多学科皇冠体育研究团队创建了预测儿童心脏瓣膜渗漏的计算模型

这项皇冠体育研究标志着向个性化医疗迈出了一步。

2024年4月16日

俄克拉荷马城，俄克拉荷马州。一个创新的皇冠体育研究领域为儿科心脏病专家和心脏外科医生预测未来儿童心脏瓣膜的结构完整性带来了希望，这样他们就可以在今天进行最好的手术。

在皇冠体育（University of Oklahoma），一名儿科心脏外科医生和心脏病专家正在与一名生物医学工程师合作进行一项国内很少有人在做的皇冠体育研究。通过利用各自领域的专业知识和技术，他们正在创建计算模型，以帮助他们更全面地了解个体心脏的复杂性。传统的成像技术，如超声心动图，提供了心脏运动的图像，而计算模型提供了瓣膜形状的模拟视图，可能的弱点，通过瓣膜的血液流动，以及潜在的手术步骤，以防止未来的问题。

“这是真正的转化医学，”俄亥俄州立大学医学院儿科心脏外科医生哈罗德·伯克哈特（Harold Burkhart）博士说，他也是俄亥俄州立大学医学院心血管和胸外科的教授和主任。

“由于我们的多学科合作，我们有共同的知识来创建一个计算模型，超越了我们能够看到的2D和3D超声心动图。它让我们更进一步，将每个人的心脏在现实生活中的特征可视化，”伯克哈特说。“有了这样的了解，我们就可以测试如果我们在这里缝合或拧紧瓣膜会发生什么——它会给瓣膜施加太大的压力，还是它能解决问题？”在我们进入手术室之前，它可能会给我们更多的方向。”

该皇冠体育研究小组从左心发育不全综合征开始他们的皇冠体育研究，这是一种严重的出生缺陷，婴儿的左心发育不正常，不能很好地泵血，留下右心将血液泵到肺部和身体的其他部位。如果不进行三次心脏直视手术来修复缺陷，这种情况往往是致命的。在继续这些皇冠体育研究的同时，他们现在正在开发房室管缺陷的计算模型，有时也被称为心脏洞，因为婴儿出生时，分隔心脏腔室的壁上有一个洞。

伯克哈特说，虽然这两种情况的手术通常都是成功的，但由于瓣膜泄漏，儿童有时会面临未来再次手术的风险。在左心发育不全综合征中，大约25%的患者在学龄前时就有瓣膜渗漏。患有房室管缺损的婴儿有时在初次手术修复后6个月至2年后出现瓣膜渗漏，原因尚不清楚。后续手术的成功率约为最初手术的一半，如果无法修复，孩子可能需要一个机械心脏瓣膜，这有其自身的风险和并发症。

在手术过程中，当心脏停止跳动并放在旁路机器上时，它会平躺在那里，不再像泵血那样保持它的结构。外科医生采用技术使瓣膜膨胀以改善他们的视野，但心脏手术是有时间限制的，不允许试验和错误。如果一个计算模型可以预测心脏瓣膜的哪些区域可能会出现问题，外科医生就可以采取措施防止未来的泄漏。

“即使有3D超声心动图，也很难看到瓣膜的细节，”OU健康心脏病专家Arshid Mir医学博士说，他是OU医学院儿科心脏病学副教授。“大多数心脏瓣膜就像品客薯片——它们更有棱角，有高低点。我们想要了解这些瓣膜，并试图预测哪些瓣膜，在出生时，在孩子1到5岁之间，会有渗漏的风险，这样我们就可以在第一次修复的时候尝试通过手术来解决它们。

“我们正在做的是向个性化医疗迈进，”米尔补充说。“我们如何以不同的方式看待每个病人，而不是将一种疾病视为一种疾病？”这个孩子的解剖结构有什么独特之处使他有更高的再手术风险？这是我们未来看待这些疾病的方式。”

Burkhart和Mir与前OU生物医学工程皇冠体育研究员，现就职于加州大学河滨分校的Chung-Hao Lee博士合作。他从物理学、流体动力学、几何和生物工程等领域建立计算模型，创造出前所未有的东西。Burkhart和Mir提供了参与皇冠体育研究的患者的二维和三维超声心动图，用于模型校准和模型预测。在接下来的几年里，他们将继续在多个时间点收集患者的数据。

“通过这种基于图像的计算模型，我们想要提供缺失的信息——哪些病人会有瓣膜功能障碍，”Lee说。“如果我们能更好地了解哪些瓣膜有弱点，可能会开始泄漏，外科医生可能会改变他们的手术计划，心脏病专家可能会希望在手术后更密切地监测或跟踪患者。”

到目前为止，皇冠体育研究小组已经发表了大约10篇关于左心发育不全综合征的计算建模的论文，最近在《生物医学工程年鉴》上发表了一篇关于房室管缺陷的论文。