心臟支架是治療冠狀動(dòng)脈狹窄的主要手段，但什么情況下放支架？放幾個(gè)支架？支架放到什么位置最合適？這些問題一直沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前更多的是依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)判斷。日前，物理學(xué)家和醫(yī)學(xué)家合作，想出了一個(gè)新辦法——個(gè)體化的心血管三維模擬技術(shù)?？茖W(xué)家們展望，這種技術(shù)能夠幫助醫(yī)生制定最佳手術(shù)方案，方便醫(yī)患溝通；同時(shí)，結(jié)合醫(yī)療大數(shù)據(jù)，能讓治療更系統(tǒng)、更嚴(yán)謹(jǐn)。

　　模擬計(jì)算與3D打印助力個(gè)性化治療

　　中科院物理所研究員劉靂宇是這項(xiàng)研究的主要負(fù)責(zé)人。他介紹說：“支架介入治療往往依靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，醫(yī)生會(huì)根據(jù)冠狀動(dòng)脈的斑塊分布、分叉角度、血管直徑等解剖學(xué)特征，來決定是否手術(shù)和手術(shù)方案。”但是，病人的個(gè)體差異比較大，因此有時(shí)候經(jīng)驗(yàn)并不可靠，“由于支架選擇和支架放置等因素，手術(shù)后再狹窄的情況屢屢發(fā)生，病人就需要再手術(shù)”。

　　那么，有沒有一種方法，可以將經(jīng)驗(yàn)與病人個(gè)體情況結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療？

　　基于臨床病例醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，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)一同通過醫(yī)學(xué)圖像處理的方法重建了患者的真實(shí)血管形狀，并根據(jù)臨床醫(yī)生的建議，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法虛擬設(shè)計(jì)了四種支架放置位置不同的手術(shù)方案，并分別進(jìn)行了計(jì)算機(jī)流體力學(xué)模擬計(jì)算。

　　劉靂宇說：“簡單地說，血液在血管中流動(dòng)，血液夠不夠用、對血管壁的壓力有多大、是不是存在危險(xiǎn)、后續(xù)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)狹窄等問題，從物理學(xué)角度上看很大一部分都是流體力學(xué)的問題。因此我們設(shè)計(jì)了幾種計(jì)算程序，將病人的一些數(shù)據(jù)帶入后，就能構(gòu)建其心血管的三維圖像，進(jìn)而得出患者是否需要支架，并進(jìn)一步計(jì)算出支架該放多少個(gè)以及放在什么位置。”

　　為了驗(yàn)證模擬情況的準(zhǔn)確度，研究人員利用3D打印技術(shù)和微流體芯片加工工藝，成功制造出具有真實(shí)三維結(jié)構(gòu)的血管模型，并利用該模型實(shí)施了流體實(shí)驗(yàn)。測量結(jié)果顯示，與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的差異僅為10%左右。劉靂宇說：“這說明我們設(shè)計(jì)的流體力學(xué)模擬計(jì)算結(jié)果是可靠的。”

　　未來將開發(fā)便利的APP應(yīng)用服務(wù)

　　劉靂宇說，團(tuán)隊(duì)未來研究的應(yīng)用拓展是能在智能移動(dòng)終端如智能手機(jī)上應(yīng)用的APP程序。團(tuán)隊(duì)成員之一、中科院物理所的容曉暉博士這樣描述該款A(yù)PP：“在醫(yī)院進(jìn)行儀器檢查并獲得醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)后，患者可首先將個(gè)人圖像數(shù)據(jù)通過專用APP上傳至云端。之后工程師將會(huì)根據(jù)圖像類型和品質(zhì)，選擇并調(diào)整算法以獲得三維重建出的血管模型。在我們的設(shè)計(jì)中，這個(gè)模型可以自由旋轉(zhuǎn)、放大、測量，能給醫(yī)生和病人最為形象直觀的認(rèn)識，而患者則可以免費(fèi)使用這一基本應(yīng)用及服務(wù)。”

　　接下來，工程師會(huì)根據(jù)醫(yī)生建議，用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法模擬幾種可能的手術(shù)方案，并使用計(jì)算機(jī)物理建模計(jì)算，得到分析流場、力分布以及特定的臨床指標(biāo)，并將所有計(jì)算結(jié)果反饋給醫(yī)生。醫(yī)生得到這些計(jì)算結(jié)果后，將根據(jù)臨床知識和經(jīng)驗(yàn)確定最佳手術(shù)方案，然后再將通俗化診斷結(jié)果以及建議的手術(shù)方案反饋給患者。

　　“這還不是我們的最終目標(biāo)。”劉靂宇說，“接下來我們希望可以及更多臨床醫(yī)生合作，建立病例大數(shù)據(jù)庫。”他解釋說，患者個(gè)體差異很大，“具體的手術(shù)方案制定不僅和支架選擇和放置有關(guān)，還可能和生活習(xí)慣、體質(zhì)、患病史、性格等多種因素有關(guān)”，但是這些數(shù)據(jù)要有足夠的臨床病例做支持，“我們將在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開展系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐R床比對以及醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)，并最終確定可靠的技術(shù)方案”。