腹主動脈瘤 (AAA) 是一種隱藏的威脅，潛伏在無癥狀進展的背后。比利時根特大學(xué) bioMMeda 研究小組的 Bram Trachet 博士和他的團隊最近研究了預(yù)測該疾病的潛在關(guān)鍵。他們使用 AuroVist™（一種用于微型 CT 的無毒 X 射線造影劑），在小鼠模型中創(chuàng)建了隨時間推移的主動脈的詳細 3D 圖像，跟蹤動脈瘤的形成。通過超聲波掃描計算出的主動脈血流湍流點被發(fā)現(xiàn)與后來發(fā)生主動脈膨出的區(qū)域具有定性相關(guān)性。 “我們不能排除血流動力學(xué)在 AAA 形成的初始階段發(fā)揮作用，"該小組得出結(jié)論。

活體動物主動脈隨時間變化的 3D 繪圖

從計算流體動力學(xué)獲得的時間平均壁剪切應(yīng)力 (TAWSS)、振蕩剪切指數(shù) (OSI) 和相對停留時間 (RRT) 的第 1 天基線計算，與第 31 天右側(cè)動脈瘤發(fā)展 (AAA) 的比較。體積渲染來自靜脈注射 AuroVist™ 15 nm 后小鼠主動脈的體內(nèi)顯微 CT。

使用基于體內(nèi)測量的計算流體動力學(xué)模擬研究了小鼠主動脈血流動力學(xué)（血管內(nèi)的流動力學(xué)）。這是具有挑戰(zhàn)性的，因為它需要高分辨率成像來準(zhǔn)確繪制動脈的 3 維幾何形狀，并測量每個點的血流速率。

先前的研究因缺乏小鼠動脈測量所需的體內(nèi)成像方法而受到限制。 Trachet 和團隊通過使用 Nanoprobes 的 AuroVist™ 15 nm 克服了這一問題，該技術(shù)可提供無毒性的血管造影，允許“體內(nèi)血管鑄型"，對活體麻醉小鼠的血管系統(tǒng)進行成像，并在研究過程中重復(fù)應(yīng)用。

然后將這些數(shù)據(jù)與高頻超聲測量相結(jié)合，提供流經(jīng)腹主動脈的數(shù)據(jù)集。利用計算流體動力學(xué)，研究小組能夠繪制出血流紊亂的位置，這可能會對主動脈內(nèi)皮產(chǎn)生負面影響。

尋找缺失的基線：小鼠模型可以研究“不可檢測"的情況

預(yù)測腹動脈瘤的一個特殊問題是，在發(fā)生災(zāi)難性破裂之前，這種情況通常是無癥狀的。因此，由于基線數(shù)據(jù)缺失，幾乎不可能監(jiān)測其在人類中的起源和進展。然而，適當(dāng)?shù)膭游锬Ｐ涂梢詾檠芯咳藛T提供了解該過程的窗口。

Trachet 和團隊使用雄性 ApoE -/- 小鼠模擬了動脈瘤形成，這些小鼠植入了滲透泵，用于在 28 天的時間內(nèi)輸送血管緊張素 II。超聲和顯微 CT 數(shù)據(jù)在基線（泵植入前）和末期（泵植入后 31 天）再次采集。對于顯微 CT 觀察，小鼠靜脈注射 100 微升（20 毫克金）Aurovist™-15 nm 金納米粒子造影劑，然后在 70 kVp 下成像。

計算流體動力學(xué)模擬表明，四分之三的小鼠中，血流紊亂的局部區(qū)域與誘發(fā)的動脈瘤定性一致，盡管進一步的詳細分析并不支持這種關(guān)系。然而，從這些部分跡象來看，血流動力學(xué)仍然是動脈瘤形成的可能預(yù)測因素，并且這種關(guān)系值得進一步研究。至關(guān)重要的是，該小組已經(jīng)為未來研究這種疾病及其難以捉摸的小鼠發(fā)育因素定義了一個實驗計算框架，并且對這種疾病的更好理解有一天可能會提供一種方法來識別最有可能罹患這種危及生命的疾病的個體。

將計算增強的可視化引入心血管問題的研究

Trachet 博士和他的同事（Bols，2013）此后在主動脈瘤分析中添加了另一種計算工具，開創(chuàng)了一種計算掃描動脈瘤中存在的初始應(yīng)力分布的方法，從而解釋了掃描幾何結(jié)構(gòu)中存在的應(yīng)力，因為到體內(nèi)血壓。他們再次使用靜脈注射 AuroVist™ 15 nm 在小鼠模型中獲得 AAA 的高分辨率 3D 圖像，并成功執(zhí)行計算后向位移方法來確定卸載的幾何形狀，然后將其用于恢復(fù)掃描的幾何形狀，但這一次包括它的初始應(yīng)力分布。他們的貢獻允許基于從體內(nèi)獲得的幾何形狀對小鼠特定應(yīng)力進行更正確的計算分析掃描，這可能是更準(zhǔn)確地了解心血管疾病病理生理學(xué)的重要一步。

“這是一項令人興奮的工作，" AuroVist™ 制造商 Nanoprobes 的創(chuàng)始人James F. Hainfeld 博士說道。 “它們使我們更加了解動脈瘤的形成；它給了我們希望有一天能及早發(fā)現(xiàn)它們。"