Name: 基于磁共振成像的计算方案，用于分析颈动脉狭窄患者的斑块形态和血流动力学 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-08-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: 了解基于磁共振成像的计算方案，用于分析颈动脉狭窄患者的斑块形态和血流动力学特征。该方法利用计算流体力学进行患者特异性血流模拟，有助于评估卒中风险并改善临床预后。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本研究由美国国立卫生研究院F32HL168968项目和Frederick A. Coller外科协会资助。

作者声明无利益冲突。

本文介绍了一种无创表征颈内动脉（ICA）狭窄处血流动力学负荷及斑块成分的实验方案，从而相较于仅评估狭窄百分比的现有诊断方法，能够更全面地评估栓塞风险。我们通过回顾性和前瞻性方式获取患者的影像学数据和压力数据，包括CT血管造影（CTA）、相位对比磁共振成像（PC-MRI）以及血压袖带数据，以构建计算流体动力学（CFD）模型。此外，我们根据已知的患者特异性数据，对模型中的边界条件（特别是Windkessel模型）进行调校。因此，该方案可采集与斑块脱落及卒中生理相关危险因素密切相关的精确且个体化的数据。
利用生理上准确且患者特异性的数据来构建模型和边界条件，对于获得精确的模拟结果至关重要。在脑血管领域的某些计算模拟中，依赖的是DUS、数值方法或非患者特异性的假设来推导流入波形21,29,30,31。由于DUS具有广泛可用性、在临床环境中频繁使用、成本较低且易于获取，因此其应用具有吸引力。然而，PC-MRI通常被认为是一种更为准确的血流测量方法32,33,34。PC-MRI能够直接在血管管腔内的多个位置定量测量速度，从而能够反映血管内流场的不对称性，提供对血流动力学更全面的描述32,33。此外，PC-MRI不受DUS中常见的操作者相关偏差的影响，例如探测角度和测量位置的选择。相比之下，DUS通常依赖于操作者，在捕捉血管截面积和复杂血流模式方面精确度较低，常导致血流量计算不准确。尽管如此，PC-MRI的血流测量也并非完美，其误差约为10%35,36。在进行测量时应特别注意确保适当的血管编码、保持成像平面与血管轴线正交、具备适当的时间和空间分辨率，并尽量减少相位偏移误差37。最后，与CTA相比，MRI可能会高估狭窄程度，在评估患者血管几何结构时应考虑这一因素38。未来有必要开展进一步研究，比较基于DUS血流波形和基于PC-MRI血流波形所构建的CFD模型在血流动力学输出上的差异。
在血流的计算流体动力学（CFD）模拟中，出口边界条件的选择可能对速度场和压力场产生显著影响。在本方法中，我们选择对颈外动脉（ECA）施加抛物线形的流出波形，并将颈内动脉（ICA）与一个三元件Windkessel模型相耦合。这种边界条件设定方法能够在入口与出口之间稳健地满足质量守恒，同时实现对患者血压的精确匹配39。因此，我们认为该方法能够最准确地描述ICA的血流动力学特征。然而，由于我们在模型的一个出口（即ECA）施加了流量波形，因此必须确保流出波形与CCA的流入波形保持时间同步39。在本研究中，这一同步是通过采集二维心脏门控相位对比磁共振成像（PC-MRI）的流量数据实现的。但在无法获取此类数据的情况下，采用其他边界条件方法可能更具优势（例如，将ECA和ICA均与三元件Windkessel模型耦合），从而避免对流入与流出波形的时间对齐做出假设39。
在使用本方案时，需注意其重要局限性。首先，由于该建模方法仅包含同侧颈动脉分叉部分，未纳入大脑动脉环（circle of Willis）和/或影响脑血流动力学的重要因素，例如侧支循环的存在与否或对侧颈内动脉（ICA）狭窄的程度。已有研究表明，大脑动脉环侧支通路不完整的患者在卒中后发生严重卒中的比例更高，预后更差40,41,42。此外，侧支循环通畅的存在与卒中和短暂性脑缺血发作的风险降低相关9,43,44。另外，多项研究已证实，对侧颈内动脉狭窄（或闭塞）的存在会影响同侧颈内动脉的血流速度45,46,47,48。而且，我们课题组最近的研究表明，严重的对侧颈内动脉狭窄或闭塞会影响同侧颈内动脉的壁面剪切应力（WSS）和压力49。然而，对整个大脑动脉环进行建模资源消耗较大，限制了本方案当前的临床实用性。
本模型的另一个局限性在于，我们未允许颈内动脉（ICA）出口处的阻力和顺应性发生变化，因此未考虑可能影响不同狭窄程度下血流分布的脑血管自动调节机制。此外，我们将血管壁建模为刚性结构，而非可变形结构。然而，由于颈动脉狭窄与血管刚度增加相关，我们认为采用刚性壁假设是合理的。另外，目前尚无针对不同程度ICA狭窄的壁面剪切应力（WSS）和压力梯度（PG）的明确阈值，且其与卒中风险的关联也尚未明确，因此在当前模型中，我们尚未验证其临床可转化性，也无法估算患者的卒中风险。最后，qMatch MRI序列在常规MRI扫描仪上不易获得。qMatch需要3T MRI设备，并且需要手动导入该序列，因其并非标准的临床MRI序列。此外，根据我们的方案，qMatch需要在MATLAB中进行复杂的数据后处理，这可能进一步限制其在广泛临床应用中的推广性。
目前，美国血管外科学会提出的首要研究优先方向表明：有必要开发新的指标，以定义和评估颈内动脉（ICA）狭窄的血流动力学影响，并更准确地对个体化卒中风险进行分层，其内容为：开发旨在识别哪些无症状 ICA 狭窄患者可从治疗中获益的诊断工具、影像技术及筛选策略50。 本方案能够无创地表征 ICA 狭窄部位的血流动力学负荷及斑块成分，从而相较于现有的诊断手段，对 ICA 斑块的栓塞潜能提供更为全面的评估。在后续研究中，我们将进一步明确血流动力学参数（如壁面剪切应力 WSS 和压力梯度 PG）与 ICA 斑块栓塞及卒中风险之间的关联。

颈内动脉（ICA）狭窄是导致卒中、长期残疾和死亡的主要原因1,2,3,4,5,6,7。目前对颈内动脉狭窄的评估和管理主要基于通过双功能超声（DUS）血流速度或横断面解剖结构［计算机断层血管成像（CTA）和/或磁共振成像（MRI）］估算的狭窄百分比。然而，狭窄百分比并未考虑与卒中生理相关的风险因素，例如斑块易损性和斑块所承受的血流动力学负荷8,9,10,11,12,13,14。尽管已证实颈动脉内膜切除术（CEA）可降低狭窄程度超过50%的症状性患者的卒中风险，但该手术对无症状患者的益处仍存在争议3,4。事实上，许多外科医生仅对狭窄程度&#62;80%的患者和/或具有高风险（易损）斑块形态的患者实施手术干预15。因此，亟需改进判断哪些颈内动脉狭窄存在斑块栓塞风险、从而可从颈动脉内膜切除术中获益的方法。
定量多对比度动脉粥样硬化表征（qMatch）是一种磁共振成像技术，利用低秩建模实现高分辨率三维成像，可提供共配准的多对比度黑血和亮血图像以及弛豫度图像，用于对颈动脉斑块进行综合且定量的评估16,17。与传统磁共振成像相比，qMatch具有更高的三维各向同性分辨率、更大的解剖覆盖范围，并能更准确地定量评估颈动脉斑块负荷。基于患者个体化的计算流体动力学（CFD）可用于表征作用于斑块的血流动力学负荷，从而提供有关脑血管栓塞事件血流动力学和生物力学风险的独特信息18,19,20,21,22,23。了解颈动脉斑块的组成及其所受的血流动力学负荷，可能比仅依靠狭窄程度百分比提供更全面的栓塞风险评估。在本研究中，我们提出了一种结合qMatch MRI与MRI引导的CFD的方案，用于识别颈内动脉狭窄前后斑块成分和血流动力学的差异。

<table><tbody><tr><td>CRIMSON</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>开源在线软件</td></tr><tr><td>Horos</td><td>Horos</td><td>N/A</td><td>开源在线软件</td></tr><tr><td>MATLAB version 14</td><td>Mathworks</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Paraview</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>开源在线软件</td></tr><tr><td>Siemens 3T VIDA MRI scanner&amp;nbsp;</td><td>Siemens Healthineers</td><td>N/A</td><td></td></tr></tbody></table>

基于磁共振成像的计算方案用于分析颈动脉狭窄患者的斑块形态学与血流动力学

A Magnetic Resonance Imaging-based Computational Protocol for Analysis of Plaque Morphology and Hemodynamics in Patients with Carotid Artery Stenosis

目前对颈内动脉（ICA）狭窄的评估和管理主要基于通过双功能超声（DUS）或计算机断层血管成像（CTA）估算的狭窄百分比，但这种方法未考虑与卒中相关的生理学风险因素，例如斑块易损性和血流动力学特征。了解颈动脉斑块的组成及其所受的血流动力学负荷，可比单纯依赖狭窄程度更全面地评估斑块的栓塞潜能。通过结合磁共振成像（MRI）与针对患者的计算流体动力学（CFD）分析，可以识别颈内动脉狭窄区域的血流动力学差异以及斑块成分的特征。定量多对比动脉粥样硬化表征（qMatch）MRI技术可实现对斑块成分的详细分析。利用相位对比（PC）MRI获取的血流波形，结合CTA和/或飞行时间（TOF）-MRI解剖结构，可构建CFD模型。在建立颈动脉分叉的三维几何模型后，将基于PC-MRI获得的波形设定为颈总动脉的流入边界条件和颈外动脉的流出边界条件。随后，采用一个三元件Windkessel模型作为颈内动脉的远端边界条件，并通过迭代调参以匹配患者的血压数据。最终求解不可压缩Navier-Stokes方程，获得高分辨率的速度和压力分布，从而精确捕捉颈动脉分叉及颈内动脉狭窄区域的血流动力学特征。本文提供了一套详细的实验方案，可用于无创、个体化地表征颈内动脉狭窄患者的斑块成分及其所受的血流动力学负荷。

通过将这种基于 MRI 的 CFD 工作流程与 qMatch MRI 相结合，可以识别颈内动脉（ICA）狭窄处及斑块特定组分所承受的血流动力学负荷。首先，我们需要确保获得高质量的网格，以便准确表征关键区域内的流动特征。最终的网格应包含足够数量的网格单元，且长宽比低（图 1A）。若网格粗糙且长宽比较高，则可能导致模拟结果不准确。随后，我们设定边界条件（图 1B）。在成功完成模拟并适当调整边界条件后，即可获取无创且针对特定患者的血流动力学数据。
可测量的特定血流动力学指标包括但不限于速度、流量、压力（包括压力比和压力梯度）、壁面剪切应力（WSS）和振荡剪切指数（OSI）。图2展示了颈动脉分叉处及颈内动脉（ICA）狭窄区域的代表性速度分布。通过可视化整个心动周期中的最大速度分布，可近似替代由多普勒超声（DUS）获得的速度波形，从而估算收缩期峰值速度（PSV）和舒张末期速度（EDV）。图3展示了颈动脉分叉处及ICA狭窄区域压力（mmHg）的两个代表性示例。通过采集狭窄部位近端和远端的压力波形，可计算出压力梯度。
在图3A中，狭窄处近端（红线）与远端（蓝线）的压力几乎没有差异。然而，在图3B中，狭窄处近端（红线）与远端（蓝线）的压力存在显著差异。图4展示了壁面剪切应力（WSS，Pa）在颈动脉分叉及颈内动脉狭窄区域分布的两个代表性示例。在图4A中，狭窄区域的WSS较低，而在图4B中，狭窄区域的WSS较高。图5显示了颈动脉内膜剥脱术（CEA）前后（图5A：术前；图5B：术后）颈动脉分叉区域OSI分布的对比情况。术后图像显示，与术前相比，OSI较高的区域有所增加。
在对qMatch图像进行适当的后处理后，将生成包含六组DICOM数据集，包括黑血序列、T1加权、T2加权、磁共振血管成像（MRA）、qMatch T1图和qMatch T2图序列。利用这些数据集，可对斑块成分（包括钙化、斑块内出血（IPH）、脂质坏死核心（LRNC）以及纤维帽厚度和/或破裂）进行可视化观察和定量分析（使用T1图和T2图序列）。表1展示了各斑块成分在qMatch数据集中的总体特征。图6显示了一例伴有斑块内出血（IPH）患者的代表性qMatch数据集。颈内动脉（ICA）轮廓以实心白线标示，血流管腔以虚线白线标示，斑块区域以虚线黄色线标示。IPH特征（实心红线）在T1加权图像中表现为高信号，并在T1图中表现为降低的T1值。图7显示了一例伴有重度钙化斑块患者的代表性qMatch数据集。颈内动脉（ICA）轮廓以实心白线标示，血流管腔以虚线白线标示。斑块的钙化部分（虚线橙色线）在黑血序列、T1加权和T2加权图像中均表现为低信号。
<img alt="“心血管 MRI 几何结构、网格划分、血流分析；血管轮廓、边界条件示意图”" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig1.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图 1"> 
图 1： 计算流体动力学建模方法概述。（A）构建患者特异性几何模型并进行网格划分，以及（B）设定边界条件。（A）将去标识化的 CTA DICOM 图像数据导入 CRIMSON 软件，确定感兴趣解剖区域（包括 CCA、ICA 和 ECA）。在感兴趣解剖区域内各血管的走行路径上放置中心线点，并通过添加轮廓来定义血管壁边界。对血管分支进行放样处理，再通过圆角操作将其合并。最终的几何模型被离散化为网格，该网格由多个四面体单元组成，并在狭窄部位进行局部网格细化。（B）在 ICA 出口处施加三元件 Windkessel 模型，以模拟压力和速度的变化。在 C5 水平的 CCA 处（红色圆圈和椭圆）、颈动脉分叉上方的近端 ECA 处（橙色圆圈和椭圆）以及病变远端的中段 ICA 处（蓝色圆圈和椭圆）获取二维心脏门控相位对比 MRI（PC-MRI），用于测量容积血流波形。将血流波形施加于 CCA 入口和 ECA 出口。缩写：CTA = 计算机断层扫描血管成像；CCA = 颈总动脉；ICA = 颈内动脉；ECA = 颈外动脉；PC = 相位对比。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="血流速度分析；图表与狭窄示意图，动脉狭窄影响研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig2.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图 2"> 
图 2：来自 CFD 工作流程的速度信息。右侧）速度（cm/s）映射至包含颈总动脉（CCA）、颈外动脉（ECA）和颈内动脉（ICA）的颈动脉分叉模型，显示前视图中的严重狭窄。左侧）一个心动周期内最大速度随时间变化的可视化结果，可作为双功能超声的替代指标。缩写：CCA = 颈总动脉；ECA = 颈外动脉；ICA = 颈内动脉。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="血流模拟；颈动脉压力变化；示意图与图表；血流动力学分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig3.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图3"> 
图3：颈动脉分叉处压力（mmHg）分布的代表性示例，显示两个病例的前视图。 压力分布映射至CCA、ECA和ICA的几何模型上。（A）在ICA狭窄近端（红线，红色压力波形）与远端（蓝线，蓝色压力波形）之间压力差异极小或无差异的病例。（B）在ICA狭窄近端（红线，红色压力波形）与远端（蓝线，蓝色压力波形）之间存在显著压力差异的病例。缩写：CCA = 颈总动脉；ECA = 颈外动脉；ICA = 颈内动脉。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="颈动脉壁剪切应力（WSS）模拟；血管分析示意图，低/高WSS区域。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig4.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图4"> 
图4： 颈动脉分叉处壁剪切应力（Pa）分布的代表性示例（前视图，两例）。 WSS被映射至CCA、ECA和ICA的几何模型上。(A) ICA狭窄处WSS较低的病例。(B) ICA狭窄处WSS较高的病例。缩写：WSS = 壁剪切应力；CCA = 颈总动脉；ECA = 颈外动脉；ICA = 颈内动脉。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="颈动脉狭窄模拟、术前和术后模型、病变修复分析示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig5.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图5"> 
图5： 颈动脉内膜剥脱术前后（术前与术后）振荡剪切指数的比较，包括前视图和后视图。 振荡剪切指数（OSI）被映射到颈总动脉（CCA）、颈外动脉（ECA）和颈内动脉（ICA）的几何模型上。病变区域及修复后的病变区域（用于比较OSI的节段）已突出显示。术后图谱显示，相较于术前，OSI较高的区域有所增加。缩写：OSI = 振荡剪切指数；CCA = 颈总动脉；ECA = 颈外动脉；ICA = 颈内动脉；CEA = 颈动脉内膜剥脱术。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="心脏 MRI：黑血成像、T1/T2 加权图像、MRA、T1/T2 图谱；心脏结构分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig6.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图 6"> 
图 6：一名具有斑块内出血患者的代表性 qMatch 数据集。（A）黑血成像，（B）T1 加权成像，（C）T2 加权成像，（D）MRA，（E）qMatch T1 图谱，以及（F）qMatch T2 图谱序列。颈内动脉（ICA）轮廓以实心白线标示，血流管腔以虚线白线标示，斑块以虚线黄线标示。斑块内出血（IPH）的特征（实心红线）在 T1 加权图像中表现为高信号强度，并在 T1 图谱中表现为降低的 T1 测量值。缩写：IPH = 斑块内出血。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="MRI鉴别：黑血、T1、T2、MRA、T1和T2图谱突出显示心脏结构。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68447/68447fig7.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图7"> 
图7：一名患有钙化斑块患者的代表性qMatch数据集。（A）黑血序列，（B）T1加权序列，（C）T2加权序列，（D）MRA序列，（E）qMatch T1图谱，以及（F）qMatch T2图谱序列。颈内动脉（ICA）轮廓以实心白线标示，血流管腔以虚线白线标示。斑块的钙化部分（虚线橙色线）在黑血、T1加权和T2加权图像中表现为低信号强度。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68447/68447fig7large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>斑块成分</td>
			<td>MRA</td>
			<td>黑血序列</td>
			<td>T1加权</td>
			<td>T2加权</td>
			<td>T1 mapping</td>
			<td>T2 mapping</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPH</td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>+</td>
			<td></td>
			<td>用于定量分析</td>
			<td>用于定量分析</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>钙化</td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>用于定量分析</td>
			<td>用于定量分析</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>脂质坏死核心</td>
			<td>=</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>-</td>
			<td>用于定量分析</td>
			<td>用于定量分析</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>纤维帽</td>
			<td>-/=</td>
			<td></td>
			<td>-/=</td>
			<td>-</td>
			<td>用于定量分析</td>
			<td>用于定量分析</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：qMatch数据集中斑块成分的特征。 缩写：MRA = 磁共振血管成像；T1w = T1加权；T2w = T2加权；IPH = 斑块内出血；LRNC = 富含脂质的坏死核心；+ = 高信号；- = 低信号；(=) = 等信号。

颈内动脉（ICA）狭窄程度的评估主要基于狭窄百分比的估算，但该方法未考虑与卒中生理相关的危险因素，如斑块成分和血流动力学。本方案利用定量磁共振成像和计算流体动力学技术，对颈内动脉斑块的成分及血流动力学特征进行表征。

目前对颈内动脉（ICA）狭窄的评估和管理主要基于通过双功能超声（DUS）估测的狭窄百分比

本研究评估了颈内动脉狭窄患者发生斑块栓塞和卒中的生理相关危险因素。具体而言，我们分析了颈动脉狭窄患者之间斑块形态及其血流动力学环境的差异。在脑血管研究领域，近期研究致力于识别无症状颈动脉狭窄患者发生卒中的预测因素，重点关注个体化危险因素、影像学特征和血流动力学参数，这些因素可能与卒中风险升高相关。计算流体动力学能够实现对血流的无创、患者特异性分析，目前正越来越多地与磁共振成像及光子计数CTA联合使用，以评估颈动脉斑块的结构与成分。现有的磁共振成像技术受限于扫描时间较长、图像解读复杂以及体位重置误差。另一方面，计算流体动力学则面临患者特异性数据不足和模型调参不佳的问题，从而降低了其准确性。我们的研究团队已证实，颈内动脉狭窄程度相似的患者表现出不同的血流动力学特征，而在双侧狭窄患者中，狭窄的严重程度会影响每一侧的血流动力学和血流特性。这充分说明了这些患者复杂的脑血管和血流动力学相互作用。首先，在计算机系统上启动 CRIMSON 软件。通过数据管理器中的导入按钮，将去标识化的 DICOM 图像数据导入 CRIMSON，以构建患者特异性解剖结构。在几何建模窗口中，选择血管路径编辑，创建包含颈总动脉、颈外动脉和颈内动脉的血管树。颈总动脉中心线的起始位置应位于获取相位对比 MRI 血流波形的 C5 水平处。将颈内动脉中心线放置在狭窄部位远端一至两厘米处，与相位对比磁共振成像（PC MRI）波形位置相匹配。然后将颈外动脉中心线的终点放置在一级分支近端，与PC MRI波形采集位置相匹配。接下来，在每条血管上添加至少两个点后，使用血管重切面窗口来显示中心线以及与中心线垂直的横截面视图。在同一窗口中，添加血管轮廓以指定血管壁的边界。血管重切片窗口的左侧显示原始图像，右侧显示用于定义轮廓的图像梯度。应以足够密集的间隔放置轮廓，以准确捕捉血管的曲率和几何形状变化，同时避免过度拟合。定义所有轮廓后，在血管轮廓建模窗口中使用放样按钮，通过放样生成组合的三维实体模型。然后使用血管融合窗口选择圆角算法，将血管模型融合为单一实体几何体。打开网格划分与求解器设置窗口，点击网格划分按钮以查看网格划分选项并配置网格参数。在全局选项窗口中，将全局单元尺寸设置为 0.5 毫米至 0.75 毫米之间的绝对值。然后将边界层类型设置为几何增长，总层数设置为 3 层，第一层厚度设置为 0.2 毫米，总层厚度设置为 1 毫米。随后应用曲率细化，以在狭窄等高曲率区域增加网格单元。右键单击网格，然后单击网格信息按钮，以查看包括单元数量、纵横比和分布在内的网格指标。要指定边界条件，请单击网格划分和求解器设置窗口。选择求解器设置图标，然后使用 BC 图标添加边界条件集。查看 CRIMSON 中当前可用的边界条件。再次点击 BC 图标，选择无滑移条件以实现刚性、不可变形的管壁，并通过“应用到所有管壁”选项将其应用于所有管壁。然后选择指定速度。导入先前定义的流入波形，并将抛物线速度分布映射至 CCA 入口。类似地，导入 ECA 脉动流出波形，并将抛物线速度分布映射至 ECA 出口。然后单击 BC 图标，选择 RCR，并设置一个包含近端阻力、远端阻力和电容的三元件 Windkessel 模型。根据患者特异性计算，将 RCR 映射到 ICA 开口处。为设置求解器参数，请进入网格划分与求解器窗口，单击求解器设置图标，然后选择求解器参数。将时间步长设置为 0.1 毫秒，模拟四个心动周期，残差要求达到 10 的负 4 次方，血液密度设为 1,060 千克每立方米。使用求解器设置生成所有仿真输入文件，包括流场数据、每个时间步的入口流量、网格和边界条件、各边界条件所施加的面、仿真的第一个时间步编号、三元素Windkessel数据、网格中每一点的压力和速度，以及流动求解器的指令。将Carreau-Yasuda模型添加到求解器的.inp文件中，并纳入仿真文件，以实现将血液模拟为非牛顿流体。现在，在求解器设置窗口的稳态面板中运行模拟，以启动 CRIMSON Navier-Stokes 流体求解器。在命令窗口中指定处理器数量。当求解器开始运行时，输出文件 histor。数据将在命令行中打印，并保存在一个新目录 n-procs-case 中。使用 Linux 命令 tail -f histor.dat 实时观察该文件。文件的第一列为时间步长，第二列为已用时间，第三列为非线性残差，第四列为对数残差值。采用低纵横比单元生成了高质量的网格，以精确呈现颈动脉分叉的几何结构。模拟了颈动脉分叉及颈内动脉狭窄处的代表性速度分布，结果显示在狭窄处峰值收缩期的最大流速约为每秒275厘米。压力映射显示，在某一病例中，狭窄处跨壁压差极小，整个心动周期中近端与远端压力几乎完全重叠。在另一个对比案例中，狭窄部位近端的压力显著高于远端压力，显示出明显的压力下降。在非狭窄模型中，分叉处的管壁剪切应力较低，尤其是在颈内动脉和颈外动脉的外侧壁。在狭窄模型中，较高的管壁剪切应力集中在颈内动脉的狭窄部位。振荡剪切指数（OSI）映射显示，术前病变相关OSI值较术后值更低。HU匹配成像通过T1加权成像上的高信号以及T1图上的低值来识别斑块内出血。钙化斑块则表现为黑血序列、T1加权及T2加权序列上持续的低信号。

a-magnetic-resonance-imaging-based-computational-protocol-for

Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

基于磁共振成像的计算方案，用于分析颈动脉狭窄患者的斑块形态和血流动力学

将患有颈内动脉狭窄（表现为颈内动脉变窄）的患者置于数字减影血管造影（DSA）成像台上。 在第四颈椎水平将套管针插入颈总动脉。 使用X射线照射采集一幅对比剂前X射线图像，以记录骨骼和软组织等背景结构。 将含碘造影剂注入颈动脉。 造影剂均匀地流经脑部血管系统， 从而实现对血流模式的动态成像。培养基中的碘吸收X射线辐射，使血管呈现明亮且轮廓清晰，而非血管结构则保持较不明显。 获取实时X射线图像，以追踪造影剂在血管系统中的移动。 将增强对比度的X射线图像减去对比度增强前的图像，以分离出血管结构。 减影X射线图像显示了造影剂填充的血管，清晰地描绘了颈动脉狭窄及其血流动力学影响。...

采用数字减影血管造影检测颈内动脉狭窄

来源：Chiu, S. 等. 大鼠颈总动脉中的相位对比磁共振成像. J. Vis. Exp.

利用相位对比磁共振成像评估大鼠动脉中的血流

本文描述了一种小鼠颈动脉支架植入模型。与其他类似方法相比，该手术操作极为快速、简便且易于实施，能够方便地研究血管壁对不同药物洗脱支架的反应以及再狭窄的分子机制。...

用于研究再狭窄的颈动脉支架植入小鼠模型

本文介绍了在医学研究中常用于评估动脉粥样硬化不同阶段的多种血管功能和形态无创检测方法的方法学考量。...

一种无创评估血管功能与形态的方法学途径

微波技术可实现用于动脉粥样硬化斑块表征的氧化铁纳米颗粒的极快速合成。在纳米颗粒外侧使用氨基双膦酸盐可促进其在动脉粥样硬化区域的快速富集。...

微波驱动合成氧化铁纳米颗粒用于快速检测动脉粥样硬化

本文描述了一种利用定量磁共振成像（qMRI）参数在大鼠脑卒中模型中估算脑卒中发病时间的实验方案。该方法采用扩散磁共振成像来界定急性期脑卒中病灶，并结合定量T1和T2（qT1和qT2）弛豫时间对脑卒中发生时间进行推断。...

一种用于估计永久性脑缺血中风发作时间的磁共振成像方案

本实验的总体目标是利用无创相位对比磁共振成像技术，测量大鼠颈总动脉中的血流。...

大鼠颈总动脉的相位对比磁共振成像

我们开发了一种力学成像分析流程，用于研究动脉粥样硬化斑块在结构和力学特性上的异质性。该分析流程能够关联纤维斑块组织中胶原纤维取向的局部主导角度与分散程度、破裂行为以及应变特征图谱。...

研究局部胶原结构与动脉粥样硬化斑块纤维组织力学特性相关性的方法

提出采用针法建立小鼠双侧颈总动脉不对称性狭窄模型，用于构建血管性认知障碍与痴呆的动物模型。该模型相较于既往已建立的模型可产生更长期的病理结果，且适用于活体磁共振成像。通过可视化操作演示为手术技术的掌握提供指导。...

基于针导不对称双侧颈总动脉狭窄的小鼠血管性认知障碍与痴呆模型

本方案将演示从细胞中提取和分析游离及酯化生物活性脂肪酸的方法。采用稳定同位素稀释法、手性液相色谱-电子捕获大气压化学电离多反应监测质谱法（SID-LC-ECAPCI-MRM/MS）对脂肪酸进行准确定量。...

细胞脂质提取用于靶向稳定同位素稀释液相色谱-质谱分析

了解基于磁共振成像的计算方案，用于分析颈动脉狭窄患者的斑块形态和血流动力学特征。该方法利用计算流体力学进行患者特异性血流模拟，有助于评估卒中风险并改善临床预后。

基于磁共振成像的计算方案用于分析颈动脉狭窄患者的斑块形态学与血流动力学

探索更多视频