ATVB 哈医大二院于波/贾海波教授和美国伍斯特理工学院唐达林教授合作首次揭示机械应力/应变在易损斑块破裂中的重要作用

急性冠脉综合征(ACS)是导致冠心病患者死亡的首要原因，冠状动脉易损斑块的形成及破裂是导致ACS的主要病理机制。有假说认为，斑块新发破裂可能与斑块的高结构应力、应变和流动切应力(WSS)密切相关。尽管这一假说已被广泛认可甚至接受，但由于难以在体获取易损斑块破裂即刻的生物力学特征，使这一假说难以充分验证。既往基于流体力学的研究表明，WSS可独立预测斑块破裂的位置，提示血流动力学因素与斑块破裂具有相关性。基于固体力学的研究表明，斑块结构应力远远超过WSS(高达105到106倍)，在斑块破裂中可能发挥主导作用。然而，易损斑块时刻在流动的血液作用下，单独考虑流体或固体的力学因素难以反映斑块的真实生物力学特征，须同时考虑流体和固体力学因素，模拟真实的血流和生理场景。

2024年5月9日，哈尔滨医科大学附属第二医院心血管内科于波教授、贾海波教授团队和美国伍斯特理工学院数学系唐达林教授团队合作在Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology杂志在线发表题为“Plaque Ruptures Are Related to High Plaque Stress and Strain Conditions: Direct Verification by Using In Vivo OCT Rupture Data and FSI Models”的研究论文。该研究应用血管内光学相干成像技术(OCT)完成易损斑块及斑块破裂处的高分辨率影像采集，并首次基于OCT影像数据完成易损斑块浸润血管节段的特异性三维流固耦合(FSI)模型构建，探究高斑块应力及应变导致易损斑块破裂的直接证据。

研究者获取了10个易损斑块用于FSI模型构建，其中5个易损斑块纤维帽发生断裂形成破裂腔，5个易损斑块纤维帽保持完整。对易损斑块OCT影像进行逐帧标注，完成了斑块纤维帽、成分、管腔及外弹力膜的分割，同时将OCT检测的易损斑块血管节段与冠脉造影进行配准，获取斑块的3D坐标，应用空间位置信息(中心线)进一步完成3D FSI模型构建。

本研究需要解决的一个关键问题是如何评估已发生破裂的斑块在破裂发生前的几何形态。研究者使用了撕裂纤维瓣作为参考来重建纤维帽缺失部分，同时考虑到斑块通常具有不规则的形态，因此开发了一种四等分均匀间隔方法来提取血管和纤维帽厚度的数据，以用于数据分析及模型构建。

模型构建结果表明，发生破裂的易损斑块其最大纤维帽应力和应变值比未破裂斑块高142%和48%，平均纤维帽应力和应变值比未破裂斑块高52%和20%，最大和平均流体切应力比未破裂斑块高77%和20%。

这是首次在三维FSI建模研究中使用在体OCT检测的破裂斑块来寻求生物力学与斑块破裂之间的关联。与未破裂斑块相比，发生破裂的易损斑块具有更高的应力、应变和流动剪切应力。本研究基于OCT检测到的斑块破裂数据直接验证了斑块破裂的高应力/应变假设，为斑块应力/应变参数用于斑块易损性评估提供了直接的证据支持。

哈尔滨医科大学附属第二医院心血管内科赵晨博士、山东省第二人民医院心脏外科及大血管疾病中心吕蕊博士为论文共同第一作者。哈尔滨医科大学附属第二医院心血管内科、寒地心血管病全国重点实验室于波教授、贾海波教授和美国伍斯特理工学院数学科学系唐达林教授为论文的共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金和黑龙江省重点研发计划的资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/ATVBAHA.124.320764