基于队列平均化的腹主动脉瘤血管流场仿体：设计、制造与声学特性表征——高保真3D打印技术在血流动力学研究中的突破

编辑推荐：本研究针对血管流场仿体设计标准缺失问题，开发了基于50例患者CTA数据的腹主动脉瘤(AAA)平均化建模框架，采用Formlabs Flexible 80A树脂3D打印薄壁仿体，通过超声粒子图像测速(echoPIV)验证血流量化可行性，为血管疾病研究提供兼具解剖真实性与可重复性的新型实验平台。

　　在血管疾病研究领域，腹主动脉瘤(Abdominal Aortic Aneurysm, AAA)作为威胁生命的血管病变，其血流动力学研究长期依赖简化模型或个体化仿体。前者缺乏解剖真实性导致实验结果难以推广，后者则存在制作成本高、难以反映群体特征的局限。更棘手的是，现有文献鲜少详细披露仿体设计规范与材料特性数据，使得研究间难以横向比较。荷兰特文特大学联合多家医疗机构的研究团队在《Annals of Biomedical Engineering》发表的研究，通过创新性开发队列平均化建模算法与3D打印技术，成功构建出兼具解剖普遍性与血流复杂性的AAA仿体系统。

研究团队首先建立标准化技术路线：1)基于84例EVAR手术患者的CTA影像筛选50例合格样本，通过Mimics软件进行血管腔分割与中心腔线(Center Lumen Line, CLL)提取；2)开发Matlab算法实现CLL坐标与对应直径的队列平均化，保留血管曲率等关键几何特征；3)采用SolidWorks进行三维重建，特别处理分叉区域并优化薄壁结构(1.5mm厚度)；4)使用Formlabs Flexible 80A树脂进行立体光刻3D打印，垂直定向减少支撑结构；5)搭建定制化循环流场系统，结合超声造影剂与高帧频平面波超声(Verasonics Vantage 256)实现echoPIV血流可视化。

模型验证显示：患者特异性模型与原分割的Sorensen-Dice相似系数达0.916±0.021，最大偏差(5-10%管径)出现在动脉瘤囊部。声学测试揭示Flexible 80A树脂具有组织模拟特性：声速1785 m/s、衰减7.8 dB/mm@7.5MHz、密度1130 kg/m³。血流动力学验证中，echoPIV在肾上动脉(入口)测得容积流量与传感器数据匹配(RMSE=7.6 ml/s)，且在髂动脉成功捕捉到峰值流速35 cm/s的涡流结构。

该研究的创新价值体现在三方面：方法学上首创保留血管曲折度的平均化算法，突破传统对称简化模型的局限；技术上验证3D打印薄壁仿体在复杂血流研究中的可行性，其声学特性数据填补了材料科学空白；临床应用层面为器械测试、影像优化提供标准化平台。研究同时指出当前局限：分叉区仍需人工重建，未来可结合统计形状建模(Statistical Shape Modeling)进一步优化。这项跨学科研究为血管疾病机理探索与治疗创新提供了前所未有的高保真实验工具，其技术框架可扩展至其他血管结构的仿体制备。