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三尖瓣的预测性生物力学模型需要准确表征腱索，但由于难以通过非侵入性成像重建个体特异性的腱索几何形态，因此这一需求难以满足。本研究采用一种框架，在缺乏体内腱索附着点先验信息的情况下，生成在功能上等效的合成腱索。为此，我们首先改进了一种基于解剖信息的超弹性形状匹配方法，通过模拟腱索力、刚性接触模板以及经高斯平滑的局部校正压力场，建立舒张末期与收缩末期瓣叶构型之间的对应关系。随后，我们采用基于分区的拒绝采样生成合成腱索插入位点，并结合反作用力与腱索应力–伸长关系，校准每根腱索的无载长度。我们采用 Texas TriValve 1.1 对该框架进行评估。Texas TriValve 1.1 是一个高保真度的人体三尖瓣有限元模型，并已通过搏动心脏超声心动图验证。结果显示，形状匹配重建的收缩末期几何形态与目标几何形态之间的平均表面间距离为 0.29 {+/-} 0.35 mm。此外，合成腱索插入点能够忠实再现收缩末期的瓣叶变形。随后，我们考察了含有 202、225 和 450 个插入点的合成腱索构型，其设计参考了对 8 个离体人体三尖瓣的测量结果。结果显示，随着插入点数量增加，平均表面间距离从 0.63 {+/-} 0.52 mm 降至 0.49 {+/-} 0.44 mm，接触面积误差则从 3.52% 降至 0.59%。在所有构型中，瓣叶腹部区域的平均最大主伸长误差均低于 2.4%，而面积应变误差介于 0.34% 至 10.01% 之间。这些结果表明，在解剖学上基于先验信息的形状匹配与基于应力的腱索校准相结合，无需显式构建个体特异性腱索几何结构，即可再现三尖瓣闭合过程。该框架为生成合成瓣下解剖结构奠定了基础，可用于未来基于影像数据的预测性三尖瓣模型。
无需腱索：无需体内腱索几何信息即可预测三尖瓣变形 | bioRxiv
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Mrudang
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Summers
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Manuel K.
Rausch
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.25.754571
Mrudang Mathur
1
得克萨斯大学奥斯汀分校沃克机械工程系；斯坦福大学心胸外科系；
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Collin E. Haese
2
得克萨斯大学奥斯汀分校沃克机械工程系；
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Vijay K. Dubey
2
得克萨斯大学奥斯汀分校沃克机械工程系；
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Sumedh Seetharam
3
得克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系；
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William D. Meador
3
得克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系；
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Tomasz Jazwiec
4
西里西亚心脏、血管及血管内外科与移植学系，西里西亚中心 for
心脏病，西里西亚卡托维兹医科大学；
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Natalie T. Simonian
3
德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系；
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Michael S. Sacks
5
德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系；德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算科学与工程研究所；
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Marcin Malinowski
6
圣庇护神父省立医院心脏外科；
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Jan Fuhg
7
德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算科学与工程研究所；德克萨斯大学奥斯汀分校航空航天工程与工程力学系；
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Issam Moussa
8
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校卡莱尔伊利诺伊医学院；
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Joshua A. Cohen
9
森塔拉心脏医院森塔拉心脏瓣膜中心；
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Matthew R. Summers
9
森塔拉心脏医院森塔拉心脏瓣膜中心；
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Tomasz A. Timek
10
Corewell Health West 心胸外科部；密歇根州立大学人文医学院；
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William Hiesinger
11
斯坦福大学心胸外科系；
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Manuel K. Rausch
12
德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系；德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算科学与工程研究所；德克萨斯大学奥斯汀分校航空航天工程与工程力学系
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三尖瓣的预测性生物力学模型需要准确表征腱索，但难以通过非侵入性成像重建个体特异性的腱索几何形态。在此，我们采用一种框架，在缺乏体内腱索附着点先验信息的情况下，生成具有功能等效性的合成腱索。为此，我们首先改进一种融入解剖信息的超弹性形状匹配方法；该方法利用模拟腱索作用力、刚性接触模板和经过高斯平滑的局部校正压力场，建立舒张末期与收缩末期瓣叶构型之间的对应关系。随后，我们采用基于区域的拒绝采样生成合成腱索插入点，并结合反作用力与腱索应力-伸长关系，校准每条腱索的无载长度。该框架使用 Texas TriValve 1.1 进行了评估；这是一个高保真的人体三尖瓣有限元模型，并已通过跳动心脏……进行验证。
超声心动图。我们发现，形状匹配能够重现目标收缩末期几何形态，平均表面间距离为 0.29 ± 0.35 mm。此外，合成腱索插入点能够忠实再现收缩末期瓣叶变形。随后，我们根据八个离体人三尖瓣的测量结果，评估了分别包含 202、225 和 450 个插入点的合成腱索构型。随着插入点数量增加，平均表面间距离从 0.63 ± 0.52 mm 降至 0.49 ± 0.44 mm，接触面积误差则从 3.52% 降至 0.59%。在所有构型中，瓣叶腹部区域最大主伸长比的平均误差均低于 2.4%，而面积应变误差介于 0.34% 和 10.01% 之间。这些结果表明，结合基于应力的腱索校准、受解剖结构信息约束的形状匹配方法，无需明确建立个体特异性腱索几何形态，即可重现三尖瓣关闭过程。该框架为未来生成合成瓣下解剖结构、构建基于影像的预测性三尖瓣模型奠定了基础。
利益冲突声明
MKR 与 Edwards Lifesciences 和 LumenexBio 有演讲合作协议。
已声明的资助方信息
美国国家心肺血液研究所，
，R01HL165251
，R21HL161832
，R21HL17017
，F31HL178280
，F31HL170754
，R01HL184128
美国心脏协会，
，902502
，25IPA1454136
版权
本预印本的版权归作者/资助方所有；作者/资助方已授予 bioRxiv 许可，允许其永久展示该预印本。
保留所有权利。未经许可，不得重复使用。
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发布于 2026 年 9 月 28 日。
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Matthew R.
Summers
,
Tomasz A.
Timek
,
William
Hiesinger
,
Manuel K.
Rausch
bioRxiv
2026.09.25.754571；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.25.754571
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Manuel K.
Rausch
bioRxiv
2026.09.25.754571；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.25.754571
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关键词：三尖瓣生物力学 · 合成腱索 · 有限元建模 · 形状匹配 · 瓣叶变形预测
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.25.754571v1?rss=1