基于多维动态CTA的升主动脉瘤在体生物力学特性分析及其临床风险评估价值

本研究针对升主动脉瘤(ATAA)破裂风险评估缺乏个体化指标的临床难题，通过多维动态CT血管造影(MD-CTA)技术，创新性地结合逆有限元法(iFEM)和图像配准技术，首次系统比较了马凡综合征与非马凡综合征ATAA患者的生物力学差异。研究发现非马凡组应变刚度指数(SSI)和动态SSI(dSSI)显著高于其他组，并新提出势能储备指数(PERI)和应变阻力(Rs)作为能量储存评估指标，为个体化动脉瘤风险管理提供了新型无创生物力学标志物。

　　

在心血管疾病领域，升主动脉瘤(ATAA)被称为"沉默的定时炸弹"——约半数患者首次出现症状即是致命的主动脉破裂。当前临床主要依赖最大直径(5.0cm，马凡患者4.5cm)作为手术干预标准，但这个"一刀切"的指标存在明显局限：实践中既发现直径超过6cm未破裂的病例，也遇到不足4cm却突然破裂的悲剧。更棘手的是，马凡综合征患者与普通ATAA患者的生物学行为存在显著差异，但现有标准难以精确区分两者的风险等级。

为解决这一临床困境，上海德达医院医学影像与介入治疗科的研究团队创新性地将多维动态CT血管造影(MD-CTA)与计算生物力学相结合，在《Journal of Biomechanics》发表了突破性研究成果。该研究纳入了30名受试者（20例ATAA患者含12例马凡综合征，10例健康对照），通过ECG门控技术捕捉心动周期中主动脉壁的变形，运用图像配准获取多相位位移数据，采用逆有限元法(iFEM)计算壁张力，并创新性地推导出应变-张力曲线。基于此曲线不仅计算了前期提出的应变刚度指数(SSI)和动态SSI(dSSI)，还针对升主动脉大变形特性首创势能储备指数(PERI)和应变阻力(Rs)两个新参数。

关键技术方法
研究采用心电图门控MD-CTA获取主动脉动态图像，通过三维重建建立个性化主动脉模型。利用图像配准技术提取10个心动相位点的位移场，应用iFEM反演计算壁面张力分布。基于应变-张力关系曲线计算SSI(曲线斜率)和dSSI(动态变化率)，新定义PERI(曲线下面积)评估能量储备能力，Rs(应变能密度)反映组织抵抗变形能力。统计采用Mann-Whitney U检验比较组间差异。

主要研究结果

Demographic characteristics of the participants
马凡组平均年龄(36.2±16.0岁)显著低于非马凡组(53.1±10.2岁)和对照组(56.3±13.0岁)。非马凡组和对照组最大直径分别为47.3±7.1mm和31.8±3.8mm，马凡组虽平均直径未达50mm但包含4例>50mm病例，提示马凡患者可能在较小时直径就出现显著病理改变。

Biomechanical parameters comparison
SSI和dSSI在非马凡组显著高于马凡组和对照组(p<0.05)，而后两组间无统计学差异。新参数PERI和Rs在非马凡组与对照组间差异显著(p<0.05)，但在马凡与对照组间未达显著水平。特别值得注意的是，两名直径<45mm的非马凡患者表现出异常高的SSI值(>8kPa)，这可能是传统直径标准难以捕捉的高危信号。

Discussion
研究发现非马凡ATAA呈现更显著的"材料失效"特征——更高的SSI/dSSI反映组织刚度增加，PERI/Rs升高提示能量代谢异常。而马凡患者的生物力学特性更接近健康人群，这可能解释临床观察到的马凡患者动脉瘤生长速率更快但破裂风险相对较低的现象。研究首次证实MD-CTA衍生的生物力学参数能有效区分不同病因的ATAA病理特征。

Conclusion
该研究建立了基于临床常规MD-CTA的无创生物力学评估框架，证实SSI/dSSI能识别非马凡ATAA的机械性能恶化，PERI/Rs则可量化血管壁能量储备能力。对于马凡综合征患者，虽然传统生物力学参数未见异常，但结合其独特的临床特征（年轻发病、快速进展），提示可能需要建立独立的风险评估体系。这些发现为突破当前依赖单一直径标准的局限提供了新思路，通过"生物力学特征+临床因素"的多维度评估，有望实现真正的个体化动脉瘤风险管理。