最大脳室内圧力の推定：3次元液体構造相互作用モデル

背景：この研究の目的は、エコードップラー（非侵襲的）と運動中および運動中のカテーテル検査（侵襲的）技術によって測定された心臓出力に基づいて、健康な被験者の左心室（MPLV）の最大圧力を推定する方法を提案することでした。 方法：大動脈弁を通る血流は、ドップラー流心エコー検査によって測定されました。大動脈弁ジオメトリは、心エコー造影イメージングによって計算されました。任意のラグランジアン - エウラー（ALE）メッシュを使用して、流体構造相互作用（FSI）シミュレーションを実行しました。境界条件は、放出相中の心室および大動脈側の圧力負荷として定義されました。FSIシミュレーションを使用して、心拍出量と大動脈拡張期と左心室圧との数値関係を決定しました。この関係により、侵襲的および非侵襲的臨床法によって測定された心拍出量からの圧力負荷の予測が可能になりました。 結果：心室収縮期の圧力ピークは、ドップラー、フィックオキシメトリック、および熱希釈法の心拍出量から計算され、運動全体でそれぞれ22％、18％、24％増加しました。ドップラー、フィックオキシメトリック、および熱希釈法に基づく心室収縮期圧の曲線から得られた平均勾配は、それぞれ0.48、0.41、および0.56 mmHg/心拍数でした。臨床報告と比較した場合、Fick-Mplvは4.7％、Thermodilution-Mplvは30％、ドップラーMplvは12％異なりました。 結論：ある被験者からの予備的な結果は、文献値の範囲にある結果を示しています。この方法は、脳室内圧の独立した測定を含む、さらなるテストによって検証する必要があります。流れは圧力負荷に依存するため、より正確な脳室内圧力を測定すると、より良い臨床診断のための心臓の流れのダイナミクスを理解するのに役立ちます。さらに、この方法は侵襲的で、安全で、安価で、より実用的です。臨床フィック測定値がより正確であることが知られているため、私たちのフィックベースの予測が最も適用可能である可能性があります。

BACKGROUND: The aim of this study was to propose a method to estimate the maximum pressure in the left ventricle (MPLV) for a healthy subject, based on cardiac outputs measured by echo-Doppler (non-invasive) and catheterization (invasive) techniques at rest and during exercise. METHODS: Blood flow through aortic valve was measured by Doppler flow echocardiography. Aortic valve geometry was calculated by echocardiographic imaging. A Fluid-structure Interaction (FSI) simulation was performed, using an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) mesh. Boundary conditions were defined as pressure loads on ventricular and aortic sides during ejection phase. The FSI simulation was used to determine a numerical relationship between the cardiac output to aortic diastolic and left ventricular pressures. This relationship enabled the prediction of pressure loads from cardiac outputs measured by invasive and non-invasive clinical methods. RESULTS: Ventricular systolic pressure peak was calculated from cardiac output of Doppler, Fick oximetric and Thermodilution methods leading to a 22%, 18% and 24% increment throughout exercise, respectively. The mean gradients obtained from curves of ventricular systolic pressure based on Doppler, Fick oximetric and Thermodilution methods were 0.48, 0.41 and 0.56 mmHg/heart rate, respectively. Predicted Fick-MPLV differed by 4.7%, Thermodilution-MPLV by 30% and Doppler-MPLV by 12%, when compared to clinical reports. CONCLUSIONS: Preliminary results from one subject show results that are in the range of literature values. The method needs to be validated by further testing, including independent measurements of intraventricular pressure. Since flow depends on the pressure loads, measuring more accurate intraventricular pressures helps to understand the cardiac flow dynamics for better clinical diagnosis. Furthermore, the method is non-invasive, safe, cheap and more practical. As clinical Fick-measured values have been known to be more accurate, our Fick-based prediction could be the most applicable.