基于局部动脉压的栓塞终点的定量测定

《Bioengineering & Translational Medicine》：Quantitative determination of embolization endpoints based on local arterial pressure

本研究提出基于局部动脉血压的栓塞终点评估方法，通过孔隙介质模型模拟血流动力学变化，结合体外实验和猪肾动脉栓塞动物实验验证，发现该方法能有效预测栓塞程度，减少异位栓塞风险，降低栓塞剂用量约17.86%，为自动化栓塞注射系统提供理论依据。

　　这项研究聚焦于如何优化血管栓塞终点的判定，以提高介入治疗的效果并降低因栓塞材料注射过量而引发的异位栓塞风险。传统的栓塞终点评估主要依赖影像学技术，如数字减影血管造影（DSA），但这种方法存在明显的局限性，包括对医护人员的辐射暴露、不同观察者之间判断的差异性，以及受地区医疗实践和操作者经验的影响。为了克服这些挑战，研究团队提出了一种基于局部动脉血压的定量评估方法，为栓塞治疗提供了一种更安全、更精确、更标准化的替代方案。

栓塞是一种通过阻断特定血管来治疗疾病的技术，广泛应用于治疗子宫肌瘤、前列腺动脉栓塞、经导管动脉化疗栓塞（TACE）以及实体瘤的治疗中。成功的栓塞治疗需要精确控制栓塞材料的注入量，以确保既能有效阻断病变血管，又不会影响到正常组织。然而，过度栓塞可能导致栓塞材料误入非目标区域，从而引发严重的并发症。因此，找到一个可靠且可重复的栓塞终点评估方法至关重要。

本研究采用了一种创新的“最终压力”概念作为栓塞终点的评估标准。该方法通过建立一个等效的多孔介质模型来模拟栓塞过程中血管床的血流阻力变化，并结合体外实验平台对栓塞过程进行再现。通过分析局部动脉血压的变化趋势，研究团队能够预测栓塞终点，并进一步在猪的肾动脉栓塞实验中验证了该方法的有效性。实验结果显示，基于血压的终点评估方法在模拟中平均误差约为1.65%，在体外实验中平均误差为3.09%。这表明该方法在准确性和可重复性方面具有显著优势，能够有效减少所需栓塞材料的用量，达到平均17.86%的节约效果。

为了进一步提升方法的临床适用性，研究团队在动物实验中验证了基于局部动脉血压的栓塞评估模型。通过使用DSA影像对栓塞终点进行对比分析，研究发现基于压力的评估方法能够更早地识别栓塞终点，同时避免了因过度注射而导致的栓塞材料回流或非目标区域的栓塞。此外，研究团队还通过标准评分体系邀请了五位有丰富临床经验的介入放射科医生对栓塞效果进行评估，结果显示两种评估方法（基于压力和基于DSA）在栓塞程度上具有高度一致性，且基于压力的方法能够提供更客观的判断依据。

基于血压的栓塞终点评估方法具有显著的临床价值。首先，它能够减少对影像学设备的依赖，从而降低医护人员的辐射暴露风险。其次，该方法为自动栓塞注射系统提供了可靠的控制参数，有助于实现栓塞过程的自动化。自动栓塞系统在现代医疗中正逐步成为研究热点，其核心在于如何实现对栓塞过程的精确控制。通过实时监测局部动脉血压，系统可以动态调整栓塞材料的注入速度和剂量，从而提高治疗的安全性和精准度。此外，这种方法还能够为未来智能化的栓塞设备提供理论基础，使机器人系统在介入手术中具备更强的自主性和适应性。

在实验设计方面，研究团队构建了一个包括主动脉、器官动脉及其分支的单元血管模型，并在其中引入了多孔介质以模拟栓塞区域的阻力变化。通过使用商业软件ANSYS Mesh进行网格生成，并采用Fluent求解器进行流体动力学模拟，团队成功再现了栓塞过程中的血流动力学变化。为了确保模型的准确性，团队对不同栓塞剂量下的压力和流速进行了多次模拟，并结合体外实验平台对结果进行了验证。体外实验平台由脉动泵、栓塞模拟区域、压力传感器和3D打印血管模型组成，能够真实地再现血管系统的几何结构和血流特性。在实验过程中，栓塞材料通过微导管注入，其直径范围在200至400微米之间，与临床使用的栓塞微球相似。

在动物实验中，研究团队选择了猪作为实验对象，因为其解剖结构和生理特性与人类高度相似，特别是肾脏血管系统。实验过程中，团队通过监测主动脉和肾动脉的压力变化，评估栓塞程度。当栓塞材料达到预定剂量后，主动脉和肾动脉的压力会呈现出明显的上升趋势，且在栓塞终点附近趋于稳定。这种趋势表明，随着栓塞材料的累积，血管床的阻力逐渐增加，导致局部动脉血压上升，而血流则相应减少。团队发现，基于压力的评估方法能够在更早阶段识别栓塞终点，同时避免了因过度注射导致的不良后果。

在临床应用方面，基于血压的栓塞终点评估方法不仅能够提高治疗的精准性，还能够为医生提供实时反馈，从而优化栓塞操作。这种方法尤其适用于需要精确控制栓塞剂量的治疗场景，如使用昂贵的放射性栓塞材料（如90Y微球）进行治疗。通过减少不必要的栓塞材料注入，该方法不仅能够降低治疗成本，还能减轻患者和医生的辐射负担，提高治疗的安全性。

此外，该方法的提出也为未来自动化栓塞系统的开发提供了理论基础。自动栓塞系统在临床中主要用于控制麻醉深度或调节单一生理指标，但在栓塞治疗中，其应用仍处于探索阶段。通过将局部动脉血压作为控制参数，系统可以实时调整栓塞材料的注入速率和剂量，从而实现更精准的治疗。这种基于生理反馈的栓塞控制策略有望显著提高介入手术的成功率，并减少人为操作带来的不确定性。

本研究的主要贡献在于提出了基于血压的栓塞终点评估方法，并通过多孔介质模型和体外实验平台验证了其有效性。该方法不仅能够克服传统影像学评估方法的局限性，还为实现栓塞治疗的自动化提供了可能。研究团队还通过动物实验进一步验证了该方法的临床适用性，并发现其在栓塞终点判断上的准确性较高，且能够有效减少栓塞材料的使用量。

综上所述，基于局部动脉血压的栓塞终点评估方法是一种具有广泛应用前景的新型技术。它不仅能够提高栓塞治疗的精准性和安全性，还能为医生提供更客观的评估依据，减少主观判断的偏差。随着医学影像技术、自动化设备和生理监测手段的不断发展，这种基于生理参数的栓塞评估方法有望在未来成为介入治疗的标准操作之一，从而进一步提升血管介入手术的效率和安全性。