[学术前沿]天坛医院杨新健团队通过虚拟支架技术评估血流动力学变化 以预测动脉瘤术后复发几率 | CNJ精选
中华神经外科杂志（英文）
精选周刊 第2期
神外前沿讯，近日北京天坛医院神经介入科杨新健教授团队与美国水牛城孟晖教授团队，首都医科大学李海云教授团队和复旦大学王盛章副教授共同开发了一项新型、有效的LVIS快速虚拟支架植入技术（F-LVIS），并通过实验证实了此技术的真实可靠性，其研究结果表明这项技术能够较好的评估LVIS治疗颅内动脉瘤后的血流动力学特点。
这项研究近日发表在Chinese Neurosurgical Journal 杂志/中华神经外科杂志（英文）上，论文题目《Efficient simulation of a low-profile visualized intraluminal support device: a novel fast virtual stenting technique》，研究者：张倩倩（第一作者）、杨新健（通讯作者）、王盛章（共同通讯作者）。
据了解，血流动力学在颅内动脉瘤的发生、生长、破裂以及复发中都占有极其重要的作用，临床上即使通过支架或者弹簧圈栓塞等介入方法治疗动脉瘤，仍难以避免其复发的可能。本项研究采取计算机数值模拟技术生成虚拟LVIS支架，并通过验证性设计表明该技术的可靠应用性。这项技术有利于人们更直观的观察LVIS植入动脉瘤后的血流动力学变化特点，进一步对研究LVIS治疗动脉瘤后的血流动力学复发机制有着深远的意义。
通俗的说，颅内动脉瘤、支架虚拟生成技术及血流动力学变化特点是这项研究的关键点。
本文通讯作者杨新健教授对神外前沿表示，在以前的研究中，血流动力学通常被用来计算动脉瘤及载瘤动脉的血流状态，进而预测动脉瘤的发展（如是否生长、破裂等），但这些研究大都聚焦于动脉瘤术前的血流动力学特点，而杨教授的团队则是全球最早掌握快速虚拟支架生成技术，并结合弹簧圈模拟技术来研究介入治疗后动脉瘤血流动力学变化特点的团队。
据杨教授介绍，当前的LVIS虚拟支架是通过计算机软件模拟生成的，整个计算机处理过程大致需要两到三个小时，由于技术限制目前尚不能满足临床急症需要进行实时模拟，故而只能作为一种术后效果评估的方法。但杨教授团队目前正尝试和一些专业软件机构合作，力求尽早攻破技术限制，进而更便捷的通过血流动力学计算为颅内动脉瘤的个体化诊疗提供帮助。
背景：LVIS（low-profile visualized intraluminal support (LVIS)）是一种极具应用前景的治疗动脉瘤的颅内支架。为更好的评估LVIS治疗颅内动脉瘤后的血流动力学特点，我们开发了一项新型的LVIS快速虚拟支架植入技术（F-LVIS），并验证了此技术的真实可靠性。
方法：我们选择了一例经过临床治疗的颅内动脉瘤，分别计算并比较了实际LVIS植入及虚拟LVIS植入后其血流动力学变化特点。借助3D打印技术，我们制作出了此动脉瘤的体外仿真模型，并按照临床手术操作标准，将一个真实的LVIS支架释放入此动脉瘤模型中。同时，利用快速虚拟支架植入技术模拟生成的LVIS（F-LVIS）也成功的在此动脉瘤血管中得到释放。接着计算机流体力学参数（CFD）分别在不同方法植入支架后的动脉瘤模型中进行计算，最后定性及定量的血流动力学参数分别得到统计并进一步比较。
结果：实际LVIS（R-LVIS）及快速虚拟LVIS（F-LVIS）植入后，动脉瘤的血流动力学变化特点比较一致。从速度及剪切力的代表性云图可以看出，快速虚拟支架植入技术释放LVIS后其速度及剪切力的分布及大小变化与实际LVIS植入后引起的变化极其相似。与快速虚拟支架植入技术相比，虽然实际LVIS植入后有更多更快的血流涌入动脉瘤内，但两种方法的动力学结果仍旧展示出较强的一致性。统计分析表明，两种方法的血流动力学参数间无显著差异。
结论：计算机血流动力学结果表明LVIS快速虚拟支架植入技术较适合用于评估支架植入之后的血流动力学特点，而且此技术是有效、实用的。
图一：整体实验流程：A：患者个体化动脉瘤模型的三维重建图；B：个体化动脉瘤的STL文件，用于进行血流动力学计算；C：分割出的载瘤动脉（用于在LVIS快速虚拟支架植入技术中生成相应支架）；D：虚拟LVIS生成过程中网格的膨胀；E：LVIS快速虚拟支架植入技术生成的LVIS；F：快速虚拟支架与患者原血管适配并进行血流动力学计算；G：3D打印技术制作的体外个体化动脉瘤仿真模型；H：实际LVIS按照手术操作标准植入体外仿真模型中；I：通过micro-CT扫描技术重建出实际释放的LVIS支架；J:实际释放的LVIS与患者原血管适配并进行血流动力学计算。
图二：心动收缩峰期的速度流线及速度矢量图。A、B分别为LVIS快速虚拟支架技术植入后（F-LVIS）及实际LVIS（R-LVIS）释放后的速度流线图；C、D分别为F-LVIS及R-LVIS在动脉瘤内某平面的速度矢量图。
图三：两种方法植入支架后的剪切力分布图。A、B为前面观；C、D为后面观；E、F为顶面观。
图四：单个心动周期中动脉瘤内速度及动脉瘤瘤颈处剪切力的变化曲线。左图：动脉瘤内速度变化曲线。紫色代表LVIS快速虚拟支架植入后，蓝色代表实际LVIS植入后。右图：动脉瘤瘤颈处剪切力变化曲线。红色代表LVIS快速虚拟支架植入技术后；绿色代表实际LVIS植入后。
表一：两种不同方法植入LVIS后动脉瘤瘤体内的速度及瘤颈处的剪切力变化。
Efficient simulation of a low-profile visualized intraluminal support device: a novel fast virtual stenting technique
Qianqian Zhang, Jian Liu, Yisen Zhang, Ying Zhang, Zhongbin Tian, Wenqiang Li, Junfan Chen, Xiao Mo, Yunhan Cai, Nikhil Paliwal, Hui Meng, Yang Wang, Shengzhang Wang and Xinjian Yang
Chinese Neurosurgical Journal 2018 4:6
DOI: org/10.1186/s41016-018-0112-0
通讯作者：杨新健，主任医师、教授、博导。现任首都医科大学附属北京天坛医院神经介入科副主任、天坛脑血管病中心首席专家、中国医师协会神经外科医师协会神经介入委员会常委，秘书长、中国医师协会神经介入分会出血疾病治疗组主任委员、中国卒中协会神经介入专业委员会副主任委员等；2017年被评选为国家“万人计划科技创新领军人才”；作为“出血性脑血管病血管内治疗创新团队”负责人，期带领的团队入选2016年科技部创新人才推进计划——重点领域创新团队。自工作以来，一直从事神经系统血管疾病的介入治疗和相关基础研究，对颅内动脉瘤、脑和脊髓血管畸形、硬脑膜动静脉瘘等疾病的诊疗有丰富经验。其带领的团队致力于颅内动脉瘤破裂、生长及栓塞术后转归的血流动力学机制等热门领域的研究，作为第一作者或通讯作者发表SCI收录论文50余篇，研究成果发表于该领域顶级杂志，如Stroke，Journal of Neurosurgery等。
共同通讯作者：王盛章，复旦大学副教授、博导。现任上海市力学学会生物力学专业委员会委员、科普工作委员会委员、青年工作委员会委员；上海市生物医学工程学会生物力学专业委员会委员；上海市药理学会皮肤药理学专业委员会委员；中国医师协会介入医学工程与生物技术专业委员会委员。目前主要从事心脑血管疾病的血液动力学研究及相关介入治疗器械的研究工作。主持国家自然科学基金两项、上海市自然科学基金两项；作为主要人员参与国家自然科学基金7项；发表学术论文50余篇，其中作为第一作者或通讯作者SCI论文20多篇；与他人合作撰写教材2部；参与编写教材一部；参与编写学术专著一部。
第一作者：张倩倩，首都医科大学全日制硕士研究生，师从北京天坛医院神经介入科杨新健教授，外科学（神外）方向。研究生期间参与国自然课题3项，主要专注于脑血管病（脑动脉瘤，脑动静脉畸形）相关方向的研究，包括介入治疗脑血管病术后血流动力学变化特点及罕见病（主要为脑血管动静脉畸形）全外显子测序结果的解读等热门及前沿领域。2016年及2018年连续受邀于第七届及第八届世界华人神经外科大会上做报告；在读期间以第一作者身份发表学术论文三篇，其中SCI两篇。
论文原文下载链接：（或扫描二维码）
原文链接：https://cnjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s41016-018-0112-0
CNJ精选周刊
CNJ 精选周刊