在近期召开的相关学术会议上，来自医院血管外科的熊江副教授以其中心进行的“虚拟支架快速模拟算法在B型主动脉夹层TEVAR术前规划的应用研究”为题，为我们带来了精彩的演讲。
目前临床和研究存在的问题
临床问题
（1）病变诊断、手术策略和实施更大程度上依赖于医生的经验，缺乏客观量化标准，易导致病情延误或过度医疗。
（2）临床手术缺乏科学规划及效果预测，易造成近端Ⅰ型内漏、真腔重塑不良、支架引发新裂口、支架坍塌等并发症风险。
（3）由于术中动脉血流的推动作用，支架释放难以精准定位。
数值模式
（1）传统方法（Table1）如CFD、有限元分析流固耦合等计算耗费资源大，模拟时间长，且模拟管壁为刚性，不能够为介入治疗提供一个实时可靠的前期预测。
（2）缺乏对胸主动脉夹层的快速模拟算法及血管重塑效果预测。
Table1
数值模拟研究现状
虚拟支架快速模拟算法研究
第一部分：支架力学实验
通过测量不同品牌支架的径向力大小，为虚拟支架算法中不同的支架参数项实现个体化耦合提供真实数据支撑，从而能够达到对不同支架所产生的不同模拟效果的预测。
1、实验材料
测定材料囊括国内外6款大动脉覆膜支架：
国外：cTAG（戈尔），Valiant（美敦力），Zenith（库克医疗）。
国内：Ankura（深圳先健科技），Hercules（上海微创科技），Grimed（有研医疗）。
2、实验仪器与方法
（1）支架径向力测定
支架径向力测定仪器：LargeTwin-CamTMCompressionStation
支架径向力测定方法：实验温度设定为37℃；径向压缩的速度设定为1mm/s；3次预压缩；压缩量20％的oversize（即置入支架的直径一般要比患者的血管直径大10％～20％）。
（2）支架微结构测定
支架微结构测定仪器：微计算机断层扫描仪（Micro-CT）
支架微结构测定方法：非破坏性的三维成像技术，可以在不破坏扫描样本的情况下清楚地呈现样本内部的显微结构。
（3）支架测量深度、测量压缩量及集合结构信息（Table2）和支架径向力实验结果（Figure1）。
Table2
支架测量深度、测量压缩量及集合结构信息（P表示支架近端位置，B表示支架中部位置，D表示支架远端位置）
Figure1
支架径向力实验结果（图a为单个支架径向力压缩曲线；图b为6款支架支架径向力压缩曲线）
第二部分：虚拟支架系统
基于个体化自适应变形simplex网格和接触力学模型的虚拟支架快速模拟方法，能够实时有效地预测支架在主动脉内的展开过程及血管重塑效果，建立可应用于临床指导且适用于主动脉大变形特点的虚拟支架术前规划系统。
1、虚拟支架系统的运行流程
首先输入个体化B型夹层患者数据，虚拟支架快速模拟3D主动脉模型。之后虚拟支架算法综合几何结构信息（不同品牌的详细支架信息数据）和力学参数（支架和血管的常规力学性能），模拟支架与血管的接触力学过程。然后输出量化结果，并结合量化结果进行风险评估（Figure2）。
Figure2
虚拟支架系统框架
2、医学影像学数据收集
收集的数据包括58例正常主动脉夹层模型和7例TEVAR术后发生并发症——远端新发裂口（SINE）（每例包括术前、术后CTA数据）的主动脉模型。根据置入支架的不同将正常组分为6个小组进行模拟计算。
3、模拟重建及网格处理
基于B型主动脉夹层患者的计算机断层扫描血管造影（CTA）图像，通过图像分割和三维重建，构建患者个体化模型；基于重建的个体化术前真腔模拟生成中心线，根据中心线初始化支架模型。模型网格由三角形网格通过空间对欧关系转化为simplex网格。
4、虚拟支架快速模拟
Simplex网格可变形，具有3-领域结构这一几何特征。
力学实验确定的物理参数：支架力学实验确定内力参数；血管壁组织拉伸实验确定外力参数。
5、输出结果及分析
（1）虚拟支架系统的时效性
所研究的虚拟支架快速模拟算法具有高时效性，能够实现失效模型。
（2）基于虚拟支架系统的个体化模型重塑形态学对比分析
定性比较：模拟模型和术后CTA模型有着较好的对应；
定量比较：中心线曲率误差均值＝4.11±0.85％；截面积误差均值＝1.57±0.57％。
（3）基于虚拟支架系统的个体化模型血液动力学对比分析
通过定性（Figure3）、定量比较分析得出：所研究的虚拟支架快速模拟算法在血流动力学上有较高的模拟精度。定量比较：感知哈希值矩阵相似性对比结果AWSS、OSI、RRT的相似性结果分别是90.94％、90.16％和90.23％
Figure3
血流动力学参数分布对比
（4）术后风险评估上的应用
将支架引起的血管位移量（Stent-inducedwalldeformation，SWD）的术后正常组与术后发生并发症（SINE）组SWD分布情况进行对比和SWD量化分析：对高于80％最大SWD的分区情况进行了归类和统计，统计结果为Segment-1：P＝0.；Segment-2：P＝0.；Segment-3：P＝0.。组间差异较大的是整体和Segment-3区。由此可知：SWD的最大值可作为预测TEVAR术后风险评估量化指标；高SWD值分布在远端及支架覆盖段的整体SWD均值偏高时发生远端SINE的概率更高。
总 结
基于Simplex网格和力学接触模型的虚拟支架快速模拟算法有着很高的计算效率，可做到实时模拟和显示。在对65个案例的模拟结果证实了算法的通用性，在集合形态学上的模拟精度很高，平均曲率误差百分比为1.57±0.57％，平均截面积误差曲率为4.11±0.85％。虚拟支架算法的模拟结果在血流动力学上也有着很好的一致性，血流动力学参数的相似性对比结果都在90.16％～90.94％之间。通过术后正常组和术后发生并发症组的对比分析，初步验证虚拟支架输出的SWD值可作为TEVAR的术后效果评估因子，可为术后并发症风险因素做预测。
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