心臟支架是治療冠狀動脈狹窄的主要手段，但什么情況下放支架？放幾個支架？支架放到什么位置最合適？這些問題一直沒有相關(guān)標準，目前更多的是依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗判斷。日前，物理學家和醫(yī)學家合作，想出了一個新辦法——個體化的心血管三維模擬技術(shù)。科學家們展望，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，結(jié)合醫(yī)療大數(shù)據(jù)，能讓治療更系統(tǒng)、更嚴謹。

　　模擬計算與3D打印助力個性化治療

　　中科院物理所研究員劉靂宇是這項研究的主要負責人。他介紹說：“支架介入治療往往依靠醫(yī)生的經(jīng)驗，醫(yī)生會根據(jù)冠狀動脈的斑塊分布、分叉角度、血管直徑等解剖學特征，來決定是否手術(shù)和手術(shù)方案。”但是，病人的個體差異比較大，因此有時候經(jīng)驗并不可靠，“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)驗與病人個體情況結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)精準醫(yī)療？

　　基于臨床病例醫(yī)學影像數(shù)據(jù)，劉靂宇團隊與安貞醫(yī)院柳景華主任醫(yī)師團隊一同通過醫(yī)學圖像處理的方法重建了患者的真實血管形狀，并根據(jù)臨床醫(yī)生的建議，使用計算機輔助設計的方法虛擬設計了四種支架放置位置不同的手術(shù)方案，并分別進行了計算機流體力學模擬計算。

　　劉靂宇說：“簡單地說，血液在血管中流動，血液夠不夠用、對血管壁的壓力有多大、是不是存在危險、后續(xù)會不會出現(xiàn)狹窄等問題，從物理學角度上看很大一部分都是流體力學的問題。因此我們設計了幾種計算程序，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，進而得出患者是否需要支架，并進一步計算出支架該放多少個以及放在什么位置。”

　　為了驗證模擬情況的準確度，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三維結(jié)構(gòu)的血管模型，并利用該模型實施了流體實驗。測量結(jié)果顯示，與計算機模擬結(jié)果的差異僅為10%左右。劉靂宇說：“這說明我們設計的流體力學模擬計算結(jié)果是可靠的。”

　　未來將開發(fā)便利的APP應用服務

　　劉靂宇說，團隊未來研究的應用拓展是能在智能移動終端如智能手機上應用的APP程序。團隊成員之一、中科院物理所的容曉暉博士這樣描述該款APP：“在醫(yī)院進行儀器檢查并獲得醫(yī)學影像數(shù)據(jù)后，患者可首先將個人圖像數(shù)據(jù)通過專用APP上傳至云端。之后工程師將會根據(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。在我們的設計中，這個模型可以自由旋轉(zhuǎn)、放大、測量，能給醫(yī)生和病人最為形象直觀的認識，而患者則可以免費使用這一基本應用及服務。”

　　接下來，工程師會根據(jù)醫(yī)生建議，用計算機輔助設計的方法模擬幾種可能的手術(shù)方案，并使用計算機物理建模計算，得到分析流場、力分布以及特定的臨床指標，并將所有計算結(jié)果反饋給醫(yī)生。醫(yī)生得到這些計算結(jié)果后，將根據(jù)臨床知識和經(jīng)驗確定最佳手術(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。”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)的基礎上開展系統(tǒng)、嚴謹?shù)呐R床比對以及醫(yī)學統(tǒng)計，并最終確定可靠的技術(shù)方案”。