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　　（A）醫(yī)學(xué)圖像處理后的臨床病例（剛接受完血管支架手術(shù)）血管數(shù)字模型；（B）使用高精度3D打印機(jī)制成的蠟基材質(zhì)的三維血管模型；（C）使用蠟基模型脫模制成的用于流體力學(xué)研究的血管通道模型（紅圈之內(nèi)是臨床使用的血管支架）。物理所供圖
　　安貞醫(yī)院的醫(yī)生也來到中科院物理所的實(shí)驗(yàn)室，像做手術(shù)一樣把真實(shí)的支架放置到三維虛擬手術(shù)的模型里，以此來探求怎么樣放支架最容易，怎么樣對(duì)血管壁更好。
　　目前我國有1/5的人口都患有心血管疾病，冠脈粥樣硬化病變?cè)谂R床上多采用經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入手術(shù)（PCI）放置血管支架來實(shí)現(xiàn)血運(yùn)動(dòng)能改善。而其中冠脈分叉區(qū)域病變是這些手術(shù)中最常見、預(yù)后也相對(duì)較差的病變類型，再狹窄的情況時(shí)有發(fā)生。如何將支架放置在血管內(nèi)最佳位置，最大程度上降低血管再狹窄的風(fēng)險(xiǎn)，成為多年來科研人員和醫(yī)生們致力解決的問題。
　　再狹窄的尷尬
　　最近，中科院物理研究所劉靂宇團(tuán)隊(duì)與安貞醫(yī)院柳景華主任醫(yī)師團(tuán)隊(duì)，以及力學(xué)所和中國科技大相關(guān)研究人員在這方面的合作研究有了可喜的進(jìn)展。
　　他們創(chuàng)造性地利用3D打印技術(shù)制造出具有真實(shí)結(jié)構(gòu)的血管模型，并開創(chuàng)了一套適用于三維流場觀察測量的技術(shù)。該技術(shù)不但可以應(yīng)用于對(duì)計(jì)算機(jī)CFD計(jì)算結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上，還可以為未來的心血管病人，提供定制化的支架手術(shù)方案，即如何將支架放置在血管內(nèi)最佳位置，最大程度上降低血管再狹窄的風(fēng)險(xiǎn)。
　　這項(xiàng)進(jìn)展源于三年前一次偶然的經(jīng)歷。
　　三年前，劉靂宇的同事兼好友，首都師范大學(xué)附屬安貞醫(yī)院的醫(yī)生告訴他這樣一個(gè)典型的病例：一位60歲的老先生突發(fā)心絞痛，送到安貞醫(yī)院檢查，造影顯示在他的血管心臟的上方出現(xiàn)了一個(gè)斑點(diǎn)，嚴(yán)重影響了血流。當(dāng)時(shí)醫(yī)生建議他立刻進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)之后支架的確把血管撐開了，血流從支架中空的地方順暢通過，病人的病情得到緩解?？墒莾赡曛螅∪诵慕g痛復(fù)發(fā)，再次送醫(yī)后發(fā)現(xiàn)這個(gè)支架處再次出現(xiàn)了斑塊。
　　而這并非個(gè)例。在同類案例中，醫(yī)生常常會(huì)根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷并選擇相應(yīng)的PCI處理策略。然而由于支架的選擇以及支架放置等原因，支架手術(shù)后發(fā)生再狹窄的情況屢屢發(fā)生，給病人帶來更多痛苦和傷害。如何確定病人特異性并選擇最佳支架手術(shù)策略成為擺在醫(yī)務(wù)人員面前的難題。
　　流體力學(xué)大顯身手
　　劉靂宇團(tuán)隊(duì)和他的同事們接受了這個(gè)挑戰(zhàn)。他們的辦法是——三維重構(gòu)。
　　科研人員將病人血管的醫(yī)學(xué)影像重構(gòu)成為一個(gè)數(shù)字化的三維模型。同時(shí)，將移植的支架也做了一個(gè)數(shù)字化重構(gòu)，虛擬空間中定量的分析，研判把支架放在哪個(gè)位置，對(duì)血管壁的刺激是最小的，有可能得到最優(yōu)手術(shù)方案，最大程度減少再狹窄風(fēng)險(xiǎn)。
　　“基于臨床病例醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，我們?cè)O(shè)計(jì)了四種不同支架手術(shù)方案并分別進(jìn)行了計(jì)算機(jī)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）計(jì)算，從流體力學(xué)角度分析并比較了再狹窄的風(fēng)險(xiǎn)高低?！眲㈧Z宇說。
　　不僅如此，為了讓研究做得更加深入，他們還運(yùn)用了最流行的3D打印技術(shù)，把病人的血管真實(shí)地打印出來。
　　據(jù)介紹，在這項(xiàng)研究中，科研人員使用的是美國3D Systems公司打印精度最高的3D打印機(jī)。其打印材料的加工精度可達(dá)16微米，最終獲得透明的三維血管通道模型。
　　與此同時(shí)，科學(xué)家們還運(yùn)用物理和工程的技術(shù)，在體外做了一個(gè)“三維虛擬手術(shù)”的模型，利用這個(gè)模型，可以把病人的血管形態(tài)清晰地體現(xiàn)出來。
　　“我們利用這個(gè)模型進(jìn)行了流體實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了CFD計(jì)算結(jié)果的可靠性?！眲㈧Z宇興奮地告訴記者。
　　流動(dòng)的血液模型也是值得一提的。為了解決這個(gè)問題，研究組專門配置了折射系數(shù)與PDMS幾乎相同的人造血液?？蒲腥藛T通過將流體實(shí)驗(yàn)流速測量結(jié)果與CFD計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)除了個(gè)別流速很小的位置之外，體外實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與計(jì)算機(jī)CFD模擬結(jié)果的差異僅為5%左右，表現(xiàn)出很高的一致性，“這說明CFD的計(jì)算結(jié)果是可靠的”。
　　更有意義的是，安貞醫(yī)院的醫(yī)生也來到中科院物理所的實(shí)驗(yàn)室，像做手術(shù)一樣把真實(shí)的支架放置到三維虛擬手術(shù)的模型里，以此來探求怎么樣放支架最容易，怎么樣對(duì)血管壁更好。
　　“由于病變是病人特異的，手術(shù)最佳方案的結(jié)果同樣具有特異性，如在臨床應(yīng)用還需根據(jù)病人的實(shí)際情況進(jìn)行個(gè)體化設(shè)定與計(jì)算。”劉靂宇特別指出這一點(diǎn)。
　　“技術(shù)的下一步研究將考慮制成具有彈性血管壁的血管模型，并嘗試將血管內(nèi)表皮細(xì)胞置入模型內(nèi)表面實(shí)時(shí)研究內(nèi)表皮細(xì)胞在動(dòng)態(tài)流場作用下的物理、生物、化學(xué)等方面的表現(xiàn)，從而進(jìn)一步揭示動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)理?！?劉靂宇說。
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報(bào)》 2015-06-15 第6版 進(jìn)展)