文摘
客观的。易损斑的原因被认为是大多数临床冠状动脉,和线性细胞因子是导致斑块不稳定的一个重要因素。脆弱的斑块的早期预测心血管疾病的治疗具有重要意义。方法。计算流体动力学(CFD)是用来模拟斑块周围的血流动力学,224年和血清生化标记低风险的急性冠脉综合征(ACS)患者进行了分析。脆弱的斑块预测根据血清的生化标记的分布。结果。CFD能够准确地捕捉斑块周围的血流动力学特点。病人的年龄、高脂血症的历史、载脂蛋白B(飞机观测),脂联素(ADP),和sE-Selection易损斑的危险因素。曲线下面积(AUC)值对应于五个生化标记分别为0.601,0.523,0.562,0.519,0.539,AUC值组合后的五个指标为0.826。结论。多个生化标记的组合预测脆弱斑块的诊断价值高,这种方法方便、无创,值得临床推广。
1。介绍
心血管疾病已经成为全球死亡的主要原因。在中国,心血管疾病约占一半的死亡所引起的疾病,已经成为中国的头号死因。每年,许多患者对医疗机构造成巨大压力,导致伟大的国家和人民的负担1]。冠状动脉粥样硬化性心脏病,作为一个典型的心血管疾病,是一种慢性进行性炎症性疾病(2]。动脉血管的解剖结构,分为内膜,媒体,从内到外外膜。内膜的血管壁的最内层,是最薄的结构和主要由内皮和皮下层(3]。外膜是由疏松结缔组织丰富的弹性纤维和胶原纤维,负责支持身体的血管壁(4]。媒体位于内膜和外膜之间,和它的组成和厚度随不同的血管类型在人体5]。在解剖学上,内皮细胞的血管内膜通常出现在与血液直接接触。因此,它主要受壁面切应力的综合效应(WSS)的血液在血管壁和外围周向应力(CS)的固体6,7]。
迄今为止,许多研究人员关注机制的过渡慢性急性冠心病。急性冠脉综合征(ACS)包括不稳定心绞痛和st段以上非st段抬高急性心肌梗死和。超过一半的ACS患者没有历史和症状发作前(8,9]。基于大规模细胞、动物实验和临床研究,发现ACS的主要原因是脆弱的斑块患者的血管的形成和二级急性血管血栓栓塞(10]。因此,ACS包括易损斑块的病理基础,脆弱的心肌,和脆弱的血液11]。脆弱的斑块包括所有斑块破裂趋势或表面侵蚀,和斑块破裂是主要的复杂原因。一些研究表明,这可能是由于血液的积累脂质在血管内壁和血液中白细胞的免疫反应。反应后,两个细胞进入血管内皮细胞和搬到内膜。被巨噬细胞清除后,病变发生在血管壁。闭塞的斑块影像学上斑块形成后期的疾病,影像学上斑块破裂和闭塞性血栓形成(12,13]。
ACS的高神秘性质导致高发病率和死亡率的病人。因此,脆弱的斑块的早期识别和预测的ACS的诊断和治疗具有重要意义。目前,除了传统的计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI),血管内超声(治疗作用,光学相干断层扫描(OCT)和冠状动脉arteriograpphy (CAG)也发达,出现14]。上述治疗方法可以准确地识别易损斑块和分析斑块特征,但它们都属于侵入性检查。除了不耐症的病人,也很难作出准确的早期诊断动态改变脆弱的斑块。除了斑块的形状和功能,血小板的血液动力学分布也是一个重要的因素在确定斑块破裂或不15]。因此,研究斑块的血流动力学变化可能是一个非侵入性的诊断ACS的重要方法。从稳定到不稳定斑块的不稳定过程是多种因素的结果。炎症因子在疾病的发展中发挥作用,疾病的发展并不是一个线性过程。期间,它是受多种因素的影响。血液中各种因素的数量是巨大的,还有错综复杂的各种因素之间的影响。因此,结合多个生化标记可以更准确、全面反映疾病发生。具有重要意义指导诊断和治疗亚临床冠心病和减少不必要的辐射暴露和经济负担。
2。材料和方法
2.1。血液动力学的脆弱的斑块
从流体力学的角度来看,人体的心血管系统显示了一个广泛的流动现象。血液湍流流经升主动脉,漩涡,它流经动脉主动脉瓣。血液有很大压力梯度时,边界层分离血液流动很容易等因素造成的不良压力和粘度(16]。这些异常的血流模式可能与易损斑块的形成。
目前,许多研究证实,ACS的发生与血液中的炎症标记物的变化,而炎症斑块的不稳定性密切相关。因此,炎症标志物的诊断有很大的价值,ACS的治疗和预后17]。目前,常见的inflammatory-related生化标记包括脂联素(ADP)、细胞间粘附因子,selectin,整合素,免疫球蛋白,髓过氧化物酶(MPO)和基质金属蛋白酶(MMP)。与脂联素为例,其作用是分泌生物活性细胞因子和激素如interleukin-6/8和白细胞趋化蛋白(MCP - (1))。这些细胞因子可以调节能量平衡和激素代谢(18]。研究Kanaji et al。(2020)19),发现以上非st段抬高ACS患者接受经皮冠状动脉介入一个月是ADP和冠状动脉血流储备(g-CFR)障碍。g-CFR受损组,有显著差异的位置犯罪病变,伴b型利钠肽前体,高敏c反应蛋白水平(hs-CRP)、冠状动脉和周围的ADP。高尔的单中心回顾性研究et al。(2018)20.)也报告了类似的观点。发现犯罪低衰减和中间衰减的ACS患者的斑块增加全国大会党负载。CT衰减之间的相关性和中间衰减的ADP病变的冠状动脉是强大的。
ACS患者的血液动力学也可以评估的计算流体动力学(CFD)方法(21]。当采用CFD方法,有必要解决流体动力学控制方程,然后建立一个血流动力学模型。此外,流体力学问题是模拟和分析获取血液流场的变化前后的ACS患者的斑块。流体的运动应该满足连续性方程和Navier-Stocks方程。一个封闭的流体的空间被称为控制体积。控制卷的表面称为控制面。根据质量守恒定律,在流体流动的控制表面h1的控制身体,然后从控制表面流出h2,不同的质量等于增加流体的质量在控制身体。在此基础上,可以得到流体流动方程。
在方程(1),V代表了控制身体,h代表了控制表面, 代表的内部质量增加V,代表的净通量h成V。根据Ostrovski-Gauss公式,方程(1)转化为微分形式在直角坐标系统中,如下所示。
在方程(2),ρ代表了流体密度和(u, v, s在任何点()是速度x, y, z)流场在时间t。
对粘性系数是常数的向量形式和坐标位置不会改变,Navier-Stocks方程表示为如下方程:
为向量形式的流体密度和粘度系数都是恒定的条件下,Navier-Stocks方程表示为如下方程:
研究的目的易损斑块的病理和生理机制在ACS患者进行更精确的定量分析的ACS病变程度指导早期临床干预降低ACS的发病率和死亡率。然而,从目前的角度研究,目前的研究大多集中在单一的生化标记与一个小样本大小。多个生化标志物表达在斑块形成和发展的不同阶段,彼此相互作用,影响全身病理生理状态。一个生化标记很难准确反映斑块病变的进展,因此,不代表。在此基础上,本研究致力于建设的血流动力学数值模型与冠状动脉脆弱的模块。各种生化指标相结合,分析为临床提供更准确的信息预测和预后的ACS(图1)。
(一)
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2.2。研究对象
在这项研究中,224名受试者接受CTA在我们医院从2020年5月到2021年5月被选中。所有受试者评估弗雷明汉评分系统作为低风险,并卷成实验组(易损斑)102例和对照组(无缺陷斑块,没有斑块)与122例根据考试成绩。两组的基线数据,包括年龄、性别、吸烟史、家族史,如表所示1。这项研究已经得到医院伦理委员会的批准。所有科目和他们的家人被告知本研究,并签署了知情同意。
2.3。包含和排除标准
入选标准:(i)年龄≥18年,性别不是有限;(2)参与者是自愿的,没有任何症状与冠心病有关。
排除标准:(i)患者儿童和孕妇;(2)患有先天性心脏病、心肌病、瓣膜病、心包疾病,等等;(3)心脏手术病人入侵的历史(包括PCI、血管内支架和心脏搭桥手术);(iv)病人有糖尿病、恶性肿瘤;(v)系统性疾病可导致血脂异常患者;(vi)患者炎性病变的活跃阶段;(七)病人肺栓塞;(八)病人最近的历史创伤或手术;(九)患者各种继发性高血压,甲状腺机能亢进,血液系统疾病,等等。
2.4。CT CAG方法
CT扫描进行所有科目在这项研究中使用西门子Somatom定义DSCT扫描仪。碘过敏试验之前进行扫描和CT扫描没有发现不良反应后进行。为了避免运动工件的扫描过程中,心律失常是口服1 h在扫描之前。病人接受普通的冠状动脉扫描之后,增强冠状动脉扫描。准直器的宽度设置为128×0.614毫米,管电压80 - 120 keV。扫描是由分岔心的底部。注入对比剂是通过右手肘或手腕静脉扫描期间,使用双筒高压注射器。造影剂的剂量是45 - 60毫升,和注射流率为5 - 6毫升/秒。注射后,25毫升生理盐水注射流率。阈值设置为100 - 120,触发层主要动脉的根源,并触发延迟时间设置为5 s。
2.5。检测方法
4毫升的空腹静脉血提取前一小时扫描,和血清中提取了凝固,在1200转离心10分钟并存储在−80°C。所有病人的集合后,之前冻结血清被摇动,然后融化和混合稀释的边后卫缓冲区的稀释比例1:350。抗体交联微球准备稀释后,和标准的质量控制,乳液,血清基质,细胞因子是准备。ELISA试验,150年μL反应缓冲区被添加到每个反应的板,动摇了在室温下15分钟,然后用吸水纸过滤或丢弃。然后,20μL反应缓冲区添加到样本井,和20μL标准和质量控制被添加到相应的井;20μL矩阵的解决方案是添加到标准井,质量控制,和背景,20μL样本添加到样本,在室温下振荡15分钟。然后,20μL混合微球被添加到每个。板密封,在室温下反应了两个小时,然后过滤,用150μL PBS缓冲溶液两次,干用吸墨纸。在室温下,20μL抗体被添加到每个好,然后25μL Streptavicin-Rhycoerythrin被添加到每个。吸入过滤后,盘子洗了50μ与150年两次L PBS缓冲溶液,添加μL覆盖解决方案,该国10分钟,然后阅读。
2.6。脆弱的斑块CFD-based血流动力学模型
CFD方法模拟流体运动血液流场,主要是模拟和分析一些物理量在血液流场的变化,以主观存在速度等物理量的分布,动力,和压力22]。CFD的应用非常广泛。哪里有流,CFD可以用于分析。斑块血液流动的数值模拟包括预处理,解决方案,和后处理。
预处理阶段将处理模型划分为网络,电脑可以识别和处理。在这项研究中,ACS患者的CT扫描图像导入到ANSYS建立血管模型,可以认识到电脑里,然后连续控制方程离散,这需要使用分区网络计算区域离散化,将计算区域分成可计算的网络形式。GAMBTI、ICEM CFD和GRIDGEN分裂之前常用的网络。GAMBTI预处理器,作为一个例子,可以处理主流计算机辅助设计(CAD)数据类型和生成边界层网络,它也有一个良好的分化效果对于复杂几何(23]。
解决方案阶段主要依赖于流利的解算器,包括pressure-based解算器和density-based解算器。选择pressure-based解算器,压力和动力为主要变量的数据仿真。一个典型的压力速度耦合算法,如耦合算法,更新期间首先计算流场变量。连续性、动量、能量和组件方程解决。然后,根据控制方程,湍流、辐射等辅助变量方程进行了求解,直到方程收敛。
后处理是指显示物理量通过流利的解决者。在这项研究中,CFD-post软件用于CFD后处理。
2.7。统计方法
本研究中的数据处理Excel 2019,并与SPSS 22.0统计分析。平均值±标准偏差(±年代测量数据是如何表示,和百分比(%)计数数据是如何表示的。的t以及如果数据是正态分布,使用rank-sum测试如果数据不是正态分布,使用卡方检验是用于计算数据。如果多个数据集与正态分布相比,使用方差分析。所有的测试结果< 0.05统计上相当大的差异。
3所示。结果与讨论
3.1。斑块周围的血流动力学数值模拟结果
在这项研究中,一个测速平台建成获得图像斑块的微气泡。整个测速平台类似于这样的循环图2。这是由高频超声成像系统,脉动泵和压力变送器。此外,超声波设备可以获得清晰的二维微图像。高频超声成像系统检测到产生的主题和一个矩形图像。脉动泵是用来模拟人体血液循环系统的流动特性,和一个压力变送器负责调节液体进口和进口压力。在CFD模拟,流体压力在进口和出口处标会影响仿真结果。因此,增加了压力变送器的调整。压力变送器可以将压力信号转换成电信号,便于示波器采集。在血流动力学的数值模拟,首次加入水水库产生脉动流的脉动泵。通过调整脉动泵频率,中风输出,收缩压/舒张压时间比,和其他参数,弹性血管模仿人类血管。 Oscilloscopes, rotary flowmeters, and pressure sensors can measure experimental parameters. The contrast agent was injected into the circulation loop through the reservoir. The linear density, imaging depth, and imaging width of the ultrasonic imaging system were adjusted to obtain the best contrast image.
高频超声成像系统被用来捕获1200帧的图像(包括5心脏周期),然后利用CFD流场计算。所有图片的速度分布图像被选为最大心动周期速度(人体)的收缩期峰值期。在这项研究中,平均速度在前面,中间,三度三个位置的斑块和狭窄的30%,50%和70%。模拟测试结果如图3。
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3.2。分布特征的一般在两组患者的血清生化标记
一般的生化标记在两组进行了分析,包括指标与葡萄糖代谢、脂质代谢,心脏功能,凝血功能。一般的生化标记的分布特征在两组如表所示2。
3.3。特殊的生化标记的分布在两组患者的血清
图4介绍了分布的分析七特殊生化标记的两组患者。ADP是抗炎和antiatherosclerosis的角色。可溶性细胞间粘附分子(SICAM-1) E-selectin (sE-Selectin) P-selectin (sP-Selectin)、MPO、MCP-1能促进炎症,促进动脉粥样硬化。对照组的ADP水平是8.61±1.77,与实验组为7.23±1.54。ADP水平在两组之间的差异是显著的(< 0.05)。实验组的SICAM-1 (86.72±22.15), sE-Selectin(72.11±12.15),和MCP-1(0.39±0.08)显著不同与对照组SICAM-1 (74.31±20.18), sE-Selectin(61.39±14.38),和MCP 1 (0.41±0.09) (< 0.05)。这些结果也证实了抗炎和antiatherosclerotic ADP和SICAM-1的促炎和粥样硬化效果,sE-Selectin, MCP-1。然而,没有明显的区别是观察各组在SICAM-1, P-Selectin和MPO (> 0.05)。
3.4。预测冠状动脉斑块的发生脆弱
ACS的传统危险因素和各种生化标记< 0.05作为因变量进行逻辑回归分析。结果表明,年龄、高脂血症、飞机观测,ADP, sE-Selectin易损斑的独立危险因素。由此,分对数线性回归方程=−0.867 + 0.928x1+ 0.709x2+ 0.788x3- 0.831x4+ 0.589x5得到了,x1代表年龄,x2代表高脂血症,x3代表飞机观测,x4代表ADP,x5 sE-Selectin表示。ROC曲线易损斑块的五个指标是根据线性回归方程,绘制如图5。
(一)
(b)
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(d)
(e)
(f)
根据每个索引的ROC曲线,相应的计算曲线下的面积,如图6。结果表明,曲线下的面积(AUC)相应的年龄为0.601岁,这对应于高脂血症为0.523,相应的飞机观测为0.562,ADP是0.519对应,对应sE-Selection是0.539。然而,它是片面的判断因素是脆弱的斑块的危险因素完全基于ROC曲线下的面积对应于一个独立的变量。因此,上述五个指标综合判断,和AUC值通过结合这五个变量为0.826,这是大大优于单个AUC值的任何风险因素(< 0.05)。结果表明,multiindex联合预测有最好的诊断影响脆弱的斑块。
4所示。结论
脆弱的斑块是ACS的病理基础。在这项工作,发现CFD可以准确地捕获斑块周围的血流动力学特点。随着狭窄程度增加,血流速度显著增加。ACS的人口较低和中等风险,各种血清生化标记是脆弱的斑块的发生密切相关。其中,年龄、高脂血症、飞机观测,ADP, sE-Selection易损斑的危险因素。因此,诊所可以预测易损斑通过结合上述生化标记,AUC值为0.826和理想的诊断效果。的血管内血流动力学分布预测方法,CFD应用于预测首次易损斑的研究。尽管CFD的准确性预测易损斑需要改善,该方法方便、廉价、快速、无损和可以提供临床证据表明早期临床干预和ACS病人的预后判断。然而,在这项研究中仍存在一些缺陷。主要的血液生化表包括主要与炎症和脂质代谢有关。 The impact of other related indicators on the occurrence of vulnerable plaques remains to be further studied.
数据可用性
数据基础的研究结果中可用的手稿。
信息披露
作者确认手稿的内容没有被发表或投稿。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
所有作者看到了《华尔街日报》的手稿提交批准。
确认
这项研究是由陕西省重点研究和开发项目的卫生和计划生育委员会(没有。2021年科幻- 322),和陕西省自然科学基金(没有。2020年jm - 378)。