基于图像的胎儿-胎盘毛细血管中血流与氧传输建模

在妊娠期间，氧气通过胎盘中的绒毛树从母体血液扩散到胎儿血液。本文中，我们将共聚焦激光扫描显微镜重建的绒毛和毛细血管表面的三维表示转换为有限元网格，并计算血管流阻和总氧传递量，从而模拟胎儿-胎盘毛细血管中的血流与氧传递。研究表明，总氧传递速率与通过毛细血管的压降之间的关系，在广泛压降范围内可由物理标度律以及氧传递速率的上界所刻画。我们引入了一个回归方程，可利用血管阻力估算毛细血管中的氧传递。随后介绍了两种用于量化统计变异性、实验不确定性和病理性胎盘结构对计算属性影响的技术。首先，利用标度论证量化模型对几何与参数不确定性的敏感性。其次，使用理想化轴对称模型研究胎儿毛细血管局部扩张的影响，以量化病理性胎盘结构对氧传递的可能影响。该模型预测，在固定毛细血管压降下，氧传递如何通过扩张的最优宽度达到最大化。结果可解释在绒毛成熟延迟（一种以缺乏血管-合体膜且常伴随局部毛细血管扩张为特征的病理）病例中胎儿缺氧的普遍性。