR 的人类右心室和左心室两层各向异性模型的建模研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Glenn Gaudette;Kristen L. Billiar;Mehmet H. Kural;Pedro J. del Nido
  • 通讯作者：
    Pedro J. del Nido

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其他文献

持续无创通气预防急性呼吸窘迫综合征患者气管插管时的低氧血症
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    实用医学杂志
  • 影响因子：
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  • 作者：
    农凌波;杨淳;张容;梁微波;陈荣昌
  • 通讯作者：
    陈荣昌
机械通气患者合并非结核分枝杆菌肺病的临床分析
  • DOI：
    10.3760/cma.j.issn.2095-4352.2019.08.024
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    杨淳;陈思蓓;席寅;刘冬冬;张容;邱桂霞;何为群;黎毅敏;刘晓青
  • 通讯作者：
    刘晓青
ICU肺部泛耐药鲍曼不动杆菌感染预后危险因素分析
  • DOI：
    10.13820/j.cnki.gdyx.20185438
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨淳;刘冬冬;席寅;张容;桑岭;何为群;徐远达;黎毅敏;刘晓青
  • 通讯作者：
    刘晓青
多接收等离子（MC-ICPMS）测定Mg
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
    何学贤;朱祥坤;杨淳;唐索寒
  • 通讯作者：
    唐索寒
基于核磁共振的三维左右心室心脏修补模型的数值模拟及不同手术方案的比较分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨淳;周游
  • 通讯作者：
    周游

其他文献

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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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