李燁團(tuán)隊提出一種基于血壓波形反向推算模型參數(shù)的心血管系統(tǒng)個體化血流動力學(xué)模型

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)研究中心李燁研究團(tuán)隊與千葉大學(xué)劉浩研究團(tuán)隊在心血管系統(tǒng)個體化血流動力學(xué)模型方面的研究取得進(jìn)展。相應(yīng)成果為“Zhang XD, Wu D, Miao F, et al. Personalized hemodynamic modeling of the human cardiovascular system: areducedorder computing model [J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2020, 67(10): 2754-2764(人體心血管系統(tǒng)的個體化血流動力學(xué)建模：一種降維計算模型)”。

個體化血流動力學(xué)模型可以對心血管系統(tǒng)進(jìn)行仿真并對一些心血管疾病進(jìn)行定量的評估與預(yù)測。盡管，大動脈一維模型與末端動脈零維模型相耦合的模型已被廣泛研究并證實可以快速有效地對人體全身動脈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真。但是，由于真實人體中不同動脈段的彈性模量等個體化模型參數(shù)難以測量與估算，目前仍然無法實現(xiàn)具有實用意義的個體化建模。該研究提出了一種基于血壓波形反向推算模型參數(shù)的方法，可以有效地實現(xiàn)個體化血流動力學(xué)建模。

研究通過超聲影像測量人體主要動脈的直徑與每搏輸出量，并記錄體表測量的無創(chuàng)肱動脈血壓波形。所提出的方法基于 L-M 優(yōu)化算法，迭代調(diào)節(jié)動脈硬度等模型參數(shù)使得仿真血壓波形與實測波形相匹配，從而實現(xiàn)個體化建模。此外，該研究共招募了 62 位不同年齡段的志愿者來驗證模型的有效性。

實驗結(jié)果顯示，推算的體內(nèi)不同位置動脈硬度的分布規(guī)律與真實規(guī)律相符；模型仿真血壓波形與實測波形擬合程度較高，平均均方差為 7.1 mmHg2；模型仿真的頸動脈血液流速波形與多普勒超聲測量波形相似度較高，平均相關(guān)系數(shù)為 0.911。

該研究提出的個體化血流動力學(xué)模型可以對不同個體的血壓波形與血液流速波形進(jìn)行有效的仿真模擬。該方法有望用于人體不同部位動脈硬度與血壓的推算，也可用于輔助各種心血管疾病的診斷與個體化評估。

不同個體的典型實測頸動脈血流速度波形(左)與個體化模型仿真結(jié)果(右)的對比