动脉瘤性升主动脉中 4D 速度剖面的数据驱动生成

血流数值模拟是研究升主动脉胸主动脉瘤（ATAA）病理生理学的宝贵工具。为准确再现血流动力学，计算流体动力学（CFD）模型必须采用真实的流入边界条件（BCs）。然而，体内速度测量的有限可得性仍使研究者诉诸理想化边界条件。本研究中，我们生成并详尽刻画了一个适用于作为 CFD 模拟边界条件的合成 4D 主动脉速度剖面大型数据集。对 30 名 ATAA 受试者的 4D flow MRI 扫描进行处理以提取沿升主动脉的横截面平面，确保所有平面间的空间对齐并将所有速度场插值到参考构型。临床队列的速度剖面通过计算空间与时间特征的流动形态描述子得到广泛刻画。借助主成分分析（PCA），构建了 4D 主动脉速度剖面的统计形状模型（SSM），并生成了 437 个具有真实属性的合成病例的数据集。临床与合成数据集间的比较显示，合成数据在关键形态参数方面呈现出与临床群体相似的特征。平均速度剖面在定性上类似于抛物形剖面，但在定量上由更复杂的流动模式刻画，这是理想化剖面无法复现的。发现 PCA 主变化模式与流动描述子间存在统计显著相关性。我们构建了一个数据驱动的 4D 主动脉速度剖面生成模型，适用于血流的计算研究。所提出的软件系统还允许将任何生成的速度剖面映射到任意给定其坐标集的虚拟受试者的入口平面。