一句话解读
一
背景
二尖瓣是维持心脏正常功能的关键结构，其形态与功能直接影响左心室的充盈与射血。二尖瓣功能障碍主要表现为狭窄和关闭不全，二者均可导致血流动力学异常，严重影响患者预后。尽管外科手术是治疗二尖瓣疾病的主要手段，但术后仍可能存在残余狭窄或反流，因此术前精准预测术后血流动力学状态具有重要临床意义。
目前，超声心动图和心脏磁共振成像是评估二尖瓣结构与功能的临床金标准。然而，这些影像学手段主要提供形态与血流信息，难以直接反映瓣叶应力、应变等力学行为。计算模型，特别是流固耦合模型，能够模拟二尖瓣在血流作用下的动态响应，为理解其生理与病理机制提供了有力工具。
尽管已有研究尝试建立二尖瓣的FSI模型，但多数缺乏针对个体患者的验证，或仅与文献数据对比，缺乏与患者实际影像数据的直接比对。此外，多数模型基于CT或MRI构建，而超声心动图因其无创、便捷、无辐射等优势，更适用于临床常规评估。因此，开发基于超声心动图的个体化FSI模型，并对其进行系统验证，具有重要的临床转化价值。
超声心动图用于创建患者特定的FSI模拟，并根据多普勒数据进行评估
从3D超声心动图提取患者特定的MV几何结构
用于仿真的简化左心模型
MV动力学和速度模式的视觉评估
峰值收缩期和峰值舒张期瓣膜配置的十个瓣膜中的最大主应变
二
方法
2.1 研究人群与数据采集：研究共纳入10名健康志愿者（年龄范围1–37岁，中位年龄13岁，男女各半），所有参与者均接受经胸超声心动图检查，其中5人额外接受心脏MRI。图像由经验丰富的医师采集，确保数据质量一致。
2.2 图像处理与建模流程：研究构建了一套完整的模拟流程，包括图像采集、处理、建模与验证。
二尖瓣几何建模：基于3D超声图像，采用半自动分割方法获取患者特异性二尖瓣几何结构，包括瓣叶、瓣环及乳头肌位置。
血流边界条件：通过左心室容积变化推导质量流量，分别基于超声与MRI数据，模拟心室收缩与舒张对血流的影响。
流固耦合模型
结构模型：瓣叶采用超弹性Yeoh模型，腱索为线弹性材料，设置接触算法以防止瓣叶穿透。
流体模型：血液采用Carreau非牛顿模型，流体域为简化左心结构，使用重叠网格技术处理瓣叶大变形。
数值求解：采用Star-CCM+与Abaqus耦合求解，时间步长为0.4 ms，模拟一个完整心动周期。
2.3 验证与统计分析
动力学验证：通过帧对帧比对模拟结果与彩色多普勒图像，评估瓣叶运动与血流模式。
跨瓣流速验证：将模拟所得跨二尖瓣流速与连续波多普勒测量结果进行定量比较。
影像模态比较：对比基于超声与MRI的模拟结果，评估成像方式对模拟输出的影响。
瓣叶应变分析：评估瓣叶在收缩期与舒张期的最大主应变分布。
统计方法采用百分比差异（均值±标准差）及Bland-Altman分析。
三
结论
3.1 模型构建效率与计算可行性：每位志愿者的模型准备时间约为2小时，计算时间中位数为40小时（范围15–86小时），在临床非紧急手术规划时间范围内具有可行性。
3.2 瓣膜动力学与血流模式验证：模拟结果在整体血流方向与瓣叶运动方面与彩色多普勒图像高度一致。模拟成功捕捉到舒张期通过二尖瓣的高速血流射流及其在心室中形成的涡旋结构，该涡旋有助于瓣叶闭合。尽管模拟中瓣叶开启时间略早于实际影像，整体动力学行为仍符合生理特征。
3.3 跨瓣流速定量验证：模拟成功再现了舒张期E波与A波的流速特征。与多普勒测量相比，模拟在最大跨瓣流速上平均差异为3.6 ± 29%，平均流速差异为8.3 ± 22%，在临床可接受范围内。
3.4 超声与MRI数据对比：超声在左心室容积测量中系统性低估了舒张末期容积（平均低估19 ± 3.8%）与收缩末期容积（平均低估1.8 ± 20%）。基于MRI的模拟结果显示跨瓣流速较超声模拟高21–24%，反映了MRI在容积测量方面的更高准确性。
3.5 瓣叶应变分析：收缩期瓣叶平均最大主应变为5.8%，舒张期为6.7%，高应变区域主要分布于瓣叶边缘与连接处，与文献中健康瓣膜的应变范围一致。
四
展望
本研究构建了一套基于临床常规超声数据的二尖瓣流固耦合模拟流程，并在迄今最大的健康人群队列中进行了系统验证，展示了其在个体化二尖瓣功能评估与手术规划中的潜力。未来研究可从以下几个方向进一步推进：
1. 病理模型的开发与验证：将模型应用于二尖瓣脱垂、狭窄等病理状态，模拟不同手术修复策略（如瓣叶切除、人工腱索植入等）对术后血流动力学的影响。
2. 材料模型的精细化：引入各向异性、年龄相关的材料参数，尤其是儿童瓣膜组织的数据，以提高模型的生物真实性与预测准确性。
3. 多模态数据融合：结合经食管超声、CT等多源影像数据，提升几何重建与边界条件的精度。
4. 临床转化与实时化：优化算法与计算效率，推动模型向临床实时决策支持系统发展，实现“在手术中预测”的目标。
5. 长期预后关联分析：将模拟输出的力学参数（如瓣叶应变、应力）与患者术后长期结局相关联，构建基于模拟的生物标志物体系。