利用4D流磁共振成像血流动力学生物标志物对左心室衰竭进行表型分析 (TRANSLATE)
利用4D血流磁共振成像的血流动力学生物标志物对左心室衰竭进行表型分析
本研究旨在通过提高自动化程度，简化和优化心腔内4D Flow磁共振成像（MRI）处理，以实现对左心室（LV）功能障碍的定量和系统性评估。 研究设计旨在实现以下三个目标。
主要目标是开发一种基于卷积神经网络（CNN）的深度学习模型，利用心腔内MRI数据自动分割整个心动周期中的LV心内膜轮廓。 为支持模型训练，将从平衡稳态自由进动（bSSFP）图像中生成LV心内膜壁分割数据集。 将检索一个专门构建的bSSFP图像回顾性MRI数据库，以加速训练集的创建。
次要目标是开发一个基于非侵入性MRI的压力-容积（PV）环重建和简化血流动力学力描述符（HDFs）计算的数值框架。 将招募一组接受经导管主动脉瓣置换术（TAVR）的严重主动脉瓣狭窄患者的前瞻性队列。 将获取术前非对比4D Flow MRI，并将非侵入性MRI衍生的PV环与基于侵入性导管测量的PV环进行定量比较。 此外，将简化HDFs与4D Flow衍生的HDFs进行比较，以评估它们的一致性及其在阐明心力衰竭相关LV功能障碍特定特征方面的潜力。
第三目标是为基于4D Flow MRI的全面、自动化且临床医生友好的LV血流动力学分析建立一个统一、独立且可临床部署的框架基础。 将进行内部测试、基准测试以及由具有先前4D Flow MRI研究经验的临床终端用户进行的结构化评估，以收集反馈并指导进一步开发和临床转化。
研究概览
详细说明
本研究包括回顾性和前瞻性两部分，涉及基于先进磁共振成像（MRI）的分析工具的方法学开发、临床验证及转化应用。
在回顾性部分中，将回顾性检索并匿名化左心室（LV）短轴电影平衡稳态自由进动（bSSFP）图像数据库，然后进行分析。数据集将分为训练集（约占总病例数的75%）和测试集（约占总病例数的25%）。
对于训练集中包含的所有MRI数据集，将在整个心动周期内描绘左心室内膜轮廓，使用半自动分割工具（Medviso Segment）并在必要时进行手动校正以确保准确性。
训练数据集及相应的真实左心室内膜分割结果将用于训练深度学习卷积神经网络（CNN，例如ResNet架构），以实现从短轴电影图像中自动描绘左心室内膜轮廓。
剩余的测试集将用于评估训练后的CNN性能。自动生成的左心室内膜轮廓将与相应的人工分割结果进行比较，以评估分割的准确性和稳健性。
作为研究前瞻性部分的内容，入组患者将在计划进行经导管主动脉瓣置换术（TAVR）前接受无对比剂四维血流磁共振成像（4D Flow MRI）采集。
MRI检查将在1.5特斯拉扫描仪（MAGNETOM Aera，西门子医疗，德国埃尔兰根）上进行。采用回顾性心电门控的标准bSSFP电影序列采集左心室短轴和长轴视图（层厚8毫米，无层间距，重建30个心动周期相位）。在同一成像过程中，将使用原型时间分辨三维梯度回波序列配合三向速度编码采集4D Flow MRI数据。采用覆盖整个左心室的旁矢状位视野。采集将在自由呼吸状态下进行，配合回顾性心电触发和自适应呼吸门控。扫描参数将遵循2023年更新的四维血流心血管磁共振共识声明。不注射对比剂。同时，将使用临床级设备（如Finapres® NOVA）从手指动脉压力波形记录无创连续血压及相关血流动力学参数。
在TAVR手术过程中，将按照标准临床实践要求，在瓣膜植入前后，使用两根猪尾导管在升主动脉和左心室内同时进行有创血压测量，这不会影响临床工作流程。
与标准临床实践相比，预计在预防或随访程序方面无变化。因此，参与本研究不会带来额外的身体、心理或社会风险或直接益处。
4D Flow MRI数据的后处理将采用基于既往经验的专用工作流程，该流程整合了使用Matlab（美国马萨诸塞州纳蒂克市MathWorks公司）编写的内部软件。处理步骤包括涡流校正和速度混叠校正。将使用内部半自动分割工具以及在回顾性部分开发的自动化深度学习左心室掩膜工具来提取左心室内速度场。
提取的速度场将用于评估左心室血流能量学，包括动能和粘性能量耗散、血流成分细分、心室内压力梯度以及心腔内血流介导的血流动力学力（HDFs）。生成的HDF矢量将分解为基底-心尖、间隔-侧壁和下壁-前壁分量，并计算其在整个心动周期内的均方根值。
将结合手指动脉波形得出的无创连续血压信号与MRI衍生的左心室容积，使用既定方法估算无创左心室压力-容积环。同时，将利用TAVR手术期间通过猪尾导管采集的有创左心室压力数据生成基于导管的压力-容积环。将使用临床相关的左心室指标，对基于MRI的无创压力-容积环参数与基于导管的测量结果进行定量比较。
将从纳维-斯托克斯方程计算心腔内压力梯度，通过在整个左心室体积上积分压力梯度，得出每个心动周期帧的HDF矢量。HDF矢量将投影到三个正交解剖方向（基底-心尖、间隔-侧壁、下壁-前壁），并计算每个分量在整个心动周期内的均方根值。将使用最近开发的不需要4D Flow MRI数据的方法计算简化HDFs，并将在患者个体基础上与基于标准4D Flow MRI的HDFs进行系统性比较。为进行验证，简化HDFs和4D Flow衍生的HDFs也将与使用商业Medis Suite MR软件中可用的原型HDF工具获得的相应测量结果进行比较。
还将收集常规用于评估左心室功能的MRI衍生参数，包括舒张末期容积、收缩末期容积和整体纵向应变。
在分析前，将收集并匿名化人口统计学变量（如年龄和性别）、相关临床特征、已实施的药物治疗、TAVR手术数据以及伴随用药情况。
本研究未计划进行随访访视或评估。
将采用增量式构建开发模型设计一个用于心腔内4D Flow MRI分析的独立应用程序。该过程将侧重于定义系统需求规格、软件需求规格以及整体软件架构。
将对临床研究中使用的现有先进4D Flow MRI工作流程以及商业软件（如Medis Suite MR）中的原型工具进行严格评估，以识别其优势和局限性。开发将通过连续阶段进行，每个阶段实现整体框架的特定功能组件。
该独立应用程序将基于现有的内部Matlab算法构建，但将使用编译型编程语言实现，允许在最终用户系统上无需预装软件即可执行。开发将得到专业咨询服务支持。
独立应用程序的初步版本将由一小群具有4D Flow MRI研究经验的临床最终用户进行内部测试、基准测试和结构化评估。用户将在预定义用例上独立测试软件。将通过结构化问卷或访谈收集临床反馈、批评意见和进一步开发建议，并用于指导后续的完善和临床转化。
研究类型
注册 (估计的)
阶段
- 不适用
联系人和位置
学习联系方式
- 姓名：Giandomenico Disabato, MD
- 电话号码：+390252774804
- 邮箱：giandomenico.disabato@grupposandonato.it
研究联系人备份
- 姓名：Francesco Sturla, PhD
- 电话号码：+390252774353
- 邮箱：francesco.sturla@grupposandonato.it
学习地点
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San Donato Milanese、意大利、20097
- 招聘中
- IRCCS Policlinico San Donato
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副研究员：
- Francesco Bedogni, MD
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副研究员：
- Massimo Lombardi, MD
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副研究员：
- Sofia Di Filippo, MSc
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接触：
- Francesco Sturla, MD
- 电话号码：+390252774353
- 邮箱：francesco.sturla@grupposandonato.it
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副研究员：
- Riccardo Gorla, PhD
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参与标准
资格标准
适合学习的年龄
- 成人
- 年长者
接受健康志愿者
描述
纳入标准：
- 成年患者（年龄>18岁）；
- 根据ESC指南诊断为重度AS并具有TAVR适应症；
- 在正常/高流量状态和低流量状态下均存在重度主动脉瓣狭窄；
- 签署书面知情同意书。
排除标准：
- 因既往植入含铁磁性组件而存在心脏MRI禁忌；
- MRI质量差影响图像后处理；
- 幽闭恐惧症；
- 拒绝签署知情同意书。
学习计划
研究是如何设计的？
设计细节
- 主要用途：诊断
- 分配：不适用
- 介入模型：单组作业
- 屏蔽：无（打开标签）
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
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其他：TRANSLATE 研究人群
回顾性阶段包括既往因临床需要进行心脏磁共振成像以评估左心室功能的成年患者。
前瞻性阶段包括接受经导管主动脉瓣置换术的严重主动脉瓣狭窄患者，他们作为常规临床护理的一部分，需额外接受无造影剂四维血流磁共振成像和标准有创血流动力学测量。
两个阶段的数据均用于开发和验证基于磁共振成像的自动化分析方法。
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心脏磁共振成像，包括标准电影成像和非对比4D血流MRI采集。 在预期阶段，经导管主动脉瓣置换术期间常规收集的有创和无创血流动力学信号将被记录用于研究分析。 无需超出标准临床实践的任何额外程序。 这是一项低干预干预性研究，所有影像采集和血流动力学测量均按照标准临床实践进行，无需修改诊断或治疗路径。
其他名称：
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研究衡量的是什么？
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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自动左心室内膜分割的准确性
大体时间：完成心脏MRI数据集回顾性分析（6个月）
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基于卷积神经网络（CNN）的模型在心脏周期内自动勾画短轴电影平衡稳态自由进动（bSSFP）MRI图像中左心室（LV）心内膜轮廓的准确性。
自动生成的轮廓将与专家手动分割（金标准）进行比较。
分割性能将使用戴斯相似性指数（DICE）和豪斯多夫距离（HD）进行量化。
手动分割的操作者间和操作者内变异性，以及手动与自动轮廓之间的一致性，也将使用Bland-Altman分析进行评估。
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完成心脏MRI数据集回顾性分析（6个月）
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次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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无创MRI参数与有创压力-容积环参数之间的一致性
大体时间：TAVR术后最多1周内
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在经导管主动脉瓣置换术（TAVR）过程中，非侵入性磁共振成像（MRI）衍生的左心室压力-容积（PV）环参数与侵入性导管法PV环测量结果之间的定量一致性。
将使用相关性分析和一致性限度评估临床相关左心室参数的一致性和相关性。
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TAVR术后最多1周内
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简化与4D血流MRI血流动力学力之间的协议
大体时间：TAVR术后最长1周内
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简化的血流动力学力描述符（HDFs）与采用标准心内四维血流磁共振成像分析（参考标准）计算的HDFs之间的一致性水平和相关性。
将通过相关性分析和Bland-Altman方法对基底-心尖、间隔-侧壁和下壁-前壁力分量进行比较。
验证还将包括与使用商业原型软件工具获得的HDF测量结果进行比较。
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TAVR术后最长1周内
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血流动力学力与左心室容积之间的相关性
大体时间：TAVR术后最长1周
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左心室血流动力学力（使用4D Flow MRI和简化的基于电影MRI的方法量化）与左心室容积之间的相关性，即左心室舒张末期容积（LVEDV，以ml表示）和左心室收缩末期容积（LVESV，以ml表示）。
将分别计算LVEDV和LVESV的单独相关性。
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TAVR术后最长1周
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血流动力学力与左心室整体纵向和周向应变之间的相关性
大体时间：TAVR术后最多1周内
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左心室血流动力学力（通过4D Flow MRI和简化的基于电影MRI的方法进行量化）与左心室心内膜变形参数（即整体纵向应变（GLS）和整体圆周应变（GCS））之间的相关性。
应变值将以百分比（%）变形表示，并分别计算GLS和GCS的独立相关性。
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TAVR术后最多1周内
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合作者和调查者
调查人员
- 首席研究员：Giandomenico Disabato, MD、IRCCS Policlinico S. Donato
研究记录日期
研究主要日期
学习开始 (实际的)
初级完成 (估计的)
研究完成 (估计的)
研究注册日期
首次提交
首先提交符合 QC 标准的
首次发布 (实际的)
研究记录更新
最后更新发布 (实际的)
上次提交的符合 QC 标准的更新
最后验证
更多信息
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