摩擦力和取栓速度对计算机模拟机械取栓的影响：敏感性分析揭示关键参数

针对急性缺血性脑卒中(AIS)机械取栓(MT)中摩擦系数不确定性问题，意大利米兰理工大学团队通过虚拟机械取栓(VMT)模型，系统分析支架-血管、支架-血栓、血栓-血管三组摩擦系数及取栓速度(RS)对手术结局的影响。研究发现：血栓-血管高摩擦导致碎裂、支架-血管高摩擦引发支架压缩、取速>30 mm/s产生非生理性行为。该研究为优化取栓参数提供量化依据，推动精准医疗发展。

　　

脑血管疾病是人类健康的重大威胁，每年仅欧洲就有超过100万卒中病例，其中急性缺血性脑卒中(Acute Ischemic Stroke, AIS)占比高达80%。尽管机械取栓(Mechanical Thrombectomy, MT)技术自2012年临床应用以来显著改善了治疗效果，但仍有相当比例患者面临血管再通失败的风险。问题的核心在于：血栓与血管壁、取栓装置间的复杂力学相互作用至今缺乏精准量化——就像试图解开一把没有密码的保险箱，医生们不得不在未知摩擦力的黑暗中摸索操作。

意大利米兰理工大学(Politecnico di Milano)化学、材料与化学工程系"Giulio Natta"计算生物力学实验室的Mahesh S. Nagargoje团队在《Computer Methods and Programs in Biomedicine》发表的研究，首次通过虚拟机械取栓(Virtual Mechanical Thrombectomy, VMT)技术，系统解构了这组"力学密码"。研究人员采用多尺度建模策略：首先通过体外实验测定支架-硅胶血管模型的动态摩擦系数(0.5-0.73)，随后建立包含13.5 mm红细胞(RBC)富集血栓的计算机模型，采用LS-DYNA R14有限元分析软件，以7×10^-7秒的极小时步长模拟取栓全过程。关键技术包括：1)基于CT数据重建脑血管三维模型；2)采用Hughes-Liu梁单元模拟Solitaire X支架的镍钛合金超弹性行为；3)通过准超弹性可压缩泡沫模型表征血栓力学特性；4)设置软惩罚接触算法处理多界面相互作用。

支架-血管摩擦验证实验

通过对比水(摩擦系数0.73)与肥皂水溶液(0.5)两种介质中的支架行为，发现数值模拟需将摩擦系数调整为0.1-0.2才能匹配体外实验观测的21-25%支架压缩率，揭示现有模型可能高估实际摩擦力达3倍。

取栓速度敏感性

当速度从临床常规2 mm/s提升至20 mm/s时，血栓捕获位置从中段移向远端；350 mm/s的超高速导致非生理性支架变形，证实既往为节省计算时间采用的加速模拟会失真。

三组摩擦系数影响

血栓-血管摩擦系数从0.23增至0.37时，近端弯曲处血栓断裂风险上升；支架-血栓摩擦存在"黄金区间"——低于0.03导致滑脱，高于0.04引发碎裂；支架-血管摩擦超过0.15会加剧弯曲血管段的支架压缩，使血栓脱出率增加40%。

这项研究构建了首个量化取栓力学参数的"决策地图"：临床操作中，对RBC富集血栓应保持<30 mm/s的取栓速度，支架设计需优化表面摩擦特性使其保持在0.03-0.04动态摩擦系数区间。尤为重要的是，研究指出现有体外实验测得的摩擦系数存在显著标准差(最高达57%)，这种不确定性会直接导致计算机模拟预测结果的巨大差异。正如研究者强调的，未来需要建立基于患者特异性血栓成分的摩擦系数数据库，就像为每把锁配制专属钥匙，才能真正实现精准取栓。该成果不仅为医疗器械优化提供新思路——例如通过支架表面改性调控摩擦特性，更开创性地提出了"力学参数不确定性量化"这一模拟医学新范式，使计算机辅助手术规划迈入可解释、可验证的新阶段。