运用可视软件实现血管重建

胸主动脉夹层瘤是一种可怕的大动脉血管疾病，患者平时没有症状，一旦破裂后死亡率可达到80%-90%。医生们通常使用安装支架的方法，防止动脉血管破裂。如果能够实现可视化诊疗，支架安装的位置不就要准确得多吗？上述困扰医学界的难题，眼下竟然被一位同济大学数学与应用数学系大三女生给破解了。这位女生名叫向亚菲，她运用数学建模的方法，为医生们临床治疗提供了一条捷径。在由教育部主办的第二届大学生创新论坛上，由向亚菲团队完成的《胸主动脉血流动力学的有限元模拟》项目获得一等奖。
    
医学和数学，都与她有缘 
    
在数学世界里游荡的向亚菲，在准备全国大学生数学建模大赛时发现，数学建模居然也可以用来解析血液流动等医学现象。一年前，读大二的向亚菲向任教专业课的同济数学系副教授殷俊锋表达了希望从事科研的意向。而殷俊锋让向亚菲探索的正是一个关于医学的课题：用数学的方法，为胸主动脉夹层瘤这种疾病提供更精确有效的治疗途径。 
    
从病理机制分析，血液流动异常是导致胸主动脉夹层瘤发病的主因。当血液从心脏中喷涌而出、撞击血管壁后，由于多种原因，造成了血管壁内膜的破裂。一旦血流顺着破口渗透出去，血管壁就会膨胀起来，最终形成胸主动脉瘤。目前通用的临床诊疗方法是，医生必须给病人安装支架，它能与血管壁面破损的地方贴合，堵住破口，从而防止形成胸主动脉瘤。 
    
“但破口到底在什么位置，医生是看不见的。所以医生在安放支架时，不得不凭借经验，有时候只能把支架做得更长一点，试图覆盖血管壁上的破口”。向亚菲告诉记者，寻找血管壁破口的准确位置，是临床治疗的关键一步。但由于这关键的一步无法实现可视化操作，因此在临床治疗中，可能会因为支架安放位置不当而影响治疗效果。而医生为求保险选用面积更大的支架，对病人来说就形成了额外的器材费用。
    
跨界工程学，破解医学难题 
    
医生在临床上遇到的难题，在一个就读数学系的学生看来，完全可以有另一种解题思路：眼睛看不见血管壁的破口，那可否用数学的方法计算出来呢？ 
    
离人体心脏最近的一段血管——胸主动脉，成了向亚菲研究、计算的对象。按照她的设想，只要能对胸主动脉这段血管进行三维重建，就可以计算血液流速，继而分析血管壁的压强以及这两者与胸主动脉夹层瘤的关系。但也正是在这个时候，又一个难题出现了：如何重建人体的血管，向亚菲不会！
    
    “在图书馆查阅专业资料时，我意外发现，利用一些专业的工程软件，就可以在计算机上实现管道重建的目标。”向亚菲于是灵机一动：如果把人体的血管也看成是一段像水管那样普通的工程管道，那么就读土木工程系的学生一定可以利用专业软件，对血管进行三维重建。
    
    通过跨学科的“技术外包”，借用Mimics等专业工程软件，向亚菲的科研进阶一步：在计算机里实现胸主动脉血管三维重建，然后就可以测试血管内血液的流速和血管壁上产生的压强。而在血管壁内显示为压强大的地方，正是血管已经产生病变或者已经形成破口的位置所在。由此，当医生需要安放支架时，其定位也将精准得多。
    
    “根据我们的设想，今后可以开发一些可视化软件，从临床上获得病人的CT扫描图后，只要连接Mimics这样的工程软件，就可以实现血管重建，显示血液流动的相关数据。”向亚菲告诉记者，一旦实现真正的可视化治疗，医生只要集中寻找病人胸主动脉血管中压强较大的地方，就可采取相应的诊疗措施。由此，不仅临床诊治效率大大提高，也能为挽救病人生命争取到更多宝贵时间。