基于真实斑块分布与材料的冠状动脉分叉支架术计算模拟：建立精准术前规划的黄金标准

为解决冠状动脉分叉支架术这一技术挑战，研究人员开展基于高分辨率OCT（光学相干断层扫描）的全斑块（FP）有限元分析（FEA）研究，通过9例患者数据重建含详细斑块成分的3D模型，模拟多步骤支架置入过程。结果显示模拟与术后OCT测量的最小管腔直径（MLD）高度一致（平均偏差0.07 mm，误差2.1%），证实模型能高精度复制真实支架置入结果，为个性化手术规划、支架优化及逆向建模提取斑块生物力学特性提供 robust 平台。

　　

冠状动脉分叉处是血管树中独特的解剖位置，极易发生动脉粥样硬化和再狭窄，此处的经皮冠状动脉介入治疗（PCI）尤其复杂。多步骤分叉支架术要求精确规划以确保支架最佳扩张和血管完整性，但现有技术缺乏高精度术前模拟工具。有限元分析（FEA）虽能模拟支架部署，提供PCI期间分叉处生物力学行为了解，但全斑块（FP）模型——包含管腔、血管壁和斑块成分（纤维化、纤维脂质和钙化区）的详细表征——才被视为最准确的模拟手段。尽管复杂，FP模型提供无与伦比的预测准确性，是评估支架引起血管几何变化的最全面方法。

为此，Wei Wu、Yiannis S. Chatzizisis等研究人员在《Scientific Reports》发表研究，开发并验证了一种用于冠状动脉分叉支架术的FP有限元模型，旨在为未来模型评估建立参考标准。他们利用9例患者支架术前的高分辨率光学相干断层扫描（OCT）数据，重建解剖学精确的3D模型，纳入详细斑块组成，并按照真实临床步骤模拟支架部署。模型准确性通过Bland-Altman分析比较模拟与术后OCT测量的最小管腔直径（MLD）进行评估。

研究采用多项关键技术方法：基于Teikyo大学伦理委员会批准（IRB#15-159-2）的9例患者样本，使用术前OCT成像（OPTIS Integrated System）进行管腔、血管壁和斑块成分（纤维、纤维脂质、钙化）分割（echoPlaque 4.0软件），通过映射回技术完成3D重建；FP模型采用四面体单元网格，基于文献数据分配血管壁（超弹性材料）和斑块（非线性弹塑性特性）的机械性能；使用Abaqus/Explicit求解器进行FEA，模拟临床步骤（如支架部署、近端优化技术（POT）、同步对吻球囊扩张（KBI）和后扩张），在高性能计算集群（128核）上运行；术后OCT成像同样分割获取管腔几何形状作为真实基准；统计采用Bland-Altman分析评估MLD一致性。

结果部分显示，FP模型成功复制多步骤支架术程序。如图示案例1，模拟准确捕获球囊、支架和管腔在各阶段（主支预扩张、支架部署、POT、后扩张和边支扩张）的变形，与血管造影观察紧密对齐，并可视化斑块的顺序变形，提供其生物力学响应见解。

MLD与术后OCT高度一致。FP模型MLD曲线与术后OCT数据紧密匹配，而术前OCT与术后结果存在显著差异，突显支架术引起的几何变化巨大。

Bland-Altman分析定量验证模型准确性。各案例FP模型与术后OCT一致（图6）；所有案例分析显示平均偏差0.07 mm（2.1%误差），95%一致性界限为-0.38 mm至0.51 mm（图7），证实FP模型在复制支架引起管腔几何变化方面的高准确性。

准确

准确呈现管腔形状和支架梁分布。案例1横截面视图显示，尽管支架术程序复杂（八步），FP模型精确复制了术后管腔形状和血管壁变形，并捕获详细支架梁分布，包括近段贴壁不良区域，这些对识别高应力或支架贴壁不完全等机械问题至关重要。

讨论与结论强调，该FP模型是迄今最详细、完整的病变冠状动脉分叉模拟。集成高分辨率OCT成像实现精确斑块成分和血管几何重建，结合文献支持的材料属性，为模拟支架与分叉互动提供坚实基础。模型可靠复制真实支架术程序，对临床实践和工程有重要应用：支持个性化临床策略（如通过模拟不同部署方法和斑块互动识别贴壁不良或扩张不全，指导支架选择、球囊材料和具体程序策略）；系统评估新支架设计（测试梁厚度、几何形状和灵活性变化，优化适应特定病变解剖和斑块特征）；作为更简更快计算模型的基准验证；适用于逆向有限元应用，从临床OCT数据提取斑块机械行为。差异可能源于OCT成像伪影或模拟多步骤误差累积，但临床影响小。局限包括小样本量（9例患者）、模型开发劳动密集型（需自动化未来）、缺乏支架梁分布定量分析。总体，该验证FP模型作为详细可靠工具，有望指导个性化支架规划、优化设备设计和支持逆向建模，未来工作将扩展患者数据、自动化重建和实现实时临床应用。